一種光纖激光單波自混合干涉位移測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學測量領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖激光單波自混合干涉位移測量系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的與此技術(shù)相接近的文獻有以下兩個：
[0003] [1]D. P. Hand, T. A. Carolan, J. S. Barton, and J. D. C. Jones. ^Profile measurement of optically rough surfaces by fiber-optic interferometry"，Opt. Lett.，Vol. 18, No. 16, 1993, P. 1361-1363. (Optics Letters (光學快報），第 18 卷，第 16 期，Ρ· 1361-1363)
[0004] 文獻[1]的技術(shù)原理如圖1所示。
[0005] 半導體激光器發(fā)出的光經(jīng)過法拉第隔離器和光纖3dB耦合器后，到達測量頭，測 量頭是一個菲索干涉儀，一部分光被光纖端面反射作為參考光，另一部分光經(jīng)過自聚焦透 鏡聚焦后，投射到被測表面上，由被測表面反射重新回到系統(tǒng)中并與參考光發(fā)生干涉，干涉 信號由探測器探測，干涉信號的相位決定于被測表面被測點的縱向高度；改變該激光器的 驅(qū)動電流以改變激光器的發(fā)光頻率，用四種不同頻率的光對同一點進行測量，得到四個干 涉信號，由于入射光波頻率不同，四個干涉信號的位相就不同，調(diào)節(jié)驅(qū)動電流，使相鄰兩個 干涉信號的相位差π/2,通過以下式子，即可解調(diào)出該點的光程差D，即完成單點的測量：
【主權(quán)項】
1. 一種光纖激光單波自混合干涉位移測量系統(tǒng)，其特征在于是由980nm泵浦源（SI)， 1310nm半導體激光器（LI)，三個光纖隔離器（II、12、13)，摻鉺光纖（Fl)，五個光纖光柵 (FBG 11、FBG12、FBG21、FBG22、FBG 23)，3dB 耦合器（NI)，壓電陶瓷（PZT)，可變光衰減器（VOA)， 準直鏡（Gl)，環(huán)形器（Hl)，兩個探測器（PD1、PD2)，波分復用器（WDM)，信號處理電路（BI)， 反饋控制電路（B2)，A/D轉(zhuǎn)換卡（B3)，計算機（B4)和輸出結(jié)果（B5)組成；980nm光源（SI) 和131〇11!11半導體激光器仏1)發(fā)出的光經(jīng)過光纖隔離器（11、12)、波分復用器（101)和3(18 親合器（NI)后親合到達光纖光柵（FBG 21);光纖光柵（FBG21)和光纖光柵（FBG22)的布拉格 波長為1310nm激光器波長，因此980nm泵浦光透過光纖光柵（FBG 21)到達緊鄰的光纖光柵 (FBG11);兩個光纖光柵（FBGn、FBG 12)的布拉格波長相同且在1550nm波段，因此形成兩個 激光腔鏡，兩個光纖光柵（FBGn、FBG 12)之間是摻鉺光纖（Fl)，受到980nm光源（SI)的光 激勵產(chǎn)生1550nm波段熒光，滿足激光腔諧振條件且在光纖光柵（FBG n、FBG12)反射譜內(nèi)波 長諧振，增益大于損耗時產(chǎn)生激光，透過光纖光柵（FBG12)和緊鄰的光纖光柵（FBG 22),經(jīng)由 1310nm隔離器（13)和準直鏡（G1)，射向被測物，并由被測物反（散）射反饋回激光腔與 腔內(nèi)光自混合干涉，干涉信號經(jīng)由光纖光柵$86 11、？8621)，到達3(^耦合器（附）；一路信號 經(jīng)由波分復用器（WDM)到達隔離器（II、12)，由于隔離器（II、12)的作用不會對980nm泵 浦源（SI)和1310nm半導體激光器（LI)產(chǎn)生影響；另一路信號經(jīng)過環(huán)形器（Hl)到達光纖 光柵（FBG 22)，因為光纖光柵（FBG23)布拉格波長為1310nm激光器波長，光線透過光纖光柵 (FBG 23)被探測器（TOl)探測；反饋光含被測物位移信號，所以探測器（TOl)得到的信號經(jīng) 過信號處理電路（B1)、A/D轉(zhuǎn)換卡（B3)以及計算機（B4)中的程序作數(shù)據(jù)處理后，得到位移 測量結(jié)果，由結(jié)果輸出（B5)輸出；光纖光柵（FBG 21、FBG22)構(gòu)成F-P干涉儀兩反射鏡，F(xiàn)-P干 涉儀腔中光纖纏繞在壓電陶瓷（PZT)上，自1310nm半導體激光器（LI)發(fā)出的光耦合進系 統(tǒng)后，作用于光纖光柵（FBG 21、FBG22)為反射鏡的F-P干涉儀中，干涉信號與雙光束干涉的 信號極其相似，經(jīng)過3dB耦合器（NI)后，一路經(jīng)由波分復用器（WDM)到達隔離器（11、12)， 由于隔離器（II、12)的作用不會對980nm泵浦源（SI)和1310nm半導體激光器（LI)產(chǎn)生 影響；另一路信號經(jīng)過環(huán)形器（Hl)到達光纖光柵（FBG 23),因為光纖光柵（FBG23)反射率達 100%，信號光被光纖光柵（FBG23)反射后被探測器（TO2)探測，得到的信號經(jīng)過反饋控制電 路（B2)處理后，其輸出信號驅(qū)動壓電陶瓷（PZT)，調(diào)節(jié)F-P干涉儀腔中光纖長度，使F-P干 涉儀穩(wěn)定在正交點（相位差f )，即穩(wěn)定了 F-P干涉儀腔長，所以激光腔長也得到穩(wěn)定，同 時在本系統(tǒng)中用負熱膨脹系數(shù)材料作襯底，將光纖光柵（FBG)粘在襯底上作溫度補償使其 布拉格波長穩(wěn)定，從而使激光腔輸出的激光波長穩(wěn)定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光單波自混合干涉位移測量系統(tǒng)，其特征在于： 利用一對反射波長相同的光纖光柵（FBGn、FBG 12)作為激光腔鏡產(chǎn)生單波長激光，投射到被 測物體上，經(jīng)被測物反射或散射回激光腔中，與腔內(nèi)光自混合干涉，實現(xiàn)分辨率為納米量級 的位移測量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光單波自混合干涉位移測量系統(tǒng)，其特征在于： 利用探測器（TO2)探測到的信號經(jīng)過反饋控制電路（B2)處理后，輸出信號驅(qū)動壓電陶瓷 (PZT)，調(diào)節(jié)F-P干涉儀腔中光纖長度，穩(wěn)定F-P干涉儀腔長，即穩(wěn)定了激光器輸出光波的波 長或頻率，極大提高測量結(jié)果的測量精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光單波自混合干涉位移測量系統(tǒng)，其特征在于： 光纖激光器自身集傳感器和干涉儀于一體，全光纖光路無需調(diào)節(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖激光單波自混合干涉位移測量系統(tǒng)，屬于光學測量技術(shù)領(lǐng)域。所述系統(tǒng)由泵浦源，激光器，五個光纖光柵，三個光纖隔離器，兩個探測器，摻鉺光纖，壓電陶瓷，3dB耦合器，環(huán)行器，準直鏡，波分復用器，可變光衰減器，信號處理電路，反饋控制電路，A/D轉(zhuǎn)換卡，計算機和結(jié)果輸出組成。利用一對反射波長相同光纖光柵作為激光腔鏡產(chǎn)生單波長激光，投射到被測物表面，經(jīng)被測物反射或散射回激光腔與腔內(nèi)的光發(fā)生自混合干涉，實現(xiàn)分辨率為納米量級位移測量。激光腔中增益介質(zhì)對反饋光的放大作用使本系統(tǒng)能測量低反射率物體；反饋控制穩(wěn)定激光器的輸出波長，極大提高測量精度；光纖激光器既是傳感器又是干涉儀，結(jié)構(gòu)簡單易于攜帶。
【IPC分類】G01B11-02
【公開號】CN104634256
【申請?zhí)枴緾N201510102724
【發(fā)明人】謝芳, 王韻致, 陳亮, 馬森, 趙可強
【申請人】北京交通大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年3月9日