CN111896123A - 波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法 - Google Patents
波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111896123A CN111896123A CN202010735433.7A CN202010735433A CN111896123A CN 111896123 A CN111896123 A CN 111896123A CN 202010735433 A CN202010735433 A CN 202010735433A CN 111896123 A CN111896123 A CN 111896123A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- optical fiber
- interference
- tail fiber
- circulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 12
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J2009/0226—Fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明为一种波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法，解决了现有技术中存在的无法进行高精度绝对测量问题，其结构简单、响应速度快、测量精度高、测量量程大。本发明包括两个或两个以上不同中心波长的光纤调频连续波激光干涉子系统、每个子系统包括一个半导体激光器、一个光纤环行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，光纤环行器的反向输出尾纤与光电探测器的输入尾纤连接；光纤环行器的输出尾纤与光纤波分器的输入尾纤连接，光纤波分器的输出尾纤与光纤准直器的输入尾纤连接，光纤准直器后方依次设置有部分反射镜和全反射镜，部分反射镜和全反射镜构成干涉腔。
Description
技术领域：
本发明属于光学调频连续波干涉测量技术领域，涉及一种激光干涉仪，尤其是涉及一种波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法。
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。检测初相位也可以得出光程差，而且分辨率很高，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：
本发明的目的在于提供一种波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法，解决了现有技术中存在的无法进行高精度绝对测量问题，其结构简单、响应速度快、测量精度高、测量量程大。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种波分式多波长调频连续波激光干涉仪，其特征在于：包括两个或两个以上不同中心波长的光纤调频连续波激光干涉子系统、每个子系统包括一个半导体激光器、一个光纤环行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，光纤环行器的反向输出尾纤与光电探测器的输入尾纤连接；光纤环行器的输出尾纤与光纤波分器的输入尾纤连接，光纤波分器的输出尾纤与光纤准直器的输入尾纤连接，光纤准直器后方依次设置有部分反射镜(9)和全反射镜，部分反射镜和全反射镜构成干涉腔。
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和温控电路，其使用同样的调制波形、进行同步调制和解调。
一种波分式多波长调频连续波激光干涉仪的测量方法，其特征在于：根据多波长调频连续波激光干涉技术，利用全反射镜位于参考位置和待测位置时测得的两个或多个干涉信号的干涉级尾数，推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。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
1、本发明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、本发明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、本发明多个干涉仪使用了同一个准直透镜，多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是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图中：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-光纤波分器、8-光纤准直器，9-部分反射镜，10-全反射镜，11-第三半导体激光器，12-第三光纤环行器，13-第三光电探测器。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。这些实施例是用于说明本发明而不限于本发明的范围。
实施例1：
参见图1，本发明为一种波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、一个光纤波分器、一个光纤准直器、一个部分反射镜和一个全反射镜；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，第一半导体激光器1的输出尾纤与第一光纤环行器2的输入尾纤连接，第一光纤环行器2的反向输出尾纤与第一光电探测器3的输入尾纤连接。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，第二半导体激光器4的输出尾纤与第二光纤环行器5的输入尾纤连接，第二光纤环行器5的反向输出尾纤与第二光电探测器6的输入尾纤连接。第一光纤环行器2、第二光纤环行器5的输出尾纤与光纤波分器7的输入尾纤连接，光纤波分器7的输出尾纤与光纤准直器8的输入尾纤连接，光纤准直器8后方依次设置有部分反射镜9和全反射镜10，部分反射镜9和全反射镜10构成干涉腔。从两个光纤环行器输出的激光经光纤波分器7合为一束激光，经光纤准直器8准直后，相继垂直照射在部分反射镜9和全反射镜10构成的干涉腔。全反射镜10与被测目标粘在一起。
从第一半导体激光器1发出的激光经过第一光纤环行器2的光纤输出端射出。从第二半导体激光器4发出的激光经过第二光纤环行器5光纤输出端射出。这两束激光经光纤波分器7合为一束激光，经光纤准直器8准直后，同时照射在部分反射镜9和全反射镜10上。其反射光所形成的两个干涉信号分别反向进入光纤准直器8和光纤波分器7，经过第一光纤环行器2和第二光纤环行器5，最后由第一光电探测器3和第二光电探测器6接收。
双波长FMCW激光干涉仪的每一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。但是，它们需要使用同样的调制波形、进行同步调制和解调。
根据双波长调频连续波激光干涉技术，利用全反射镜位于参考位置和待测位置时测得的两个干涉信号的干涉级尾数，推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。
实施例2：
参见图2，本发明为一种波分式三波长调频连续波激光干涉仪，包括三个光纤调频连续波激光干涉子系统、一个光纤波分器、一个光纤准直器、一个部分反射镜和一个全反射镜。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，第一半导体激光器1的输出尾纤与第一光纤环行器2的输入尾纤连接，第一光纤环行器2的反向输出尾纤与第一光电探测器3的输入尾纤连接。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，第二半导体激光器4的输出尾纤与第二光纤环行器5的输入尾纤连接，第二光纤环行器5的反向输出尾纤与第二光电探测器6的输入尾纤连接。第三个子系统包括第三半导体激光器11、第三光纤环行器12和第三光电探测器13，第三半导体激光器11的输出尾纤与第三光纤环行器12的输入尾纤连接，第三光纤环行器12的反向输出尾纤与第三光电探测器13的输入尾纤连接。第一光纤环行器2、第二光纤环行器5和第三光纤环行器12的输出尾纤与光纤波分器7的输入尾纤连接，光纤波分器7的输出尾纤与光纤准直器8的输入尾纤连接，光纤准直器8后方依次设置有部分反射镜9和全反射镜10，部分反射镜9和全反射镜10构成干涉腔。三个干涉子系统共用同一个光纤波分器7和光纤准直器8，以及由部分反射镜9和全反射镜10构成的干涉腔。全反射镜10与被测目标粘在一起。
从第一半导体激光器1发出的激光经过第一光纤环行器2，进入光纤波分器7；从第二半导体激光器5发出的激光经过第二光纤环行器6，进入光纤波分器7；从第三半导体激光器11发出的激光经过第三光纤环行器12，进入光纤波分器7；这三束激光经光纤波分器7合束后，由光纤准直器8准直，然后相继照射在部分反射镜9和全反射镜10上。其反射光所形成的三个干涉信号分别反向进入光纤准直器8，由光纤波分器7分束后，分别经过第一光纤环行器2、第二光纤环行器5和第三光纤环行器12，最后由第一光电探测器3、第二光电探测器6和第三光电探测器13接收。
三波长FMCW激光干涉仪的每一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。但是，它们需要使用同样的调制波形、进行同步调制和解调。
根据多波长调频连续波激光干涉技术，利用全反射镜位于参考位置和待测位置时测得的多个干涉信号的干涉级尾数，推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。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (3)
1.一种波分式多波长调频连续波激光干涉仪，其特征在于：包括两个或两个以上不同中心波长的光纤调频连续波激光干涉子系统、每个子系统包括一个半导体激光器、一个光纤环行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，光纤环行器的反向输出尾纤与光电探测器的输入尾纤连接；光纤环行器的输出尾纤与光纤波分器(7)的输入尾纤连接，光纤波分器(7)的输出尾纤与光纤准直器(8)的输入尾纤连接，光纤准直器后方依次设置有部分反射镜(9)和全反射镜(10)，部分反射镜(9)和全反射镜(10)构成干涉腔。
2.根据权利要求1所述的波分式多波长调频连续波激光干涉仪，其特征在于：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和温控电路，其使用同样的调制波形、进行同步调制和解调。
3.一种波分式多波长调频连续波激光干涉仪的测量方法，其特征在于：根据多波长调频连续波激光干涉技术，利用全反射镜位于参考位置和待测位置时测得的两个或多个干涉信号的干涉级尾数，推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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010735433.7A CN111896123A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010735433.7A CN111896123A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111896123A true CN111896123A (zh) | 2020-11-06 |
Family
ID=73190253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010735433.7A Pending CN111896123A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111896123A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060182383A1 (en) * | 2005-02-17 | 2006-08-17 | Anthony Slotwinski | Compact fiber optic geometry for a counter-chirp FMCW coherent laser radar |
| CN108050941A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-05-18 | 西安工业大学 | 一种调频连续波激光干涉光纤位移传感器及其位移检测方法 |
| CN110864622A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-03-06 | 西安工业大学 | 一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪 |
-
2020
- 2020-07-28 CN CN202010735433.7A patent/CN111896123A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060182383A1 (en) * | 2005-02-17 | 2006-08-17 | Anthony Slotwinski | Compact fiber optic geometry for a counter-chirp FMCW coherent laser radar |
| CN108050941A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-05-18 | 西安工业大学 | 一种调频连续波激光干涉光纤位移传感器及其位移检测方法 |
| CN110864622A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-03-06 | 西安工业大学 | 一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11422258B2 (en) | FMCW LiDAR methods and apparatuses including examples having feedback loops | |
| CN110864622A (zh) | 一种偏分式双波长调频连续波激光干涉仪 | |
| CN107192336B (zh) | 双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统与方法 | |
| CN106643522A (zh) | 基于光电振荡器的光纤低相干干涉位移解调设备及方法 | |
| CN110596718B (zh) | 一种基于激光外差探测的相位测距装置及方法 | |
| US6545785B1 (en) | Optical communication system with phase modulation | |
| JP2015111160A (ja) | 対チャープｆｍｃｗコヒーレントレーザレーダー用の小型の光ファイバ配置 | |
| US4969736A (en) | Integrated fiber optic coupled proximity sensor for robotic end effectors and tools | |
| CN110081974B (zh) | 一种激光线宽测量系统 | |
| CN109239726B (zh) | 一种基于单台双梳飞秒激光器的非合作目标测距系统 | |
| EP4246835A1 (en) | Coherent receiving device and anemometry lidar system | |
| EP3879222A1 (en) | Optical interference measurement apparatus | |
| CN110567594A (zh) | 精密激光波长测量系统 | |
| US11735885B2 (en) | Laser device | |
| CN113805189B (zh) | 一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统 | |
| CN113865479B (zh) | 基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置与方法 | |
| US20050231728A1 (en) | Q-point stabilization for linear interferometric sensors using tunable diffraction grating | |
| CN114236560A (zh) | 一种全光纤大尺寸高精度飞秒激光绝对测距系统 | |
| US6147755A (en) | Dynamic optical phase state detector | |
| CN114047521A (zh) | 一种光学频率梳探测系统 | |
| CN109557557B (zh) | 一种软件自定义多功能激光雷达 | |
| CN111896123A (zh) | 波分式多波长调频连续波激光干涉仪及其测量方法 | |
| CN112050977A (zh) | 双波长调频连续波激光干涉压力测量传感器及测量方法 | |
| Morozov et al. | Optical vector analyzer based on double-side modulation with a suppressed carrier and phase-shift FBG | |
| CN110864621A (zh) | 一种空分式多波长调频连续波激光干涉仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201106 |