CN110044462A - 一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，激光器发出光，经分束器分光分别进入AOM和参考透镜组，信号光经AOM产生40MHz移频信号后再经过直角转折棱镜和转折棱镜后到发射透镜组，由发射透镜组发射到检测物体上，检测物体返还光再经过透镜组到接收透镜，之后经过滤光片除去杂散光后进入分光棱镜，与经过参考透镜的参考光在其输出端形成干涉信号，对干涉信号利用接收透镜进行处理后进入探测器，把干涉光信号转换为电信号输出；通过对系统光学结构进行设计，在满足接收与发射同轴的前提下，利用了发射与接收分体光路，从而消除了传统收发一体光学天线带来的因光学天线镜面反射所来到的同频噪声干扰，可以极大地提高系统的信噪比。

Description

一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构
技术领域
本发明涉及一种光学结构装置，尤其涉及一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构。
背景技术
振动检测技术目前应用越来越广泛，而且要求越来越高，而在非接触振动测量方面发展尤其迅速，而激光外差干涉多普勒是其中精度和灵敏度多极高的非接触振动检测手段，然而，在激光外差干涉多普勒振动测量中，系统噪声极大的影响了系统工作距离和精度，如在外差干涉系统中通常采用Pawel R等在laser doppler vibrometry withacoustooptic frequency shift报道中的外差结构，如图1所示，其所得的外差信号为：
其中I为该点光强，a1和b1分别为信号光和参考光的振幅，I0和I1分别为信号光和参考光光强，△f为参考光与信号光的频率差，t为时间，为振动引起的相位差。
同时，ZL201280019979.6也采用了图1所示的光学结构，在该光学结构中，利用的是收发一体天线，这种结构的好处是同轴性好，但其缺点也非常好明显，就是发射出去的信号光在经过透镜时会有一部分镜面反射光进入干涉系统，成为I0的一部分，从而产生噪声，降低了系统的信噪比。现有的激光干涉多普勒振动测量(如polytec和美国光动力公司的产品)均采用图1所示的收发一体光学天线。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种激光外差多普勒振动测量新的结构，通过该结构消除信号光在发射镜面返回的光，从而提高系统信噪比。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，该结构的激光器输出端连接分束器2的输入端。分束器2与激光器1的输出相连，其一输出端与AOM3的光学输出端连接，另一输出端与参考透镜组4连接，AOM3输出端连接到发射透镜组5的输入端，发射透镜组5的输出端与转折棱镜6输入相连，转折棱镜6输出与转折棱镜7输入相连接，转折棱镜7与发射透镜组8连接，信号光通过发射透镜组照射到物体上，从物体上返回来的激光通过发射棱镜组8进入光学系统，发射棱镜组8输出与接收透镜9的输入连接，接收透镜9的输出与滤光片10的输入连接，滤光片10的输出与分光棱镜11的一个输出端连接，分光棱镜11的另外一端与参考透镜组4的输出端连接，分光棱镜11的输出端与接收透镜12输入连接，接收透镜12的输出端与探测器13的输入连接。
在系统工作时，激光器发出光，经分束器2分光分别进入AOM3和参考透镜组4，信号光经AOM3产生40MHz移频信号后再经过直角转折棱镜6和转折棱镜7后到发射透镜组8，由发射透镜组8发射到检测物体上，检测物体返还光再经过透镜组8到接收透镜9，之后经过滤光片除去杂散光后进入分光棱镜11，与经过参考透镜组4的参考光在其输出端形成干涉信号，对干涉信号利用接收透镜12进行处理后进入探测器13，把干涉光信号转换为电信号输出。
进一步地，所述激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于1KHz，波长为1550nm。
进一步地，分束器2分光比为10：1，进入AOM3的光功率大于进入参考光透镜组4的光功率。
进一步地，AOM3的调制移频频率为40MHz。
进一步地，转折棱镜6和转折棱镜7均为直角棱镜。
进一步地，发射棱镜组8为长焦凸透镜。
进一步地，接收透镜9位凹透镜。
进一步地，滤光片的带宽为5nm，中心波长为激光器1的中心波长。
进一步地，分光棱镜11的光透光率与反光率比为10：1。
本发明通过对系统光学结构进行设计，在满足接收与发射同轴的前提下，利用了发射与接收分体光路，从而消除了传统收发一体光学天线带来的因光学天线镜面反射所来到的同频噪声干扰，可以极大地提高系统的信噪比。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图1中：1、激光器1；2、分束器2；3、AOM3；4、参考透镜组4；5、发射透镜组5；6、转折棱镜6；7、转折棱镜7；8、透镜棱镜组8；9、接收透镜9；10、滤光片10；11、分光棱镜11；12、接收透镜12；13、探测器13；
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，且其不应理解为对本发明的限制。
如图1所示，激光器1输出端连接分束器2输入端，激光器1为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于1KHz，波长为1550nm，频率稳定度为10-7，功率稳定度为1％；分束器2的分光比为10：1，分束器2的一个输出端连接AOM3的一个输入端，信号光经AOM3产生40MHz移频信号后再经过镀有1550nm增反膜的直角转折棱镜6和7后到发射透镜组8，发射透镜组8为镀有1550nm光增透膜凸透镜，由发射透镜组8发射到检测物体上，检测物体返还光再经过透镜组8到接收透镜9，接收透镜9为镀有1550nm增透膜的凹透镜，经过该凹透镜后光变为平行光，之后经过滤光片10除去杂散光后进入分光棱镜11，滤光片10的带宽为5nm，中心波长为1550nm。与经过参考透镜4的参考光在分光棱镜11输出端形成干涉信号，分光棱镜11的光透光率与反光率比为10：1，这样有利于更多的微弱的信号光进入干涉系统，对干涉信号利用接收透镜12进行处理后进入探测器13，把干涉光信号转换为电信号输出。
最后，所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员可以理解，对本发明的技术方案进行修改、缩减或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利范围当中。

Claims (9)

1.一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：激光器输出端连接分束器(2)的输入端；分束器(2)与激光器(1)的输出相连，其一输出端与AOM3的光学输出端连接，另一输出端与参考透镜组(4)连接，AOM3输出端连接到发射透镜组(5)的输入端，发射透镜组(5)的输出端与转折棱镜(6)输入相连，转折棱镜(6)输出与转折棱镜(7)输入相连接，转折棱镜(7)与发射棱镜组(8)连接，信号光通过发射透镜组照射到物体上，从物体上返回来的激光通过发射棱镜组(8)进入光学系统，发射棱镜组(8)输出与接收透镜(9)的输入连接，接收透镜(9)的输出与滤光片(10)的输入连接，滤光片(10)的输出与分光棱镜(11)的一个输出端连接，分光棱镜(11)的另外一端与参考透镜组(4)的输出端连接，分光棱镜(11)的输出端与接收透镜(12)输入连接，接收透镜(12)的输出端与探测器(13)的输入连接。
2.根据权利要求1所述的一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：所述激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于1KHz，波长为1550nm。
3.根据权利要求1所述的一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：所述分束器(2)分光比为10：1，进入AOM3的光功率大于进入参考透镜组(4)的光功率。
4.根据权利要求1所述的一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：所述AOM3的调制移频频率为40MHz。
5.根据权利要求1所述的一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：所述转折棱镜(6)和转折棱镜(7)均为直角棱镜，且均镀有1550nm增反膜。
6.根据权利要求1所述的一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：所述发射棱镜组(8)为长焦凸透镜，且镀有1550nm增透膜。
7.根据权利要求1所述的一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：所述接收透镜(9)位凹透镜，该透镜镀有1550nm增透膜，通过该透镜后接收的信号光变为平行光。
8.根据权利要求1所述的一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：所述滤光片的带宽为5nm，中心波长为1550nm。
9.根据权利要求1所述的一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，其特征在于：所述分光棱镜(11)的光透光率与反光率比为10：1。
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