拉斯特棱镜分光原理示意图；
[0030] 图中，1激光器、2第一四分之一波片、3第一消偏振分光镜、4测量镜、5第二四分之 一波片、6参考镜、7渥拉斯特棱镜、8第三四分之一波片、9第一光电探测器、10第二光电探 测器、11第三光电探测器、12第四光电探测器、13干涉部分、14探测部分、15第一光束、16 第二光束、17第三光束、18第四光束、19第五光束、20第六光束、21第一 〇光、22第一 e光、 23第二〇光、24第二e光、25第二消偏振分光镜、26第一反射镜、27第二反射镜。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明，并给出实施例。
[0032] 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13和探测部分14组成，所述干涉部分13由激光器1、第一四分之一波片2、第一 消偏振分光镜3、测量镜4、第二四分之一波片5和参考镜6组成；激光器1发出线偏振光， 经第一四分之一波片2后变成圆偏振光，再经第一消偏振分光镜3进行分光，反射光形成第 一光束15作为测量光，透射光形成第二光束16作为参考光；第一光束15经测量镜4反射 后，再经第一消偏振分光镜3透射形成第三光束17 ;第二光束16经过第二四分之一波片5 后变成线偏振光，经参考镜6反射后再次经过第二四分之一波片5变成圆偏振光，然后经第 一消偏振分光镜3反射形成第四光束18 ;第三光束17、第四光束18为光路重合、且偏振方 向正交的圆偏振光；所述探测部分14由第二消偏振分光镜25、第一反射镜26、第二反射镜 27、渥拉斯特棱镜7、第三四分之一波片8、第一光电探测器9、第二光电探测器10、第三光电 探测器11和第四光电探测器12组成；第三光束17、第四光束18经第二消偏振分光镜25透 射形成第五光束19和反射形成第六光束20 ;第五光束19被第一反射镜26反射后，先经第 三四分之一波片8后，被渥拉斯特棱镜7分成第一 〇光21、第一 e光22,分别被第一光电探 测器9、第二光电探测器10接收；第六光束20经第二反射镜27反射后，被渥拉斯特棱镜7 分成第二〇光23、第二e光24,分别被第三光电探测器11、第四光电探测器12接收。
[0033] 所述激光器1为稳频激光器。
[0034] 所述测量镜4、参考镜6为平面反射或角锥反射镜。
[0035] 所述第一、二反射镜26、27为平面镜或直角棱镜。
[0036] 图1给为本发明的一个实施例。本实施例中，激光器1采用经过稳频的He-Ne激 光器，波长为632. 8nm，噪声<0. 05%rms，输出功率为lmW，偏振化为1000 : 1，在空间坐 标系xyz内，激光器1发出线偏振光，偏振方向为X轴，即为P光，因此其琼斯矢量表达式为
但具有一定极化角。第一四分之一波片2放置在xy平面内，其存在的相位延迟误差 为π /250,通过旋转第一四分之一波片2,理想情况下，当第一四分之一波片2快轴与X轴 成45°时，P光变成右旋偏振光。经第一消偏振分光镜3等比例分光，反射光形成作为测量 光的右旋偏振的第一光束15,透射光形成作为参考光的右旋偏振的第二光束16。根据反射 镜的琼斯矩阵表达式
，可得，反射光相对入射光沿y轴振动方向具有180°的相移， 因此在测量臂上，右旋偏振态的第一光束15经测量镜4反射后变成左旋偏振光，然后经第 一消偏振分光镜3透射形成第三光束17。在参考臂上，第二四分之一波片5放置在xy平面 内，第二光束16先经过第二四分之一波片变成线偏振光，经参考镜6反射后，再经第二四分 之一波片变成右旋偏振光，然后经第一消偏振分光镜3反射形成第四光束18。由于圆偏振 光的特殊性，第二四分之一波片5的快轴与X轴成任意角度，右旋偏振态的第二光束16折 返两次第二四分之一波片后仍为右旋偏振光。第三、四光束17、18为光路重合、且偏振方向 正交的圆偏振光。第三光束17和第四光束18在探测部分被第二消偏振分光镜25分光，透 射光第五光束19被第一反射镜26反射后，先经第三四分之一波片8,再被渥拉斯特棱镜7 分成第一 〇光21和第一 e光22,分别被第一、二光电探测器9、10接收，反射光第六光束20 经第二反射镜27反射后，被渥拉斯特棱镜7分成第二〇光23和第二e光24,分别被第一、 二光电探测器11、12接收。消偏振分光镜并不能保证严格意义上的按50 : 50分光，其透 射率一般略大于反射率。
[0037] 本实施例中，光电探测器采用Si PIN类型的二象限光电探测器，光敏区大小为 IOmmX 10mm，灵敏度为0. 45A/W( λ = 632. 8nm)，二象限光电探测器的两个象限分别作为第 一、二光电探测器9、10;同理，采用另一个二象限光电探测器的两个象限作为第三、四光电 探测器11、12。
[0038] 本实施例中，渥拉斯特棱镜7水平放置在xz平面内，通过调整第一四分之一波片 2、第二四分之一波片5的快轴与X轴的角度以及第三四分之一波片8的快轴与z轴的角 度，可使第一、三、二、四光电探测器9、11、10、12接收到的干涉信号的相位相对关系分别为 0°、90°、180°和270°，同时使第一、二光电探测器9、10接收到的干涉信号的直流偏置 相等、第三、四光电探测器11、12接收到的干涉信号的直流偏置相等。由于消偏振分光镜25 的透射率略微大于其反射率，因此第一、二光电探测器9、10接收到的干涉信号的交流振幅 略大于第三、四光电探测器11、12的交流振幅。因此，当第一、二光电探测器9、10接收到的 干涉信号相减、第三、四光电探测器11、12接收到的干涉信号相减后，可获得两路无直流偏 置、无正交误差的正交信号，在振幅修正后，最终得到两路正交信号的李萨如图为一理想的 中心在原点的标准圆。
[0039] 图2为本发明渥拉斯特棱镜分光原理示意图。当光束从渥拉斯特棱镜的AB面入 射时，O光和e光以2Φ角度在CD面分开；当光束从渥拉斯特棱镜的AD面入射时，〇光和e 光以Φ角度在BC面分开。
【主权项】
1. 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（13)和探测部分（14)组成，其特征在于：所述干涉部分（13)由激光器（1)、第一四 分之一波片（2)、第一消偏振分光镜（3)、测量镜（4)、第二四分之一波片（5)和参考镜（6) 组成；激光器（1)发出线偏振光，经第一四分之一波片（2)后变成圆偏振光，再经第一消偏 振分光镜（3)进行分光，反射光形成第一光束（15)作为测量光，透射光形成第二光束（16) 作为参考光；第一光束（15)经测量镜（4)反射后，再经第一消偏振分光镜（3)透射形成第 三光束（17);第二光束（16)经过第二四分之一波片（5)后变成线偏振光，经参考镜（6)反 射后再次经过第二四分之一波片（5)变成圆偏振光，然后经第一消偏振分光镜（3)反射形 成第四光束（18);第三光束（17)、第四光束（18)为光路重合、且偏振方向正交的圆偏振光； 所述探测部分（14)由第二消偏振分光镜（25)、第一反射镜（26)、第二反射镜（27)、渥拉斯 特棱镜（7)、第三四分之一波片（8)、第一光电探测器（9)、第二光电探测器（10)、第三光电 探测器（11)和第四光电探测器（12)组成；第三光束（17)、第四光束（18)经第二消偏振分 光镜（25)透射形成第五光束（19)和反射形成第六光束（20);第五光束（19)被第一反射 镜（26)反射后，先经第三四分之一波片（8)后，被渥拉斯特棱镜（7)分成第一 〇光（21)、第 一e光（22)，分别被第一光电探测器（9)、第二光电探测器（10)接收；第六光束（20)经第 二反射镜（27)反射后，被渥拉斯特棱镜（7)分成第二〇光（23)、第二e光（24)，分别被第 三光电探测器（11)、第四光电探测器（12)接收。2. 根据权利要求1所述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，其特征在于：所述激光器（1)为稳频激光器。3. 根据权利要求1所述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，其特征在于：所述测量镜（4)、参考镜（6)为平面反射或角锥反射镜。4. 根据权利要求1所述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，其特征在于：所述第一、二反射镜（26、27)为平面镜或直角棱镜。
【专利摘要】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属于激光干涉测量领域；干涉部分通过两个四分之一波片和消偏振分光镜NBS产生单路偏振方向正交、光路重合的圆偏振参考光和圆偏振测量光，探测部分参考光和测量光分光后经同一个渥拉斯特棱镜产生四路相位相差90°的光电信号，从而从光路结构与原理上获得抑制非线性误差的突出特性；本发明可实现四通道零差正交激光干涉测量，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误差与非正交误差，测量结果非线性误差显著等问题，在超精密振动测量领域具有显著的技术优势。
【IPC分类】G01H9/00
【公开号】CN104913838
【申请号】CN201510340554
【发明人】崔俊宁, 何张强, 谭久彬
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月12日