一种共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置及方法与流程

技术特征：

1.一种共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置，其特征在于，包括单频稳频激光器(1)、设置在单频稳频激光器(1)出射光路的消偏振分光棱镜(2)、偏振分光棱镜(6)和直角棱镜(7)；消偏振分光棱镜(2)的透射光轴上依次设置有第一声光调制器(3a)和第一反射镜(5a)；第一反射镜(5a)用于将第一声光调制器(3a)的第一衍射光反射到偏振分光棱镜(6)；消偏振分光棱镜(2)反射光轴上依次设置有第二声光调制器(3b)和第二反射镜(5b)；第二反射镜(5b)用于将第二声光调制器(3b)的第二衍射光反射到偏振分光棱镜(6)；第一衍射光与第二衍射光同为正一级或同为负一级；

所述偏振分光棱镜(6)的第一出射面与直角棱镜(7)的第一直角面连接，偏振分光棱镜(6)的第二出射面的方向与直角棱镜(7)的第二直角面的方向相同；偏振分光棱镜(6)的第二出射面与直角棱镜(7)的第二直角面的出射方向依次设置有四分之一波片(8)、二分之一波片(9)和反射器(10)；二分之一波片(9)的四分之一波片(8)侧还设置有检偏器(11)，检偏器(11)的出射方向还设置有第一光电探测器(12a)和第二光电探测器(12b)；第一光电探测器(12a)用于接收从偏振分光棱镜(6)的第二出射面出射并穿过四分之一波片(8)和二分之一波片(9)又经反射器(10)反射再经过二分之一波片(9)和检偏器(11)的光束；第二光电探测器(12b)用于接收从直角棱镜(7)的第二直角面出射并穿过四分之一波片(8)和二分之一波片(9)又经反射器(10)反射再经过二分之一波片(9)和检偏器(11)的光束；第一光电探测器(12a)和第二光电探测器(12b)均与相位差探测器件(13)连接，相位差探测器件(13)连接有用于根据相位差得出滚转角的计算机(14)。

2.根据权利要求1所述的共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置，其特征在于，所述单频稳频激光器(1)出射的激光偏振方向与消偏振分光棱镜(2)的入射面成45度。

3.根据权利要求1所述的共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置，其特征在于，所述第一声光调制器(3a)和第一反射镜(5a)之间设置有第一光阑(4a)，第一光阑(4a)设置有用于只允许第一声光调制器(3a)的一级衍射光通过的结构。

4.根据权利要求1所述的共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置，其特征在于，所述第二声光调制器(3b)和第二反射镜(5b)之间设置有第二光阑(4b)，第二光阑(4b)设置有用于只允许第二声光调制器(3b)的一级衍射光通过的结构。

5.根据权利要求1所述的共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置，其特征在于，所述第一声光调制器(3a)的第一射频量与第二声光调制器(3b)的第二射频量不同，第一射频量与第二射频量之间的差值在探测器(12)的探测极限范围内。

6.根据权利要求1所述的共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置，其特征在于，所述反射器(10)为后向反射棱镜或者两个反射面相互垂直的平面反射镜，两个反射面均镀制有介质膜。

7.一种根据权利要求1-6任意一项所述的共光路式激光外差干涉法滚转角高精度测量装置的测量方法，其特征在于，包括：

1)单频稳频激光器(1)发出的光束经过消偏振分光棱镜(2)后，被分成透射光和反射光，透射光经过第一声光调制器(3a)产生第一衍射光经第一反射镜(5a)反射到偏振分光棱镜(6)；反射光经过第二声光调制器(3b)产生第二衍射光经第二反射镜(5b)反射到偏振分光棱镜(6)；第一反射镜(5a)和第二反射镜(5b)使得第一衍射光和第二衍射光在同一水平面上垂直相交；

第一衍射光的p分量和第二衍射光的s分量由偏振分光棱镜(6)合成一束双频光作为测量光一；第一衍射光的s分量和第二衍射光的p分量由偏振分光棱镜(6)合成一束偏振方向和与测量光一相反的双频光作为测量光二，并由直角棱镜(7)反射，反射后的测量光二与测量光一初始方向保持平行；

2)测量光一和测量光二透过四分之一波片(8)后通过固定在被测物体上的二分之一波片(9)，然后，两光束由反射器(10)反射平行返回，再次通过二分之一波片(9)；经过检偏器(11)形成拍频信号后，分别被第一光电探测器(12a)和第二光电探测器(12b)对应接收；

3)第一光电探测器(12a)和第二光电探测器(12b)输出的信号输入到相位差探测器件(13)鉴相，将数据传递给计算机(14)，计算机(14)根据两信号相位差的变化量与滚转角之间的关系式计算出二分之一波片(9)所固定物体的滚转角Δα。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述滚转角Δα的测量计算公式为：其中，Δψ为测量光一和测量光二的相位差变化量，Ka为测量系统的放大倍数，Ka＝8(tanθ+cotθ)，θ为四分之一波片(8)快轴方向与测量光一中p光分量的夹角。