CN110864622A - 一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪 - Google Patents

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郑刚
王欢
白浪
孙彬
张雄星
高明
刘卫国
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Abstract

本发明提供一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪，可以实现光程差变化量的高精度绝对测量。具体技术方案是：使两个中心波长不同的调频连续波激光干涉子系统工作在不同的偏振态，采用一个光纤偏分器将两个子系统的光路合而为一，经过准直透镜准直后，同时检测同一个干涉腔；利用两个子系统对目标在参考位置和待测位置两次测量得到的干涉级尾数，计算出其中一个子系统待测位置相对于参考位置干涉级变化量的整数和尾数，从而得到相应光程差变化量的绝对值。本发明的优点是：可以实现光程差变化量的高精度绝对测量，无论是光程差快速变化、或者发生突变、或者在测量过程发生中断，都可以进行测量。

Description

一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪
技术领域：
本发明涉及光学调频连续波干涉测量技术领域，具体涉及一种调频连续波激光干涉高精度绝对测量仪器。
背景技术：
光学调频连续波(FMCW)干涉是一项新的精密测量技术。目前这种光学干涉技术使用的测量装置由一个光频率周期性连续线性调制的激光光源、一个光纤环行器、一个光纤准直器和一个光电探测器构成，当干涉仪中的信号光和参考光相遇干涉时，产生一个动态拍频信号，其频率和初位相都与信号光和参考光之间的光程差有关。检测其拍频频率可以得出光程差的绝对值，但是分辨率较低，一般为几十微米。检测初相位可以得出光程差，但是由于干涉信号是初相位的周期性函数，一次测量只能得到初相位不足于一个周期的小数部分。虽然在一定条件下，例如当光程差缓慢连续变化时，不间断连续测量可以得到初相位变化量的整周期数和尾数，但是一旦光程差变化速度过快或发生突变，或者在测量过程有意或无意发生中断，初相位变化量的整周期数就会丢失，导致测量失败。
发明内容：
本发明提出一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪，可以克服现有技术存在的无法进行高精度绝对测量的问题。
为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：
一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪，包括两个光纤调频连续波激光干涉子系统，每个子系统均包括一个半导体激光器、一个光纤环行器、一个光纤准直器和一个光电探测器，其中，半导体激光器的输出尾纤与光纤环行器的输入尾纤连接，光纤环行器的输出尾纤与光纤准直器的输入尾纤连接，光纤环行器的反向输出尾纤与光电探测器的输入尾纤连接；两个光纤环行器的输出由光纤偏分器合束后，经保偏光纤准直器准直后，照射在部分反射镜和全反射镜上，两个子系统工作在不同的偏振态。
进一步：偏分式双波长FMCW激光干涉仪的每一个干涉子系统都有独立的压控电流源激光器驱动电路、放大滤波干涉信号预处理电路、以及温控电路。它们使用同样的调制波形、进行同步调制和解调。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本方法与现有的单频激光干涉技术和双频激光技术干涉相比，在一定的量程以内，可以实现前两者无法实现的光程差变化量的高精度绝对测量。
2、本方法与现有的白光干涉技术相比，由于避免使用辅助干涉仪和扫描机构，所以结构简单、响应速度快、测量精度高、测量量程大。
3、两个干涉仪使用了同一个准直透镜，两条光路在空间上是重叠的，所以光路比较容易对正。适应能力强，无论是光程差快速变化或发生突变或者在测量过程发生中断，都可以进行测量。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
标记说明：1、第一半导体激光器，2、第一光纤环行器，3、第一光电探测器，4、第二半导体激光器，5、第二光纤环行器，6、第二光电探测器，7、光纤偏分器，8、光纤准直器，9、反射镜，10、全反射镜。
具体实施方式
下面将通过附图和实施例对本发明进行详细地说明。
本发明提供的一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪，包括两个光纤调频连续波激光干涉子系统，每个子系统均包括一个半导体激光器、一个光纤环行器、一个光纤准直器和一个光电探测器；
其中，半导体激光器的输出尾纤与光纤环行器的输入尾纤连接，光纤环行器的输出尾纤与光纤准直器的输入尾纤连接，光纤环行器的反向输出尾纤与光电探测器的输入尾纤连接；两个光纤环行器的输出由光纤偏分器合束后，经保偏光纤准直器准直后，照射在部分反射镜和全反射镜上，两个子系统工作在不同的偏振态。
所说的偏分式双波长FMCW激光干涉仪的每一个干涉子系统都有独立的压控电流源激光器驱动电路、放大滤波干涉信号预处理电路、以及温控电路。它们使用同样的调制波形、进行同步调制和解调。
本发明提出的偏分式双波长调频连续波激光干涉仪包括两个光纤调频连续波激光干涉子系统。第一个子系统包括第一半导体激光器1、第一光纤环行器2和第一光电探测器3。第二个子系统包括第二半导体激光器4、第二光纤环行器5和第二光电探测器6。每个激光器的输出尾纤与环形器的输入尾纤连接，环形器的反射光输出尾纤与光电探测器的输入尾纤连接。两子系统工作在不同的偏振态，具体的第一个子系统耦合到光纤偏分器7输入光纤的慢轴，第二个子系统耦合到光纤偏分器7输入光纤的快轴。由光纤偏分器7合束后，经保偏光纤准直器8，照射在部分反射镜9和全反射镜10上，全反射镜与被测目标粘在一起，如图1所示。
从第一半导体激光器1发出的激光首先经过第一光纤环行器2，然后耦合进光纤偏分器7保偏光纤输入端的慢轴。从第二激光器4发出的激光首先经过第二光纤环行器5，然后耦合进光纤偏分器7保偏光纤输入端的快轴。这两束不同中心波长的激光分别从光纤准直透镜的射出，同时照射在部分反射镜和全反射镜上。反射光所形成的两个干涉信号沿原光路返回，经过偏分器根据快慢轴分束，沿慢轴传输的干涉信号经过第一光纤环行器2由第一光电探测器3接收，沿快轴传输的干涉信号经过第二光纤环行器5由第二光电探测器6接收。
本发明装置的两个子干涉系统都有独立的压控电流源激光器驱动电路、放大滤波干涉信号预处理电路、以及温控电路，要求使用同样的调制波形、进行同步调制和解调。利用两个子系统进行测量时，当被测目标位于参考位置和待测位置时得到的两个干涉信号的干涉级尾数，计算出其中一个子系统干涉级变化量的整数和尾数，从而得到对应光程差变化量的绝对值。

Claims (2)

1.一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪，其特征在于：包括两个光纤调频连续波激光干涉子系统，每个子系统均包括一个半导体激光器、一个光纤环行器、一个光纤准直器和一个光电探测器，其中，半导体激光器的输出尾纤与光纤环行器的输入尾纤连接，光纤环行器的输出尾纤与光纤准直器的输入尾纤连接，光纤环行器的反向输出尾纤与光电探测器的输入尾纤连接；两个光纤环行器的输出由光纤偏分器合束后，经保偏光纤准直器准直后，照射在部分反射镜和全反射镜上，两个子系统工作在不同的偏振态。
2.根据权利要求1所述的一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪，其特征在于：偏分式双波长FMCW激光干涉仪的每一个干涉子系统都有独立的压控电流源激光器驱动电路、放大滤波干涉信号预处理电路、以及温控电路，它们使用同样的调制波形、进行同步调制和解调。
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