频率分裂氦-氖激光回馈自混合非接触测微仪制造技术

频率分裂氦－氖激光回馈自混合非接触测微仪，涉及一种氦－氖激光回馈效应自混合干涉仪的结构设计。本发明专利技术主要由氦－氖激光器光源，光电探测及信号处理单元、含有回馈腔及带反射面的被侧物体组成，其激光器不使用普通氦氖激光器，而是利用频率分裂激光器作光源，该激光器由激光放电管、反射镜和可在激光腔内产生双折射效应的双折射元件组成。因此本发明专利技术有效解决了激光回馈自混合非接触测位仪不能判向、不能细分和与被测物体之间定位困难的问题，使自混合干涉仪真正能实际使用。本发明专利技术结构简单，造价低，测量范大，分辨率可达到１／１６。本发明专利技术将在位移测量，振动测量，定位等领域发挥极为重要的作用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光和精密测量
，特别涉及一种氦—氖激光回馈效应自混合干涉仪(测微仪)的结构设计。图1是现有激光回馈效应干涉仪的一般结构图。部件1是He-Ne激光放电管(又称为增益管)，2、3是贴在1上的一对(两个)激光腔镜。1、2、3构成一支He-Ne激光器，作为激光光源。它是市场上普通的He-Ne激光器。元件2有约0.1％-0.3％的光透射出来，射到光电探测器5上，5将光能转变成电信号，此电信号的大小即反映了激光器功率的大小。3是通常所说的激光输出腔镜，有0.5-1.5％的光透射出来，射到物体4上，4的形状不限，但需有一个反射面。物体4向左(或右)移动，其位移是待探测量。图2示出图1中3、4之间的距离改变时激光功率的改变。图2中，横坐标7代表4的位移，纵坐标8代表光的功率(或光强度)。此曲线和光干涉条纹的曲线有一定相似。光干涉条纹是严格的正弦(或余弦)，但这里不是严格的正弦(或余弦)。这一功率曲线由光电探测器5测出，并转变成电信号。图2给出的也是5的输出信号。理论和试验都已证明，3、4之间的距离改变半个波长，功率的改变一个周期6。5输出的电信号被送往后续电路处理(箭头以后的部分没有画出)。现有激光回馈效应干涉仪的研究也使用市场上普通的半导体激光器，二氧化碳激光器作光源。尽管有大量文献发表，但激光回馈自混合干涉仪(也即激光回馈效应干涉仪)作为一项科学研究内容取得了很多理论成果，但作为测量技术的研究却遇到了不可克服的困难，即它只能给出图2的曲线，而不能判断位移的方向和细分。所说不能判断位移的方向是指当4向左或向右位移时都得到图2所示的曲线。比如，4向左位移一个波长后又向右位移一个波长回到原位，位移应该是零。但它却将两个方向的位移叠加，给出两个波长的位移的错误结果。这说明一个没有方向判断能力的位移传感器是难以工作的。有资料上报道，当回馈光很强时，激光功率在改换位移方向时出现“类锯齿波”现象(不同运动方向类锯齿波向不同方向倾斜)，建议由此“类锯齿波”现象判别位移方向。这在实际中也是不能成功的，因为“类锯齿波”在位移方向改变过程中总有1-2个波长的范围“类锯齿波”没有方向倾斜，造成1-2个波长的数据丢失。如果一次测量中，向左向右改换五次方向，就要产生5-10个波长的测量误差。这实在是太大了。与其他技术相比，没有竞争力。而且，“类锯齿波”并不稳定出现。所说已有的技术不能细分是指它只能“读出”图2中整数个周期位移。而在图2曲线一个周期内，位移量无法给出。即在不要求判向的情况下，最高分辨率也只有半个波长，无法获得比半个波长更好的分辨率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种频率分裂氦—氖激光(HeNe激光)回馈自混合非接触测微仪，该测微仪不使用普通氦氖激光器而是利用频率分裂激光器作光源，以克服现有激光回馈效应干涉仪既不能判向又不具有细分功能的缺陷，构成一种既具有判向能力又有细分能力的激光回馈自混合非接触测位移(干涉仪)，使自混合干涉仪能广泛在实际中使用。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的一种激光回馈自混合非接触测微仪，主要由氦—氖激光器光源，光电探测及信号处理单元、含有回馈光路的回馈腔以及带有反射面的被侧物体组成，其特征在于所述氦—氖激光器光源采用由氦—氖激光放电管、反射镜和可在激光腔内产生双折射效应的双折射元件组成的频率分裂氦—氖激光器。本专利技术中的光电探测及信号处理单元包括依次设置在所述频率分裂氦—氖激光器的尾光光路中的偏振分光镜、两个光电探测器、两个电子放大器及信号处理及显示装置，所述的回馈腔是一个由一片与激光输出腔镜平行的反射镜和安装在所述被测物体表面上的一个角锥棱镜组成的棱镜折迭回馈腔。在上述方案的基楚上，本专利技术的特征还在于在所述的频率分裂氦—氖激光器的输出光路中设置一个可将激光束分成两束的分光镜，所述的光电探测及信号处理单元包括依次设置在所述的一束分光光路中的偏振分光镜、两个光电探测器、两个电子放大器及信号处理及显示装置，另一光束射向被测物体。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果频率分裂HeNe激光回馈自混合非接触测微仪由于不使用普通的He-Ne激光器或半导体激光器作为激光回馈干涉仪的光源，而是使用频率分裂激光器作光源，使频率分裂激光器输出两个正交偏振的频率，由输出光偏振状态的变化次数给出位移的大小；激光回馈自混合效应不受被侧面和激光器之间距离的限制，因此具有大的测量范围；测量中，频率分裂激光器和被测量物体非接触；采用了折迭回馈腔，能方便地将到达被测物体表面的频率分裂激光器光束反射回激光器内；结构简单，造价低。本专利技术使激光回馈自混合干涉仪具有了判向、细分、免调整的能力。从而使自混合干涉仪能广泛在实际中使用。附图说明图1现有激光回馈效应干涉仪的一般结构图。图2是现有激光回馈效应一般输出曲线示意图。图3.1为本专利技术实施例的结构原理示意图。图3.2为本专利技术的另一实施例的结构原理示意图。图3.3为本专利技术的第三实施例的结构原理示意图。图4为采用图3结构中，因被测物体移动，两个正交偏振频率各自的功率时变化的实验曲线示意图。图5为本专利技术设定一个门槛功率时，门槛功率之上的实验曲线。图6.1为名称为“位移自传感HeNe激光器系统”的专利(申请号为98117756.5)的结构示意图。图6.2为图6.1所示专利的偏振光功率与构成激光谐振腔的两个腔镜之一位移时所形成的曲线。激光谐振腔的两个腔镜之一位移实为激光谐振腔长的改变，与激光器之外任何元件的移动无关。图7.1为本专利技术采用的频率分裂激光器的一个具体实施例，其双折射元件为一片施有外力的激光腔镜的基片。图7.2为半外腔结构的频率分裂激光器，其双折射元件是激光增益管的镀有增透膜的窗片。图7.3为半外腔结构的频率分裂激光器，其双折射元件置于激光增益管和激光腔镜之间。图8.1为本专利技术采用的频率分裂激光器的一个具体实施例，其双折射元件为一片镀在激光腔镜基片上的双折射膜，此双折射膜夹在反射膜和增透膜之间。图8.2为本专利技术采用的频率分裂激光器的一个具体实施例，其双折射元件为镀在激光腔镜基片上的双折射膜，此双折射膜夹在基片和增透膜之间。图8.3为半外腔式结构，其双折射镀在激光增益管窗片基片上，在基片和增透膜之间。图9.1示出的是由腔内自然双折射元件产生频率分裂的结构。图9.2示出的是另一种由腔内自然双折射元件产生频率分裂的结构。图10为激光腔内采用电光晶体作为双折射元件的频率分裂激光器结构。具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术的原理、结构及及具体实施方式。图1是现有激光回馈效应干涉仪的一般结构图。图2是现有激光回馈效应一般输出曲线示意图，给出回馈镜到激光输出镜之间的距离改变时激光功率的改变。图3.1为本专利技术的原理结构示意图。该频率分裂HeNe激光回馈自混合非接触测微仪由三个部分构成光电探测及处理单元26、频率分裂HeNe激光器光源25和棱镜折迭回馈腔24。待测物体是27。光电探测及处理单元26包括依次设置在频率分裂HeNe激光器的尾光光路中的偏振分光镜10，两个光电探测器11和12，两个放大器13和14以及信号处理及(位移)显示装置15。所述频率分裂HeNe激光器光源25是由激光腔镜16、HeNe激光放电管17、施有外力18的光学玻璃基片19及镀在19左表面镀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光回馈自混合非接触测微仪，主要由氦－氖激光器光源，光电探测及信号处理单元、含有回馈光路的回馈腔以及带有反射面的被侧物体组成，其特征在于：所述氦－氖激光器光源采用由氦－氖激光放电管、反射镜和可在激光腔内产生双折射效应的双折射元件组成的频率分裂氦－氖激光器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张书练，李岩，丁迎春，朱钧，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]