CN117008350A - 一种正交偏振光调控装置、干涉仪和光栅位移测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种正交偏振光调控装置、干涉仪和光栅位移测量系统。其中，通过设置双频激光器和第一沃拉斯顿棱镜，其中双频激光器出射第一光束和第二光束，所述第一光束包括第一线偏振光，所述第二光束包括第二线偏振光，所述第一线偏振光与所述第二线偏振光的偏振方向垂直；第一渥拉斯顿棱镜用于将所述第一线偏振光以第一预设角度出射，将所述第二线偏振光以第二预设角度出射，可以实现完全正交的两束线偏振光。本发明实施例解决了现有激光器难以满足测量系统对线偏振光偏振正交的要求，能够实现高偏振线性度及正交度的入射光，保证两束光偏振线性度满足测量使用需求。

Description

一种正交偏振光调控装置、干涉仪和光栅位移测量系统

技术领域

本发明实施例涉及激光精密测量技术领域，尤其涉及一种正交偏振光调控装置、干涉仪和光栅位移测量系统。

背景技术

在基于光学外差检测方法的干涉仪及光栅位移测量系统中，常需要两束偏振方向完全正交，且存在固定频差的两束入射激光。基于不同的测量方案，通常需要控制两束光传播方向性及偏振态的正交性，不完全正交的偏振入射将引起后续偏振分光元件的漏光干扰，带来系统的非线性误差，引起位移测量性能的下降。

然而，由于现有激光器无法出射线性高度正交的两束偏振光，导致照明装置出射的两束光正交性差，且现有照明装置无法调整两出射光束的角度以及相对位置，难以满足测量系统对偏振正交的要求。

发明内容

本发明提供一种正交偏振光调控装置、干涉仪和光栅位移测量系统，以控制两束光的传播方向性及偏振态的正交性，避免不完全正交引起后续偏振分光元件的漏光干扰，带来系统的非线性误差，引起位移测量性能的下降。

第一方面，本发明实施例提供了一种正交偏振光调控装置，包括：

双频激光器，用于出射第一光束和第二光束，所述第一光束包括第一线偏振光，所述第二光束包括第二线偏振光，所述第一线偏振光与所述第二线偏振光的偏振方向垂直；

第一渥拉斯顿棱镜，用于将所述第一线偏振光以第一预设角度出射，将所述第二线偏振光以第二预设角度出射。

可选地，所述第一渥拉斯顿棱镜包括寻常光光轴正交的第一双折射直角棱镜和第二双折射直角棱镜，所述第一双折射直角棱镜与所述第二双折射直角棱镜斜面相互贴附且关于斜面中心点呈中心对称，所述第一光束和所述第二光束经所述第一双折射直角棱镜入射并由所述第二双折射直角棱镜出射；

所述第一双折射直角棱镜的寻常光光轴与所述第一线偏振光的偏振方向一致，所述第二双折射直角棱镜的寻常光光轴与所述第二线偏振光的偏振方向一致。

可选地，还包括：第一保偏光纤和第二保偏光纤，所述第一光束和所述第二光束分别通过所述第一保偏光纤和所述第二保偏光纤传输；

第一准直透镜和第二准直透镜，所述第一准直透镜和所述第二准直透镜的焦点分别位于所述第一保偏光纤和所述第二保偏光纤的输出端口；所述第一准直透镜和所述第二准直透镜分别用于使所述第一光束和所述第二光束准直且垂直入射所述第一渥拉斯顿棱镜；

第一线偏振片和第二线偏振片，分别位于所述第一准直透镜和所述第二准直透镜与所述第一渥拉斯顿棱镜之间，所述第一线偏振片的透过轴与所述第一线偏振光的偏振方向一致，所述第二线偏振光的透过轴与所述第二线偏振光的偏振方向一致。

可选地，还包括第二渥拉斯顿棱镜，所述第二渥拉斯顿棱镜位于所述第一渥拉斯顿棱镜的出光侧；

所述第二渥拉斯顿棱镜包括寻常光光轴正交的第三双折射直角棱镜和第四双折射直角棱镜，所述第三双折射直角棱镜与所述第四双折射直角棱镜斜面相互贴附且关于斜面中心点呈中心对称，所述第一线偏振光和所述第二线偏振光经所述第三双折射直角棱镜入射并由所述第四双折射直角棱镜出射；

所述第三双折射直角棱镜的寻常光光轴与所述第二线偏振光的偏振方向一致，所述第四双折射直角棱镜的寻常光光轴与所述第一线偏振光的偏振方向一致。

可选地，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的厚度相同，所述第三双折射直角棱镜和所述第四双折射直角棱镜与第一双折射直角棱镜和第二双折射直角棱镜的楔角相同。

可选地，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜满足下述关系式：d≈|D-2*L*tan(α)|；

其中，所述第一线偏振光和所述第二线偏振光的距离为d，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的厚度均为D，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的相对位置偏移量为L，所述第一预设角度和所述第二预设角度的夹角为2α。

可选地，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的厚度不同，所述第三双折射直角棱镜和所述第四双折射直角棱镜与第一双折射直角棱镜和第二双折射直角棱镜的楔角不同。

可选地，所述第一光束还包括第三线偏振光，所述第三线偏振光与所述第二线偏振光的偏振方向一致；所述第二光束还包括第四线偏振光，所述第四线偏振光与所述第一线偏振光的偏振方向一致；所述第三线偏振光以第五预设角度出射，所述第四线偏振光以第六预设角度出射；

所述调控装置还包括第一遮光板和第二遮光板，所述第一遮光板位于所述第三线偏振光的光路上，所述第二遮光板位于所述第四线偏振光的光路上。

可选地，还包括第一楔角片和第二楔角片，所述第一楔角片和所述第二楔角片分别位于所述第一光束和所述第二光束入射至所述第一渥拉斯顿棱镜之间的光路上；

所述第一楔角片和所述第二楔角片的斜边位于背离所述第一渥拉斯顿棱镜的一侧，且所述第一楔角片和所述第二楔角片关于垂直第一渥拉斯顿棱镜的光入射面的直线呈轴对称。

可选地，还包括耦合透镜和输出光纤，所述第一线偏振光与所述第二线偏振光经所述耦合透镜聚焦于所述输出光纤的输入端口。

第二方面，本发明实施例还提供了一种干涉仪，包括如第一方面任意一项所述的正交偏振光调控装置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种光栅位移测量系统，包括如第一方面任意一项所述的正交偏振光调控装置，还包括位移测量传感器，所述位移测量传感器接收所述正交偏振光调控装置输出的第一线偏振光和第二线偏振光。

本实施例的方案中，通过设置双频激光器和第一沃拉斯顿棱镜，其中双频激光器出射第一光束和第二光束，所述第一光束包括第一线偏振光，所述第二光束包括第二线偏振光，所述第一线偏振光与所述第二线偏振光的偏振方向垂直；第一渥拉斯顿棱镜用于将所述第一线偏振光以第一预设角度出射，将所述第二线偏振光以第二预设角度出射，可以实现完全正交的两束线偏振光。本发明实施例解决了现有激光器难以满足测量系统对线偏振光偏振正交的要求，能够实现高偏振线性度及正交度的入射光，保证两束光偏振线性度满足测量使用需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种正交偏振光调控装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的第一渥拉斯顿棱镜的工作原理示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种正交偏振光调控装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种正交偏振光调控装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种正交偏振光调控装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种正交偏振光调控装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的添加楔角片的第一渥拉斯顿棱镜的工作原理示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种正交偏振光调控装置的出光结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种正交偏振光调控装置的结构示意图，参考图1，该正交偏振光调控装置包括：双频激光器10，用于出射第一光束和第二光束，第一光束包括第一线偏振光，第二光束包括第二线偏振光，第一线偏振光与第二线偏振光的偏振方向垂直；第一渥拉斯顿棱镜21，用于将第一线偏振光以第一预设角度出射，将第二线偏振光以第二预设角度出射。

其中，双频激光器10可选为负责产生两束具有固定频差的激光的激光器，即第一光束和第二光束，光束频率分别为f1、f2，常用632.9nm波段，可以为可见光、近红外等双频激光光源。本发明实施例中，第一光束和第二光束的频差大小需远小于光频率，以保证不影响偏振调制。在其他实施例中，也可采用可调频差的激光器，第一光束和第二光束可由用户自行调节，此处不做限制。一般而言，双频激光器10出射的两束光束为线偏振光，偏振方向正交。然而，由于双频激光器出射光存在线性度问题，其出射的第一光束和第二光束不仅存在偏振方向正交的线偏光，即第一光束包括第一线偏振光，第二光束中包括第二线偏振光，还可能存在偏振方向不正交的线偏光或存在杂散光等非偏振光。

本实施例中，在双频激光器10出射的第一光束和第二光束的光路上，设置第一渥拉斯顿棱镜21，可以对第一光束和第二光束中的线偏振光进行选择出射，使第一光束中具有特定偏振方向的第一线偏振光按照第一预设角度出射，使第二光束中具有特定偏振方向的第二线偏振光按照第二预设角度出射。需要说明的是，第一线偏振光和第二线偏振光的出射角度与渥拉斯顿棱镜的折射率、厚度等设置参数有关，在已知渥拉斯顿棱镜参数或实验的基础上，可以明确获知两个线偏振光的出射位置及角度。可以理解，基于本实施例的方案，可以利用该两束特定方向出射且完全正交的线偏振光，应用于基于光学外差检测方法的干涉仪及光栅位移测量等系统中，尤其涉及到测量范围在1nm及以下的测量场景下，以保证测量结果的准确性。

本实施例的方案中，通过设置双频激光器和第一沃拉斯顿棱镜，其中双频激光器出射第一光束和第二光束，第一光束包括第一线偏振光，第二光束包括第二线偏振光，第一线偏振光与第二线偏振光的偏振方向垂直；第一渥拉斯顿棱镜用于将第一线偏振光以第一预设角度出射，将第二线偏振光以第二预设角度出射，可以实现完全正交的两束线偏振光。本发明实施例解决了现有激光器难以满足测量系统对线偏振光偏振正交的要求，能够实现高偏振线性度及正交度的入射光，保证两束光偏振线性度满足测量使用需求。

进一步地，继续参考图1，该正交偏振光调控装置还包括：第一保偏光纤31和第二保偏光纤32，第一光束和第二光束分别通过第一保偏光纤31和第二保偏光纤32传输；第一准直透镜41和第二准直透镜42，第一准直透镜41和第二准直透镜42的焦点分别位于第一保偏光纤31和第二保偏光纤32的输出端口；第一准直透镜41和第二准直透镜42分别用于使第一光束和第二光束准直且垂直入射第一渥拉斯顿棱镜21；第一线偏振片51和第二线偏振片52，分别位于第一准直透镜41和第二准直透镜42与第一渥拉斯顿棱镜21之间，第一线偏振片51的透过轴与第一线偏振光的偏振方向一致，第二线偏振光52的透过轴与第二线偏振光的偏振方向一致。

其中，保偏光纤传输线偏振光，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变。准直透镜则用于保证两束偏振光垂直入射第一渥拉斯顿棱镜21，而第一线偏振片51和第二线偏振片52的作用是在第一渥拉斯顿棱镜21之前，将第一光束和第二光束中的第一线偏振光和第二线偏振光过滤出，减少第一光束和第二光束中的其他偏振光。

图2是本发明实施例提供的第一渥拉斯顿棱镜的工作原理示意图，参考图2，具体地，该第一渥拉斯顿棱镜21包括寻常光光轴正交的第一双折射直角棱镜201和第二双折射直角棱镜202，第一双折射直角棱镜201与第二双折射直角棱镜202斜面相互贴附且关于斜面中心点呈中心对称，第一光束和第二光束经第一双折射直角棱镜201入射并由第二双折射直角棱镜202出射。第一双折射直角棱镜201的寻常光(o光)光轴与第一线偏振光的偏振方向一致，第二双折射直角棱镜202的寻常光(o光)光轴与第二线偏振光的偏振方向一致。

如图2所示，第一光束和第二光束入射该第一渥拉斯顿棱镜21后，其中的两束线偏振光可通过第一渥拉斯顿棱镜21对相互垂直的偏振光的折射作用，使得第一线偏振光和第二线偏振光按大致对称的角度分开出射。具体地，第一线偏振光(图中以黑点表示偏振方向垂直纸面)作为o光，第二线偏振光(图中以双箭头表示偏振方向平行纸面)作为e光，分别垂直入射第一双折射直角棱镜201表面时，第一线偏振光和第二线偏振光仍沿原方向传播，但分别以不同的速度Vo和Ve传播。当第一线偏振光和第二线偏振光入射第二双折射直角棱镜202时，由于第二双折射直角棱镜202的寻常光光轴垂直第一双折射直角棱镜201的寻常光光轴，第一双折射直角棱镜201中o光对于第二双折射直角棱镜202而言就变为e光，而e光就变为o光。因此，原来在第一双折射直角棱镜201中的o光即第一线偏振光在两个直角棱镜的界面上会以相对折射率ne/no折射，而原来在第一双折射直角棱镜201中的e光即第二线偏振光会以相对折射率no/ne折射。以两个直角棱镜为负晶体(no>ne)为例，第二双折射直角棱镜202中的e光即第一线偏振光远离交界面法线传播，第二双折射直角棱镜202中的o光即第二线偏振光靠近交界面法线传播，最终使得第一线偏振光和第二线偏振光分开出射，且出射角度基本对称，分别与出射界面法线的角度为α，区别在于分别由出射界面法线的两侧出射。需要说明的是，图中仅示出了第一光束中第一线偏振光和第二光束中第二线偏振光的传播路径，可以理解，当第一光束中存在其他偏振光入射该第一渥拉斯顿棱镜21时，基于双折射原理，会以与第一线偏振光不同的方向出射，同理，当第二光束的其他偏振光入射该第一渥拉斯顿棱镜21时，也会以与第二线偏振光不同的方向出射，故而，通过已知的第一线偏振光和第二线偏振光的出射路径，可以获得偏振方向完全垂直的两束线偏振光。

此外，考虑到第一光束和第二光束还可能存在其他偏振光，为了避免其他偏振光的影响，本发明实施例中还可设置遮光板进行遮挡。具体地，参考图1，其中，第一光束还包括第三线偏振光，第三线偏振光与第二线偏振光的偏振方向一致；第二光束还包括第四线偏振光，第四线偏振光与第一线偏振光的偏振方向一致；第三线偏振光以第五预设角度出射，第四线偏振光以第六预设角度出射；调控装置还包括第一遮光板61和第二遮光板62，第一遮光板61位于第三线偏振光的光路上，第二遮光板62位于第四线偏振光的光路上。

为了使本发明实施例中的正交偏振光调控装置出射的正交偏振光满足不同场景下的应用需求，在本发明的可选实施例中，还可以对第一渥拉斯顿棱镜出射的两束线偏振光进行调控。图3是本发明实施例提供的另一种正交偏振光调控装置的结构示意图，参考图3，在上述实施例基础上，还可设置包括第二渥拉斯顿棱镜22，第二渥拉斯顿棱镜22位于第一渥拉斯顿棱镜21的出光侧；第二渥拉斯顿棱镜22包括寻常光光轴正交的第三双折射直角棱镜203和第四双折射直角棱镜204，第三双折射直角棱镜203与第四双折射直角棱镜204斜面相互贴附且关于斜面中心点呈中心对称，第一线偏振光和第二线偏振光经第三双折射直角棱镜203入射并由第四双折射直角棱镜204出射。第三双折射直角棱镜203的寻常光光轴与第二线偏振光的偏振方向一致，第四双折射直角棱镜204的寻常光光轴与第一线偏振光的偏振方向一致。

进一步地，可选第一渥拉斯顿棱镜21和第二渥拉斯顿棱镜22的厚度相同，第三双折射直角棱镜203和第四双折射直角棱镜204与第一双折射直角棱镜201和第二双折射直角棱镜202的楔角相同。

其中，第二渥拉斯顿棱镜22的作用是利用对第一线偏振光和第二线偏振光特殊的折射效果，对第一线偏振光和第二线偏振光的出射角度、间距等进行调节。基于与第一渥拉斯顿棱镜21相同的工作原理，由于第三双折射直角棱镜203的寻常光光轴与第二双折射直角棱镜202的寻常光光轴平行，第四双折射直角棱镜204的寻常光光轴与第一双折射直角棱镜201的寻常光光轴平行，两个渥拉斯顿棱镜的楔角还相同，因此，第一线偏振光作为第三双折射直角棱镜203的e光和第四双折射直角棱镜204的o光在界面上会以相对折射率no/ne折射，同理，第二线偏振光作为第三双折射直角棱镜203的o光和第四双折射直角棱镜204的e光在界面上会以相对折射率ne/no折射，第四双折射直角棱镜204中的o光即第一线偏振光靠近交界面法线传播，第四双折射直角棱镜204中的e光即第二线偏振光远离交界面法线传播，靠近或远离的程度与在第一渥拉斯顿棱镜21中的界面偏折的程度相同。换言之，基于光路可逆性原理，由第一渥拉斯顿棱镜21出射的第一线偏振光和第二线偏振光分别入射第二渥拉斯顿棱镜22后，会以与第一渥拉斯顿棱镜21相反的折射效果出射，最终使得第一线偏振光和第二线偏振光均垂直出射面出射。由此，通过设置第二渥拉斯顿棱镜22，可以获得平行出射的两束完全正交的线偏振光，可应用于要求入射光平行的测量系统中。

如上，通过两个渥拉斯顿棱镜可以使第一线偏振光和第二线偏振光实现平行出射，然而进一步地，在一些更特殊的应用场景下，其要求偏振方向相互垂直的偏振光合束入射。基于此，本发明实施例还提供了调节两束平行出射的线偏振光的距离的设计方案，即实现位置分离的方案。其中，可设置第一渥拉斯顿棱镜和第二渥拉斯顿棱镜满足下述关系式：d≈|D-2*L*tan(α)|；其中，第一线偏振光和第二线偏振光的距离为d，第一渥拉斯顿棱镜和第二渥拉斯顿棱镜的厚度均为D，第一渥拉斯顿棱镜和第二渥拉斯顿棱镜的相对位置偏移量为L，第一预设角度和第二预设角度的夹角为2α。

渥拉斯顿分离角2α可由双折材料的折射率no、ne及渥拉斯顿棱镜楔面角度θ计算得到，其表达式为：2α≈2arcsin[(no-ne)tan(θ)]。由此可计算，经两个渥拉斯顿棱镜后，两束平行光束的分离角可由两渥拉斯顿棱镜楔角面光程差计算得到：d≈|D-2*L*tan(α)|。图4是本发明实施例提供的又一种正交偏振光调控装置的结构示意图，参考图4，在已知第一预设角度和第二预设角度的夹角为2α，即渥拉斯顿棱镜的分离角2α的基础上，可以通过合理设置两个渥拉斯顿棱镜的厚度D、初始的第一线偏振光和第二线偏振光的距离d以及第一渥拉斯顿棱镜和第二渥拉斯顿棱镜的相对位置偏移量L，可使出射的第一线偏振光和第二线偏振光的距离d为0，也即实现两束正交的偏振光的合束。需要说明的是，上述渥拉斯顿棱镜满足的公式中采用约等公式，可以理解为公式两侧满足一定的数值差时，可认为两侧公式约等。例如数值差在5％甚至10％的范围内时，均可以认为是约等于，即满足该约等公式。当然，数值差的范围本领域技术人员也可根据实际情况限制，例如限定在1％、2％的数值差范围内才认为是约等于，满足该约等公式，本发明实施例不做过多限制。

此外，为避免共轴光路中光学反射面或分束面引起的偏振椭圆化造成第一线偏振光和第二线偏振光之间串扰，实际在高精度位移测量方案中，本发明实施例中还可设置实现第一线偏振光和第二线偏振光分离入射，除上述的位置分离方案外，还可实现角度分离方案。采用角度分离方案，则需对分离角度进行控制。其分离角度主要由两个渥拉斯顿棱镜的楔角角度决定，由前述原理得知，当楔角角度一致时，出射光相互平行，若楔角存在差异时，则分离角等于两个楔角片独自分离角度的差值。基于此，本发明实施例还提供一种可选实施例。图5是本发明实施例提供的又一种正交偏振光调控装置的结构示意图，参考图5，具体地，可选第一渥拉斯顿棱镜21和第二渥拉斯顿棱镜22的厚度不同，第三双折射直角棱镜203和第四双折射直角棱镜204与第一双折射直角棱镜201和第二双折射直角棱镜202的楔角不同。

同样地，在上述设置第二渥拉斯顿棱镜的实施例中，同样可以设置遮光板对杂散光进行遮挡。具体地，第一光束还包括第三线偏振光，第三线偏振光与第二线偏振光的偏振方向一致；第二光束还包括第四线偏振光，第四线偏振光与第一线偏振光的偏振方向一致；第三线偏振光以第五预设角度出射，第四线偏振光以第六预设角度出射；可选调控装置还包括第一遮光板61和第二遮光板62，第一遮光板61位于第三线偏振光的光路上，第二遮光板62位于第四线偏振光的光路上。

进一步地，为了满足小空间尺寸的需求，且避免无用的杂散光与正交偏振光形成串扰，可对杂散光与正交偏振光设置不同的传播角度。图6是本发明实施例提供的又一种正交偏振光调控装置的结构示意图，参考图6，该调光装置中还包括第一楔角片71和第二楔角片72，第一楔角片71和第二楔角片72分别位于第一光束和第二光束入射至第一渥拉斯顿棱镜21之间的光路上；第一楔角片71和第二楔角片72的斜边位于背离第一渥拉斯顿棱镜21的一侧，且第一楔角片71和第二楔角片72关于垂直第一渥拉斯顿棱镜21的光入射面的直线呈轴对称。

图7是本发明实施例提供的添加楔角片的第一渥拉斯顿棱镜的工作原理示意图，参考图7，在第一偏振片51、第二偏振片52和第一渥拉斯顿棱镜21之间加入两个非偏振的楔角片，且两个楔角片具有相同的角度，则第一线偏振光和第二线偏振光经两个楔角片后，会形成相反的初始入射角度，该两个相反的初始入射角度经第一渥拉斯顿棱镜21后会分束呈四束线偏振光，分别具有不同的出射角度θ1、θ2、θ3、θ4，其中角度为θ2、θ3的光束具有正交的偏振态及对称的反射角度，θ1、θ4与θ2、θ3具有不同的角度，四束偏振光经过第二渥拉斯顿棱镜22后，其中两束正交偏振光角度校准为一致，杂散光具有不同的传播角度，可通过耦合镜头或设置挡光片等消杂散光手段滤除。

针对杂散光的滤除方式，本发明实施例中除提供上述的挡光片进行遮挡外，还提供一种可选方案。图8是本发明实施例提供的又一种正交偏振光调控装置的出光结构示意图，参考图8，该实施例的调控装置中，还设置有耦合透镜80和输出光纤90，第一线偏振光与第二线偏振光经耦合透镜80聚焦于输出光纤90的输入端口。

由此，具有不同传播角度的正交偏振光与杂散光经过耦合透镜80后，其汇聚于不同的点，其中正交偏振光汇聚于输出光纤90端口，设置分离角度△θ、光纤的纤芯直径d′、耦合透镜焦距f，当满足d′＜f×sin(△θ)的条件时，杂散光将无法耦合进入输出光纤90内部，不对正交偏振光信号产生影响。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种干涉仪以及一种光栅位移测量系统，该干涉仪或光栅位移测量系统均包括本发明实施例提供的任意一种正交偏振光调控装置。其中，该光栅位移测量系统还可设置包括位移测量传感器，位移测量传感器接收正交偏振光调控装置输出的第一线偏振光和第二线偏振光。本发明实施例提供的干涉仪和光栅位移测量系统，可基于光学外差检测方法进行测量，其所需的偏振方向完全正交的两束入射激光，可通过本发明实施例提供的正交偏振光调控装置提供。由于上述干涉仪和光栅位移测量系统包括本发明实施例提供的正交偏振光调控装置，故而具备该正交偏振调控装置相同或相似的技术效果，此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种正交偏振光调控装置，其特征在于，包括：

双频激光器，用于出射第一光束和第二光束，所述第一光束包括第一线偏振光，所述第二光束包括第二线偏振光，所述第一线偏振光与所述第二线偏振光的偏振方向垂直；

第一渥拉斯顿棱镜，用于将所述第一线偏振光以第一预设角度出射，将所述第二线偏振光以第二预设角度出射。

2.根据权利要求1所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，所述第一渥拉斯顿棱镜包括寻常光光轴正交的第一双折射直角棱镜和第二双折射直角棱镜，所述第一双折射直角棱镜与所述第二双折射直角棱镜斜面相互贴附且关于斜面中心点呈中心对称，所述第一光束和所述第二光束经所述第一双折射直角棱镜入射并由所述第二双折射直角棱镜出射；

所述第一双折射直角棱镜的寻常光光轴与所述第一线偏振光的偏振方向一致，所述第二双折射直角棱镜的寻常光光轴与所述第二线偏振光的偏振方向一致。

3.根据权利要求1所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，还包括：

第一保偏光纤和第二保偏光纤，所述第一光束和所述第二光束分别通过所述第一保偏光纤和所述第二保偏光纤传输；

第一准直透镜和第二准直透镜，所述第一准直透镜和所述第二准直透镜的焦点分别位于所述第一保偏光纤和所述第二保偏光纤的输出端口；所述第一准直透镜和所述第二准直透镜分别用于使所述第一光束和所述第二光束准直且垂直入射所述第一渥拉斯顿棱镜；

第一线偏振片和第二线偏振片，分别位于所述第一准直透镜和所述第二准直透镜与所述第一渥拉斯顿棱镜之间，所述第一线偏振片的透过轴与所述第一线偏振光的偏振方向一致，所述第二线偏振光的透过轴与所述第二线偏振光的偏振方向一致。

4.根据权利要求1所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，还包括第二渥拉斯顿棱镜，所述第二渥拉斯顿棱镜位于所述第一渥拉斯顿棱镜的出光侧；

所述第二渥拉斯顿棱镜包括寻常光光轴正交的第三双折射直角棱镜和第四双折射直角棱镜，所述第三双折射直角棱镜与所述第四双折射直角棱镜斜面相互贴附且关于斜面中心点呈中心对称，所述第一线偏振光和所述第二线偏振光经所述第三双折射直角棱镜入射并由所述第四双折射直角棱镜出射；

所述第三双折射直角棱镜的寻常光光轴与所述第二线偏振光的偏振方向一致，所述第四双折射直角棱镜的寻常光光轴与所述第一线偏振光的偏振方向一致。

5.根据权利要求4所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的厚度相同，所述第三双折射直角棱镜和所述第四双折射直角棱镜与第一双折射直角棱镜和第二双折射直角棱镜的楔角相同。

6.根据权利要求5所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜满足下述关系式：d≈|D-2*L*tan(α)|；

其中，所述第一线偏振光和所述第二线偏振光的距离为d，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的厚度均为D，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的相对位置偏移量为L，所述第一预设角度和所述第二预设角度的夹角为2α。

7.根据权利要求4所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，所述第一渥拉斯顿棱镜和所述第二渥拉斯顿棱镜的厚度不同，所述第三双折射直角棱镜和所述第四双折射直角棱镜与第一双折射直角棱镜和第二双折射直角棱镜的楔角不同。

8.根据权利要求1或4所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，所述第一光束还包括第三线偏振光，所述第三线偏振光与所述第二线偏振光的偏振方向一致；所述第二光束还包括第四线偏振光，所述第四线偏振光与所述第一线偏振光的偏振方向一致；所述第三线偏振光以第五预设角度出射，所述第四线偏振光以第六预设角度出射；

所述调控装置还包括第一遮光板和第二遮光板，所述第一遮光板位于所述第三线偏振光的光路上，所述第二遮光板位于所述第四线偏振光的光路上。

9.根据权利要求1所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，还包括第一楔角片和第二楔角片，所述第一楔角片和所述第二楔角片分别位于所述第一光束和所述第二光束入射至所述第一渥拉斯顿棱镜之间的光路上；

所述第一楔角片和所述第二楔角片的斜边位于背离所述第一渥拉斯顿棱镜的一侧，且所述第一楔角片和所述第二楔角片关于垂直第一渥拉斯顿棱镜的光入射面的直线呈轴对称。

10.根据权利要求1所述的正交偏振光调控装置，其特征在于，还包括耦合透镜和输出光纤，所述第一线偏振光与所述第二线偏振光经所述耦合透镜聚焦于所述输出光纤的输入端口。

11.一种干涉仪，其特征在于，包括如权利要求1-10任意一项所述的正交偏振光调控装置。

12.一种光栅位移测量系统，其特征在于，包括如权利要求1-10任意一项所述的正交偏振光调控装置，还包括位移测量传感器，所述位移测量传感器接收所述正交偏振光调控装置输出的第一线偏振光和第二线偏振光。