准全程补偿的激光回馈干涉仪制造技术

本发明专利技术提供一种准全程补偿的激光回馈干涉仪，包括：一激光模组输出两束同向且相互平行的激光；一分光镜使激光模组输出的两束激光透射后成为第一透射光及第二透射光；一声光移频模组对第一透射光及第二透射光进行移频；一汇聚透镜将第一透射光及第二透射光汇聚；一第一发散透镜将汇聚后的第一透射光及第二透射光分离；一准直模组使分离后的第一透射光及第二透射光准直且相互平行；一参考镜将第一透射光反射后沿原路返回第一激光器，第二透射光被待测目标反射后沿原路返回第二激光器；一光电探测模组将第一反射光及第二反射光转换为电信号；以及一信号处理系统，将光电探测模组输入的电信号进行处理。本发明专利技术能够准确测量远距离待测目标的位移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光回馈干涉仪，特别是一种具有准全程补偿结构，用于非配合目标非接触式精密位移测量的激光回馈干涉仪。
技术介绍
激光回馈干涉仪基于移频光回馈的原理，与外差式相位测量技术相结合，可以实现非配合目标的高分辨率位移测量。然而，回馈干涉仪的回馈外腔属于死程，空气折射率波动、温度变化引起的元器件变形以及激光器自身的不稳定等因素都会导致回馈光的外腔相位发生漂移，从而严重影响位移测量的分辨率和精度。尤其当干涉仪无法靠近待测目标时，待测物体离干涉仪较远，空气扰动对测量结果的影响更大。因此，为了消除死程误差，提高回馈干涉仪的环境抗干扰能力，有必要引入参考光路实时补偿外界因素所致相位漂移量。并且，参考镜离待测目标越近，补偿效果越好。现有技术中，采用了频率复用的方式实现了准共路的环境补偿。但是，参考光被参考镜反射后沿测量回馈光的路径返回激光器，参考回馈光与测量回馈光易产生串扰。此外，当测量远距离物体时，为实现远距离补偿，参考镜离激光器较远。由于参考光并非垂直入射参考镜，参考镜微小的角度偏差都会使参考光无法返回激光器构成回馈。光路调节困难，不利于实际应用。
技术实现思路
综上所述，确有必要提供一种易于调节、能够消除光路串扰，并且测量远距离物体也能实现准全程补偿的激光回馈干涉仪。一种准全程补偿的激光回馈干涉仪，包括：一激光模组，包括一第一激光器及一第二激光器间隔设置，输出两束同向且相互平行的激光；一分光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组间隔设置，将第一激光器输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器输出的激光分为第二反射光及第二透射光；一声光移频模组，设置于从分光镜出射的第一透射光及第二透射光的光路上，并对第一透射光及第二透射光进行移频；其中，进一步包括：一汇聚透镜，设置于所述声光移频模组的出射光路上，将第一透射光及第二透射光汇聚；一第一发散透镜，设置于从所述汇聚透镜出射光路上，将汇聚后的第一透射光及第二透射光分离；一准直模组，设置于所述第一发散透镜的出射光路上，使分离后的第一透射光及第二透射光准直且相互平行；一参考镜，设置于待测目标附近，且与准直模组出射的第一透射光垂直，第一透射光被参考镜反射后沿原路返回第一激光器，作为参考回馈光，第二透射光被待测目标反射后沿原路返回第二激光器，作为测量回馈光；一光电探测模组，设置于所述第一反射光及第二反射光的光路上，并将第一反射光及第二反射光转换为电信号；以及一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组输入的电信号进行处理，计算参考回馈光和测量回馈光的相位变化量及相应的位移信息。与现有技术相比较，本专利技术所述的准全程补偿的激光回馈干涉仪，采用两个激光器，对两路激光同时移频回馈、分离、准直，参考回馈光和测量回馈光空间分离，并且返回各自的激光器发生干涉，能够有效避免产生串扰。此外，参考镜与光路垂直设置，即使测量远距离物体，通过调节参考镜的角度，也很容易使参考光沿原路返回激光器构成回馈，进一步补偿死程误差，保证了激光回馈干涉仪的位移测量精度和分辨率。附图说明图1为本专利技术所述的激光回馈干涉仪的结构及光路示意图。图2为本专利技术实施例提供的激光回馈干涉仪对于远距离测量稳定性的测量结果的示意图。图3为本专利技术所述的激光回馈干涉仪的稳定性测试结果的示意图。图4为本专利技术所述的激光回馈干涉仪的短期位移分辨率的测量结果分析示意图。图5为激光回馈干涉仪补偿环境干扰的效果的示意图。图6为有补偿和无补偿的情况下测量得到的非线性误差的比较图。主要元件符号说明激光模组1第一激光器11第二激光器12分光镜2声光移频模组3第一声光移频器31第二声光移频器32汇聚透镜4第一发散透镜5准直模组6凹透镜61凸透镜62参考镜7光电探测模组8第一光电探测器81第二光电探测器82信号处理系统9第二发散透镜10待测目标20如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图详细说明本专利技术提供的准全程补偿的激光回馈干涉仪。请参阅图1，本专利技术实施例提供的准全程补偿的激光回馈干涉仪，包括一激光模组1，一分光镜2，一移频模组3，一汇聚透镜4，一第一发散透镜5，一准直模组6，一参考镜7，一光电探测模组8及一信号处理系统9。所述激光模组1用于同向输出两束相互平行的激光。本实施例中，所述激光模组1包括一第一激光器11及一第二激光器12间隔设置，所述第一激光器11及第二激光器12输出激光方向平行且同向。所述第一激光器11及第二激光器12可分别为全内腔、半外腔或全外腔，可采用固体激光器或半导体激光器，并且可连续的输出激光。优选的，所述第一激光器11及第二激光器12的工作模式均为单纵模、基横模。本实施例中，所述第一激光器11及第二激光器12采用两个LD泵浦一片Nd:YVO4晶体，输出的两路激光相互平行，间隔为2毫米。所述第一激光器11及第二激光器12的工作模式均为单纵模、基横模、连续输出。所述分光镜2与所述激光模组1间隔设置，且设置于所述第一激光器11及第二激光器12输出激光的光路上。所述分光镜2将激光模组1输出的激光分为反射光及透射光两束，所述反射光用于光强探测，所述透射光用于形成移频回馈光路。具体的，所述分光镜2分别将第一激光器11输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器12输出的激光分为第二反射光及第二透射光。进一步，所述第一反射光与第二反射光平行，所述第一透射光与第二透射光平行。本实施例中，所述分光镜2的透光率为96%，反射率为4%。所述声光移频模组3设置于从所述分光镜2透射的透射光的光路上，用于对透射光进行移频，可使得移频量（激光单次经过声光移频器之后的频率变化）接近激光模组1的弛豫振荡频率的一半。具体的，所述移频量与弛豫振荡频率的比值为可为1/20至2/5。所述声光移频模组3可包括至少一声光移频器，以实现移频。进一步，所述声光移频模组3可包括一第一声光移频器31及第二声光移频器32沿透射光的光路间隔设置，用于对第一透射光及第二透射光进行移频。具体的，所述第一声光移频器31及所述第二声光移频器32均设置于第一透射光的光路上及第二透射光的光路上。本实施例中，所述第一透射光及第二透射光在经过第一声光移频器31后均发生-1级衍射；在经过第二声光移频器32后均发生+1级衍射，移频量为Ω，其中Ω=Ω2-Ω1，Ω1是第一声光移频器31的驱动信号频率，Ω2为第二声光移频器32的驱动信号频率。进一步，所述第一声光移频器31及第二声光移频器32的移频量Ω于激光模组1的弛豫振荡频率的一半。优选的，所述移频量小于5MHz。本实施例中，所述第一声光移频器31的驱动频率为Ω1=70MHz，所述第二声光移频器32的驱动频率Ω2=70.125MHz，因此所述第一透射光及第二透射光经过所述声光移频模组3后的移频量都为Ω=Ω2-Ω1=125KHz。所述汇聚透镜4与所述第一发散透镜5组成一激光分离模组，用于对从声光移频模组3出射的第一透射光及第二透射光进行分离，以避免后续扩束后的光束重合，从而利于测量，提高测量精度。具体的，所述汇聚透镜4设置于所述声光移频模组3的出射光路上，用于将第一透射光及第二透射光汇聚，并使第一透射光及第二透射光发散的光斑变得清晰。本实施例中，所述汇聚透镜4为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准全程补偿的激光回馈干涉仪，包括：一激光模组，包括一第一激光器及一第二激光器间隔设置，输出两束同向且相互平行的激光；一分光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组间隔设置，将第一激光器输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器输出的激光分为第二反射光及第二透射光；一声光移频模组，设置于从分光镜出射的第一透射光及第二透射光的光路上，并对第一透射光及第二透射光进行移频；其特征在于，进一步包括：一汇聚透镜，设置于所述声光移频模组的出射光路上，将第一透射光及第二透射光汇聚；一第一发散透镜，设置于从所述汇聚透镜出射光路上，将汇聚后的第一透射光及第二透射光分离；一准直模组，设置于所述第一发散透镜的出射光路上，使分离后的第一透射光及第二透射光准直且相互平行；一参考镜，设置于待测目标附近，且与准直模组出射的第一透射光垂直，第一透射光被参考镜反射后沿原路返回第一激光器，作为参考回馈光，第二透射光被待测目标反射后沿原路返回第二激光器，作为测量回馈光；一光电探测模组，设置于所述第一反射光及第二反射光的光路上，并将第一反射光及第二反射光转换为电信号；以及一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组输入的电信号进行处理，计算参考回馈光和测量回馈光的相位变化量及相应的位移信息。...

【技术特征摘要】
2016.05.20 CN 201610346324X1.一种准全程补偿的激光回馈干涉仪，包括：一激光模组，包括一第一激光器及一第二激光器间隔设置，输出两束同向且相互平行的激光；一分光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组间隔设置，将第一激光器输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器输出的激光分为第二反射光及第二透射光；一声光移频模组，设置于从分光镜出射的第一透射光及第二透射光的光路上，并对第一透射光及第二透射光进行移频；其特征在于，进一步包括：一汇聚透镜，设置于所述声光移频模组的出射光路上，将第一透射光及第二透射光汇聚；一第一发散透镜，设置于从所述汇聚透镜出射光路上，将汇聚后的第一透射光及第二透射光分离；一准直模组，设置于所述第一发散透镜的出射光路上，使分离后的第一透射光及第二透射光准直且相互平行；一参考镜，设置于待测目标附近，且与准直模组出射的第一透射光垂直，第一透射光被参考镜反射后沿原路返回第一激光器，作为参考回馈光，第二透射光被待测目标反射后沿原路返回第二激光器，作为测量回馈光；一光电探测模组，设置于所述第一反射光及第二反射光的光路上，并将第一反射光及第二反射光转换为电信号；以及一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组输入的电信号进行处理，计算参考回馈光和测量回馈光的相位变化量及相应的位移信息。2.如权利要求1所述的准全程补偿的激光回馈干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张书练，徐玲，
申请(专利权)人：南京法珀仪器设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32