CN109855530A - 干涉仪系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干涉仪系统，包括：光束入射单元、光束调节单元、干涉仪光路单元、第一光束接收单元和第二光束接收单元，光束调节单元包括分光镜单元和偏振单元，光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束，分光镜单元用于将输入光束各分出一路参考光经所述偏振单元合束后进入第一光束接收单元，且还分出两路从不同位置入射至干涉仪光路单元的入射光，干涉仪光路单元的输出光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元，干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经偏振单元后远离第二光束接收单元。本发明提出了一种干涉仪系统及其使用方法，可以将两个频率的光分开传输，并入射到传统双频干涉仪中，有效降低偏振频率混叠的问题。

Description

干涉仪系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种干涉仪，尤其是一种干涉仪系统及其使用方法。

背景技术

双频干涉仪作为一种超精密的非接触式测量设备，可以进行高速高精密的位移测量，如果与不同的附件组合，还可以进行长度、速度、角度、平面度、直线度等测量，具有测量范围大、分辨率高、精度高等优势。在半导体制造、精密机床加工、军事、航天、汽车制造、坐标测量等领域都具有非常广泛的应用。随着双频干涉仪的应用越来越广泛，对双频干涉仪的使用便捷性也提出了越来越高的要求。

如图1-3所示，传统双频干涉仪使用的双频激光由双频激光器产生，并在自由空间中传输至双频干涉仪，进行干涉信号测量。双频激光包含频率f1和f2，f1为测量光，携带被测物体的位移信息；f2为参考光，在干涉仪内部反射；在干涉仪出光口出参考光与测量光发生干涉，实现位移测量。

在现有技术中，提供了一种两个频率的正交偏振光共光路输入双频干涉仪，不可避免会存在偏振频率混叠，增大干涉仪的非线性误差，降低干涉仪测量重复性。为了解决传统双频干涉仪的频率混叠问题，可以将入射的两个频率的光分开，在进入探测器之前均不共光路传输，避免发生频率混叠。但是现有技术中的干涉仪结构需要根据入光特性进行特殊设计以实现双频测量，其采用了不同于传统干涉仪的结构，不能兼容传统双频干涉仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干涉仪系统及其使用方法,以解决现有技术中的干涉仪结构进行特殊设计而不能兼容传统双频干涉仪的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种干涉仪系统，包括：光束入射单元、光束调节单元、干涉仪光路单元、第一光束接收单元和第二光束接收单元，所述光束调节单元包括分光镜单元和偏振单元，所述光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束，所述分光镜单元用于将所述输入光束各分出一路参考光经所述偏振单元合束后进入所述第一光束接收单元，且还分出两路从不同位置入射至所述干涉仪光路单元的入射光，所述干涉仪光路单元的输出光束经所述偏振单元合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

进一步地，所述光束入射单元包括准直器单元，光束经所述准直器单元后进入所述光束调节单元。

进一步地，所述光束入射单元还包括第一光纤和第二光纤，所述准直器单元包括第一准直器和第二准直器，所述第一光纤与第一准直器连接，所述第二光纤与第二准直器连接。

进一步地，所述分光镜单元包括第一分光镜和第二分光镜，所述第一分光镜和第二分光镜分别接受不同位置的输入光束。

进一步地，所述偏振单元包括第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，所述参考光经所述第一偏振分光棱镜合束后进入所述第一光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束经所述第二偏振分光棱镜合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

进一步地，所述光束调节单元还包括角度调节元件，所述角度调节元件设置在所述光束入射单元及分光镜单元之间的光路上，以调整两路所述参考光的相干性。

进一步地，所述第一光束接收单元包括第一耦合器，所述第二光束接收单元包括第二耦合器，两路所述参考光经所述偏振单元合束后进入第一耦合器，所述干涉仪光路单元输出的光束经所述偏振单元合束后进入所述第二耦合器。

进一步地，所述第一光束接收单元还包括第三光纤，所述第二光束接收单元还包括第四光纤，所述第三光纤与第一耦合器连接，所述第四光纤与第二耦合器连接。

进一步地，还包括数据处理单元，所述数据处理单元根据所述第一光束接收单元和第二光束接收单元获取被测位移。

本发明还提供了一种干涉仪的使用方法，包括：

通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束；

通过分光镜单元接收所述输入光束，并将所述输入光束各分出一路参考光，且还分出两路从不同位置入射至干涉仪光路单元的入射光；

将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；

将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元；

将所述干涉仪光路单元输出的光束中频率混叠的光束，经偏振单元改变方向，远离所述第二光束接收单元。

进一步地，通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束包括：

通过准直器单元处理不同频率和偏振态的输入光束；

进一步地，通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束还包括：

通过第一光纤及第一准直器传输一输入光束；

通过第二光纤及第二准直器传输另一不同频率和偏振态的输入光束。

进一步地，通过分光镜单元接收所述输入光束包括：

通过第一分光镜接收一输入光束；

通过第二分光镜接收不同位置的另一输入光束。

进一步地，所述偏振单元包括第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，所述参考光经所述第一偏振分光棱镜合束后进入所述第一光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束经所述第二偏振分光棱镜合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

进一步地，还包括：

将角度调节元件设置在所述光束入射单元及分光镜单元之间的光路上，以调整两路所述参考光的相干性。

进一步地，将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元包括：

将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一耦合器；

将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二耦合器。

进一步地，将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元还包括：

通过第三光纤获取第一耦合器处理后的光束；

通过第四光纤获取第二耦合器处理后的光束。

进一步地，还包括：

根据所述第一光束接收单元和第二光束接收单元获取的光束信息获取被测位移。

本发明提出了一种干涉仪系统及其使用方法，可以将两个频率的光分开传输，并入射到传统双频干涉仪中，有效降低偏振频率混叠的问题，实现干涉测量，具有极好的适应性和兼容性，不需要变更原有干涉仪结构，降低了新干涉仪结构研发的风险，成本上也具有优势。

附图说明

图1为传统双频干涉仪的结构示意图；

图2为传统双频干涉仪频率混叠状态示意图；

图3为传统双频干涉仪的应用场景示意图；

图4为本发明实施例一提供的干涉仪系统的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的第二偏振分光棱镜的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的干涉仪系统频率混叠状态示意图；

图7为本发明实施例一提供的干涉仪系统的应用场景示意图；

图8为本发明实施例二提供的干涉仪系统的结构示意图。

图中，100：光束调节单元，201：二细分双频干涉仪，202：四细分双频干涉仪，601、602：反射镜，401、404：输入光束，402、405：出射光，403、406：参考光，407：合成光束，408：输出光束，409、410：入射光，411、412：反射光，501：第一光纤，502：第二光纤，105：第一准直器，106：第二准直器，107：第一耦合器，108：第二耦合器，109：第一楔角片对，110：第一分光镜，111：第二偏振分光棱镜，112：第二分光镜，113：第二楔角片对，114：第一偏振分光棱镜，115：第一偏振分光面，116：第二偏振分光面，701：第三光纤，702：第四光纤。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

请参考图2和图3，提供了一种传统的干涉仪，光源300发出一束双频激光，包含频率f1和f2；自由空间传输至传统双频干涉仪200；测量镜600放置在被测物体上，跟随被测物体运动；输出信号通过光纤700输出至激光计数卡。

其中，入射双频激光f1和f2入射传统干涉仪201并在偏振分光棱镜分光面202上分光，假设偏振分光面不理想，会有少量f1光在202面上反射，少量f2光在202面上透射，如图中曲线表示的光路走向(在本发明中称之为频率混叠光束)。则导致最终接收信号中除了包含用于计算位置的频率f1+Δf和f2之外，还有少量f1和f2+Δf频率，这些频率影响位置测量信号，会降低干涉仪的测量重复性指标，此现象即为频率混叠导致产生非线性误差。

如图4所示，本实施例提供了一种干涉仪系统，包括：光束入射单元、光束调节单元100、干涉仪光路单元、第一光束接收单元和第二光束接收单元，所述光束调节单元100包括分光镜单元和偏振单元，所述光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束401/404，所述分光镜单元用于将所述输入光束401/404各分出一路参考光403/406经所述偏振单元合束后进入所述第一光束接收单元，且还分出两路从不同位置入射至所述干涉仪光路单元的入射光409/410，所述干涉仪光路单元的输出光束408经所述偏振单元合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

在本实施例中，干涉仪光路单元包括二细分双频干涉仪201和反射镜601，反射镜601携带被测位移信息。

进一步地，所述光束入射单元包括准直器单元、第一光纤501和第二光纤502，光束经所述准直器单元后进入所述光束调节单元，所述准直器单元包括第一准直器105和第二准直器106，所述第一光纤501与第一准直器105连接，所述第二光纤502与第二准直器106连接。

在本实施例中，所述分光镜单元包括第一分光镜110和第二分光镜112，所述第一分光镜110和第二分光镜112分别接受不同位置的输入光束401/404，并分出两路参考光403/406，且还分出两路出射光402/405,出射光402/405经偏振单元处理后形成入射至所述干涉仪光路单元的入射光409/410。

进一步地，所述偏振单元包括第一偏振分光棱镜114和第二偏振分光棱镜111，所述参考光403/406经所述第一偏振分光棱镜114合束后进入所述第一光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束408经所述第二偏振分光棱镜111合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

请参考图5，为了提高双频干涉仪的温度稳定性，需要使频率f1的出射光402和f2的出射光405在第二偏振分光棱镜111内的光程相同。可以通过控制出射光402入光处玻璃长度L，使出射光402和出射光405光程相同，提高光束调节单元的温度稳定性。

为了保证参考光403/406的相干性，所述光束调节单元100还包括角度调节元件，所述角度调节元件设置在所述光束入射单元及分光镜单元之间的光路上，以调整两路所述参考光的相干性。可以使用楔角片对调整两个不同频率光束的平行度，也可以使用其它光学元件实现光束偏转调整，如单楔角片，反射镜或者棱镜结构。在本实施例中，角度调节元件包括第一楔角片对109和第二楔角片对113，第一楔角片对109设置在第一光纤501及第一分光镜110之间的光路上，第二楔角片对113设置在第二光纤502及第二分光镜112之间的光路上。

进一步地，所述第一光束接收单元包括第一耦合器107和第三光纤701，所述第二光束接收单元包括第二耦合器108和第四光纤702，两路所述参考光403/406经所述偏振单元合束后进入第一耦合器107，所述干涉仪光路单元输出的光束经所述偏振单元合束后进入所述第二耦合器108，所述第三光纤701与第一耦合器107连接，所述第四光纤702与第二耦合器108连接。

请继续参考图4，两个频率不同且偏振态不同的双频激光束分别由第一光纤501和第二光纤502输入，例如，第一光纤501中传输P偏振光，第二光纤502传输S偏振光，但不限于此。其中，第一光纤501中输入频率为f1的P偏振光，经第一准直器105后沿输入光束401方向平行出射；第二光纤502中输入频率为f2的S偏振光，经第二准直器106后沿输入光束404方向平行出射。输入光束401经第一分光镜110后分成两束强度不同的光束：出射光402和参考光403，输入光束404经第二分光镜112后分成两束强度不同的光束出射光405和参考光406；P偏振光的参考光403和S偏振光的参考光406在第一偏振分光棱镜114处形成合成光束407，并经第一耦合器107耦合到第三光纤701传输，合成光束407含有频差为f2-f1的参考光信号；在光路中增加第二楔角片对113调整参考光403和参考光406的角度偏差，图中实线光束表示频率为f1的光；虚线光束表示频率为f2的光。

P偏振光的出射光402经第二偏振分光棱镜111的第一偏振分光面115后，沿入射光409方向出射；S偏振光的出射光405经第二偏振分光棱镜111的第二偏振分光面116后，沿入射光410方向出射；入射光409/410相隔一定距离平行入射到二细分双频干涉仪201中。沿入射光409方向的P偏振光束作为二细分双频干涉仪201的测量光，照射到反射镜601上，并最终沿反射光412方向返回光束调节单元100；经光束调节单元100中的第二偏振分光棱镜111的第二偏振分光面116后，沿输出光束408方向传播，该P偏振光带有被测反射镜601相对于双频干涉仪的位移信息，频率为f₁+Δf。沿入射光410方向的S偏振光束作为二细分双频干涉仪201的参考光，在双频干涉仪内部反射并最终沿反射光411方向返回光束调节单元100；经光束调节单元100中的第二偏振分光棱镜111的第一偏振分光面115和第二偏振分光面116后，沿输出光束408方向传播，该S偏振光频率为f₂。沿输出光束408方向的合光频率为f₂-f₁-Δf，该光束含有被测信号，经第二耦合器108耦合到第四光纤702传输；为了保证测量信号的相干性，在光路中增加第一楔角片对109调整出射光402和出射光405的角度偏差。

当被测反射镜601沿X向运动ΔX时，经第四光纤702探测到含有被测位移的干涉信号，其条纹数为N₁：

N₁＝f₂*T-(f₁+Δf)*T＝(f₂-f₁)T-2ΔX/λ

其中，T为运动ΔX位移量所用时间，λ为双频激光波长。

经第三光纤701探测到不含被测位移的参考信号，其条纹数为N₂：

N₂＝f₂*T-f₁*T＝(f₂-f₁)T

进一步地，还包括数据处理单元(未图示)，所述数据处理单元根据所述第一光束接收单元和第二光束接收单元获取被测位移，数据处理单元例如为激光计数卡，具体地，将探测到的条纹数相减，即可得到测量镜601相对于干涉仪在X向运动的位移ΔX：

ΔX＝λ(N₂-N₁)/2

请参考图6和图7，为本发明实施例提供的光束调节单元的示意图，光源300发出双频激光f1和f2；两根光纤500分别传输一个频率；光束调节单元100用于实现传统双频干涉仪200入光的光纤传输，以及输出信号的光纤传输；测量镜600(即本实施例中的反射镜601)放置在被测物体上，跟随被测物体运动；输出信号通过光纤700输出至激光计数卡。

其中，双频光源通过光束调节单元后，频率f1光和f2光以一定间隔平行进入传统双频干涉仪。在偏振分光面202上分光，假设偏振分光面不理想，会有少量f1光在202面上反射，少量f2光在202面上透射，如图中曲线表示的光路走向。少量f1光在202面反射后，频率仍为f1，沿着f2入光的反方向出射，不会进入最终接收信号中；少量f2光在202面透射后，频率变为f2+Δf，沿着f1入光的反方向出射，不会进入最终接收信号中，不会对最终信号造成干扰。由此可知，该干涉仪系统可以有效抑制由偏振频率混叠问题带来的非线性误差，能够将偏振频率混叠的光束从接收信号中分离出来，避免其进入最终接收信号中，有效降低传统干涉仪由偏振频率混叠问题导致的非线性误差，提高干涉仪的测量重复性。

本实施例提供的干涉仪系统，可配合传统双频干涉仪使用，实现光源光纤输入和信号光纤输出的全光纤双频干涉仪，光源和探测器都可以放在远程，测量系统所需的空间非常小，光源的更换也不需要重新调整干涉仪，安装便利性和可维护性都较高。其中，干涉仪系统设置有两个光纤输入端和两个光纤输出端，以及提供给传统干涉仪的双频自由空间光束。可将两个光纤输入端输入的两个不同频率光束，变换并整理成适合传统双频干涉仪使用的自由空间光束，并收集传统双频干涉仪返回的干涉测量光束，用光纤传输，提供给远程的激光计数卡探测。同时还为测量系统提供一路参考光束，用光纤传输，提供给远程的激光计数卡探测。

本发明还提供了一种干涉仪的使用方法，包括：

通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束401/404；

通过分光镜单元接收所述输入光束401/404，并将所述输入光束401/404各分出一路参考光403/406，且还分出两路从不同位置入射至干涉仪光路单元的入射光409/410；

将两路所述参考光403/406经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；

将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元；

将所述干涉仪光路单元输出的光束中频率混叠的光束，经偏振单元改变方向，远离所述第二光束接收单元。

在本实施例中，干涉仪光路单元包括二细分双频干涉仪201和反射镜601，反射镜601携带被测位移信息。

进一步地，通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束401/404包括：

通过准直器单元处理不同频率和偏振态的输入光束401/404；

进一步地，通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束401/404还包括：

通过第一光纤501及第一准直器105传输一输入光束401；

通过第二光纤502及第二准直器106传输另一不同频率和偏振态的输入光束404。

进一步地，通过分光镜单元接收所述输入光束包括：

通过第一分光镜110接收一输入光束401；

通过第二分光镜112接收不同位置的另一输入光束404。

进一步地，所述偏振单元包括第一偏振分光棱镜114和第二偏振分光棱镜111，所述参考光经所述第一偏振分光棱镜114合束后进入所述第一光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束408经所述第二偏振分光棱镜111合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

为了保证参考光403/406的相干性，还包括：

将角度调节元件设置在所述光束入射单元及分光镜单元之间的光路上，以调整两路所述参考光的相干性。

可以使用楔角片对调整两个不同频率光束的平行度，也可以使用其它光学元件实现光束偏转调整，如单楔角片，反射镜或者棱镜结构。在本实施例中，角度调节元件包括第一楔角片对109和第二楔角片对113，第一楔角片对109设置在第一光纤501及第一分光镜110之间的光路上，第二楔角片对113设置在第二光纤502及第二分光镜112之间的光路上。

进一步地，将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元包括：

将两路所述参考光403/406经偏振单元合束后进入第一耦合器107；

将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二耦合器108。

进一步地，将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元还包括：

通过第三光纤701获取第一耦合器处理后的光束；

通过第四光纤702获取第二耦合器处理后的光束。

进一步地，还包括：

根据所述第一光束接收单元和第二光束接收单元获取的光束信息获取被测位移。

请继续参考图4，两个频率不同且偏振态不同的双频激光束分别由第一光纤501和第二光纤502输入，例如，第一光纤501中传输P偏振光，第二光纤502传输S偏振光，但不限于此。其中，第一光纤501中输入频率为f1的P偏振光，经第一准直器105后沿输入光束401方向平行出射；第二光纤502中输入频率为f2的S偏振光，经第二准直器106后沿输入光束404方向平行出射。输入光束401经第一分光镜110后分成两束强度不同的光束：出射光402和参考光403，输入光束404经第二分光镜112后分成两束强度不同的光束出射光405和参考光406；P偏振光的参考光403和S偏振光的参考光406在第一偏振分光棱镜114处形成合成光束407，并经第一耦合器107耦合到第三光纤701传输，合成光束407含有频差为f2-f1的参考光信号；在光路中增加第二楔角片对113调整参考光403和参考光406的角度偏差，图中实线光束表示频率为f1的光；虚线光束表示频率为f2的光。

P偏振光的出射光402经第二偏振分光棱镜111的第一偏振分光面115后，沿入射光409方向出射；S偏振光的出射光405经第二偏振分光棱镜111的第二偏振分光面116后，沿入射光410方向出射；入射光409/410相隔一定距离平行入射到二细分双频干涉仪201中。沿入射光409方向的P偏振光束作为二细分双频干涉仪201的测量光，照射到反射镜601上，并最终沿反射光412方向返回光束调节单元100；经光束调节单元100中的第二偏振分光棱镜111的第二偏振分光面116后，沿输出光束408方向传播，该P偏振光带有被测反射镜601相对于双频干涉仪的位移信息，频率为f₁+Δf。沿入射光410方向的S偏振光束作为二细分双频干涉仪201的参考光，在双频干涉仪内部反射并最终沿反射光411方向返回光束调节单元100；经光束调节单元100中的第二偏振分光棱镜111的第一偏振分光面115和第二偏振分光面116后，沿输出光束408方向传播，该S偏振光频率为f₂。沿输出光束408方向的合光频率为f₂-f₁-Δf，该光束含有被测信号，经第二耦合器108耦合到第四光纤702传输；为了保证测量信号的相干性，在光路中增加第一楔角片对109调整出射光402和出射光405的角度偏差。

当被测反射镜601沿X向运动ΔX时，经第四光纤702探测到含有被测位移的干涉信号，其条纹数为N₁：

N₁＝f₂*T-(f₁+Δf)*T＝(f₂-f₁)T-2ΔX/λ

其中，T为运动ΔX位移量所用时间，λ为双频激光波长。

经第三光纤701探测到不含被测位移的参考信号，其条纹数为N₂：

N₂＝f₂*T-f₁*T＝(f₂-f₁)T

进一步地，还包括数据处理单元(未图示)，所述数据处理单元根据所述第一光束接收单元和第二光束接收单元获取被测位移，数据处理单元例如为激光计数卡，具体地，将探测到的条纹数相减，即可得到测量镜601相对于干涉仪在X向运动的位移ΔX：

ΔX＝λ(N₂-N₁)/2

请参考图2和图3，提供了一种传统的干涉仪，光源300发出一束双频激光，包含频率f1和f2；自由空间传输至传统双频干涉仪200；测量镜600放置在被测物体上，跟随被测物体运动；输出信号通过光纤700输出至激光计数卡。

其中，入射双频激光f1和f2入射传统干涉仪201并在偏振分光棱镜分光面202上分光，假设偏振分光面不理想，会有少量f1光在202面上反射，少量f2光在202面上透射，如图中曲线表示的光路走向。则导致最终接收信号中除了包含用于计算位置的频率f1+Δf和f2之外，还有少量f1和f2+Δf频率，这些频率影响位置测量信号，会降低干涉仪的测量重复性指标。

请参考图6和图7，为本发明实施例提供的光束调节单元的示意图，光源300发出双频激光f1和f2；两根光纤500分别传输一个频率；光束调节单元100用于实现传统双频干涉仪200入光的光纤传输，以及输出信号的光纤传输；测量镜600(即本实施例中的反射镜601)放置在被测物体上，跟随被测物体运动；输出信号通过光纤700输出至激光计数卡。

其中，双频光源通过光束调节单元后，频率f1光和f2光以一定间隔平行进入传统双频干涉仪。在偏振分光面202上分光，假设偏振分光面不理想，会有少量f1光在202面上反射，少量f2光在202面上透射，如图中曲线表示的光路走向。少量f1光在202面反射后，频率仍为f1，沿着f2入光的反方向出射，不会进入最终接收信号中；少量f2光在202面透射后，频率变为f2+Δf，沿着f1入光的反方向出射，不会进入最终接收信号中，不会对最终信号造成干扰。由此可知，该干涉仪系统可以有效抑制由偏振频率混叠问题带来的非线性误差，能够将偏振频率混叠的光束从接收信号中分离出来，避免其进入最终接收信号中，有效降低传统干涉仪由偏振频率混叠问题导致的非线性误差，提高干涉仪的测量重复性。

本实施例提供的干涉仪系统及其使用方法，可配合传统双频干涉仪使用，实现光源光纤输入和信号光纤输出的全光纤双频干涉仪，光源和探测器都可以放在远程，测量系统所需的空间非常小，光源的更换也不需要重新调整干涉仪，安装便利性和可维护性都较高。其中，干涉仪系统设置有两个光纤输入端和两个光纤输出端，以及提供给传统干涉仪的双频自由空间光束。可将两个光纤输入端输入的两个不同频率光束，变换并整理成适合传统双频干涉仪使用的自由空间光束，并收集传统双频干涉仪返回的干涉测量光束，用光纤传输，提供给远程的激光计数卡探测。同时还为测量系统提供一路参考光束，用光纤传输，提供给远程的激光计数卡探测。

本发明提出了一种干涉仪系统及其使用方法，可以将两个频率的光分开传输，并入射到传统双频干涉仪中，有效降低偏振频率混叠的问题，实现干涉测量，具有极好的适应性和兼容性，不需要变更原有干涉仪结构，降低了新干涉仪结构研发的风险，成本上也具有优势。

实施例二

如图8所示，与实施例一不同的是，干涉仪光路单元包括四细分双频干涉仪202和反射镜602，即该干涉仪系统中的干涉仪光路单元可为多种类型双频干涉仪，可搭配二细分双频干涉仪使用，也可搭配四细分双频干涉仪使用。

当被测反射镜602沿X向运动ΔX时，经第四光纤702探测到含有被测位移的干涉信号，其条纹数为N₁：

N₁＝f₂*T-(f₁+Δf)*T＝(f₂-f₁)T-4ΔX/λ

其中，T为运动ΔX位移量所用时间，λ为双频激光波长。

经第三光纤701探测到不含被测位移的参考信号，其条纹数为N₂：

N₂＝f₂*T-f₁*T＝(f₂-f₁)T

将探测到的两个条纹数相减，即可得到测量镜602相对于干涉仪在X向运动的位移ΔX：

ΔX＝λ(N₂-N₁)/4

在实施例一中光束调节单元100的工作原理的基础上，本领域技术人员可以直接毫无疑义得知实施例二中的光束调节单元100工作原理，故在此不再赘述。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种干涉仪系统，其特征在于，包括：光束入射单元、光束调节单元、干涉仪光路单元、第一光束接收单元和第二光束接收单元，所述光束调节单元包括分光镜单元和偏振单元，所述光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束，所述分光镜单元用于将所述输入光束各分出一路参考光经所述偏振单元合束后进入所述第一光束接收单元，且还分出两路从不同位置入射至所述干涉仪光路单元的入射光，所述干涉仪光路单元的输出光束经所述偏振单元合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

2.如权利要求1所述的干涉仪系统，其特征在于，所述光束入射单元包括准直器单元，光束经所述准直器单元后进入所述光束调节单元。

3.如权利要求2所述的干涉仪系统，其特征在于，所述光束入射单元还包括第一光纤和第二光纤，所述准直器单元包括第一准直器和第二准直器，所述第一光纤与第一准直器连接，所述第二光纤与第二准直器连接。

4.如权利要求1所述的干涉仪系统，其特征在于，所述分光镜单元包括第一分光镜和第二分光镜，所述第一分光镜和第二分光镜分别接受不同位置的输入光束。

5.如权利要求1所述的干涉仪系统，其特征在于，所述偏振单元包括第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，所述参考光经所述第一偏振分光棱镜合束后进入所述第一光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束经所述第二偏振分光棱镜合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

6.如权利要求1所述的干涉仪系统，其特征在于，所述光束调节单元还包括角度调节元件，所述角度调节元件设置在所述光束入射单元及分光镜单元之间的光路上，以调整两路所述参考光的相干性。

7.如权利要求1所述的干涉仪系统，其特征在于，所述第一光束接收单元包括第一耦合器，所述第二光束接收单元包括第二耦合器，两路所述参考光经所述偏振单元合束后进入第一耦合器，所述干涉仪光路单元输出的光束经所述偏振单元合束后进入所述第二耦合器。

8.如权利要求7所述的干涉仪系统，其特征在于，所述第一光束接收单元还包括第三光纤，所述第二光束接收单元还包括第四光纤，所述第三光纤与第一耦合器连接，所述第四光纤与第二耦合器连接。

9.如权利要求1所述的干涉仪系统，其特征在于，还包括数据处理单元，所述数据处理单元根据所述第一光束接收单元和第二光束接收单元获取被测位移。

10.一种干涉仪的使用方法，其特征在于，包括：

通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束；

通过分光镜单元接收所述输入光束，并将所述输入光束各分出一路参考光，且还分出两路从不同位置入射至干涉仪光路单元的入射光；

将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；

将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元；

将所述干涉仪光路单元输出的光束中频率混叠的光束，经偏振单元改变方向，远离所述第二光束接收单元。

11.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束包括：

通过准直器单元处理不同频率和偏振态的输入光束。

12.如权利要求11所述的使用方法，其特征在于，通过光束入射单元传输不同频率和偏振态的输入光束还包括：

通过第一光纤及第一准直器传输一输入光束；

通过第二光纤及第二准直器传输另一不同频率和偏振态的输入光束。

13.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，通过分光镜单元接收所述输入光束包括：

通过第一分光镜接收一输入光束；

通过第二分光镜接收不同位置的另一输入光束。

14.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，所述偏振单元包括第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，所述参考光经所述第一偏振分光棱镜合束后进入所述第一光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束经所述第二偏振分光棱镜合束后进入所述第二光束接收单元，所述干涉仪光路单元的输出光束中的频率混叠光束经所述偏振单元后远离所述第二光束接收单元。

15.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，还包括：

将角度调节元件设置在所述光束入射单元及分光镜单元之间的光路上，以调整两路所述参考光的相干性。

16.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元包括：

将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一耦合器；

将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二耦合器。

17.如权利要求16所述的使用方法，其特征在于，将两路所述参考光经偏振单元合束后进入第一光束接收单元；将所述干涉仪光路单元输出的光束经偏振单元合束后进入第二光束接收单元还包括：

通过第三光纤获取第一耦合器处理后的光束；

通过第四光纤获取第二耦合器处理后的光束。

18.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，还包括：

根据所述第一光束接收单元和第二光束接收单元获取的光束信息获取被测位移。