CN107806821A - 用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置及方法。含有干涉单元和检测单元，在参考臂上加入光电相位调制器；检测单元包括四分之一波片、偏振片、扩束器和集成四光电探测器，用于检测测量和参考光束的干涉条纹并产生四路干涉信号；光电相位调制器施加高频正弦波调制电压，使干涉信号成含有待测相位信息的相位生成载波干涉信号；PGC解调得四组正交信号经计算得四路干涉信号的相位，计算差分相位变化来测量位移、偏摆角和俯仰角并进行补偿。本发明降低了测量方法的非线性误差，消除了由于光学元件性能不理想或安装误差引入的光强干扰影响，提高了相位的测量精度和稳定性，提高了角度的测量精度和测量范围，提高了位移的测量精度。

Description

用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种以采用光学方法为特征的计量设备及方法，尤其是涉及一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置及方法。

背景技术

激光单频干涉仪具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好以及测量范围大的优点，被广泛应用于超精密测量领域。但在实际的位移测量过程中，不可避免地受到因被测对象的横向偏移与倾斜造成的光束未准直影响。单频干涉仪通常使用正交检测、相位生成载波(PGC)单频相位检测等方法来检测相位，这些相位检测方法虽然都有各自的优点，但都不能补偿因被测对象倾斜测量光束光程变化而产生的位移测量误差。

被测对象的倾斜角度同时测量是补偿这位移测量误差的前提条件。目前除了在位移测量干涉仪的基础上增加角度干涉仪或者准直仪等光学方法改进外，干涉条纹分析和差分感测方法同样可以实现位移和角度的同时测量。干涉条纹分析方法使用CCD图像传感器作为检测器，但其信号处理速度无法满足快速位移测量的需要。与干涉条纹分析方法相比，差分感测方法更适合大范围位移和小角度测量。差分感测方法通常使用四象限探测器作为检测器，根据四象限探测器产生的差分功率感测信号或差分波前感测信号来实现位移与角度的同时测量。差分功率感测方法的角度测量与准直测量方法类似，其测量分辨率与精度受限于四象限探测器的性能。差分波前感测方法通过四象限探测器产生的差分波前感测信号关系测量位移、偏摆角和俯仰角三个自由度。目前差分波前感测方法被应用于外差干涉仪，但其存在毫弧级的非线性影响，同时光束剪切也会影响差分波前感测方法的非线性。

发明内容

本发明公开了一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置及方法。构建含有干涉单元和检测单元的装置结构，干涉单元为单频偏振干涉仪，在其参考臂上加入光电相位调制器用于光束相位调制；检测单元是由四分之一波片、偏振片、扩束器和集成四光电探测器组成，用于检测测量和参考光束的干涉条纹并产生四路干涉信号；对光电相位调制器施加高频正弦波调制电压，干涉信号被调制成含有待测相位信息的相位生成载波(PGC)干涉信号；进行PGC解调得到四组正交信号，再经归一化和反正切计算得到四路干涉信号的相位；通过计算四路干涉信号的差分相位变化来实现位移、偏摆角和俯仰角的同时测量，并根据测得的角度对位移测量结果进行了补偿，提高了位移的测量精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置：

包括单频激光器、干涉单元和检测单元；单频激光器输出线偏振光束进入干涉单元，经干涉单元处理后形成参考光束和测量光束，参考光束和测量光束进入检测单元，获得四路干涉信号。

所述的干涉单元包括偏振分光棱镜、第一四分之一波片、光电相位调制器、参考平面反射镜、第二四分之一波片和测量平面反射镜；干涉单元中，线偏振光束被偏振分光棱镜发生反射和透射分别分为s偏振光束和p偏振光束的两束正交线偏振光束；经偏振分光棱镜反射的s偏振光束作为参考光束，经过第一四分之一波片变为圆偏振光，接着经过光电相位调制器后到达参考平面反射镜，被参考平面反射镜反射后逆反再次经过光电相位调制器和第一四分之一波片后变为和原偏振方向垂直的p偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜发生透射；经偏振分光棱镜透射的p偏振光束作为测量光束，经过第二四分之一波片变为圆偏振光，接着被测量平面反射镜反射后逆反再次经过第二四分之一波片变成和原偏振方向垂直的s偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜发生反射；参考光束和测量光束各自逆反回到偏振分光棱镜中汇合形成合束后进入检测单元，所述检测单元包括第三四分之一波片、偏振片、扩束器和集成四光电探测器，合束依次经过第三四分之一波片后和偏振片后变成两个偏振方向相同的线偏振光束并发生干涉，然后经扩束器放大后入射到集成四光电探测器被接收，获得四路差分干涉信号。

所述的测量平面反射镜安装在被测对象移动平台上，跟随被测对象一起移动。

对所述光电相位调制器施加高频正弦波调制电压，使得四路差分干涉信号被调制成含有待测相位信息的PGC干涉信号，进而通过对四路差分干涉信号的处理获得被测对象的位移、偏摆角和俯仰角的测量。

所述的单频激光器输出线偏振光，经半波片后偏振方向被调整成相对于纸面成45°。

所述集成四光电探测器经信号处理板后连接计算机。

本发明的位移测量是以单频偏振干涉仪为感测单元，正交的测量光束和参考光束在干涉单元引入测量和参考相位后，在检测单元被转换为两个偏振方向相同的线偏振光束并发生干涉，经扩束器放大后到达集成四光电探测器，产生四路干涉信号。

二、一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

1)将测量平面反射镜安装在被测对象的移动平台上；

2)单频激光器输出线偏振光束，线偏振光束被偏振分光棱镜发生反射和透射分别分为s偏振光束和p偏振光束的两束正交线偏振光束；经偏振分光棱镜反射的s偏振光束作为参考光束，经过第一四分之一波片变为圆偏振光，接着经过光电相位调制器后到达参考平面反射镜，被参考平面反射镜反射后逆反再次经过被施加高频正弦波调制电压的光电相位调制器和第一四分之一波片后变为和原偏振方向垂直的p偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜发生透射；经偏振分光棱镜透射的p偏振光束作为测量光束，经过第二四分之一波片变为圆偏振光，接着被测量平面反射镜反射后逆反再次经过第二四分之一波片变成和原偏振方向垂直的s偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜发生反射；

参考光束和测量光束各自逆反回到偏振分光棱镜中汇合形成合束后进入检测单元，所述检测单元包括第三四分之一波片、偏振片、扩束器和集成四光电探测器，合束(正交的参考光束和测量光束)依次经过第三四分之一波片后和偏振片后变成两个偏振方向相同的线偏振光束并发生干涉，然后经扩束器放大后入射到集成四光电探测器被接收，获得四路差分干涉信号；

3)对四路差分干涉信号进行PGC解调分别得到四路差分干涉信号的相位，处理获得四路差分干涉信号的相位变化量和

4)采用以下公式计算被测对象的补偿前的位移s'：

式中，λ为线偏振光束的激光在空气中的波长；

3)偏摆角和俯仰角是以四路干涉信号的差分相位变化量和两束干涉光束的角度关系模型实现测量，差分相位变化量受测量光束的方向变化影响，该方向由被测对象的偏转角和俯仰角决定，通过相位解调分别检测被测对象倾斜前后差分相位变化，得到被测对象运动过程中的偏摆角和俯仰角，采用以下公式分别计算偏摆角和俯仰角：

偏摆角：

俯仰角：

式中：m为光束放大倍数，k为经扩束器放大后的光程增益系数，d为集成四光电探测器四个光电二极管之间水平和垂直间距；

4)根据被测对象的偏摆角和俯仰角对补偿前的位移s'按以下公式进行补偿：

补偿后位移：

式中：s'表示补偿前的位移，s₀为初始位置测量平面反射镜到集成四光电探测器的光程，L和H分别是测量平面反射镜上的光束入射点和测量镜支架到移动平台的连接点之间的垂直于纸面方向距离和纸面垂直方向距离。

所述步骤3)中，对四路差分干涉信号处理获得相位变化量的处理方式相同，以第一路差分干涉信号I₁为例，以下说明处理过程：

在被测对象沿光轴移动过程中，实时通过PGC解调第一路差分干涉信号I₁的相位，移动一段距离后到达当前位置，此时解调得到的相位为采用以下公式计算获得当前时刻被测对象所在位置对应的第一路差分干涉信号和初始时刻被测对象所在位置的对应的第一路差分干涉信号之间的相位差

其中，表示第一路差分干涉信号I₁当前时刻下通过PGC解调得到的相位，表示第一路差分干涉信号I₁初始时刻下通过PGC解调得到的相位，与的范围为[-π,π]，N₁表示大数计数值；

所述的大数计数值N₁是采用以下方式在被测对象沿光轴移动过程中通过计数器设置计数获得：若被测对象沿光轴远离偏振分光棱镜移动，当相位超过π向上溢出，即相位变化2π的整个周期时，则大数计数值N₁加1；若被测对象沿光轴靠近偏振分光棱镜移动，当相位超过-π向下溢出，即相位变化-2π的整个周期时，则大数计数值N₁减1。

本发明具有的有益效果是：

1)本发明测量方法充分利用了单频干涉仪来实现位移、偏摆角和俯仰角的同时测量，采用集成四光电探测器避免了光束剪切影响，降低了测量方法的非线性误差；

2)本发明测量方法采用正弦相位调制和相位解调方法，提高了单频干涉测量抗环境干扰能力，消除了由于光学元件性能不理想或安装误差引入的光强干扰影响，提高了相位的测量精度和稳定性；

3)本发明测量方法构建了四路干涉信号的差分相位变化量和两束干涉光束的角度关系模型，通过相位解调直接计算差分相位变化实现偏摆角和俯仰角的测量，避免了干涉条纹方向角或条纹间距对角度测量的影响，提高了角度的测量精度和测量范围；

4)本发明测量方法补偿了位移测量过程中被测对象倾斜角度串扰效应的影响，提高了位移的测量精度，完善了用于高精度位移测量的差分单频干涉信号处理方法。

本发明主要适用于超精密机械加工、微光机电系统、集成电路芯片制造和精密仪器等技术领域所涉及的精密工作台及精密导轨的位移、偏摆角和俯仰角的同时检测。

附图说明

图1是本发明装置的光路图。

图2是集成四光电探测器检测信号的相位解调原理图。

图3是集成四光电探测器与两束干涉光束的角度模型图。

图4是被测对象的偏摆角与俯仰角对测量光束的光程差影响示意图。

图中：1、单频激光器，2、半波片，3、偏振分光棱镜，4、第一四分之一波片，5、光电相位调制器，6、参考平面反射镜，7、第二四分之一波片，8、测量平面反射镜，9、测量镜支架，10、被测对象移动平台，11、第三四分之一波片，12、测量镜支架，13、扩束器，14、集成四光电探测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明选择能够输出线偏振光的单频激光器1，还包括干涉单元和检测单元，单频激光器1输出线偏振光束进入主要由偏振分光棱镜3、第一四分之一波片4、光电相位调制器5、参考平面反射镜6、第二四分之一波片7和测量平面反射镜8组成的干涉单元，经干涉单元处理后形成参考光束和测量光束，参考光束和测量光束进入检测单元，获得四路干涉信号。

所述的干涉单元包括偏振分光棱镜3、第一四分之一波片4、光电相位调制器5、参考平面反射镜6、第二四分之一波片7和测量平面反射镜8；干涉单元中，线偏振光束被偏振分光棱镜3发生反射和透射分别分为s偏振光束和p偏振光束的两束正交线偏振光束；经偏振分光棱镜3反射的s偏振光束作为参考光束，经过第一四分之一波片4变为圆偏振光，接着经过光电相位调制器5后到达参考平面反射镜6，被参考平面反射镜6反射后逆反再次经过光电相位调制器5和第一四分之一波片4后变为和原偏振方向垂直的p偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜3发生透射；经偏振分光棱镜3透射的p偏振光束作为测量光束，经过第二四分之一波片7变为圆偏振光，接着被测量平面反射镜8反射后逆反再次经过第二四分之一波片7变成和原偏振方向垂直的s偏振光束，测量平面反射镜8安装在被测对象移动平台上跟随被测对象一起移动，然后入射回到偏振分光棱镜3发生反射；参考光束和测量光束各自逆反回到偏振分光棱镜3中汇合形成合束后进入检测单元。

检测单元包括第三四分之一波片11、偏振片12、扩束器13和集成四光电探测器14，合束(正交的参考光束和测量光束)依次经过第三四分之一波片11后和偏振片12后变成两个偏振方向相同的线偏振光束并发生干涉，然后经扩束器13放大后入射到集成四光电探测器14被接收，获得四路差分干涉信号。

对光电相位调制器施加高频正弦波调制电压，四路干涉信号被调制成含有待测相位信息的PGC干涉信号，作为被测对象的位移、偏摆角和俯仰角测量的信号来源；以上这些信号被送入信号处理板和计算机进行相关处理和显示，得到被测对象的位移、偏摆角和俯仰角的同时检测，并对位移测量过程中被测对象转动角度串扰效应的影响进行补偿，提高位移测量精度。

具体的单频激光器采用Renishaw公司生产的XL80单频稳频He-Ne激光器，光电相位调制器采用Thorlabs公司生产的EO-PM-NR-C1光电相位调制器，扩束器采用Olympus公司生产的RMS20X平场消色差物镜，集成四光电探测器为本题目组自行设计制作的探测器，由四个光电二极管按正方形顶点排布组成，信号处理板采用Altera公司生产的EP4CE30F23C8FPGA芯片的高速信号处理板，计算机采用戴尔公司生产的OptiPlex360台式机。

在图1中，光路中的短线和圆圈表示相同频率的线偏振光与圆偏振光。结合图2、图3以及图4，基于集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理的具体实现如下：

该方法的步骤如下：

1)测量开始前，将测量平面反射镜8通过测量镜支架9安装在被测对象移动平台10上，将该平台移动至被测对象的一端作为测量初始位置，调节参考平面反射镜和6测量平面反射镜8，使两束光束的干涉条纹覆盖集成四光电探测器14的四个光电二极管；测量相关常数，包括测量平面反射镜8与集成四光电探测器14之间的几何路径距离s₀，测量平面反射镜8上的光束入射点和测量镜支架9到移动平台10的连接点之间的垂直于纸面方向距离L和纸面垂直方向距离测量H；

2)测量开始后，被测对象移动平台10从初始位置以设定的步进位移向另一端运动，集成四光电探测器14探测相关的信号经信号处理板与计算机处理后得到被测对象的位移、偏摆角和俯仰角三个自由度参数；

3)对于位移的检测，如图2所示，通过相位解调分别得到集成四光电探测器14产生的四路差分信号相位。

以下以第一路差分信号I₁为例进行说明，在被测对象沿光轴移动过程中，实时通过PGC解调第一路差分干涉信号I₁的相位，移动一段距离后到达当前位置，此时解调得到的相位为采用以下公式计算获得当前时刻被测对象所在位置对应的第一路差分干涉信号和初始时刻被测对象所在位置的对应的第一路差分干涉信号之间的相位差

其中，表示第一路差分干涉信号I₁当前时刻下通过PGC解调得到的相位，表示第一路差分干涉信号I₁初始时刻下通过PGC解调得到的相位，与的范围为[-π,π]，N₁表示大数计数值；

所述的大数计数值N₁是采用以下方式在被测对象沿光轴移动过程中通过计数器设置计数获得：若被测对象沿光轴远离偏振分光棱镜移动，当相位超过π向上溢出，即相位变化2π的整个周期时，则大数计数值N₁加1；若被测对象沿光轴靠近偏振分光棱镜移动，当相位超过-π向下溢出，即相位变化-2π的整个周期时，则大数计数值N₁减1。

在不考虑被测对象倾斜的情况下，虽然四路信号在初始位置和当前位置的相位不同，但它们的相位变化量是相同的，补偿前的位移s'可以表示为：

式中：λ为激光在空气中的波长；

4)对于偏摆角及俯仰角的检测，如图3所示，假设初始位置被测对象不发生倾斜，如图3(b)与图3(c)所示参考光束(点虚线)垂直通过扩束器13入射到集成四光电探测器14的探测面，而测量光束(虚线)与参考光束在x方向与z方向上存在初始夹角分别为θ_x和θ_z；当被测对象移动平台10从初始位置运动，移动一段距离后到达当前位置，被测对象发生倾斜，测量平面反射镜8随被测对象绕x轴倾斜α角度(偏摆角)，绕y轴倾斜β角度(俯仰角)，则入射到集成四光电探测器上14的测量光束(实线)绕x轴上倾斜2α角度，绕z轴倾斜2β角度，此时测量光束与参考光束在x方向与z方向上夹角分别为θ_x′和θ_z′；则当前位置的偏摆角与俯仰角可以分别表示为：

偏摆角：

俯仰角：

式中：其中m为光束放大倍数，k为经扩束器放大后的光程增益系数，d为集成四光电探测器四个光电二极管之间水平和垂直间距；

5)测量过程中，如图4所示，被测对象的偏摆角和俯仰角会对位移的测量结果产生串扰效应影响，偏摆角与俯仰角为微小角度，倾斜可以分解为偏摆角与俯仰角依次旋转，测量平面镜内部的光程变化可以忽略，则外部的测量光束光程差变化主要分为两部分，一是倾斜前后测量光束在测量镜上的光斑位置在被测对象移动方向上的变化，二是反射的测量光束传播方向的变化；根据空间几何关系将补偿后的位移s表示为：

补偿后位移：

式中：s'为补偿前的位移；

测量结束后，将相关常数以及测量值代入以上公式，对位移的测量结果进行补偿，经过计算机处理后，得到消除了被测对象的偏摆角和俯仰角串扰效应影响的位移准确值。

通过以上步骤实现了位移、偏摆角和俯仰角的同时测量，并通过检测被测对象运动过程中的俯仰角与偏摆角，消除了被测对象的偏摆角和俯仰角对位移测量结果的串扰效应影响，提高了位移的测量精度。

Claims (7)

1.一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置，其特征在于：包括单频激光器(1)、干涉单元和检测单元；单频激光器(1)输出线偏振光束进入干涉单元，经干涉单元处理后形成参考光束和测量光束，参考光束和测量光束进入检测单元，获得四路干涉信号。

2.根据权利要求1所述的一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置，其特征在于：所述的干涉单元包括偏振分光棱镜(3)、第一四分之一波片(4)、光电相位调制器(5)、参考平面反射镜(6)、第二四分之一波片(7)和测量平面反射镜(8)；

干涉单元中，线偏振光束被偏振分光棱镜(3)发生反射和透射分别分为s偏振光束和p偏振光束的两束正交线偏振光束；经偏振分光棱镜(3)反射的s偏振光束作为参考光束，经过第一四分之一波片(4)变为圆偏振光，接着经过光电相位调制器(5)后到达参考平面反射镜(6)，被参考平面反射镜(6)反射后逆反再次经过光电相位调制器(5)和第一四分之一波片(4)后变为和原偏振方向垂直的p偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜(3)发生透射；经偏振分光棱镜(3)透射的p偏振光束作为测量光束，经过第二四分之一波片(7)变为圆偏振光，接着被测量平面反射镜(8)反射后逆反再次经过第二四分之一波片(7)变成和原偏振方向垂直的s偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜(3)发生反射；

参考光束和测量光束各自逆反回到偏振分光棱镜(3)中汇合形成合束后进入检测单元，所述检测单元包括第三四分之一波片(11)、偏振片(12)、扩束器(13)和集成四光电探测器(14)，合束依次经过第三四分之一波片(11)后和偏振片(12)后变成两个偏振方向相同的线偏振光束并发生干涉，然后经扩束器(13)放大后入射到集成四光电探测器(14)被接收，获得四路差分干涉信号。

3.根据权利要求2所述的一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置，其特征在于：所述的测量平面反射镜(8)安装在被测对象移动平台上，跟随被测对象一起移动。

4.根据权利要求2所述的一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置，其特征在于：对所述光电相位调制器(5)施加高频正弦波调制电压，使得四路差分干涉信号被调制成含有待测相位信息的PGC干涉信号，进而通过对四路差分干涉信号的处理获得被测对象的位移、偏摆角和俯仰角的测量。

5.根据权利要求2所述的一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置，其特征在于：所述的单频激光器(1)输出线偏振光，经半波片(2)后偏振方向被调整成相对于纸面成45°。

6.应用于权利要求1所述装置的一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

1)将测量平面反射镜(8)安装在被测对象的移动平台上；

2)单频激光器(1)输出线偏振光束，线偏振光束被偏振分光棱镜(3)发生反射和透射分别分为s偏振光束和p偏振光束的两束正交线偏振光束；经偏振分光棱镜(3)反射的s偏振光束作为参考光束，经过第一四分之一波片(4)变为圆偏振光，接着经过光电相位调制器(5)后到达参考平面反射镜(6)，被参考平面反射镜(6)反射后逆反再次经过被施加高频正弦波调制电压的光电相位调制器(5)和第一四分之一波片(4)后变为和原偏振方向垂直的p偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜(3)发生透射；经偏振分光棱镜(3)透射的p偏振光束作为测量光束，经过第二四分之一波片(7)变为圆偏振光，接着被测量平面反射镜(8)反射后逆反再次经过第二四分之一波片(7)变成和原偏振方向垂直的s偏振光束，然后入射回到偏振分光棱镜(3)发生反射；

参考光束和测量光束各自逆反回到偏振分光棱镜(3)中汇合形成合束后进入检测单元，所述检测单元包括第三四分之一波片(11)、偏振片(12)、扩束器(13)和集成四光电探测器(14)，合束依次经过第三四分之一波片(11)后和偏振片(12)后变成两个偏振方向相同的线偏振光束并发生干涉，然后经扩束器(13)放大后入射到集成四光电探测器(14)被接收，获得四路差分干涉信号；

3)对四路差分干涉信号进行PGC解调分别得到四路差分干涉信号的相位，处理获得四路差分干涉信号的相位变化量和

4)采用以下公式计算被测对象的补偿前的位移s'：

式中，λ为线偏振光束的激光在空气中的波长；

5)采用以下公式分别计算偏摆角和俯仰角：

偏摆角：

俯仰角：

式中：m为光束放大倍数，k为经扩束器放大后的光程增益系数，d为集成四光电探测器四个光电二极管之间水平和垂直间距；

6)根据被测对象的偏摆角和俯仰角对补偿前的位移s'按以下公式进行补偿：

补偿后位移：

式中：s'表示补偿前的位移，s₀为初始位置测量平面反射镜到集成四光电探测器的光程，L和H分别是测量平面反射镜上的光束入射点和测量镜支架到移动平台的连接点之间的垂直于纸面方向距离和纸面垂直方向距离。

7.根据权利要求6所述的一种用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理方法，其特征在于：所述步骤3)中，对四路差分干涉信号处理获得相位变化量的处理方式相同，以第一路差分干涉信号I₁为例，以下说明处理过程：

在被测对象沿光轴移动过程中，实时通过PGC解调第一路差分干涉信号I₁的相位，采用以下公式计算获得当前时刻被测对象所在位置对应的第一路差分干涉信号和初始时刻被测对象所在位置的对应的第一路差分干涉信号之间的相位差

其中，表示第一路差分干涉信号I₁当前时刻下通过PGC解调得到的相位，表示第一路差分干涉信号I₁初始时刻下通过PGC解调得到的相位，与的范围为[-π,π]，N₁表示大数计数值；

所述的大数计数值N₁是采用以下方式在被测对象沿光轴移动过程中通过计数器设置计数获得：若被测对象沿光轴远离偏振分光棱镜(3)移动，当相位变化2π的整个周期时，则大数计数值N₁加1；若被测对象沿光轴靠近偏振分光棱镜(3)移动，当相位变化-2π的整个周期时，则大数计数值N₁减1。