CN111504199A - 一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置 - Google Patents

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张福民
郑继辉
马鑫
宋明宇
曲兴华
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Abstract

本发明公开了一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，所述测距装置包括微腔光梳模块、测距模块和数据采集模块。所述泵浦通过光纤连接功率放大器和微谐振腔，产生一束高重频激光脉冲，通过第一准直镜和分光镜后，被分为两束，一束打到参考镜并返回，所述参考镜放置在位移台上；另一束激光通过第一测量镜打到第二测量镜上，所述第一测量镜为半透半反镜，光束经过两个测量镜后分别返回，通过控制所述位移台移动，使两束测量镜返回光分别与参考镜返回光在分光镜存处形成干涉条纹，由第二准直镜接收，传入光电探测器，采集数据传入计算机进行处理。本发明可以实现距离的精密测量。

Description

一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置
技术领域
本发明涉及距离测量技术，特别涉及一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置。
背景技术
长度作为七大基本物理量，一直是工业生产、装配和检测领域非常重要的环节。目前工业现场对距离测量精度的要求越来越高，传统的测量方法很难满足测量的需求，近年来出现的微腔光梳有效的解决了测距领域的难题，微腔光梳本身具有重复频率高、脉冲宽度窄、体积小、可集成性好、稳定性高等优势，使用微腔光梳测距可以将距离溯源到激光波长上，大大提高了测距精度。因此提出了一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，采用控制位移台带动参考镜扫描测量的方式，形成干涉条纹，实现精密测量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，本发明装置通过控制位移台带动参考镜扫描的方式，分别在不同的位置与第一测量镜和第二测量镜返回光形成干涉条纹，解算后可以得到精确的距离值，且本发明装置采用绝对测距方案，解决了传统方法测量精度不高和断光导致测量中断的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，包括：
微腔光梳模块，所述微腔光梳模块用于产生高重频激光；
测距模块，所述测距模块用于产生干涉信号，包括第一准直镜、分光镜、参考镜、位移台、第一测量镜和第二测量镜，所述第一准直镜的输入端通过光纤与所述微腔光梳模块的输出端相连接，所述参考镜固定在所述位移台上随所述位移台移动；以及，
数据采集模块，所述数据采集模块包括通过光纤相互连接的第二准直镜和光电探测器，以及计算机；
其中，所述微腔光梳模块发射的高重频激光通过所述第一准直镜和所述分光镜后分成测量路激光和参考路激光，所述参考路激光打到所述参考镜后返回得到参考路返回光，所述测量路激光经过依次所述第一测量镜和所述第二测量镜，并在所述第一测量镜处返回得到第一测量路返回光、在所述第二测量镜处返回得到第二测量路返回光；通过所述位移台的移动，使得所述第一测量路返回光与所述参考路返回光在所述分光镜处形成干涉，得到第一干涉信号，所述第二测量路返回光与所述参考路返回光在所述分光镜处形成干涉，得到第二干涉信号；所述第二准直镜接收所述第一干涉信号和所述第二干涉信号，传入所述光电探测器，所述光电探测器将接收到的光信号转化成电信号并将所述电信号传入计算机。
进一步地，所述微腔光梳模块包括通过光纤依次连接的泵浦、功率放大器和微谐振腔。
进一步地，所述第一测量镜为半透半反镜。
进一步地，所述参考镜固定在位移台上，控制所述位移台以v的速度运动，使得所述参考镜的返回光分别与所述第一测量镜的返回光和所述第二测量镜的返回光形成两个干涉条纹，即，所述第一干涉信号和所述第二干涉信号，实现扫描采样，两个干涉条纹在时域上包含两个高斯包络的峰，采用希尔伯特变换，拟合出两个峰值点，计算两个峰值点对应的时间差△t；测距结果为：
Figure BDA0002477059720000021
其中，L为待测物体的距离。
本发明的有益效果是：本发明一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，通过位移台带动参考镜扫描的方式，产生干涉条纹，实现了光学采样，提高了测量的精度；距离测量采用多脉冲绝对距离测量方法，不用担心断光问题；本装置采用微腔光梳，体积小便于集成，重复频率高，稳定性强，为精密测量提供了保证。
附图说明
图1：本发明一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置结构示意图。
附图标注：
1——微腔光梳模块； 11——泵浦；
12——功率放大器； 13——微谐振腔；
2——测距模块； 21——第一准直镜；
22——分光镜； 23——参考镜；
24——位移台； 25——第一测量镜；
26——第二测量镜；
3——数据采集模块； 31——第二准直镜；
32——光电探测器； 33——计算机；
4——光纤。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，包括微腔光梳模块1、测距模块2和数据采集模块3。
所述微腔光梳模块1用于产生高重频激光，包括通过光纤4依次连接的泵浦11、功率放大器12和微谐振腔13。
所述测距模块2用于产生干涉信号，包括第一准直镜21、分光镜22、参考镜23、位移台24、第一测量镜25和第二测量镜26，所述第一准直镜21的输入端通过光纤4与所述微谐振腔13的输出端相连接，所述参考镜23固定在所述位移台24上随所述位移台24移动。
所述数据采集模块3包括通过光纤4相互连接的第二准直镜31和光电探测器32，以及计算机33。
所述泵浦11、功率放大器12和微谐振腔13通过光纤4连接，产生一束高重频激光，所述高重频激光通过所述第一准直镜21和所述分光镜22后分成测量路激光和参考路激光，所述参考路激光打到所述参考镜23后返回得到参考路返回光，所述测量路激光经过依次所述第一测量镜25和所述第二测量镜26，并分别在所述第一测量镜25处和所述第二测量镜26返回，得到第一测量路返回光和第二测量路返回光；所述第一测量镜25为半透半反镜，通过控制固定所述参考镜23的位移台24移动，使得所述第一测量路返回光与所述参考路返回光在所述分光镜22处形成干涉，得到第一干涉信号，所述第二测量路返回光与所述参考路返回光在所述分光镜22处形成干涉，得到第二干涉信号；所述第二准直镜31接收所述第一干涉信号和所述第二干涉信号，传入所述光电探测器32，所述光电探测器32将接收到的光信号转化成电信号，所述电信号传入计算机33中进行处理，实现距离的精密测量。
所述参考镜23固定在位移台24上，控制所述位移台24以v的速度运动，使得所述参考镜23的返回光分别与所述第一测量镜25和所述第二测量镜26的返回光形成两个干涉条纹，即，所述第一干涉信号和所述第二干涉信号，实现扫描采样，两个干涉条纹在时域上包含两个高斯包络的峰，采用希尔伯特变换，拟合出两个峰值点，计算两个峰值点对应的时间差△t；测距结果为：
Figure BDA0002477059720000041
优选的，所述的一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，测量距离存在非模糊范围，通过如下公式计算：
Figure BDA0002477059720000042
其中，c为光在真空中的传播速度，frep为微腔光梳的重复频率，ng为空气折射率。
综上所示，本发明的一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，可以实现绝对距离的测量，不用担心测量断光，测量精度高，体积小，系统简单便于集成，可应用于工业精密测量领域。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，其特征在于，包括：
微腔光梳模块(1)，所述微腔光梳模块(1)用于产生高重频激光；
测距模块(2)，所述测距模块(2)用于产生干涉信号，包括第一准直镜(21)、分光镜(22)、参考镜(23)、位移台(24)、第一测量镜(25)和第二测量镜(26)，所述第一准直镜(21)的输入端通过光纤(4)与所述微腔光梳模块(1)的输出端相连接，所述参考镜(23)固定在所述位移台(24)上随所述位移台(24)移动；以及，
数据采集模块(3)，所述数据采集模块(3)包括通过光纤(4)相互连接的第二准直镜(31)和光电探测器(32)，以及计算机(33)；
其中，所述微腔光梳模块(1)发射的高重频激光通过所述第一准直镜(21)和所述分光镜(22)后分成测量路激光和参考路激光，所述参考路激光打到所述参考镜(23)后返回得到参考路返回光，所述测量路激光经过依次所述第一测量镜(25)和所述第二测量镜(26)，并在所述第一测量镜(25)处返回得到第一测量路返回光、在所述第二测量镜(26)处返回得到第二测量路返回光；通过所述位移台(24)的移动，使得所述第一测量路返回光与所述参考路返回光在所述分光镜(22)处形成干涉，得到第一干涉信号，所述第二测量路返回光与所述参考路返回光在所述分光镜(22)处形成干涉，得到第二干涉信号；所述第二准直镜(31)接收所述第一干涉信号和所述第二干涉信号，传入所述光电探测器(32)，所述光电探测器(32)将接收到的光信号转化成电信号并将所述电信号传入计算机(33)。
2.根据权利要求1所述的一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，其特征在于，所述微腔光梳模块(1)包括通过光纤(4)依次连接的泵浦(11)、功率放大器(12)和微谐振腔(13)。
3.根据权利要求1所述的一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，其特征在于，所述第一测量镜(25)为半透半反镜。
4.根据权利要求1所述的一种基于微腔光梳的扫描位移台干涉测距装置，其特征在于，所述参考镜(23)固定在位移台(24)上，控制所述位移台(24)以v的速度运动，使得所述参考镜(23)的返回光分别与所述第一测量镜(25)的返回光和所述第二测量镜(26)的返回光形成两个干涉条纹，即，所述第一干涉信号和所述第二干涉信号，实现扫描采样，两个干涉条纹在时域上包含两个高斯包络的峰，采用希尔伯特变换，拟合出两个峰值点，计算两个峰值点对应的时间差△t；测距结果为：
Figure FDA0002477059710000021
其中，L为待测物体的距离。
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