一种功能增强型激光干涉测速装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种功能增强型激光干涉测速装置及方法，包括光纤激光器、干涉模块、光纤探头和信号采集与数据处理模块，干涉模块的输入端口与光纤激光器的输出端口连接，光纤探头通过传输光缆与干涉模块的输出端口连接，信号采集与数据处理模块与干涉模块的信号输出端口连接；本发明专利技术实现了两套激光干涉测速系统的集成，使得可以同时使用两种不同类型的光纤探头；当物理设计改变需要使用不同类型的光纤探头时，只需通过光开光切换工作模式即可，无需搭建新的测试系统，大大节省了实验的准备时间，从而提高了实验效率；本发明专利技术提供的装置及方法，可以工作在两种模式下，每一种模式都可以实现运动物体运动速度的测量。以实现运动物体运动速度的测量。以实现运动物体运动速度的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种功能增强型激光干涉测速装置及方法


[0001]本专利技术涉及激光干涉测速
，具体涉及一种功能增强型激光干涉测速装置及方法。

技术介绍

[0002]在冲击波物理和爆轰物理实验研究中，需要利用激光干涉测速技术实现待测样品高速运动历史的连续测量。经过几十年的发展，基于光学Doppler效应的VISAR、DISAR、PDV、MPDV等激光干涉测速技术已经成为了冲击波物理和爆轰物理实验研究中的标准测试技术，其中DISAR、PDV、MPDV等激光干涉测速技术采用了全光纤的光路结构，由于其使用的便捷性，使得其适用性范围得到了极大的提升，已经在材料的状态方程、本构关系、超高速发射以及等离子体密度测量等研究中得到了广泛的应用。
[0003]但是，现有的DISAR、MPDV技术只能使用回损小于
‑
60dB的光纤探头，而PDV只能使用回损小于
‑
60dB或者回损为
‑
14dB～
‑
35dB的光纤探头，即现有的这些测速技术及系统，尚不能兼容使用回损小于
‑
60dB和回损为
‑
14dB～
‑
35dB的两类光纤探头，限制了测速系统的使用率；另一方面，当物理实验方案改变时，需要重新组建新的测速系统，增大了测试人员的工作量、制约了实验效率的进一步提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是现阶段测速装置无法兼容不同回损的光纤探头，目的在于提供一种功能增强型激光干涉测速装置及方法，解决了不同类型的光纤探头的兼容问题。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种功能增强型激光干涉测速装置，包括：
[0007]光纤激光器，其用于发射探测激光；
[0008]干涉模块，其光输入端口与所述光纤激光器的输出端口连接；
[0009]光纤探头，其通过传输光缆与所述干涉模块的输出端口连接；
[0010]信号采集与数据处理模块，其与所述干涉模块的信号输出端口连接；
[0011]所述干涉模块包括：
[0012]1×
2光开关，其第一端口与所述光纤激光器的输出端口连接；
[0013]2×
1光纤合束器，其第一端口与所述1
×
2光开关的第二端口连接；
[0014]光纤环形器，其第一端口与所述2
×
1光纤合束器的第三端口连接，所述光纤环形器的第二端口通过传输光缆与所述光纤探头连接；
[0015]第二1
×
2光纤分束器，所述第二1
×
2光纤分束器的第一端口与所述光纤环形器的第三端口连接；
[0016]掺铒光纤放大器，其输入端口与所述第二1
×
2光纤分束器的第三端口连接；
[0017]光纤滤波器，其输入端口与所述掺铒光纤放大器的输出端口连接；
[0018]第一光纤衰减器，其输入端口与所述光纤滤波器的输出口连接；
[0019]2×
2光纤分束器，其第一端口与所述第一光纤衰减器的输出端口连接，所述2
×
2光纤分束器的第四端口与所述信号采集与数据处理模块连接；
[0020]第一1
×
2光纤分束器，其第一端口与所述1
×
2光开关的第三端口连接，所述第一1
×
2光纤分束器的第二端口与所述2
×
1光纤合束器的第二端口连接；
[0021]第二光纤衰减器，其输入端口与所述第一1
×
2光纤分束器的第三端口连接，所述第二光纤衰减器的输出端口与所述2
×
2光纤分束器的第二端口连接。
[0022]第三1
×
2光纤分束器，其第一端口与所述第二光纤衰减器的输出端口连接，所述第三1
×
2光纤分束器的第二端口与所述2
×
2光纤分束器的第二端口连接。
[0023]具体地，所述光纤探头为回损小于
‑
60dB的光纤探头或回损为
‑
14dB～
‑
35dB的光纤探头。
[0024]进一步，所述干涉模块还包括：
[0025]第一光功率计，其输入端口与所述第二1
×
2光纤分束器的第二端口连接；
[0026]第二光功率计，其输入端口与所述2
×
2光纤分束器的第三端口连接；
[0027]第三光功率计，其输入端口与所述第三1
×
2光纤分束器的第三端口连接。
[0028]作为一个优选的实施例，所述2
×
1光纤合束器的分束比为50：50；
[0029]所述第一1
×
2光纤分束器的分束比为99：1；
[0030]所述第二1
×
2光纤分束器的分束比为90：10；
[0031]所述第三1
×
2光纤分束器的分束比为50：50；
[0032]所述2
×
2光纤分束器的分束比为50：50。
[0033]具体地，所述信号采集与数据处理模块包括：
[0034]光电探测器，其光输入端口与所述2
×
2光纤分束器的第四端口连接；
[0035]示波器，其输入端口与所述光电探测器的信号输出端口连接；
[0036]数据处理计算机，其输入端口与所述示波器的信号输出端口连接；
[0037]所述示波器通过高频电缆与所述光电探测器连接，所述数据处理计算机通过网线与所述示波器连接。
[0038]一种功能增强型激光干涉测速方法，基于上述的一种功能增强型激光干涉测速装置，所述方法包括：当选用回损为
‑
14dB～
‑
35dB的光纤探头时，执行下述步骤：
[0039]S11、控制1
×
2光开关，使光纤激光器与2
×
1光纤合束器连通；
[0040]S12、光纤探头内部反射光作为干涉的参考光，其形式为：
[0041]E1(t)＝E
11
e
‑
i2πvt
[0042]其中，E
11
＝a1ρE0为干涉参考光的振幅，E0为光纤激光器(1)输出激光的振幅，a1为光纤激光器(1)到光纤探头(6)的光传输链路的光场振幅衰减系数，ρ为由光纤探头(6)回损参数决定的入射激光在光纤探头(6)端口面的光场振幅反射系数，v为激光的频率，e为自然常数，i为虚数单位；t为时间；
[0043]S13、光纤探头出射的光照射至样品，并收集样品的反射光，该部分光作为干涉的信号光，其形式为：
[0044][0045]其中，E
12
＝ηra1E0为信号光振幅，r为样品的光场振幅反射系数，η为光纤探头的收集效率，u(t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，包括：光纤激光器(1)，其用于发射探测激光；干涉模块，其光输入端口与所述光纤激光器(1)的输出端口连接，所述光纤激光器(1)发射的探测激光传输至所述干涉模块；光纤探头(6)，其通过传输光缆(5)与所述干涉模块的输出端口连接；信号采集与数据处理模块，其与所述干涉模块的信号输出端口连接；所述干涉模块包括：1
×
2光开关(2)，其第一端口与所述光纤激光器(1)的输出端口连接；2
×
1光纤合束器(3)，其第一端口与所述1
×
2光开关(2)的第二端口连接；光纤环形器(4)，其第一端口与所述2
×
1光纤合束器(3)的第三端口连接，所述光纤环形器(4)的第二端口通过传输光缆(5)与所述光纤探头(6)连接；第二1
×
2光纤分束器(8)，其第一端口与光纤环形器(4)的第三端口连接；掺饵光纤放大器(10)，其输入端口与第二1
×
2光纤分束器(8)的第三端口连接；光纤滤波器(11)，其输入端口与所述掺铒光纤放大器(10)的输出端口连接；第一光纤衰减器(12)，其输入端口与所述光纤滤波器(11)的输出口连接；2
×
2光纤分束器(13)，其第一端口与所述第一光纤衰减器(12)的输出端口连接，所述2
×
2光纤分束器(13)的第四端口与所述信号采集与数据处理模块的输入端口连接；第一1
×
2光纤分束器(18)，其第一端口与所述1
×
2光开关(2)的第三端口连接，所述第一1
×
2光纤分束器(18)的第二端口与所述2
×
1光纤合束器(3)的第二端口连接；第二光纤衰减器(19)，其输入端口与所述第一1
×
2光纤分束器(18)的第三端口连接，所述第二光纤衰减器(19)的输出端口与所述2
×
2光纤分束器(13)的第二端连接；第三1
×
2光纤分束器(20)，其第一端口与所述第二光纤衰减器(19)的输出端口连接，所述第三1
×
2光纤分束器(20)的第二端口与所述2
×
2光纤分束器(13)的第二端口连接。2.根据权利要求1所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，所述光纤探头(6)为回损小于
‑
60dB的光纤探头(6)或回损为
‑
14dB～
‑
35dB的光纤探头(6)。3.根据权利要求2所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，所述干涉模块还包括：第一光功率计(9)，其输入端口与所述第二1
×
2光纤分束器(8)的第二端口连接；第二光功率计(14)，其输入端口与所述2
×
2光纤分束器(13)的第三端口连接；第三光功率计(21)，其输入端口与所述第三1
×
2光纤分束器(20)的第三端口连接。4.根据权利要求3所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，所述2
×
1光纤合束器(3)的分束比为50：50；所述第一1
×
2光纤分束器(18)的分束比为99：1；所述第二1
×
2光纤分束器(8)的分束比为90：10；所述第三1
×
2光纤分束器(20)的分束比为50：50；所述2
×
2光纤分束器(13)的分束比为50：50。5.根据权利要求4所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，其特征在于，所述信号采集与数据处理模块包括：光电探测器(15)，其光输入端口与所述2
×
2光纤分束器(13)的第四端口连接；
示波器(16)，其输入端口与所述光电探测器(15)的输出端口连接；数据处理计算机(17)，其输入端口与所述示波器(16)的信号输出端口连接；所述示波器(16)通过高频电缆与所述光电探测器(15)连接，所述数据处理计算机(17)通过网线与所述示波器(16)连接。6.一种功能增强型激光干涉测速方法，其特征在于，基于如权利要求5所述的一种功能增强型激光干涉测速装置，所述方法包括：当选用回损为
‑
14dB～
‑
35dB的光纤探头(6)时，执行下述步骤：S11、控制1
×
2光开关(2)，使光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘盛刚，谷伟，唐隆煌，陶天炯，马鹤立，陈龙，吴建，黄金，康强，李成军，贾兴，王翔，翁继东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：