CN1026356C - 费索激光波长计 - Google Patents

Abstract

本发明是一种费索激光波长计，主要用于测量脉冲激光或连续激光的波长。它含有待测激光窗口、标准激光器、单模光纤、光纤耦合器、输出光纤、准直镜、费索干涉仪、会聚透镜、光电探测器和数据处理显示系统。具有测量精度高(测量精度达到10^-6)，不受周围环境温度变化的影响，测量速度快(测量速度比已有技术提高6倍多)的优点。

Description

本发明是一种费索激光波长计，用于测量脉冲激光或连续激光的波长。

已有技术：

1.US4173442

该发明为普通的费索型激光波长计。含有待测激光窗口、准直系统、费索干涉仪、光电探测器列阵、A/D转换板、微型计算机等。干涉图形的周期和相位测量，是由A/D转换板将光电探测器列阵输出的电信号进行转换以数字滤波方法找出干涉条纹的零点位置，确定干涉图的周期和相位，再经简单计算求得待测激光的波长。由于数字滤波运算量相当大，限制了测量速度的提高，在一般微机上，测量速度只能达到2～3次/秒，这就限制了波长计在波长快速实时测量控制中的应用。另一方面，由于激光波长测量精度高达10^-6，当周围环境温度变化时也会带来微量变化，这些变化会直接降低波长测量精度。该发明没有为消除环境温度对测量精度影响的措施。

2.EPA0426104

该发明采用F-P标准具来测量激光波长。由比较参考光和被测量光中心波长位置确定待测激光波长。是一种与含有费索干涉仪波长计的结构完全不同的波长计。

本发明的目的是为了解决已有技术1中存在的数据处理速度慢、测量精度受环境温度变化影响的问题，发明一种费索激光波长计，既能方便地在快速实时测量控制中使用;同时，测量精度不受周围环境温度影响。波长测量精度可以达到10^-6。

附图说明：为了便于叙述本发明波长计的构成，先进行附图的图面说明。

图1为本发明的费索激光波长计的结构方框图;

图2为本发明的费索激光波长计的光学系统示意图;

图3为本发明的费索激光波长计的数据处理显示系统的方框图;

图4为由光电探测器9的驱动器所输出的带有“小平台”的波形;

图5为由低通滤波器11输出的波形;

图6为由高通滤波器12所输出的正弦波形;

图7为由整形电路13所输出的方波;

图8为计数测量电路原理示意图。

本发明的费索激光波长计含有待测激光窗口1、标准激光器2、单模光纤3、光纤耦合器4、输出光纤5、准直镜6、费索干涉仪7、会聚透镜8、光电探测器9和数据处理显示系统10。如图1所示。

本发明的波长计从整体上可以分为光学系统和电子学系统二大部分。

所说的光学系统如图2所示。由待测激光窗口1和标准激光器2发射的两束激光束经单模光纤3的传输，输入到光纤耦合器4，因光纤耦合器是一种将光信号合成或分束的器件，所以由光纤耦合器输出的每根光纤均含有待测激光束和标准激光束。由光纤耦合器输出的光束进入输出光纤5，到达输出光纤5的端部恰为准直镜6的焦点位置，所以输出光纤5的端部也就是一个很好的点光源。光束经过准直镜6准直后，得到一束平行光束，此平行光束进入费索干涉仪7。平行光束经过费索干涉仪7后得到高对比度的等厚干涉条纹，再经过会聚透镜 8将干涉条纹会聚到光电探测器9上。由光电探测器将上述的光讯号变成电讯号输出到数据处理显示系统10里。

上面所述的电子学系统也就是数据处理显示系统10。它含有低通滤波器11、高通滤波器12、整形电路13、计数测量电路14和计算机15。

上述的光电探测器9是一种光电元件列阵。这种光电元件列阵的一个个列阵单元将它从干涉仪7输出所接收到的干涉图所显示的光强弱分布信号转换成相应的电压大小的信号。此电信号由光电元件列阵的驱动器输出，输出的电压波形如图4所示。此电压波形由一个个分离的电信号组成。所以，波形的轨迹象一个个“小平台”组成的，其中每一个“小平台”的高度也就是对应着每个光电元件列阵中的列阵单元所接收到干涉图中该部分的光强大小;这样的电信号经过低通滤波器11，去掉了每个列阵单元信号的跳跃和开关脉冲，其输出波形如图5所示。低通滤波器截止频率为8KHz～10KHz。图5所示的输出电信号再经过高通滤波器12，滤掉由准直光束光强分布不均匀引起信号的低频变化部分，此时再输出的电信号变成连续的正负对称的正弦波形，如图6所示。高通滤波器截止频率为0.5Hz～1KHz。此正弦波信号再经过整形电路13，至此输出波形为方波。如图7所示。该方波的跳变位置与图6正弦波的零点位置一一对应。方波进入计数测量电路14里，计数测量电路14将方波的每个周期进行精确地测量，计数测量电路中有高频脉冲序列作为标准，以高频脉冲序列的最后一个方波跳变点的脉冲序数值除以跳变点总的个数值为测得的干涉图周期;第一个跳变点外的脉冲序列数值即为干涉图相位值。由计数测量电路输出的数字信号经微型计算机15采集，再经其计算后由显示屏显示出待测激光波长。

本发明的优点：

1.由于本发明在波长计中引入标准激光器2和光纤耦合器4，用一已知波长的标准激光进行单点标定，因此消除了环境温度变化对测量精度的影响，所以测量精度已达到10^-6。

2.使用本发明的数据处理显示系统只用普通微型计算机便可达到测量速度大于20次/秒，适用于实时控制测量。采用高低通滤波结构，测量干涉条纹周期与相位全过程是由上述结构的电子线路硬件完成，比已有技术1主要依靠计算机软件处理的数字滤波方式快速简便，测量速度比已有技术中只有3次/秒的速度提高6倍多。

3.由于采用单模光纤、光纤耦合器，则改善了待测激光束的光学品质，所以对待测激光器的要求不刻苛。

实施例：

本发明费索激光波长计实施的结构如图1、2、3所示。标准激光器2选用He-Ne激光器，输出632.8nm红色激光。光纤耦合器4采用SFC单模熔锥型定向耦合器。准直镜6选用抛物面镜。由二块楔板加楔形隔圈组成空气隙的费索干涉仪7其楔板和隔圈的材料为熔石英。会聚透镜8为一柱透镜。光电探测器9选用PCD列阵C2325-28A。低通滤波器11截止频率选用8KHz，高通滤波器截止频率选用1KHz。本发明的计数测量电路14如图8所示。计数测量电路14含有高频振荡发生器16、计数器17、锁存器18。上述计数测量电路与整形电路13及微型计算机15联合运行，其运行过程如图8中所示的S、T、ST箭头指示的运行线路。微型计算机15中的程序对新采集的数据进行处理运算，可获得所需的相位和周期。微型计算机15采用IBM286。

本发明的费索激光波长计，用于测量染料激光器的波长，测量精度为10^-6，测量速度ν≥20次/秒。

Claims (3)

1、一种费索激光波长计，含有待测激光窗口(1)、准直镜(6)、费索干涉仪(7)、会聚透镜(8)、光电探测器(9)和数据处理显示系统(10)、其特征在于经过准直镜(6)进入费索干涉仪(7)的有两束激光、一束就是经待测激光窗口(1)入射的待测激光束，另一束是由作为标准激光器(2)输入的标准激光束，两束激光经单模光纤(3)、光纤耦合器(4)和输出光纤(5)再通过焦点位置在输出光纤(5)端部的准直镜(6)进入费索干涉仪(7)，由费索干涉仪(7)输出的干涉条纹经过会聚透镜(8)会聚在由光电元件列阵构成的光电探测器(9)上，光电探测器(9)输出电信号到数据处理显示系统(10)。

2、依据权利要求1所述的一种费索激光波长计，其特征在于数据处理显示系统（10）含有低通滤波器（11）、高通滤波器（12）、整形电路（13）、计数测量电路（14）和计算机（15）。

3、依照权利要求2所述的一种费索激光波长计，其特征在于计数测量电路（14）含有高频振荡发生器（16）、计数器（17）和锁存器（18）。

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