一種激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，屬于激光測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。該滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)使用LD泵浦的單頻微片Nd:YAG激光器、靜止波片、可轉(zhuǎn)動(dòng)波片以及外部反射鏡構(gòu)成的激光回饋系統(tǒng)來(lái)測(cè)量滾轉(zhuǎn)角。靜止波片的快慢軸和激光偏振方向成45度角，可轉(zhuǎn)動(dòng)波片的快慢軸和靜止波片的快慢軸重合為零點(diǎn)位置。在45度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)波片，激光器輸出的回饋信號(hào)之間的相位差連續(xù)可變，與角度成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)滾轉(zhuǎn)角的精密測(cè)量。本實(shí)用新型的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、裝配調(diào)整容易、測(cè)量精度高、成本低的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及測(cè)量領(lǐng)域中的一種激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]角度是一個(gè)重要的計(jì)量單位，同時(shí)也是機(jī)械、儀器儀表和電子產(chǎn)品中的重要幾何參數(shù)之一，其準(zhǔn)確度直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量與壽命，在機(jī)械、光學(xué)、電子、航空航天、航海、軍事等許多領(lǐng)域都具有極其重要的意義和作用。
[0003]測(cè)角技術(shù)中研究最早的是機(jī)械式和電磁式測(cè)角技術(shù)，如多齒分度臺(tái)、感應(yīng)同步器和圓磁柵等，這些方法的主要缺點(diǎn)是是體積過(guò)大，人們對(duì)幾百毫米的直徑習(xí)以為常，并且其制作困難，價(jià)格昂貴。光學(xué)測(cè)角方法由于具有非接觸、高精度度和高靈敏度的特點(diǎn)而倍受人們的重視，尤其是穩(wěn)定的激光光源的發(fā)展使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量成為可能，因此使光學(xué)測(cè)量法的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，光學(xué)測(cè)角方法常用的有自準(zhǔn)直法、平行干涉圖法、光電編碼器法、圓光柵法、光學(xué)內(nèi)反射法、激光干涉法和表面等離子共振法等。激光干涉法是目前進(jìn)度最高的測(cè)量方法，但是其原理上是非線性的，且測(cè)量范圍小，主要用作對(duì)其他方法的檢定。圓光柵和感應(yīng)同步器等，其測(cè)量裝置由“動(dòng)片”和“靜片”組成，需要嚴(yán)格同心，加工和裝配要求太苛刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型利用激光外腔回饋導(dǎo)致激光器X、y兩個(gè)方向的激光強(qiáng)度受到不同的調(diào)制，提出了一種新的滾轉(zhuǎn)角測(cè)量方法。在雙波片外腔回饋條件下，激光器x、y兩個(gè)方向的激光強(qiáng)度具有位相差，此位相差與外腔可轉(zhuǎn)動(dòng)波片的位相差成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)測(cè)量X、y方向上的激光強(qiáng)度之間的位相差就可以實(shí)現(xiàn)高精度的滾轉(zhuǎn)角測(cè)量。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，該滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)包括:
[0006]帶尾纖的LD栗浦源1，該LD栗浦源I用于產(chǎn)生栗浦光；
[0007]準(zhǔn)直聚焦透鏡組2，該準(zhǔn)直聚焦透鏡組2通過(guò)光纖與該LD栗浦源I連接；
[0008]由全內(nèi)腔的Nd: YAG晶體3構(gòu)成的Nd: YAG激光器，該Nd: YAG晶體3的入射面和出射面構(gòu)成該Nd: YAG激光器的諧振腔，該準(zhǔn)直聚焦透鏡組2將該LD栗浦源I產(chǎn)生的栗浦光匯聚于該Nd:YAG晶體3的該入射面，在該入射面和該出射面之間諧振，并從該出射面輸出單頻線偏振激光；
[0009]外腔回饋反射鏡7，該外腔回饋反射鏡7與該Nd: YAG晶體3的出射面構(gòu)成回饋外腔，該外腔回饋反射鏡7將該Nd: YAG激光器輸出的單頻線偏振激光反射回該Nd: YAG激光器，以產(chǎn)生激光外腔回饋；
[0010]靜止波片5，該靜止波片5設(shè)置在該回饋外腔中，并且該靜止波片5的快軸和慢軸分別與該Nd:YAG激光器輸出的單頻線偏振激光的偏振方向成45度夾角；[0011]可轉(zhuǎn)動(dòng)波片6，該可轉(zhuǎn)動(dòng)波片6設(shè)置在該回饋外腔中，并與待測(cè)物體固定連接，以敏感該待測(cè)物體的滾轉(zhuǎn)角；
[0012]位移驅(qū)動(dòng)器8，該位移驅(qū)動(dòng)器8與該外腔回饋反射鏡7固定連接，以在驅(qū)動(dòng)電壓的作用下，推動(dòng)該外腔回饋反射鏡7沿該單頻線偏振激光的軸線移動(dòng)，改變?cè)摶仞佂馇坏拈L(zhǎng)度；
[0013]信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置，該信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置用于分別在該靜止波片5的快軸和慢軸這兩個(gè)方向上，探測(cè)該Nd:YAG激光器輸出的該單頻線偏振激光的光強(qiáng)，并用于向該位移驅(qū)動(dòng)器8提供驅(qū)動(dòng)電壓；
[0014]相位檢測(cè)器，該相位檢測(cè)器用于檢測(cè)該單頻線偏振激光在該靜止波片5的快軸和慢軸這兩個(gè)方向上的光強(qiáng)的相位差；和
[0015]數(shù)據(jù)處理器12，該數(shù)據(jù)處理器12用于基于該相位檢測(cè)器檢測(cè)的相位差，確定該待測(cè)物體的滾轉(zhuǎn)角，
[0016]其中，該信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置包括:
[0017]偏振分光棱鏡9，該偏振分光棱鏡9將該Nd: YAG激光器輸出的該單頻線偏振激光在空間上分成兩路光，該兩路光的方向分別平行于該快軸和該慢軸的方向；和
[0018]兩個(gè)光電探測(cè)器10、11，該兩個(gè)光電探測(cè)器10、11設(shè)置成分別探測(cè)該兩路光的光強(qiáng)。
[0019]可選地，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該可轉(zhuǎn)動(dòng)波片6的快軸和慢軸分別與該靜止波片5的快軸和慢軸重合。
[0020]可選地，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置還包括:
[0021]分束器4，該分束器4用于將該Nd: YAG激光器輸出的該單頻線偏振激光分成兩部分，其中一部分該單頻線偏振激光入射到該偏振分光棱鏡9。
[0022]可選地，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該分束器設(shè)置在該回饋外腔中。
[0023]可選地，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該分束器設(shè)置在該外腔回饋反射鏡7的一側(cè)，接收該外腔回饋反射鏡7透射的該單頻線偏振激光。
[0024]可選地，在本實(shí)用新型實(shí)施例中，該Nd: YAG激光器輸出的該單頻線偏振激光的波長(zhǎng)為 1064nm。
[0025]基于上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，利用激光外腔回饋導(dǎo)致激光器x、y兩個(gè)方向的激光強(qiáng)度受到不同的調(diào)制，從而在雙波片外腔回饋條件下，根據(jù)激光器X、y兩個(gè)方向的激光強(qiáng)度具有位相差，此位相差與外腔可轉(zhuǎn)動(dòng)波片的位相差成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量X、y方向上的激光強(qiáng)度之間的位相差就能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的滾轉(zhuǎn)角測(cè)量。并且，本實(shí)用新型的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、裝配調(diào)整容易、測(cè)量精度高、成本低的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面所描述的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0027]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)的示意性框圖。
[0028]圖2是雙折射外腔回饋波片測(cè)量系統(tǒng)的坐標(biāo)系的示意圖。
[0029]圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (C)和圖3 (d)分別是根據(jù)本實(shí)用新型的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)對(duì)不同滾轉(zhuǎn)角的測(cè)量結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0031]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)的示意性框圖。如圖1所示，該激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)包括:
[0032]帶尾纖的LD栗浦源1，該LD栗浦源I用于產(chǎn)生栗浦光；
[0033]準(zhǔn)直聚焦透鏡組2，該準(zhǔn)直聚焦透鏡組2通過(guò)光纖與該LD栗浦源I連接；
[0034]由全內(nèi)腔的Nd: YAG晶體3構(gòu)成的Nd: YAG激光器，該Nd: YAG晶體3的入射面和出射面構(gòu)成該Nd: YAG激光器的諧振腔，該準(zhǔn)直聚焦透鏡組2將該LD栗浦源I產(chǎn)生的栗浦光匯聚于該Nd:YAG晶體3的該入射面，在該入射面和該出射面之間諧振，并從該出射面輸出單頻線偏振激光；
[0035]外腔回饋反射鏡7，該外腔回饋反射鏡7與該Nd: YAG晶體3的出射面構(gòu)成回饋外腔，該外腔回饋反射鏡7將該Nd: YAG激光器輸出的單頻線偏振激光反射回該Nd: YAG激光器，以產(chǎn)生激光外腔回饋；
[0036]靜止波片5，該靜止波片5設(shè)置在該回饋外腔中，并且該靜止波片5的快軸和慢軸分別與該Nd:YAG激光器輸出的單頻線偏振激光的偏振方向成45度夾角；
[0037]可轉(zhuǎn)動(dòng)波片6，該可轉(zhuǎn)動(dòng)波片6設(shè)置在該回饋外腔中，并與待測(cè)物體固定連接，以敏感該待測(cè)物體的滾轉(zhuǎn)角；
[0038]位移驅(qū)動(dòng)器8，該位移驅(qū)動(dòng)器8與該外腔回饋反射鏡7固定連接，以在驅(qū)動(dòng)電壓的作用下，推動(dòng)該外腔回饋反射鏡7沿該單頻線偏振激光的軸線移動(dòng)，改變?cè)摶仞佂馇坏拈L(zhǎng)度；
[0039]信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置，該信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置用于分別在該靜止波片5的快軸和慢軸這兩個(gè)方向上，探測(cè)該Nd:YAG激光器輸出的該單頻線偏振激光的光強(qiáng)，并用于向該位移驅(qū)動(dòng)器8提供驅(qū)動(dòng)電壓；
[0040]相位檢測(cè)器，該相位檢測(cè)器用于檢測(cè)該單頻線偏振激光在該靜止波片5的快軸和慢軸這兩個(gè)方向上的光強(qiáng)的相位差；和
[0041]數(shù)據(jù)處理器12，該數(shù)據(jù)處理器12用于基于該相位檢測(cè)器檢測(cè)的相位差，確定該待測(cè)物體的滾轉(zhuǎn)角，
[0042]其中，該信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置包括:
[0043]偏振分光棱鏡9，該偏振分光棱鏡9將該Nd: YAG激光器輸出的該單頻線偏振激光在空間上分成兩路光，該兩路光的方向分別平行于該快軸和該慢軸的方向；和
[0044]兩個(gè)光電探測(cè)器10、11，該兩個(gè)光電探測(cè)器10、11設(shè)置成分別探測(cè)該兩路光的光強(qiáng)。
[0045]可選地，該可轉(zhuǎn)動(dòng)波片6的快軸和慢軸分別與該靜止波片5的快軸和慢軸重合。
[0046]可選地，該信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置還包括:
[0047]分束器4，該分束器4用于將該Nd: YAG激光器輸出的該單頻線偏振激光分成兩部分，其中一部分該單頻線偏振激光入射到該偏振分光棱鏡9。
[0048]可選地，該分束器設(shè)置在該回饋外腔中。
[0049]可選地，該分束器設(shè)置在該外腔回饋反射鏡7的一側(cè)，接收該外腔回饋反射鏡7透射的該單頻線偏振激光。
[0050]可選地，該Nd: YAG激光器輸出的該單頻線偏振激光的波長(zhǎng)為1064nm。
[0051]具體而言，在圖1中，I可以是帶尾纖輸出的半導(dǎo)體激光器，用作栗浦源；2可以是準(zhǔn)直聚焦透鏡組，把栗浦光聚焦于3的表面；3可以是激光增益介質(zhì)一 Nd:YAG晶體，3的兩個(gè)表面構(gòu)成激光諧振腔；4可以是分束器，把激光器輸出光分成兩部分，其中一部分用于回饋，另一部分用作信號(hào)探測(cè)；5可以是一個(gè)位相延遲量為45度(不僅限于45度)的靜止波片，其快、慢軸和激光器輸出光的偏振方向夾角為45度；6可以是位相延遲量為45度(不僅限于45度)的可轉(zhuǎn)動(dòng)波片，與待測(cè)物體連接，用于敏感探測(cè)滾轉(zhuǎn)角；7可以為外腔回饋反射鏡，反射率例如為50% ;8可以為壓電陶瓷，它固定在上述外腔回饋反射鏡上，在輸入電壓的作用下，它推動(dòng)上述外腔回饋反射鏡7沿激光軸線方向左、右移動(dòng)；4、5、6、7以及Nd: YAG晶體3的輸出面共同構(gòu)成激光回饋外腔；9可以為偏振分光棱鏡(渥拉斯頓棱鏡)；10和11可以為兩個(gè)光電探測(cè)器；9、10和11構(gòu)成信號(hào)接受裝置。12可以是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括:模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸入信號(hào)分別為光電探測(cè)器10、11輸出的激光強(qiáng)度信號(hào)；數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，該數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出與所述的壓電陶瓷8的輸入端相連；計(jì)算機(jī)與所述的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸入端相連。
[0052]本實(shí)用新型的原理如下:
[0053]建立如圖2所本的坐標(biāo)系，Z軸為Nd:YAG激光器輸出光的傳播方向。激光的電場(chǎng)方向￡β分別與X軸、Y軸成45度。雙折射回饋外腔中波片5的快、慢軸(即ο-軸、e-軸)分
別與X軸、Y軸重合。偏振分光棱鏡9的兩光軸分別與X軸、Y軸重合。
[0054]單模Nd: YAG激光器在光回饋下，閾值增益的變化量八§為:
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 帶尾纖的LD栗浦源(I )，所述LD栗浦源(I)用于產(chǎn)生栗浦光；準(zhǔn)直聚焦透鏡組(2 )，所述準(zhǔn)直聚焦透鏡組(2 )通過(guò)光纖與所述LD栗浦源(I)連接；由全內(nèi)腔的Nd: YAG晶體(3)構(gòu)成的Nd: YAG激光器，所述Nd: YAG晶體(3)的入射面和出射面構(gòu)成所述Nd: YAG激光器的諧振腔，所述準(zhǔn)直聚焦透鏡組(2)將所述LD栗浦源(I)產(chǎn)生的栗浦光匯聚于所述Nd:YAG晶體(3)的所述入射面，在所述入射面和所述出射面之間諧振，并從所述出射面輸出單頻線偏振激光； 外腔回饋反射鏡(7)，所述外腔回饋反射鏡(7)與所述Nd:YAG晶體(3)的出射面構(gòu)成回饋外腔，所述外腔回饋反射鏡(7)將所述Nd: YAG激光器輸出的單頻線偏振激光反射回所述Nd: YAG激光器，以產(chǎn)生激光外腔回饋； 靜止波片(5 )，所述靜止波片(5 )設(shè)置在所述回饋外腔中，并且所述靜止波片(5 )的快軸和慢軸分別與所述Nd: YAG激光器輸出的單頻線偏振激光的偏振方向成45度夾角； 可轉(zhuǎn)動(dòng)波片(6)，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)波片(6)設(shè)置在所述回饋外腔中，并與待測(cè)物體固定連接，以敏感所述待測(cè)物體的滾轉(zhuǎn)角； 位移驅(qū)動(dòng)器(8)，所述位移驅(qū)動(dòng)器(8)與所述外腔回饋反射鏡(7)固定連接，以在驅(qū)動(dòng)電壓的作用下，推動(dòng)所述外腔回饋反射鏡(7)沿所述單頻線偏振激光的軸線移動(dòng)，改變所述回饋外腔的長(zhǎng)度； 信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置 ，所述信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置用于分別在所述靜止波片(5)的快軸和慢軸這兩個(gè)方向上，探測(cè)所述Nd: YAG激光器輸出的所述單頻線偏振激光的光強(qiáng)，并用于向所述位移驅(qū)動(dòng)器(8)提供驅(qū)動(dòng)電壓； 相位檢測(cè)器，所述相位檢測(cè)器用于檢測(cè)所述單頻線偏振激光在所述靜止波片(5)的快軸和慢軸這兩個(gè)方向上的光強(qiáng)的相位差；和 數(shù)據(jù)處理器(12)，所述數(shù)據(jù)處理器(12)用于基于所述相位檢測(cè)器檢測(cè)的相位差，確定所述待測(cè)物體的滾轉(zhuǎn)角， 其中，所述信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置包括: 偏振分光棱鏡(9)，所述偏振分光棱鏡(9)將所述Nd: YAG激光器輸出的所述單頻線偏振激光在空間上分成兩路光，所述兩路光的方向分別平行于所述快軸和所述慢軸的方向；和 兩個(gè)光電探測(cè)器(10,11),所述兩個(gè)光電探測(cè)器(10、11)設(shè)置成分別探測(cè)所述兩路光的光強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)波片(6)的快軸和慢軸分別與所述靜止波片(5)的快軸和慢軸重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)探測(cè)與驅(qū)動(dòng)裝置還包括: 分束器(4 )，所述分束器(4 )用于將所述Nd: YAG激光器輸出的所述單頻線偏振激光分成兩部分，其中一部分所述單頻線偏振激光入射到所述偏振分光棱鏡(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述分束器設(shè)置在所述回饋外腔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光外腔回饋小角度滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述分束器設(shè)置在所述外腔回饋反射鏡(7)的一側(cè)，接收所述外腔回饋反射鏡(7)透射的所述單頻線偏振激 光。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK203605919SQ201320496238
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】宋明宇 申請(qǐng)人:北京鐳測(cè)科技有限公司