激光干涉波长杠杆式绝对距离测量方法与装置

摘要

本发明公开了一种激光干涉波长杠杆式绝对距离测量方法与装置。包括光源系统、波长杠杆式激光干涉系统和干涉信号处理及控制系统；光源系统输出波长分别为λ₁和λ₂的正交线偏振光束，射向波长杠杆式激光干涉系统，形成干涉光束射向干涉信号处理及控制系统；在波长杠杆式激光干涉系统中，合成波长与单波长和被测绝对距离与参考臂的角锥棱镜的运动位移形成波长杠杆式绝对距离测量关系；干涉信号处理及控制系统负责检测两单波长干涉信号的相位差、计算被测绝对距离和控制光源系统中波长λ₂的改变。本发明能实现任意绝对距离的测量，能实现合成波长到单波长的过渡，适用于大型精密装备制造、空间工程和计量技术等领域的大长度或大尺寸、高精度的绝对距离测量。

主权项

一种激光干涉波长杠杆式绝对距离测量装置，其特征在于：包括光源系统(I)、波长杠杆式激光干涉系统(II)和干涉信号处理及控制系统(III)；光源系统(I)输出波长分别为λ₁和λ₂的正交线偏振光束，射向波长杠杆式激光干涉系统(II)中的分光镜后，经波长杠杆式激光干涉系统(II)内的分光镜的近端或远端的测量光束经分光镜反射后，与透过分光镜的参考光束形成的干涉光束射向干涉信号处理及控制系统(III)中的偏振分光镜，干涉信号处理及控制系统(III)中的控制器控制光源系统(I)中的激光器输出波长为λ₂的线偏振光；所述光源系统(I)，包括第一激光器(10)、第二激光器(11)、第一准直扩束器(12)、第二准直扩束器(13)、第一反射镜(14)和第一偏振分光镜(15)；第一激光器(10)输出固定的波长λ₁且偏振方向平行于纸面的线偏振光，经第一准直扩束器(12)后射向第一偏振分光镜(15)，第二激光器(11)输出可变的波长λ₂且偏振方向垂直于纸面的线偏振光，经第二准直扩束器(13)后射向第一反射镜(14)，经第一反射镜(14)反射后射向第一偏振分光镜(15)；波长为λ₁的线偏振光透过第一偏振分光镜(15)后和波长为λ₂的线偏振光经第一偏振分光镜(15)反射后，合成一束正交的线偏振光束；所述波长杠杆式激光干涉系统(II)，包括第一分光镜(20)、第二偏振分光镜(21)、第一角锥棱镜(22)、第二分光镜(23)、第一快门(24)、第二快门(25)、第二反射镜(26)、第三反射镜(27)、第三分光镜(28)、第二角锥棱镜(29)和第三角锥棱镜(210)；正交的线偏振光束射向第一分光镜(20)后被分成反射的参考光束和透射的测量光束，参考光束射向第二偏振分光镜(21)，其中波长为λ₂的线偏振光被第二偏振分光镜(21)反射后射向第一分光镜(20)，波长为λ₁的线偏振光透过第二偏振分光镜(21)、射向第一角锥棱镜(22)被反射后返回，再次透过第二偏振分光镜(21)后射向第一分光镜(20)，测量光束射向第二分光镜(23)后被分成反射的近端测量光束和透射的远端测量光束，近端测量光束依次经过第一快门(24)、第二反射镜(26)、第二角锥棱镜(29)和第三分光镜(28)后射向第一分光镜(20)，远端测量光束依次经过第二快门(25)、第三角锥棱镜(210)、第三反射镜(27)和第三分光镜(28)后射向第一分光镜(20)；射向第一分光镜(20)近端或远端的测量光束经第一分光镜(20)反射后，与透过第一分光镜(20)的参考光束形成干涉光束；所述干涉信号处理及控制系统(III)，包括第三偏振分光镜(30)、第一光电探测器(31)、第二光电探测器(32)、数据采集模块(33)、计算机(34)和控制器(35)；参考光束形成的干涉光束射向第三偏振分光镜(30)，其中波长为λ₂的干涉光束被第三偏振分光镜(30)反射后，由第一光电探测器(31)接收，波长为λ₁的干涉光束透过第三偏振分光镜(30)后，由第二光电探测器(32)接收，两光电探测器输出的干涉信号分别送至数据采集模块(33)，经数据采集模块(33)处理后传输到计算机(34)，计算机(34)根据计算结果通过控制器(35)改变第二激光器(11)输出的波长λ₂的值。