3729-3734.)。该技术方案可用于零差正交激光测振仪的探测部分，如前级光路输出信号形 式为两个偏振方向正交的线偏振光，记为P光和S光，使二分之一波片的快轴方向与P光或 S光的偏振方向成22. 5°夹角，则P光、S光经过二分之一波片后变成偏振方向为45°方向 的两个正交线偏振光，再经消偏振分光镜NBS等比例分光，其中一路直接经偏振分光镜PBS 得到两路相位为0°和180°的干涉信号，另一路先经快轴为45°方向的的四分之一波片 变成圆偏振光，再经偏振分光镜PBS分光得到另外两路相位为90°和270°的干涉信号，最 终得到四路相位相差90°的干涉信号。该技术方案存在的不足之处在于：1)光学元件较 多，非线性误差来源较多；2)采用偏振分光镜PBS分光，存在偏振泄漏现象，导致非线性误 差显著。
[0012] (2)2001年，台湾学者Lee等提出基于空间旋转偏振分光镜PBS的四通道探测 技术方案（Lee，J. Y. Su，D. C. "Central fringe identification by phase quadrature interferometric technique and tunable laser-diodeOptics Communications，2001， 198(4-6) :333-337)。该四通道探测技术方案在Greco提出的技术方案的基础上，通过将其 中一个偏振分光镜PBS空间旋转45°，使得光路减少了一个二分之一波片。但由于PBS不 可避免的分光误差，即无法将互相正交的偏振光完全分离，因此也存在较显著的偏振泄漏 现象，严重影响各路信号的输出质量。
[0013] (3) 1997年，美国学者Peter提出了一种基于渥拉斯特棱镜分光的四通道探测 技术方案（Peter G. ''Homodyne interferometric receiver and calibration method having improved accuracy and functionality" · US Patent :US5663793) 〇 该技术方案 可用于零差正交激光测振仪的探测部分，如前级光路输出两个正交偏振光，通过一种部分 偏振分光镜（PPBS)分成两束，一束直接经渥拉斯特棱镜分成两束然后被两个光电探测器 接收，另一束先经四分之一波片，再经渥拉斯特棱镜分成两束然后被两个光电探测器接收， 最终得到四路相位相差90°的干涉信号。该技术方案存在的不足之处在于：1)探测部分需 要额外的四分之一波片才能产生四路相位相差90°的光电信号；2)探测部分光路不对称， 易引入直流偏置、不等幅及非正交误差，从而引入非线性误差。
[0014] (4)2006年，上海理工大学的王力等提出在Peter的四通道探测技术方案的基础 上，将四分之一波片放在分光镜之前，再通过绕光束方向空间旋转其中一个渥拉斯特棱镜 45°实现四通道探测（王力，侯文玫."单频激光干涉仪四通道信号接收系统".计量学报， 2006,27(4) :313-316)。该技术方案的优点是光路对称性较好，解决了 Peter提出的方案的 非正交误差问题，其存在的不足之处在于：1)探测部分需要额外的四分之一波片才能产生 四路相位相差90°的光电信号；2)采用的分光镜为普通分光镜BS，分光效果与入射到四通 道探测部分的光偏振态有关，且具有较大的附加相移。
[0015] (5)2015年，哈尔滨工业大学的胡鹏程等也提出了一种基于空间旋转渥拉斯特棱 镜的四通道探测技术方案（Pengcheng Hu，et.al. "DC-offset homodyne interferometer and its nonlinearity compensation". Optics Express，2015, 23 (7) :8399-8408) 〇 该技 术方案中，如干涉部分输出两个偏振方向正交的线偏振光，记为P光和S光，经消偏振分光 镜NBS分成两束，一束直接经绕光束方向空间旋转45°的渥拉斯特棱镜分成两束，然后被 两个光电探测器接收，另一束先经光轴与一个线偏振光的偏振方向一致的四分之一波片， 再经另一绕光束方向空间旋转45°的渥拉斯特棱镜分成两束，然后被另两个光电探测器接 收。最终得到四路相位相差90°的干涉信号。该技术方案存在的不足之处在于：1)探测部 分需要额外的四分之一波片才能产生四路相位相差90°的光电信号；2)探测部分光路不 对称，易引入直流偏置、不等幅及非正交误差，从而引入非线性误差。
[0016] 综上，由于激光功率漂移、光学元器件不理想以及光学元件安装误差等因素，尤其 是偏振分光镜PBS和偏振片等光学器件的偏振泄漏以及波片器件的相位延迟误差，导致现 有零差正交激光测振仪技术方案在干涉部分和/或探测部分，受光路结构、原理及光学器 件本身特性不理想的限制，存在难以克服的非线性误差，非线性误差可达几 nm甚至几十 nm，难以满足实时、高精度测量，尤其是下一代亚纳米甚至皮米级精度、以及纳米级振幅等 振动测量需求。因此，如何通过光路结构与原理上的创新，提供一种能从光路结构和原理上 抑制非线性误差的零差正交激光测振技术方案，意义十分重大。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的是针对现有零差正交激光测振技术方案在光路结构和原理上存在 的非线性误差问题，提供一种抗偏振混叠的单路圆偏振干涉和单渥拉斯特棱镜分光式零差 激光测振仪，通过光路结构与原理的创新，采用较少的光学元件实现四通道零差正交激光 干涉测量，从原理上消除了各种非线性误差的来源，从光路结构与原理上获得抑制非线性 误差的显著特性，可有效解决现有技术方案中光路存在偏振泄露与偏振混叠、输出信号存 在直流偏置与非正交误差，测量结果非线性误差显著的问题。
[0018] 本发明的技术解决方案是：
[0019] 一种抗偏振混叠的单路圆偏振干涉和单渥拉斯特棱镜分光式零差激光测振仪，由 干涉部分和探测部分组成，所述干涉部分由激光器、第一四分之一波片、第一消偏振分光 镜、测量镜、第二四分之一波片和参考镜组成；激光器发出线偏振光，经第一四分之一波片 后变成圆偏振光，再经第一消偏振分光镜进行分光，反射光形成第一光束作为测量光，透射 光形成第二光束作为参考光；第一光束经测量镜反射后，再经第一消偏振分光镜透射形成 第三光束；第二光束经过第二四分之一波片后变成线偏振光，经参考镜反射后再次经过第 二四分之一波片变成圆偏振光，然后经第一消偏振分光镜反射形成第四光束；第三光束、第 四光束为光路重合、且偏振方向正交的圆偏振光；所述探测部分由第二消偏振分光镜、第 一反射镜、第二反射镜、渥拉斯特棱镜、第三四分之一波片、第一光电探测器、第二光电探测 器、第三光电探测器和第四光电探测器组成；第三光束、第四光束经第二消偏振分光镜透射 形成第五光束和反射形成第六光束；第五光束被第一反射镜反射后，先经第三四分之一波 片后，被渥拉斯特棱镜分成第一 O光、第一 e光，分别被第一光电探测器、第二光电探测器接 收；第六光束经第二反射镜反射后，被渥拉斯特棱镜分成第二〇光、第二e光，分别被第三光 电探测器、第四光电探测器接收。
[0020] 所述激光器为稳频激光器。
[0021] 所述测量镜、参考镜为平面反射或角锥反射镜。
[0022] 所述第一、二反射镜为平面镜或直角棱镜。
[0023] 本发明的技术创新性及产生的良好效果在于：
[0024] (1)本发明提出一种从原理上抑制非线性误差的四通道零差正交激光测振仪技术 方案。该技术方案光路简单，元器件少，减少了非线性误差产生的环节；利用渥拉斯特棱镜 双折射晶体自身的物理特性分光，可获得极高的消光比（可高于100000 : 1)，采用消偏振 分光镜NBS进行等比例分光，分光特性与入射光的偏振态无关，从而可从原理上抑制偏振 泄露与混叠；通过上述技术创新，有效解决了现有技术方案光路存在严重偏振泄露与偏振 混叠，输出信号存在直流偏置与非正交误差，测量结果非线性误差显著的问题。
[0025] (2)本发明通过三个四分之一波片的安装角度，可补偿光源不理想（椭圆极化 等）、光学元件不理想（波片延迟误差、消偏振分光镜的附加相移等）导致输出正交信号存 在的直流偏置、非正交误差问题；同时消偏振分光镜NBS的分光特性具有非常好的稳定性； 获得的正交信号在进行振幅修正后，能获得中心在原点的理想圆形式的李萨如图，非线性 误差可低至皮米量级。解决了现有技术方案非线性误差大，修正复杂困难，修正运算耗时， 修正精度低的问题，能够满足下一代实时、亚纳米甚至皮米级精度、纳米级振幅等振动测量 需求。
[0026] (3)本发明干涉部分产生的是两路偏振方向相互正交的圆偏振测量光和参考光， 由于圆偏振光的特殊性，参考臂上的四分之一波片理想上其快轴可为任意角度，光路调整 十分简便。解决了现有技术方案光路调整不便，调整环节易引入误差的问题。
[0027] (4)本发明首次提出一种单渥拉斯特棱镜分光的四通道探测技术方案，只需使用 一个渥拉斯特棱镜即可实现对两个垂直方向的光束进行分光，产生四路相位相差90°的干 涉信号，由于渥拉斯特价格昂贵，因此本发明的技术方案可大大降低成本。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明的抗偏振混叠的单路圆偏振干涉和单渥拉斯特棱镜分光式零差激 光测振仪光路原理图的一个实施例；
[0029] 图2为本发明渥