一种超快脉冲激光干涉系统的等效波长校准装置及方法，包括：依次设置的光源组件、干涉光路组件和信号采集与处理组件，其中：信号采集与处理组件接收来自干涉光路的两束干涉光信号，并将干涉光信号转换为电压信号进行处理，得到信号光与参考光之间的相位差并结合纳米定位器的位移信息计算出脉冲激光干涉的等效波长。本发明专利技术使脉冲激光等效波长的有效性与超快脉冲激光干涉测振系统的测量准确性提高至少一个数量级。至少一个数量级。至少一个数量级。
【技术实现步骤摘要】
超快脉冲激光干涉系统的等效波长校准装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种激光测振和测距领域的技术，具体涉及一种基于超快脉冲激光的光学干涉测振系统的等效波长校准、测量装置及方法。
技术介绍
[0002]微幅振动的激光测量技术是基于光干涉现象及振动物体对激光束的调制作用而发展起来的一种无损测量技术，该技术一般通过检测干涉光路中参考光波与测量光波之间的相位差来判断测点的位移情况，如果使用理想单色光进行测量，位移与相位差的关系为：d＝φ
·
λ/(4π)，其中：d为测点位移，φ为相位差，λ为单色光波长。
[0003]连续波激光干涉测振与超快脉冲激光干涉测振是两种微幅振动激光测量技术，在实际应用中，一般将光源理想化地视作单色光处理，对应的波长称为等效波长。其中，前者一般以连续波激光器输出波长作为等效波长，由于连续波激光频谱极窄、能量集中，这样的等效处理效果非常好，故而测量结果精度极高，精度典型值小于10ppm，但该技术所用光电传感器的响应频率必须高于待测振动频率，在接收1GHz以上的高频光信号时噪声增大，使得该技术无法有效测量高频振动。后者则可通过将高频振动采样的方法把高频信号转换为频率较低的光电信号进行测量，因此并不受光电传感器的高频噪声制约。现有超快脉冲激光干涉测振技术一般以能量峰值波长为等效波长进行计算，但实际所使用脉冲激光光源频谱较宽、能量分散，能量峰值波长并不能很好地代表脉冲光的光学特性。若简单的使用能量峰值波长作为等效波长来计算振动位移，误差可超过1000ppm，由此导致其测量精度受到严重制约，远低于连续波激光干涉测振技术的精度。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出了一种超快脉冲激光干涉系统的等效波长校准装置及方法，使脉冲激光等效波长的有效性与超快脉冲激光干涉测振系统的测量准确性提高至少一个数量级。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术涉及一种超快脉冲激光干涉系统的等效波长校准装置，包括：依次设置的光源组件、干涉光路组件和信号采集与处理组件，其中：信号采集与处理组件接收来自干涉光路的两束干涉光信号，并将干涉光信号转换为电压信号进行处理，得到信号光与参考光之间的相位差并结合纳米定位器的位移信息计算出脉冲激光干涉的等效波长。
[0007]所述的光源组件包括：超快脉冲激光光源与第一线偏振片，其中：第一线偏振片位于超快脉冲激光光源的光路上，用于将超快脉冲激光光源射出激光的调制为线偏振光。
[0008]所述的干涉光路组件包括：偏振分光棱镜、第一四分之一波片、第一反射镜、第二四分之一波片、第二反射镜、纳米定位器、非偏振分光棱镜、第二线偏振片、第三四分之一波片和第三线偏振片，其中：偏振分光棱镜设置于光源组件中的第一线偏振片的光路上，将脉冲光束分为作为参考光的第一反射光与作为信号光的第一透射光，第一四分之一波片设置
于参考光光路上用于调制从偏振分光棱镜入射的参考光和从所述的第一反射镜反射回的参考光，第一反射镜设置于第一四分之一波片的光路上用于将从第一四分之一波片入射的参考光按原光路反射，第二四分之一波片设置于信号光光路上用于调制从偏振分光棱镜入射的信号光和从所述的第二反射镜反射回的信号光；第二反射镜位于第二四分之一波片的光路上且设置于纳米定位器上用于将从第二四分之一波片入射的信号光按原光路反射，参考光和信号光第二次通过偏振分光棱镜后偏振角度相互垂直，而且沿同一光路进入非偏振分光棱镜中，纳米定位器的可动方向平行于信号光光路，非偏振分光棱镜设置于由偏振分光棱镜射出的信号光与参考光的共同光路上，用于将信号光与参考光分为第二反射光与第二透射光；第二线偏振片设置于由非偏振分光棱镜入射的第二反射光光路上，用于使第二反射光中包含的参考光成分与信号光成分发生干涉，第三四分之一波片设置于由非偏振分光棱镜入射的第二透射光光路上，用于将第二透射光中的信号光成分的相位延迟90
°
；第三线偏振片设置于由第三四分之一波片入射的第二透射光光路上，用于使第二透射光中包含的参考光成分与信号光成分发生干涉。
[0009]所述的参考光和信号光具有可调的光程差2ΔL，其中：ΔL为纳米定位台的位移。两束光通过非偏振分光镜后各自被分为两束光强相等的光，其中反射光经过第二偏振片后形成干涉光，干涉光由强度相等而相位不同的两束脉冲光构成，当参考光部分E
r1
＝∈(t)
·
e
i[ωt+θ(t)]，其中：信号光成分与参考光存在光程差2ΔL，故两者之间的时间延迟为τ＝2ΔL/c，其中：c为光速，则信号光方程E
s1
＝∈(t+τ)
·
e
i[ω(t+τ)+θ(t+τ)]；第一光电探测器接收到的干涉光强度为：E1＝|E
r1
+E
s1
|＝∈2(t)+∈2(t+τ)+2∈(t)∈(t+τ)cos(ωτ+θ(t+τ)
‑
θ(t))；过滤其中的直流部分后强度更新为E1(AC)＝2∈(t)∈(t+τ)cos(ωτ+θ(t+τ)
‑
θ(t))；通过非偏振分光镜的第二透射光首先经过第三四分之一波片，使其中信号光成分的相位相较于参考光成分滞后了π/2；则参考光部分E
r2
＝∈(t)
·
e
i[ωt+θ(t)]，信号光部分E
s2
＝∈(t+τ)
·
e
i[ω(t+τ)+θ(t+τ)
‑
π/2]，第二光电探测器接收到的干涉光滤掉直流部分后强度E2(AC)＝2∈(t)∈(t+τ)sin(ωτ+θ(t+τ)
‑
θ(t))，计算得到信号光与参考光的相位差φ(τ)＝arctan(E2(AC)/E1(AC))，通过调整纳米定位器可不断改变光程差得到一系列的ΔL
i
值及对应的相位差值φ
i
，由此可求出对应的等效波长，由此可求出对应的等效波长
[0010]所述的偏振分光棱镜的安装角度使第一参考光与第二信号光的光强大致相等。
[0011]所述的第一四分之一波片的光轴与参考光偏振方向呈45
°
角。
[0012]所述的第二四分之一波片的光轴与信号光偏振方向呈45
°
角。
[0013]所述的非偏振分光棱镜的安装角度使第二反射光与第二透射光的光强大致相等。
[0014]所述的第二线偏振片的光轴位于第二反射光中的参考光与信号光偏振方向夹角的角平分线上。
[0015]所述的第三四分之一波片快轴应与第二透射光中的参考光成分的偏振方向重合。
[0016]所述的第三线偏振片的光轴位于第二透射光中的参考光与信号光偏振方向夹角的角平分线上。
[0017]所述的信号采集与处理组件包括：用于接收由第二线偏振片和第三线偏振片入射的两束干涉光并转换为电压信号的第一光电探测器和第二光电探测器、用于采集第一光电探本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超快脉冲激光干涉系统的等效波长校准装置，其特征在于，包括：依次设置的光源组件、干涉光路组件和信号采集与处理组件，其中：信号采集与处理组件接收来自干涉光路的两束干涉光信号，并将干涉光信号转换为电压信号进行处理，得到信号光与参考光之间的相位差并结合纳米定位器的位移信息计算出脉冲激光干涉的等效波长；所述的干涉光路组件包括：偏振分光棱镜、第一四分之一波片、第一反射镜、第二四分之一波片、第二反射镜、纳米定位器、非偏振分光棱镜、第二线偏振片、第三四分之一波片和第三线偏振片，其中：偏振分光棱镜设置于光源组件中的第一线偏振片的光路上，将脉冲光束分为作为参考光的第一反射光与作为信号光的第一透射光，第一四分之一波片设置于参考光光路上用于调制从偏振分光棱镜入射的参考光和从第一反射镜反射回的参考光，第一反射镜设置于第一四分之一波片的光路上用于将从第一四分之一波片入射的参考光按原光路反射，第二四分之一波片设置于信号光光路上用于调制从偏振分光棱镜入射的信号光和从第二反射镜反射回的信号光；第二反射镜位于第二四分之一波片的光路上且设置于纳米定位器上用于将从第二四分之一波片入射的信号光按原光路反射，参考光和信号光第二次通过偏振分光棱镜后偏振角度相互垂直，且沿同一光路进入非偏振分光棱镜中，纳米定位器的可动方向平行于信号光光路，非偏振分光棱镜设置于由偏振分光棱镜射出的信号光与参考光的共同光路上，用于将信号光与参考光分为第二反射光与第二透射光；第二线偏振片设置于由非偏振分光棱镜入射的第二反射光光路上，用于使第二反射光中包含的参考光成分与信号光成分发生干涉，第三四分之一波片设置于由非偏振分光棱镜入射的第二透射光光路上，用于将第二透射光中的信号光成分的相位延迟90
°
；第三线偏振片设置于由第三四分之一波片入射的第二透射光光路上，用于使第二透射光中包含的参考光成分与信号光成分发生干涉。2.根据权利要求1所述的超快脉冲激光干涉系统的等效波长校准装置，其特征是，所述的光源组件包括：超快脉冲激光光源与第一线偏振片，其中：第一线偏振片位于超快脉冲激光光源的光路上，用于将超快脉冲激光光源射出激光的调制为线偏振光。3.根据权利要求1所述的超快脉冲激光干涉系统的等效波长校准装置，其特征是，所述的参考光和信号光具有可调的光程差2ΔL，其中：ΔL为纳米定位台的位移；两束光通过非偏振分光镜后各自被分为两束光强相等的光，其中反射光经过第二偏振片后形成干涉光，干涉光由强度相等而相位不同的两束脉冲光构成，当参考光部分E
r1
＝∈(t)
·
e
i[ωt+θ(t)]
，其中：信号光成分与参考光存在光程差2ΔL，故两者之间的时间延迟为τ＝2ΔL/c，其中：c为光速，则信号光方程E
s1
＝∈(t+τ)
·
e
i[ω(t+τ)+θ(t+τ)]
；第一光电探测器接收到的干涉光强度为：E1＝|E
r1
+E
s1
|＝∈2(t)+∈2(t+τ)+2∈(t)∈(t+τ)cos(ωτ+θ(t+τ)
‑
θ(t))；过滤其中的直流...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋鹏慧，邵磊，张文明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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