专利名称：一种在光学测量中实现光程四倍增的方法及其装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种在光学测量中实现光程四倍增的方法及其装置，属于光学测量技 术领域。
背景技术：
在通常的光学测量过程中，往往需要通过增加光程差的方法来达到提高测量精度 的目的。以迈克尔逊干涉仪应用于光学测量过程为例，可以设法将待测的物理量转化 为迈克尔逊干涉仪中动镜的位移A而此位移量"使干涉仪中由分束镜分开的两束光 产生2d的光程差，进一步依据光程差所引起的干涉条纹的偏移可以求出待测物理量的 值。由于最终的待测量由千涉条纹解调得到，如果同样大小的动镜位移d能够使干涉 仪中两束光产生更大的光程差，则干涉条纹的偏移量将增大，干涉仪的测量精度可以 进一步提高。
采用附图1中光束多次反射的方法，通过移动反射镜2可以达到大幅度增加光程 的目的，但是经过多次反射后光束角度难以控制，并且总光程不易精确计算，同时该 方法也不适合应用于类似迈克尔逊干涉仪光路结构的光学测量过程中。由于从移动反 射镜2反射回来的光束与光束入射时的角度不能实现一致(因为，在保证光束强度尽 可能不衰减的条件下无法做到由移动反射镜2垂直反射)，所以相同的动镜位移难以产 生较大的光程，所以在实际应用中不能够带来极大方便。
发明内容
要解决的技术问题
为了克服现有技术光程较小，影响测量精度的困难，本发明提出一种在光学测量 中实现光程四倍增的方法及其装置，通过倍增光程以达到提高光学测量精度的目的。
技术方案
本发明提出的一种在光学测量中实现光程四倍增的方法，如图2所示。技术特征在
5于包含以下步骤
步骤l，将入射的单色平面偏振光P,垂直照射目标位C并由目标位C折返后，在目 标位C光路前端的A点改变偏振方向90度角，得到与入射的单色平面偏振光Pi偏振方向 正交的单色平面偏振光P2;
步骤2，将单色平面偏振光P2再次折返垂直照射目标位C并再次由目标位C折返， 在目标位C光路前端的A点相对于入射的单色平面偏振光P2改变偏振方向90度角，得到
与单色平面偏振光P2偏振方向正交的单色平面偏振光P3;所述的单色平面偏振光P3与
入射单色平面偏振光P,的偏振方向一致，并折返至单色平面偏振光P，的入射端位置；
步骤3，改变目标位C位置，使其在平行于入射单色平面偏振光Pi的方向产生前后 位移A;
步骤4，重复步骤1和步骤2，在单色平面偏振光P,的入射端位置，得到与单色平面
偏振光P3相比光程差发生改变为目标位C位移量A四倍的单色平面偏振光P'3。
一种实现上述方法的光程四倍增器件，其特征在于包括偏振分光器件4、旋光器件 5和反射镜6;偏振分光器件4的置位角度与入射平面偏振光的光路方向呈a角度，旋光 器件5设置于偏振分光器件4的透射光路中，反射镜6设置于偏振分光器件4的反射光路
中；所述的a角度为使入射平面偏振光达到可以完全透射、使反射的偏振方向与入射 平面偏振光正交的平面偏振光达到完全反射的角度；调整旋光器件5使穿过该器件并沿 原路返回再次穿过该偏振器件的偏振光偏振方向沿某一方向旋转90°角。
一种利用光程四倍增器件实现光学测量的装置，技术特征在于包括激光器8、光程 四倍增器件和被测物体联动的反射体14;在激光器与被测物体联动的反射体之间的光 路中设置光程四倍增器件，与被测物体联动的反射体垂直于入射偏振光方向放置；所 述激光器发出的入射光为一单色平面偏振光。
当激光器发出的入射单色平面偏振光入射到偏振分光器件后，可以完全穿过该偏 振分光器件并到达旋光器件，之后垂直照射与被测物体联动的反射体并被反射再次回
6到旋光器件；透过旋光器件后转化为与初始入射平面偏振光偏振方向正交的平面偏振 光，然后再次到达偏振分光器件并被全部反射后，垂直照射反射镜并被反射再次回到 偏振分光器件；经偏振分光器件全部反射后再次穿过旋光器件，再次经与被测物体联 动的反射体垂直反射后穿过该旋光器件，转化为与初始入射单色平面偏振光偏振方向 一致的平面偏振光，穿过偏振分光器后件沿入射光方向原路返回。
所述的偏振分光器件为一能够使入射激光束不同偏振方向的光束透射或者反射的 光学器件，为偏振分光棱镜、介质膜偏振分光镜或偏振衍射分光光栅。
所述的旋光器件为一能够改变偏振光偏振方向的光学器件，为法拉第旋光器或与 入射平面偏振光波长相匹配的四分之一波片；采用四分之一波片时调整四分之一波片 的光轴方向与入射单色平面偏振光的偏振方向呈45。角并且与其波长匹配。
所述反射镜为可以将入射平面偏振光完全反射的反射镜。
所述与被测物体联动的反射体为可以将入射平面偏振光完全反射或者部分反射的 反射镜或反射膜。
本发明的有益效果是在光学测量过程中，由于入射单色平面偏振光两次经过与 被测物体联动的反射体反射并最终转化成与入射平面偏振光偏振方向完全一致的出射 平面偏振光，与被测物体联动的反射体在沿入射光束方向的位置发生位移^的改变，会 引起最终的出射光束的光程改变四倍，产生4d的变化(若空间介质的折射率为"，则光 程改变为4""。在测量玻璃或晶体等透明介质的折射率时，将介质置于旋光器件和与 被测物体联动的反射体之间，光束四次通过介质，有助于提高折射率测量精度。同时， 因为出射光束与入射光束严格重合，有利于光学测量过程中的光路布置，使光路结构 更加紧凑。该方法可以应用于微位移测量、光学自混合干涉测量、折射率测量等光学 测量领域以及在不改变空间尺寸的情况下改变激光器光学谐振腔的腔长。
图1是现有技术中光束多次反射的光学装置结构示意7图2是本发明在光学测量中实现光程四倍增方法的光学原理示意图； 图3是本发明实现光程四倍增的器件结构示意图4是本发明利用光程四倍增器件实现光学测量的装置结构示意图； 图5是本发明利用光程四倍增器件实现光学测量的装置的结构示意图； 图6是本发明利用光程四倍增器件实现光学测量的装置的结构示意图； 图7是本发明利用光程四倍增器件实现光学测量的装置的结构示意图； 图8是本发明利用光程四倍增器件实现光学测量的装置的结构示意图。 图中，l-反射镜、2-可动反射镜、3-入射单色平面偏振光、4-偏振分光器件、5-旋 光器件、6-反射镜、7-出射单色平面偏振光、8-激光器、9-非偏振分光镜、10-偏振分 光棱镜、11-四分之一波片、12-全反射腔镜、13-全反射腔镜、14-与被测物体联动的反 射体、15-分光镜、16-分光镜、17-法拉第旋光器、18-介质膜反射镜、19-分光镜、20-反射镜、21-条纹接收装置、22-光学薄膜镀的或粘贴在棱镜表面的四分之一波片、23-待测样品、24-反射镜、25-介质膜偏振分光镜、26-外腔式激光器。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例l:请参阅图3，本实施例包括发出单色平面偏振光3的激光器8、光程四 倍增器件和与被测物体联动的反射体14;在与被测物体联动的反射体14与激光器8 之间的光路中设置光程四倍增器件；所述的光程四倍增器件包括偏振分光器件4、旋 光器件5和反射镜6。偏振分光器件4为偏振分光棱镜，调整其与激光器光路方向的 置位角度，使入射单色平面偏振光3可以完全透射并使偏振方向与之正交的平面偏振 光完全反射。反射镜6垂直于偏振分光棱镜反射后的光束放置，并可以将此光束反射; 旋光器件5为与入射平面偏振光波长相匹配的四分之一波片，光轴与入射光偏振方向 呈45°角放置。
本实施例的工作过程为当入射的单色平面偏振光3入射到偏振分光棱镜，完全穿过与入射平面偏振光波长相匹配的四分之一波片时，该入射单色平面偏振光成为圆 偏振光。该圆偏振光垂直照射与被测物体联动的反射体14并被反射再次回到四分之一 波片，穿过该四分之一波片后成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向正交的平面
偏振光。之后再次到达偏振分光器件4并被全部反射，垂直照射反射镜6并被反射再
次回到偏振分光棱镜；经偏振分光棱镜完全反射后，再次穿过光轴与其偏振方向呈45。 角放置的四分之一波片并照射与被测物体联动的反射体14。经与被测物体联动的反射 体14垂直反射再次穿过该四分之一波片后，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方 向一致的平面偏振光。然后穿过偏振分光棱镜后成为出射单色平面偏振光7，并沿入 射光方向返回。
当所述旋光器件5为法拉第旋光器时，入射单色平面偏振光穿过该法拉第旋光器 后，其偏振方向转过45。角并垂直照射与被测物体联动的反射体14。当光束从该与被 测物体联动的反射体14反射回来第二次穿过法拉第旋光器后，偏振方向再一次沿相同 方向转过45。角，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向正交的平面偏振光，之 后再次到达偏振分光器件4并被全部反射。垂直照射反射镜6并被反射再次回到偏振 分光器件4，经完全反射后再次穿过法拉第旋光器。进而经与被测物体联动的反射体 14垂直反射再次穿过该法拉第旋光器后，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向 一致的平面偏振光，穿过偏振分光器件4后，作为出射单色平面偏振光7沿入射光方 向返回。
所述偏振分光器件4为偏振分光棱镜，可以由介质膜偏振分光镜取代，还可以由 偏振分光衍射光栅取代。
本实施例在光学测量过程中，当待测物理量，如压电陶瓷的电致伸縮、物体的微 小移动等，使与被测物体联动的反射体14移动位移"时，因为最终的出射单色平面偏 振光7经与被测物体联动的反射体14反射两次，其光程改变为是与被测物体联 动的反射体14位移量的四倍(若空间介质的折射率为"，则光程改变为4ntO。因此该实施方式可以提高测量精度。
实施例2:请参阅图4，本实施例包括外腔式激光器26、非偏振分光镜9、光程四 倍增器件和与被测物体联动的全反射腔镜12;在外腔式激光器26和与被测物体联动 的全反射腔镜12的光路中，依次设置非偏振分光镜9和光程四倍增器件，且调整全反
射腔镜12垂直于入射偏振光方向放置；所述的光程四倍增器件的偏振分光器件4采用
偏振分光棱镜10，旋光器件5采用四分之一波片11，反射镜6采用全反射腔镜13; 调整偏振分光棱镜10的置位角度使入射平面偏振光3完全透射并使偏振方向与之正交 的平面偏振光完全反射；四分之一波片11的光轴方向与入射单色平面偏振光的偏振方 向呈45。角并且与其波长相匹配。
入射单色平面偏振光3经过四分之一波片11后变成圆偏振光，并垂直入射到全反 射腔镜12。由于外腔式激光器26出射端为布儒斯特窗，经过该窗发出单一波长的平 面偏振光，其一端的全反射镜与全反射腔镜12以及全反射腔镜13组成激光器的谐振 腔。全反射腔镜12以及全反射腔镜13在垂直于入射光束方向上位置的改变影响谐振 腔腔长，具有提供光学正反馈以及控制震荡光束的作用。
本实施例的工作过程为外腔式激光器26出射端的布儒斯特窗发出单色平面偏振 光3，该入射单色平面偏振光3经过非偏振分光镜9入射到偏振分光棱镜10后，完全 穿过该偏振分光棱镜并到达光轴与其偏振方向呈45。角放置的四分之一波片11，成为 圆偏振光。该圆偏振光垂直照射全反射腔镜12并被反射后回到四分之一波片，穿过四 分之一波片后的偏振光成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向正交的平面偏振 光；该平面偏振光再次到达偏振分光棱镜10并被全部反射，垂直照射全反射腔镜13 后被反射再次回到偏振分光棱镜10;经偏振分光棱镜10全部反射后穿过四分之一波 片11，经全反射腔镜12垂直反射并再次穿过四分之一波片后，成为与初始入射单色 平面偏振光3偏振方向一致的平面偏振光；该平面偏振光穿过偏振分光棱镜10到达非 偏振分光镜9，部分光束透过该非偏振分光镜9，其余部分作为出射单色平面偏振光7出射。其中，外腔式激光器26 —端的全反射镜、全反射腔镜12以及全反射腔镜13 整体组成激光器的谐振腔。全反射腔镜12在垂直于入射光束方向上位置可以改变，以 调整谐振腔腔长，达到控制激光器腔内的光束损耗以及震荡模式的作用。
本实施例在光学测量过程中，当调节使全反射腔镜12沿垂直于入射光方向移动位 移"时，由外腔式激光器26 —端的全反射镜、全反射腔镜12以及全反射腔镜13所组 成的谐振腔的实际腔长改变2d。调节全反射腔镜13的位移移动d时，谐振腔的实际 腔长可以改变&因此本实施例可以使激光器的谐振腔腔长调节方式灵活，精度更加 灵敏，达到有效控制激光器腔内的光束损耗以及震荡模式的作用。同时，如果将待测 的物理量与全反射腔镜12关联，则待测的物理量使全反射腔镜12产生位移A进一 步可以使光学谐振腔的腔长发生2d的变化，通过探测输出光的特性可以达到灵敏监测 待测量的目的。
实施例3:请参阅图5，本实施例是在马赫曾德干涉光路的基础上，在马赫曾德干 涉光路和与被测物体联动的反射体14的光路之间设置光程四倍增器件；所述与被测物 体联动的反射体14垂直于入射偏振光方向放置；所述的光程四倍增器件中的偏振分光 器采用偏振分光棱镜10，旋光器采用法拉第旋光器17，反射镜采用介质膜反射镜18; 介质膜反射镜18镀于偏振分光棱镜10的表面；所述偏振分光棱镜10的方向为能使入 射平面偏振光完全透射并使偏振方向与之正交的平面偏振光完全反射；调整法拉第旋 光器使穿过该器件之后偏振光的偏振方向沿某一方向旋转45。角。
马赫曾德干涉光路包括激光器8、分光镜15、分光镜16、分光镜19、反射镜20 和条纹接收装置21。
所述介质膜反射镜18为一直接镀于偏振分光棱镜10 —侧表面的光学薄膜，其功 能相当于一反射镜，使照射在其上的光束反射。
本实施例的工作过程为激光器8发出波长单一的平面偏振光，被设置在其光路 中的分光镜15分为第一，第二光束。第一光束穿过分光镜16后，作为入射单色平面
11偏振光3经过偏振分光棱镜10后，完全穿过该偏振分光棱镜并到达法拉第旋光器17。 穿过法拉第旋光器之后偏振光的偏振方向沿某一方向旋转45。角并垂直照射与被测物 体联动的反射体14。当光束从与被测物体联动的反射体14反射回来并第二次穿过法 拉第旋光器后，偏振方向再一次沿相同方向转过45°角，成为与初始入射单色平面偏 振光3偏振方向正交的平面偏振光。该平面偏振光再次到达偏振分光棱镜10并被全部 反射，垂直照射到介质膜反射镜18;介质膜反射镜18将偏振光反射再次回到偏振分 光棱镜10，经偏振分光棱镜10完全反射后穿过法拉第旋光器，到达与被测物体联动 的反射体14。经与被测物体联动的反射体14垂直反射再次穿过法拉第旋光器后，偏 振光的偏振方向再次转过卯°角，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向一致的 平面偏振光，作为出射单色平面偏振光7沿入射光方向返回。该单色平面偏振光7光 束经由分光镜16反射到达分光镜19。第二光束被反射镜20反射后同样到达分光镜19 并与第一光束发生干涉，形成的干涉图样被条纹接收装置21读取或者记录。当待测物 理量，如物体的微小移动，使与被测物体联动的反射体14的位置沿垂直于入射光方向 发生位移时，会导致条纹接收装置21上形成的干涉条纹发生移动，进一步根据条纹的 移动量可以判断出第一、第二光束的光程差，推算出与被测物体联动的反射体14的位 移量。
本实施例在光学测量过程中，当调节与被测物体联动的反射体14沿垂直于入射光 方向移动位移^时，最终到达条纹接收装置21上的第一、第二光束光程差改变4d。 而现有技术中的测量过程是入射单色平面偏振光3直接垂直照射与被测物体联动的 反射体14，被其全部垂直反射后经分光镜16反射作为出射单色平面偏振光7，之后第 一、第二光束发生干涉，此时，调节使与被测物体联动的反射体14沿垂直于入射光方 向移动位移d时，最终到达条纹接收装置21上的第一、第二光束光程差仅改变2d。 而本实施例与通常的方法相比，能够将测量精度提高一倍，而且操作简便，仅仅需要 在马赫曾德干涉光路的基础上增加图5虚线框中所示的光程四倍增装置即可。
12实施例4:请参阅图6，本实施例同样是在马赫曾德干涉光路的基础上，在马赫曾德干涉光路与反射镜24的光路之间设置光程四倍增器件，反射镜24垂直于入射偏振光方向放置，与被测物体不联动，且固定位于被测量物体之后方；所述的光程四倍增器件中的偏振分光器件采用偏振分光棱镜10,旋光器件采用四分之一波片22，反射镜采用介质膜反射镜18;介质膜反射镜18为一直接镀于偏振分光棱镜10 —侧表面的光学薄膜，其功能相当于一反射镜，使照射在其上的光束反射；所述偏振分光棱镜10的方向为能使入射平面偏振光完全透射并使偏振方向与之正交的平面偏振光完全反射；所述的四分之一波片22为一直接镀于偏振分光棱镜10 —侧表面的光学薄膜或者粘贴于偏振分光棱镜IO—侧表面的波晶片，其功能相当于一四分之一波片，调整四分之一波片22使穿过该器件之后的单色平面偏振光完全转化为圆偏振光。
马赫曾德干涉光路包括激光器8、分光镜15、分光镜16、分光镜19、反射镜20和条纹接收装置21。
上述部件组成与实施例3基本相同，不同的是法拉第旋光器17由四分之一波片22取代，光轴方向与入射单色平面偏振光的偏振方向呈45。角并且与其波长匹配。待测样品23为一透明状态待测样品，如玻璃、晶体、溶液、生物组织等，置于测试光路之中。反射镜24为固定器件，其位置不动，置于待测样品23的透射光路之后。
平行光束通过该待测样品后，因为样品本身的折射率不均匀，会导致平行光束的波前发生变化。因此，图6所示的实施例4主要应用光程四倍增方法与装置测量透明待测样品的折射率。
本实施例的工作过程为激光器8发出波长单一的平面偏振光，被设置在其光路中的分光镜15分为第一，第二光束。第一光束穿过分光镜16后，作为入射单色平面偏振光3经过偏振分光棱镜10，完全穿过该偏振分光棱镜并到达光轴与其偏振方向呈45。角放置的四分之一波片22，成为圆偏振光后经过待测样品23垂直照射反射镜24;反射回来的圆偏振光再次经过待测样品23,之后穿过四分之一波片22后，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向正交的平面偏振光；该平面偏振光再次到达偏振分光棱镜10并被全部反射，并垂直照射到反射镜18;反射镜18将其反射再次回到偏振分光棱镜10，经偏振分光棱镜10全部反射后穿过光轴与其偏振方向呈45。角放置的四分之一波片22，第三次穿过待测样品23并再次经反射镜24垂直反射；垂直反射的偏振光第四次穿过四分之一波片22，透射偏振光的偏振方向再次转过90。角，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向一致的平面偏振光，作为出射单色平面偏振光7沿入射光方向返回，该出射单色平面偏振光7光束经由分光镜16反射到达分光镜19。第二光束被反射镜20反射后同样到达分光镜19并与第一光束发生干涉，形成的干涉图样被条纹接收装置21读取或者记录。在此基础上，利用数字全息干涉等方法即可以计算获得待测样品23的折射率分布。
本实施例在光学测量过程中，主要应用于透明状态待测样品，如玻璃、晶体，溶液，生物组织等，平行光束通过该待测样品后，因为样品本身的折射率不均匀，会导致平行光束的波前发生变化。此实施方式中，光束前后四次通过样品，因此，最终到达条纹接收装置21时，出射单色平面偏振光7的波前变化是其一次通过待测样品23时的四倍，能够将测量精度提高四倍。
实施例5:请参阅图7，本实施例包括激光器8、分光镜15、光程四倍增器件、反射镜20、条纹接收装置21和与被测物体联动的反射体14。在激光器8和与被测物体联动的反射体14的光路中，依次设置分光镜15和光程四倍增器件，反射镜20于分光镜15分过来的光路垂直设置，条纹接收装置21于反射镜20反射过来的光路垂直设置，与被测物体联动的反射体14垂直于入射偏振光方向放置；所述的光程四倍增器件中的偏振分光器采用介质膜偏振分光镜25，旋光器采用法拉第旋光器17;调整介质膜偏振分光镜25使入射平面偏振光完全透射并使偏振方向与之正交的平面偏振光完全反射；调整法拉第旋光器使穿过该器件之后偏振光的偏振方向沿某一方向旋转45°角。
本实施例的工作过程为激光器8发出波长单一的平面偏振光，经过分光镜15
14将激光器8发出的光束分为第一、第二光束。第一光束作为入射单色平面偏振光3，完全穿过介质膜偏振分光镜25并到达法拉第旋光器17。法拉第旋光器使平面偏振光穿过该器件之后，在其偏振方向沿某一方向旋转45。角并垂直照射与被测物体联动的反射体14。当光束从可动反射镜2反射回来第二次穿过法拉第旋光器后，偏振方向再一次沿相同方向转过45。角，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向正交的平面偏振光。之后平面偏振光再次到达介质膜偏振分光镜25并被全部反射，垂直照射反射镜6并被反射再次回到介质膜偏振分光镜25;经介质膜偏振分光镜25完全反射后穿过法拉第旋光器到达可动反射镜2;经可动反射镜2垂直反射后再次穿过该法拉第旋光器，偏振光的偏振方向再次转过90°角，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向一致的平面偏振光；该平面偏振光穿过介质膜偏振分光镜25后作为出射单色平面偏振光7并沿入射光方向返回第一分光镜15。第二光束被反射镜20反射后同样到达第一分光镜15。第一、第二光束经过分光镜15后发生干涉，形成的干涉图样被条纹接收装置21读取或者记录。当待测物理量，如物体的微量移动，使与被测物体联动的反射体14的位置沿垂直于入射光方向发生位移时，会导致条纹接收装置21上形成的干涉条纹发生移动，进一步根据条纹的移动量可以判断出所述第一、第二光束的光程差，推算出与被测物体联动的反射体14的位移量。
本实施例在光学测量过程中，与通常方法相比，能够将测量精度提高一倍，而且操作简便，与图4所示实施方式具有同样的效果。
实施例6:请参阅图8，本实施例包括外腔式激光器26、光程四倍增器件和与被测物体联动的反射体14;在外腔式激光器26和与被测物体联动的反射体14的光路中设置光程四倍增器件，与被测物体联动的反射体14垂直于入射偏振光方向放置；所述的光程四倍增器件中的偏振分光器件采用偏振分光棱镜10，旋光器件采用光学薄膜镀的或粘贴于棱镜表面的四分之一波片22，反射镜采用介质膜反射镜18;调整偏振分光棱镜10使入射平面偏振光完全透射并使偏振方向与之正交的平面偏振光完全反射；调
15整四分之一波片22使光轴与入射平面偏振光的偏振方向呈45。角放置，穿过该器件之
后的平面偏振光完全转化为圆偏振光。
本实施例的工作过程为外腔式激光器26发出波长单一的入射单色平面偏振光3，完全穿过该偏振分光棱镜10并到达光轴与其偏振方向呈45。角放置的四分之一波片22，成为圆偏振光后垂直照射与被测物体联动的反射体14;被与被测物体联动的反射体14反射回到四分之一波片22，透过该四分之一波片后，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向正交的平面偏振光；该平面偏振光再次到达偏振分光棱镜10并被全
部反射后，垂直照射介质膜反射镜18并被反射再次回到偏振分光棱镜10;经偏振分
光棱镜10全部反射后穿过四分之一波片22，经与被测物体联动的反射体14垂直反射再次穿过四分之一波片后，成为与初始入射单色平面偏振光3偏振方向一致的平面偏振光；该平面偏振光穿过偏振分光棱镜10后返回外腔式激光器26，调制外腔式激光器26内的光束，形成光学自混合干涉。光学自混合干涉的输出信号即出射单色平面偏振光7由外腔式激光器26的另外一端输出。
本实施例在光学测量过程中，当待测的物理量，如压电陶瓷的电致伸縮、物体的微小位移等，使与被测物体联动的反射体14移动位移J时，由与被测物体联动的反射体14、介质膜反射镜18与外腔式激光器26所构成的激光器谐振腔的实际腔长改变2d。因此与被测物体联动的反射体14每移动四分之一波长，光学自混合干涉的输出信号，即出射单色平面偏振光7产生一个条纹跳动。现有技术中的普通光学自混合装置，与被测物体联动的反射体14每移动二分之一波长，光学自混合干涉的输出信号即所述出射单色平面偏振光7产生一个条纹跳动。可见，本实施例可以将测量精度提高一倍。
权利要求
1. 一种在光学测量中实现光程四倍增的方法，其特征在于步骤如下步骤1将入射的单色平面偏振光P1垂直照射目标位C并由目标位C折返后，在目标位C光路前端的A点改变偏振方向90度角，得到与入射的单色平面偏振光P1偏振方向正交的单色平面偏振光P2；步骤2将单色平面偏振光P2再次折返垂直照射目标位C并再次由目标位C折返，在目标位C光路前端的A点相对于入射的单色平面偏振光P2改变偏振方向90度角，得到与单色平面偏振光P2偏振方向正交的单色平面偏振光P3；所述的单色平面偏振光P3与入射单色平面偏振光P1的偏振方向一致，并折返至单色平面偏振光P1的入射端位置；步骤3改变目标位C位置，使其在平行于入射单色平面偏振光P1的方向产生前后位移△；步骤4重复步骤1和步骤2，在单色平面偏振光P1的入射端位置，得到与单色平面偏振光P3相比光程差发生改变为目标位C位移量△四倍的单色平面偏振光P′3。
2. —种实现权利要求1所述方法.的光程四倍增器件，其特征在于包括偏振分光器件(4)、旋光器件(5)和反射镜(6);偏振分光器件(4)的置位角度与入射平面 偏振光的光路方向呈"角度，旋光器件(5)设置于偏振分光器件(4)的透射光路 中，反射镜(6)设置于偏振分光器件(4)的反射光路中；所述的"角度为使入射 平面偏振光达到可以完全透射、使反射的偏振方向与入射平面偏振光正交的平面 偏振光达到完全反射的角度；调整旋光器件(5)使穿过该器件并沿原路返回再次 穿过该偏振器件的偏振光偏振方向沿某一方向旋转90。角。
3. 根据权利要求2所述的光程四倍增器件，其特征在于所述的偏振分光器件(4)为能够使入射激光束不同偏振方向的光束透射或者反射的光学器件，或偏振分光 棱镜，或介质膜偏振分光镜，或偏振衍射分光光栅。
4. 根据权利要求2所述的光程四倍增器件，其特征在于所述的旋光器件(5)为法 拉第旋光器或者四分之一波片；采用四分之一波片时调整四分之一波片的光轴方 向与入射单色平面偏振光的偏振方向呈45°角并且与其波长匹配。
5. 根据权利要求2所述的光程四倍增器件，其特征在于所述反射镜(6)为将入射 平面偏振光完全反射的反射镜、介质膜反射镜或全反射腔镜。
6. —种利用权利要求2~5中所述的任一光程四倍增器件实现光学测量的装置，其特 征在于包括激光器(8)、光程四倍增器件和与被测物体联动的反射体(14);在激 光器与反射体(14)之间的光路中设置光程四倍增器件，反射体(14)垂直于入 射偏振光方向放置；所述激光器(8)发出的入射光为一单色平面偏振光；
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述与被测物体联动的反射体(14) 为将入射平面偏振光完全反射或者部分反射的反射镜、介质膜反射镜或全反射腔 镜o
8. —种利用权利要求2 5中所述的任一光程四倍增器件实现光学测量的装置，其特 征在于包括外腔式激光器(26)、非偏振分光镜(9)、光程四倍增器件和与被测物 体关联的全反射腔镜(12);在外腔式激光器(26)和与被测物体联动的全反射腔 镜(12)的光路中，依次设置非偏振分光镜(9)和光程四倍增器件，全反射腔镜(12)垂直于入射偏振光方向放置。
9. 一种利用权利要求2~5中所述的任一光程四倍增器件实现光学测量的装置，其特 征在于在马赫曾德干涉光路和与被测物体联动的反射体(14)的光路之间设置 光程四倍增器件；所述反射体(14)垂直于入射偏振光方向放置。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述反射镜(24)垂直于入射偏振光 方向放置，与被测物体不联动，且固定位于被测量物体之后方。
11. 一种利用权利要求2~5中所述的任一光程四倍增器件实现光学测量的装置，其特 征在于包括激光器(8)、分光镜(15)、光程四倍增器件、反射镜(20)、条纹 接收装置(21)和与被测物体联动的反射体(14)。在激光器(8)和反射体(14) 的光路中，依次设置分光镜(15)和光程四倍增器件，反射镜(20)于分光镜(15) 分过来的光路垂直设置，条纹接收装置(21)于反射镜(20)反射过来的光路垂 直设置，反射体(14)垂直于入射偏振光方向放置。
12. —种利用权利要求2~5中所述的任一光程四倍增器件实现光学测量的装置，其特 征在于包括外腔式激光器(26)、光程四倍增器件和与被测物体联动的反射体(14);在外腔式激光器(26)和反射体(14)的光路中设置光程四倍增器件，反 射体(14)垂直于入射偏振光方向放置。
全文摘要
本发明涉及一种在光学测量中实现光程四倍增的方法及其装置，技术特征在于将入射的单色平面偏振光垂直照射目标位并由目标位，得到与单色平面偏振光相比光程差发生改变为目标位位移量△四倍的单色平面偏振光。实现上述方法的光程四倍增器件，包括偏振分光器件、旋光器件和反射镜。利用光程四倍增器件实现光学测量的装置，在激光器与被测物体联动的反射体之间的光路中设置光程四倍增器件，与被测物体联动的反射体垂直于入射偏振光方向放置。有益效果是因为出射光束与入射光束严格重合，使光路结构更加紧凑。该方法应用于微位移测量、光学自混合干涉测量、折射率测量等光学测量领域以及在不改变空间尺寸的情况下改变激光器光学谐振腔的腔长。
文档编号G01B11/02GK101498589SQ200910021229
公开日2009年8月5日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者楠 底, 赵建林, 邸江磊 申请人:西北工业大学