高速高分辨率激光外差干涉测量方法与装置

摘要

高速高分辨率激光外差干涉测量方法与装置属于激光应用技术领域；本发明采用了空间分离的参考光和测量光，并进行测量光路平衡性设计，同时该方法产生了两个具有相反多普勒频移的干涉测量信号，并根据被测目标的运动方向和速度，选择性使用两测量信号来进行干涉测量；本发明不仅减小了温度变化对测量的影响，而且消除了干涉仪中的频率混叠现象，提高了外差干涉测量的测量精度；同时解决了激光光源频差对测量速度限制的问题。

主权项

一种高速高分辨率激光外差干涉测量方法，其特征在于该方法步骤如下：(1)稳频激光器输出两束频率分别为f₁、f₂的平行光束；(2)两平行光束的小部分直接经探测后转换为激光外差干涉测量的参考信号，其频差值为f_b＝f₁‑f₂，表示为I_r∝cos(2πf_bt)；(3)剩余的两平行光束均被第一个偏振分光镜分成两部分，反射部分作为参考光束，透射部分作为测量光束；(4)参考光束包含频率分别为f₁、f₂的两平行光束，参考光束经四分之一波片和平面镜作用后，重新返回第一个偏振分光镜，此时参考光束偏振方向旋转了90°，被第一个偏振分光镜透射，然后该透射光再被参考棱镜反射回第一个偏振分光镜，此时参考光束被第一个偏振分光镜透射，然后经四分之一波片和平面镜作用后再次返回第一个偏振分光镜，此时其偏振方向又旋转了90°，会被第一个偏振分光镜反射；(5)测量光束包含频率分别为f₁、f₂的两平行光束，测量光束进入第二个偏振分光镜后被透射，然后经四分之一波片和平面镜作用后返回第二个偏振分光镜，此时测量光束的偏振方向旋转了90°，被反射进测量棱镜，然后被测量棱镜和第二个偏振分光镜反射，该反射光再次经四分之一波片和平面镜作用后返回第二个偏振分光镜，此时测量光束的偏振方向又旋转了90°，被第二个偏振分光镜透射返回第一个偏振分光镜；(6)通过调节参考棱镜和测量棱镜使得频率为f₁的测量光束与频率为f₂的参考光束进行干涉，产生一路测量信号，表示为I_m1∝cos[2π(f_b+Δf)t]；频率为f₂的测量光束与频率为f₁的参考光束进行干涉，产生另一路测量信号，表示为I_m2∝cos[2π(f_b‑Δf)t]，两测量信号具有大小相同、符号相反的多普勒频移，其频率分别为f_b+Δf和f_b‑Δf；(7)两测量信号经光电探测器探测后分别送入两个相同的相位计A和相位计B，其中，相位计A用于处理频率为f_b+Δf的测量信号，相位计B用于处理频率为f_b‑Δf的测量信号；(8)根据被测目标端平面镜的运动方向和运动速度，使用开关电路在相位计A和相位计B之间进行选择；(9)根据所选择的相位计A或者相位计B对被测目标的位移进行计算。