[發明專利]一種位移測量光學系統

在審

• 申請號: 201710123810.X
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106643478A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 姚東;沈宏海;李全超;陳成;張嬛
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發明公開了一種位移測量光學系統，包括激光光源、第一偏振分光棱鏡、導光棱鏡組、反射鏡、偏振變換元件、第二偏振分光棱鏡、光電轉換器和處理系統。本發明位移測量光學系統，采用偏振分光元件對光源輸出光進行分光，以偏振光作為參考光和測量光，基于激光干涉測量原理實現對物體位移的測量，可實現對大范圍位移的高精度測量，并且與現有技術相比，本光學系統分光時對光源輸出光能量損失小，提高了光源能量利用率，并且具有緊湊結構。

技術領域

本發明涉及光學干涉測量技術領域，特別是涉及一種位移測量光學系統。

背景技術

在高精密要求的科學實驗和儀器制造等領域，經常需要對目標的直線位移量進行納米量級的高精度測量。在現有的光學測量手段中，具有較高精度的測量方法包括光柵尺測量和激光干涉測量，光柵尺測量雖具有成本低的優勢，但其測量精度大致只能達到微米量級；與光柵尺測量相比，激光干涉測量則具有納米量級的測量精度。

然而，原有的激光干涉測量系統中，由于是采用非偏振分光元件對激光器輸出光強進行分光，導致了約50％的光能量反射回激光器方向，進而造成光學能量利用率的降低；因此可見原有激光干涉測量系統對光源的能量利用率低。

發明內容

本發明的目的是提供一種位移測量光學系統，基于窄帶寬激光干涉測量原理實現對大范圍位移的高精度測量，并提高了對光源能量的利用率。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種位移測量光學系統，包括激光光源、第一偏振分光棱鏡、導光棱鏡組、反射鏡、偏振變換元件、第二偏振分光棱鏡、光電轉換器和處理系統；

所述第一偏振分光棱鏡位于所述激光光源的出射光光路上，第一偏振分光棱鏡將光源光分成偏振方向正交并且傳播方向相垂直的兩束光；

經所述第一偏振分光棱鏡反射的一束光進入所述導光棱鏡組，在所述導光棱鏡組內改變偏振狀態，被引導入射至所述第二偏振分光棱鏡的第一入射面；

經所述第一偏振分光棱鏡透射的另一束光，經過偏振變換元件改變偏振狀態后出射至所述反射鏡，反射光原路返回到所述第一偏振分光棱鏡，被反射并經過偏振變換元件改變偏振方向后，入射至所述第二偏振分光棱鏡的第二入射面，所述反射鏡可沿其光路方向移動，用于連接被測物體；

第一束光進入所述第二偏振分光棱鏡后形成的出射光，與第二束光進入所述第二偏振分光棱鏡后形成的出射光匯合發生干涉，干涉光由所述光電轉換器接收；

所述處理系統用于根據所述光電轉換器記錄的干涉條紋及光強信息計算獲得待測物體的位移量。

可選地，在所述導光棱鏡組中第一束光的傳播光路上設置有用于改變光偏振狀態的偏振變換元件；

第一束光經偏振變換元件變換為圓偏振光后入射至所述第二偏振分光棱鏡，所述第二偏振分光棱鏡將本束光分成傳播方向垂直的兩束出射光，分別與第二束光被所述第二偏振分光棱鏡分成的傳播方向垂直的兩束出射光匯合發生干涉；

所述光電轉換器包括用于接收第一路干涉光的第一光電轉換器和用于接收第二路干涉光的第二光電轉換器；

所述處理系統具體用于根據所述第一光電轉換器記錄的干涉條紋及光強信息以及所述第二光電轉換器記錄的干涉條紋及光強信息確定待測物體的位移量和移動方向。

可選地，所述導光棱鏡組包括第一直角反射棱鏡、導光棱鏡和第二直角反射棱鏡；

所述第一直角反射棱鏡的直角面均為反射面，經所述第一偏振分光棱鏡反射的第一束光由所述第一直角反射棱鏡的斜面入射，以45度角入射到其直角面，并被反射至另一直角面，后被反射進入所述導光棱鏡；