一种引进参考光的干涉测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种引进参考光的干涉测量装置及方法，包含一个信号光DFB激光器及一个参考光DFB激光器，两DFB激光器分别与2x2光纤耦合器相连，2x2光纤耦合器分别与相位调制器和光纤环形器相连，相位调制器还分别与D/A转换电路及3x3光纤耦合器相连，光纤环形器还分别与FP标准具及3x3光纤耦合器相连，FP标准具还与探测反射镜相连，3x3光纤耦合器还对应与两个波分复用器相连，其中一个波分复用器与两个光电探测器相连，另一个波分复用器与一个光电探测器相连；三个光电探测器均通过A/D转换电路与微处理器相连，微处理器通过D/A转换电路与相位调制器相连。本发明专利技术优点有：实现了对环境干扰的抑制，保证了探测结果的准确性，避免了高压电路的采用，提高了工作安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种引进参考光的干涉测量装置及方法
本专利技术涉及激光测量
，具体的说是涉及一种引进参考光的干涉测量装置及方法。
技术介绍
激光干涉测量是一种高精度干涉测量技术，在质量控制、逆向工程、医学诊断、航空航天等领域有广泛的应用，常见的干涉测量结构有迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪及萨格纳克干涉仪等。由于激光干涉测量具有高精度、高灵敏的特点，同时也容易受到外界各种因素的影响，对于空间光路，虽然受到的影响相对较小，但是对于光纤链路，温度、振动等影响将通过光纤耦合进干涉系统。为减少外界的影响，保证探测信号的提取，通常可采取减少光纤长度、采用非敏感的光纤或者将环境干扰降低(如恒温隔振的实验平台)等手段。对于干涉测振系统，现有技术中，有一种基于相位补偿的光纤干涉测振系统，该系统提出采用双DFB及双光纤光栅(FBG)构建两个近似重叠的迈克尔逊干涉仪，采用压电陶瓷光纤伸缩器补偿相位来获得振动信号。该方案虽然在一定程度上减少了外界的影响，但其光纤光栅到反射镜段的影响无法消除，而采用压电陶瓷补偿相位，需要高压的电路的支持。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术的目的在于提供一种引进参考光的干涉测量装置及方法，主要通过引进参考光，对光纤光路的扰动进行补偿，抑制了外界环境的干扰；通过构建非平衡的马赫-曾德尔干涉仪对干涉信号进行探测，以获得探测点的振动(或位移)信息，避免了高压电路的采用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种引进参考光的干涉测量装置，包含DFB激光器A、DFB激光器B、2x2光纤耦合器、相位调制器、光纤环形器、FP标准具、探测反射镜、3x3光纤耦合器、波分复用器A、波分复用器B、光电探测器A、光电探测器B、光电探测器C、A/D转换电路、微处理器及D/A转换电路；所述DFB激光器A及DFB激光器B分别与2x2光纤耦合器的两个输入臂相连；所述2x2光纤耦合器的两个输出臂分别与相位调制器的输入端及光纤环形器的端口A相连；所述光纤环形器的端口B与FP标准具的输入端相连；所述FP标准具的输出端与探测反射镜相连；所述光纤环形器的端口C及相位调制器的输出端分别与3x3光纤耦合器中的两个输入臂相连；所述3x3光纤耦合器中的两个输出臂分别与波分复用器A的一输入臂及波分复用器B的一输入臂相连；所述波分复用器A的参考光输出臂与光电探测器A相连，信号光输出臂与光电探测器B相连；所述波分复用器B的参考光输出臂悬空，信号光输出臂与光电探测器C相连，所述光电探测器A、光电探测器B及光电探测器C均与所述A/D转换电路电连接，所述A/D转换电路与所述微处理器电连接，所述述微处理器通过D/A转换电路与所述相位调制器电连接；其中，DFB激光器A用于输出信号光，DFB激光器B用于输出参考光。进一步，所述DFB激光器A输出的信号光波长和DFB激光器B输出的参考光波长均与波分复用器A和波分复用器B的适用波长相匹配。进一步，所述FP标准具的透射波长与所述DFB激光器A输出的信号光波长一致，进一步，所述DFB激光器A输出的信号光波长为1550nm，所述DFB激光器B输出的参考光波长为1558nm。在上述测量装置中，所述3x3光纤耦合器包含三个输入臂和三个输出臂，且3x3光纤耦合器的三个输入臂中有一个悬空，另外两个分别与光纤环形器的端口C与相位调制器的输出端相连，3x3光纤耦合器的三个输出臂中有一个悬空，另外两个分别与波分复用器A及波分复用器B相连。一种引进参考光的干涉测量方法，是基于上述引进参考光的干涉测量装置来实现的，其具体包含如下步骤：步骤1、同时开启DFB激光器A及DFB激光器B，先扫描相位调制器一周，得出光电探测器B对应的最大探测值AD2_max以及光电探测器C对应的最大探测值AD3_max；步骤2、调整相位调制器，使光电探测器A的探测值AD1持续保证最大，此时参考光路相位被锁定，即使得由2x2光纤耦合器、相位调制器、光纤环形器、FP标准具、探测反射镜、3x3光纤耦合器所构建的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的光纤链路所受到的外界影响得到了有效补偿；步骤3、在步骤2的基础上，开始探测点的干涉测量，在测量过程中，实时读取光电探测器B所对应的探测值AD2以及光电探测器C所对应的探测值AD3，并对读取到的光电探测器B的探测值AD2及光电探测器C的探测值AD3分别进行归一化处理，得出相应的归一化强度I2和归一化强度I3；其中：I2＝AD2/AD2_max，I3＝AD3/AD3_max；步骤4、在微处理器(15)中预设两个不一样的阈值R1、R2，然后利用步骤3中得到的归一化强度I2和归一化强度I3来获取探测反射镜的振动信息，即获取探测反射镜的位移信息，也即是获取探测点的振动(或位移)信息；其中：R1<R2，且R1、R2均大于0小于1。上述测量方法中，在步骤4中，利用步骤3中得到的归一化强度I2和归一化强度I3来获取探测点的振动或位移信息，具体包含如下三种情形：(一)当步骤3中所得到的归一化强度I2、I3先后连续通过在微处理器中预设的阈值R2、R1时，则判断探测点的整数波长位移数N减少1个，即N_new＝N-1，其中，N表示探测点更新前的整数波长位移数，即原始整数波长位移数，初始值为0；N_new表示探测点更新后的整数波长位移数，即新整数波长位移数；在此情形下，引入相位阈值可得出探测点的总位移dL如下式(1)所示：dL＝N_new*λ+dl；(1)在公式(1)中，N_new*λ表示整数波长位移部分，dl表示小于1个波长的位移部分；其中，为I3于I2之后通过R1时所对应的相位值；对于dl可以通过干涉仪光强表达式反向计算得到，即选择探测点因振动所导致的干涉条纹光强变化曲线能同时满足I2、I3的相位差来得出，取值范围为[02π]；当相位差处于和2π之间时，则当相位差处于0和之间时，则(二)当步骤3中所得到的归一化强度I3、I2先后连续通过在微处理器中预设的阈值R1、R2时，则判断探测点的整数波长位移数N增加1个，即N_new＝N+1，其中，N表示探测点更新前的整数波长位移数，即原始整数波长位移数，初始值为0；N_new表示探测点更新后的整数波长位移数，即新整数波长位移数；在此情形下，引入相位阈值可得出探测点的总位移dL如下式(2)所示：dL＝N_new*λ-dl；(2)在公式(2)中，N_new*λ表示整数波长位移部分，dl表示小于1个波长的位移部分；其中，为I2于I3之后通过R2时对应的相位值；对于dl可以通过干涉仪光强表达式反向计算得到，即选择探测点因振动所导致的干涉条纹光强变化曲线能同时满足I2、I3的相位差来得出，取值范围为[02π]；当相位差处于0和之间时，则当相位差处于和2π之间时，则(三)对于不符合(一)或(二)的其他情形，当N≠0，可沿用当前所采用的计算公式得出探测点的总位移dL，即采用公式(1)或公式(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种引进参考光的干涉测量装置，其特征在于：包含DFB激光器A(1)、DFB激光器B(2)、2x2光纤耦合器(3)、相位调制器(4)、光纤环形器(5)、FP标准具(6)、探测反射镜(7)、3x3光纤耦合器(8)、波分复用器A(9)、波分复用器B(10)、光电探测器A(11)、光电探测器B(12)、光电探测器C(13)、A/D转换电路(14)、微处理器(15)及D/A转换电路(16)；/n所述DFB激光器A(1)及DFB激光器B(2)分别与2x2光纤耦合器(3)的两个输入臂相连；所述2x2光纤耦合器(3)的两个输出臂分别与相位调制器(4)的输入端及光纤环形器(5)的端口A相连；所述光纤环形器(5)的端口B与FP标准具(6)的输入端相连；所述FP标准具(6)的输出端与探测反射镜(7)相连；所述光纤环形器(5)的端口C及相位调制器(4)的输出端分别与3x3光纤耦合器(8)中的两个输入臂相连；所述3x3光纤耦合器(8)中的两个输出臂分别与波分复用器A(9)的一输入臂及波分复用器B(10)的一输入臂相连；所述波分复用器A(9)的参考光输出臂与光电探测器A(11)相连，信号光输出臂与光电探测器B(12)相连；所述波分复用器B(10)的参考光输出臂悬空，信号光输出臂与光电探测器C(13)相连，所述光电探测器A(11)、光电探测器B(12)及光电探测器C(13)均与所述A/D转换电路(14)电连接，所述A/D转换电路(14)与所述微处理器(15)电连接，所述述微处理器(15)通过D/A转换电路(16)与所述相位调制器(4)电连接；/n其中，DFB激光器A(1)用于输出信号光，DFB激光器B(2)用于输出参考光。/n...

【技术特征摘要】
1.一种引进参考光的干涉测量装置，其特征在于：包含DFB激光器A(1)、DFB激光器B(2)、2x2光纤耦合器(3)、相位调制器(4)、光纤环形器(5)、FP标准具(6)、探测反射镜(7)、3x3光纤耦合器(8)、波分复用器A(9)、波分复用器B(10)、光电探测器A(11)、光电探测器B(12)、光电探测器C(13)、A/D转换电路(14)、微处理器(15)及D/A转换电路(16)；
所述DFB激光器A(1)及DFB激光器B(2)分别与2x2光纤耦合器(3)的两个输入臂相连；所述2x2光纤耦合器(3)的两个输出臂分别与相位调制器(4)的输入端及光纤环形器(5)的端口A相连；所述光纤环形器(5)的端口B与FP标准具(6)的输入端相连；所述FP标准具(6)的输出端与探测反射镜(7)相连；所述光纤环形器(5)的端口C及相位调制器(4)的输出端分别与3x3光纤耦合器(8)中的两个输入臂相连；所述3x3光纤耦合器(8)中的两个输出臂分别与波分复用器A(9)的一输入臂及波分复用器B(10)的一输入臂相连；所述波分复用器A(9)的参考光输出臂与光电探测器A(11)相连，信号光输出臂与光电探测器B(12)相连；所述波分复用器B(10)的参考光输出臂悬空，信号光输出臂与光电探测器C(13)相连，所述光电探测器A(11)、光电探测器B(12)及光电探测器C(13)均与所述A/D转换电路(14)电连接，所述A/D转换电路(14)与所述微处理器(15)电连接，所述述微处理器(15)通过D/A转换电路(16)与所述相位调制器(4)电连接；
其中，DFB激光器A(1)用于输出信号光，DFB激光器B(2)用于输出参考光。


2.根据权利要求1所述的引进参考光的干涉测量装置，其特征在于：所述DFB激光器A(1)输出的信号光波长和DFB激光器B(2)输出的参考光波长均与波分复用器A(9)和波分复用器B(10)的适用波长相匹配。


3.根据权利要求2所述的引进参考光的干涉测量装置，其特征在于：所述FP标准具(6)的透射波长与所述DFB激光器A(1)输出的信号光波长一致。


4.根据权利要求2或3所述的引进参考光的干涉测量装置，其特征在于：所述DFB激光器A(1)输出的信号光波长为1550nm，所述DFB激光器B(2)输出的参考光波长为1558nm。


5.根据权利要求1所述的引进参考光的干涉测量装置，其特征在于：所述3x3光纤耦合器(8)包含三个输入臂和三个输出臂，且3x3光纤耦合器(8)的三个输入臂中有一个悬空，另外两个分别与光纤环形器(5)的端口C及相位调制器(4)的输出端相连，3x3光纤耦合器(8)的三个输出臂中有一个悬空，另外两个分别与波分复用器A(9)及波分复用器B(10)相连。


6.一种引进参考光的干涉测量方法，是基于权利要求1所述的引进参考光的干涉测量装置来实现的，其特征在于：包含如下步骤：
步骤1、同时开启DFB激光器A(1)及DFB激光器B(2)，先扫描相位调制器(4)一周，得出光电探测器B(12)对应的最大探测值AD2_max以及光电探测器C(13)对应的最大探测值AD3_max；
步骤2、调整相位调制器(4)，使光电探测器A(11)的探测值AD1持续保证最大，此时参考光路相位被锁定，即使得由2x2光纤耦合器(3)、相位调制器(4)、光纤环形器(5)、FP标准具(6)、探测反射镜(7)以及3x3光纤耦合器(8)所构建的非平衡马赫-曾德...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛欢，辛志文，汤磊，汪树兵，李震，王亦军，
申请(专利权)人：宝宇武汉激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42