一种大量程高精度差分波前传感测量装置制造方法及图纸

本申请提出一种大量程高精度差分波前传感测量装置，令参考光束经过第一分光镜组的反射再与测量光束合束进入差分波前传感单元，其中第一分光镜组中的分光镜与水平面形成一定的夹角，调整第一分光镜组中各分光镜与水平方向的夹角，从而设置参考光束之间的夹角，利用多频率混频，在保证高精度的同时，实现大角度范围测量，并且结构设计合理、简单、具有测量精度高、大量程、高稳定的特点。高稳定的特点。高稳定的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种大量程高精度差分波前传感测量装置


[0001]本专利技术属于光学精密测量技术，尤其涉及一种大量程高精度差分波前传感测量装置。

技术介绍

[0002]差分波前传感测量是一种基于外差激光干涉的角度测量技术，基本原理是两束存在稳定差频的激光同时入射在四象限探测器上，且满足相干条件，会产生四路拍频信号，四路拍频信号分别记录了对应象限所接受到的相干光信息，通过信号处理可以得到四路拍频信号的相位信息，结合相位角度转化系数，便可实现两束激光的角度测量。
[0003]差分波前传感具有测量精度高、抗干扰能力强、耦合小等优点，被广泛应用于高精度激光干涉应用中。该技术可以达到nrad量级的高测量精度，但由于外差激光干涉存在周期非线性误差，当信号光和本振光偏移角度增大到一定程度后，单个差分波前传感装置在光电探测器求解相位差时会造成相位模糊无法测量，角度测量量程只能达到mrad量级。如何实现增大差分波前传感的测量量程同时保持高精度是需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提出一种大量程高精度差分波前传感测量装置，在保证高精度的同时，实现大角度范围测量，测量精度高。
[0005]本专利技术一种大量程高精度差分波前传感测量装置，包括：
[0006]激光源、第一分光镜组、差分波前传感单元和测算模块；
[0007]激光源，产生参考光束射向第一分光镜组，参考光束经第一分光镜组反射与测量光束合束入射差分波前传感单元；
[0008]差分波前传感单元，配置为，基于入射的光束输出拍频信号至测算模块；
[0009]测算模块，配置为，根据拍频信号计算测量光束与参考光束的夹角。
[0010]第一分光镜组中分光镜的数量与参考光束的数量相同，使得每束参考光束由独立的分光镜反射；
[0011]调整第一分光镜组中各分光镜与水平方向的夹角，使相邻两束参考光束的夹角处在预设范围内，实现扩大角度测量量程。
[0012]进一步地，预设范围为相邻两束参考光束的夹角大于两束参考光束各自对应的测量量程中的较大值的一半，且小于该相邻两束参考光束对应的测量量程之和的一半。
[0013]进一步地，差分波前传感单元包括四象限光电检测电路，参考光束与测量光束合束后入射四象限光电检测电路的光敏面形成拍频信号。
[0014]进一步地，测算模块至少包括：
[0015]光电转换单元、AD采样单元、数字相位计和角度解算单元；
[0016]光电转换单元，配置为，把拍频信号转换为电信号；
[0017]AD采样单元，配置为，把光电转换单元输出的电信号转换为数字信号；
[0018]数字相位计，配置为，根据数字信号计算参考光束和测量光束的相位信息；
[0019]角度解算单元，配置为，根据相位信息计算测量光束与参考光束的夹角。
[0020]进一步地，测算模块还包括：
[0021]可调增益控制单元和抗混叠滤波单元，设置于光电转换单元和数字相位计之间。
[0022]进一步地，上述装置还包括准直模块，设置于激光源与第一分光镜组之间，用于对入射第一分光镜组的参考光束准直。
[0023]进一步地，准直模块包括保偏光纤和准直透镜，沿着光的传播方向参考光束先经过保偏光纤再通过准直透镜入射第一分光镜组。
[0024]进一步地，上述装置还包括声光移频器，设置于激光源和准直模块之间。
[0025]进一步地，上述装置还包括第二分光镜组，设置于激光源之后，配置为把激光源发出的激光分成光强相等的至少两束参考光束。
[0026]进一步地，测量光束为激光源发出的激光经第二分光镜组反射形成。
[0027]上述大量程高精度差分波前传感测量装置具有如下有益效果：
[0028]本专利技术提出的一种大量程高精度差分波前传感测量装置，令参考光束经过第一分光镜组的反射再与测量光束合束进入差分波前传感单元，其中第一分光镜组中的分光镜与水平面形成一定的夹角，调整第一分光镜组中各分光镜与水平方向的夹角，从而设置参考光束之间的夹角，利用多频率混频，在保证高精度的同时，实现大角度范围测量，并且结构设计合理、简单、具有测量精度高、大量程、高稳定的特点；拍频信号经过相同的测算模块，具有良好的噪声共模抑制能力，有效提高差分波前角度的测量精度。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例一提供的大量程高精度差分波前传感测量装置结构示意图；
[0031]图2为利用图1示意的装置进行角度测量时扩大测量量程的原理示意；
[0032]图3为本专利技术实施例二提供的大量程高精度差分波前传感测量装置结构示意图；
[0033]图4为利用图3示意的装置进行角度测量时扩大测量量程的原理示意；
[0034]图5为本专利技术实施例三提供的大量程高精度差分波前传感测量装置结构示意图；
[0035]图6为本专利技术实施例四提供的大量程高精度差分波前传感测量装置结构示意图；
[0036]图7为本专利技术实施例五提供的大量程高精度差分波前传感测量装置结构示意图；
[0037]图8为本专利技术实施例六提供的大量程高精度差分波前传感测量装置结构示意图。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]实施例一
[0040]如图1所示，为本实施例提供的一种大量程高精度差分波前传感测量装置的结构示意图，设置有两束非偏振参考光束。沿光的传播方向依次设置有稳频激光器(1)、分光镜BS1(2)、第一声光移频器AOM1(3)、第一保偏光纤(4)、第一准直透镜(5)、分光镜BS2(6)、第二声光移频器AOM2(7)、第二保偏光纤(8)、第二准直透镜(9)、分光镜BS3(10)、分光镜BS4(11)、分光镜BS5(12)、四象限光电探测电路(13)、光电转换单元(14)、可调增益控制单元(15)、抗混叠滤波单元(16)、AD采样单元(17)、数字相位计(18)、二维角度解算单元(19)、二维角度结果输出单元(20)。
[0041]稳频激光器(1)产生频率为f的激光，经过分光镜BS1(2)分为一束透射光和一束反射光，其中透射光进入第一声光移频器AOM1(3)得到频率为f1的参考光束并耦合进第一保偏光纤(4)，从第一准直透镜(5)出射，经过分光镜BS4(11)反射并经过分光镜BS5(12)透射，打在四象限光电探测电路(13)的光敏面上。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大量程高精度差分波前传感测量装置，其特征在于，包括：激光源、第一分光镜组、差分波前传感单元和测算模块；激光源，产生参考光束射向所述第一分光镜组，所述参考光束经所述第一分光镜组反射与测量光束合束入射所述差分波前传感单元；差分波前传感单元，配置为，基于入射的光束输出拍频信号至测算模块；测算模块，配置为，根据拍频信号计算所述测量光束与参考光束的夹角；所述第一分光镜组中分光镜的数量与所述参考光束的数量相同，使得每束参考光束由独立的分光镜反射；调整第一分光镜组中各分光镜与水平方向的夹角，使相邻两束参考光束的夹角处在预设范围内，实现扩大角度测量量程。2.根据权利要求1所述的大量程高精度差分波前传感测量装置，其特征在于，所述预设范围为相邻两束参考光束的夹角大于两束参考光束各自对应的测量量程中的较大值的一半，且小于该相邻两束参考光束对应的测量量程之和的一半。3.根据权利要求1所述的大量程高精度差分波前传感测量装置，其特征在于，所述差分波前传感单元包括四象限光电检测电路，所述参考光束与测量光束合束后入射四象限光电检测电路的光敏面形成拍频信号。4.根据权利要求1所述的大量程高精度差分波前传感测量装置，其特征在于，所述测算模块至少包括：光电转换单元、AD采样单元、数字相位计和角度解算单元；光电转换单元，配置为，把拍频信号转换为电信号；AD采样单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱凡，陈艳，王金梦，黄锐婷，陈钦顺，袁烨枫，叶贤基，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：