CN113959358A - 一种基于集成阵列式波片的四象限干涉测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于集成阵列式波片的四象限干涉测量系统。干涉测量系统由干涉单元、信号接收单元两部分组成，激光器输出激光经偏振分光棱镜PBS分光两路，反射光经四分之一波片‑平面反射镜‑四分之一波片，变为偏振方向与PBS透射光偏振方向垂直的参考光；同时，透射光经四分之一波片‑平面反射镜‑四分之一波片，变为偏振方向沿PBS透射光偏振方向的测量光，最终得到两束光偏振夹角为90°，汇合于偏振分光棱镜PBS后进入信号接收单元，汇合光通过激光分束器分为四束，均匀照射至集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器上。该发明解决了现有信号探测系统占据空间大、不利于集成的问题，适用于对空间及尺寸有较高要求的场景当中。

Description

一种基于集成阵列式波片的四象限干涉测量系统
技术领域
本发明涉及干涉测量技术领域，具体涉及一种基于集成阵列式波片的四象限干涉测量系统。
背景技术
光学干涉测量法作为一种重要的非接触表面三维形貌测量手段，具有无损伤、高效率的特点，长期以来始终是国内外高精度测量领域的研究热点，其中，单频激光干涉技术凭借测量精度高、速度快、易集成阵列化的优势，愈发受到工业测量领域的重视。为了减少测量过程中，双通道接收系统因光强变化引入的误差，避免三通道接收系统由于不对称性带来的不便，广泛采用四通道接收系统作为干涉光路信号的接收单元，其各路信号相差90°度。
目前，四通道接收单元在单频激光干涉技术中主要存在以下问题：传统的四通道接收单元存在占据空间较大且不利于集成阵列式的问题，无法用于对空间及尺寸有较高要求的场景当中。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种集成阵列式波片的四象限干涉测量系统，用于解决以往传统的四通道接收单元占空间较大且不利于集成，无法用在对空间及尺寸有较高要求的场景当中的问题。
本发明所述的测量系统分为干涉单元、信号接收单元两部分，干涉单元包括：激光器、偏振分光棱镜PBS、平面反射镜、四分之一波片；信号接收单元包括：分束器、集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器。
所述集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器整体结构分为三层，第一层为集成阵列式波片、第二层为偏振片；第三层为四象限光电探测器。
在一些实施例中，激光发生器选用633nm单模光纤耦合红光He-Ne激光器。
在一些实施例中，所述测量系统干涉单元内所采用的四分之一波片，快轴方向与PBS透射光偏振方向夹角为45°。
在一些实施例中，分束器可以把一束入射激光均匀地分配成四束出射光，出射光的光束直径、发散角和波前完全和入射激光相同。
在一些实施例中，集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器每层间采用紫外线固化UV胶粘合固定。
在一些实例中，集成阵列式波片尺寸为10mm×10mm×1mm，其上均匀分布4种波片类型，每种类型波片尺寸为5mm×5mm×1mm。
在一些实例中，偏振片尺寸为10mm×10mm×1mm。
本发明具有以下优势：
优势一，采用集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器，能够在一个空间位置上同时接收4道分束光路，大幅度缩小接收单元需占据的空间，更利于集成并在一些空间及尺寸有较高要求的测量场景当中应用。
优势二，集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器每层间采用紫外线固化UV胶粘合固定，粘结强度高，光学性能优良，固化后透光率大于90％，一分钟内可完全固化，粘合反应可控，十分适合自动化作业。
附图说明
图1为本发明一种基于集成阵列式波片的四象限干涉测量系统测量原理图；
图2为本发明的集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器结构示意图。
其中：1激光器、2偏振分光棱镜PBS、R3/T3四分之一波片、R4/T4平面反射镜、5分束器、6集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器、7四象限光电探测器、8偏振片、9集成阵列式波片，包括：LS1玻璃镜片、LS2快轴方向与PBS透射光偏振方向平行的四分之一波片、LS3快轴方向与PBS透射光偏振方向平行的二分之一波片、LS4快轴方向与PBS透射光偏振方向垂直的四分之一波片；R为反射光路，T为透射光路；Ⅰ干涉单元、Ⅱ信号接收单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明专利的具体实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明内的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明所述一种基于集成阵列式波片的四象限干涉测量系统测量原理图，所述测量系统分为干涉单元Ⅰ、信号接收单元Ⅱ两部分，其中干涉单元Ⅰ包括：激光器1、偏振分光棱镜PBS 2、四分之一波片R3/T3、平面反射镜R4/T4；信号接收单元Ⅱ包括分束器5、集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器6。
图1中，x轴方向为PBS透射光的偏振方向。
图2所述为本发明的集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器结构示意图，所述探测器整体结构分为三层，第一层为集成阵列式波片9，由均匀大小的玻璃镜片LS1、快轴方向与x轴平行的四分之一波片LS2、快轴方向与x轴平行的二分之一波片LS3、快轴方向与x轴垂直的四分之一波片LS4组成；第二层为与x轴成45°的偏振片8；第三层为四象限光电探测器7。
具体该测量系统工作方式为：干涉单元Ⅰ内的激光器1输出偏振方向与x轴成45°角的线偏振光，经偏振分光棱镜PBS 2分光得到一束偏振方向沿y轴的反射光和一束偏振方向沿x轴的透射光，反射光经过与x轴成45°角的四分之一波片R3变为圆偏振光，后经平面反射镜R4反射，再次通过与x轴成45°角的四分之一波片R3变为偏振方向沿y轴（x轴逆时针旋转90度）的参考光；透射光经与x轴成45°角的四分之一波片T3变为圆偏振光，后经平面反射镜T4反射，再经过与x轴成45°角的四分之一波片T3变为偏振方向沿x轴的测量光，参考光与测量光在偏振分光棱镜PBS 2内汇合。
经偏振分光棱镜PBS 2的汇合光路被信号接收单元Ⅱ接收，汇合光通过分束器5分为四束至集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器6，四束光分别照射在玻璃镜片LS1、快轴方向与x轴平行的四分之一波片LS2、快轴方向与x轴平行的二分之一波片LS3、快轴方向与x轴垂直的四分之一波片LS4上。
参考光和测量光需调节到同一偏振方向产生干涉。
在一些实施例中，激光发生器选用633nm单模光纤耦合红光He-Ne激光器。
在一些实施例中，所述测量系统干涉单元Ⅰ内，所采用四分之一波片R3/T3的快轴方向与x轴夹角为45°。
在一些实施例中，分束器可以把一束入射激光均匀地分配成四束出射光，出射光的光束直径、发散角和波前完全和入射激光相同。
在一些实施例中，集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器6每层间采用紫外线固化UV胶粘合固定。
在一些实例中，集成阵列式波片9尺寸为10mm×10mm×1mm，其上均匀分布4种波片类型，每种类型波片尺寸为5mm×5mm×1mm。
在一些实例中，与x轴成45°的偏振片8尺寸为10mm×10mm×1mm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于集成阵列式波片的四象限干涉测量系统，所述测量系统分为干涉单元(Ⅰ)、信号接收单元(Ⅱ)两部分，干涉单元(Ⅰ)包括：激光器(1)、偏振分光棱镜PBS (2)、四分之一波片(R3/T3)、平面反射镜(R4/T4)；信号接收单元(Ⅱ)包括分束器(5)、集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器(6)，其特征在于：激光器（1）产生的激光通过干涉单元(Ⅰ)内全部镜组，产生干涉信号后，通过分束器(5)分为四束，照射至集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器上(6)。
2.根据权利要求1所述的集成阵列式波片的四象限干涉信号探测器(6)，其特征在于探测器整体结构分为三层，第一层为集成阵列式波片(9)，由均匀大小的玻璃镜片(LS1)、快轴方向与PBS透射光偏振方向平行的四分之一波片(LS2)、快轴方向与PBS透射光偏振方向平行的二分之一波片(LS3)、快轴方向与PBS透射光偏振方向垂直的四分之一波片(LS4)组成；第二层为与PBS透射光偏振方向成45°的偏振片(8)；第三层为四象限光电探测器(7)，每层间采用紫外线固化UV胶粘合固定。
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