1.一种基于涡旋光干涉的二维微位移测量系统,其特征在于,包括激光器,所述激光器发出的光源经扩束系统和线偏振片后入射到第一分束棱镜,经第一分束棱镜分束后,其中一束光经第一反射镜反射后,依次进入圆偏振片和涡旋波片;另一束光经第二反射镜反射后进入双凸透镜,由涡旋波片和双凸透镜出射的光进入第二分束棱镜后,出射的光经四分之一波片后进入偏振分束棱镜,偏振分束棱镜的反射光路上设有可移动反射镜,并通过偏振相机分别采集二维移动方向位移前后的干涉图;可移动反射镜的两个垂直面可反射光线,可移动反射镜与位移设备连接,实现二维移动。
2.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的二维微位移测量系统,其特征在于,所述四分之一波片的快轴方向与线偏振片偏振方向一致。
3.根据权利要求2所述的一种基于涡旋光干涉的二维微位移测量系统,其特征在于所述涡旋波片采用拓扑荷数m=1的涡旋波片。
4.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉的二维微位移测量系统,其特征在于所述第一分束棱镜和第二分束棱镜均为非偏振分束棱镜。
5.一种利用权利要求1~4任一项所述的基于涡旋光干涉的二维微位移测量系统的二维微位移测量方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、搭建基于涡旋光干涉的二维微位移测量系统;
S2、用偏振相机同时采集位移前偏振方向为x的干涉图Ix1(x,y)和位移前偏振方向为y的干涉图Iy1(x,y);驱动位移设备,同时采集位移后偏振方向为x的干涉图Ix2(x,y)和位移后偏振方向为y的干涉图Iy2(x,y);
S3、对干涉图Ix1、Iy1和Ix2、Iy2进行滤波处理和极值搜索算法获取最大光强点分布和S4、将 和 转化到极坐标系下,得到极坐标系下最大光强点分布图和
S5、对 和 进行2π周期性恢复得到 和
S6、对 和 中的点进行拟合,分别得到位移前后两个偏振方向的螺旋系数cx1、cy1和cx2、cy2,计算其差值Δx=(cx2‑cx1)/2、Δy=(cy2‑cy1)/2,得到的Δx和Δy即为两个维度的位移量。
6.根据权利要求5所述的二维微位移测量方法,其特征在于,所述对干涉图Ix1、Iy1和Ix2、Iy2进行滤波处理和极值搜索算法获取最大光强点分布的具体方法为:对采集的干涉图Ix1、Iy1和Ix2、Iy2进行高斯滤波处理得到 和 并用极值搜索法提取最大光强点,即可得到最大光强点分布的图像 和
7.根据权利要求6所述的二维微位移测量方法,其特征在于,将最大光强点转换到极坐p wp标系中的具体方法为:若定义转换前的最大光强点为I (x,y),极坐标转换后的点集I (θ,r)则按照如下公式计算:
8.根据权利要求7所述的二维微位移测量方法,其特征在于,所述2π周期性恢复的步骤wp lp包括:在极坐标系下按极径r的大小从小到大排列I (θ,r)中全部最大光强点得到I (θ,lpr),在I 中遍历所有的最大光强点,若前一个点(θi,ri)的θi大于后一个点(θi+1,ri+1)的θi+1,m则将后一个点(θi+1,ri+1)变为(θi+1+2nπ,ri+1)存储在新的矩阵I(θ,r)的对应位置,其中,n为大小颠倒出现的次数。
9.根据权利要求8所述的二维微位移测量方法,其特征在于,所述拟合方法为:在极坐标系下对 和 中的数据点按照如下公式进行最小二乘法拟合:
式中,k为波矢2π/λ,为常数项,通过拟合得到各自对应的cx1、cy1和cx2、cy2,计算其差值Δx=(cx2‑cx1)/2、Δy=(cy2‑cy1)/2,得到的Δx和Δy即为两个维度的位移量。