[发明专利]一种基于脊形光波导的激光多普勒测速仪

说明书

本发明公开了一种基于脊形光波导的激光多普勒测速仪，包括分束器、探头和合束器，所述分束器和所述合束器基于脊形光波导形成，所述分束器用于将激光光源分为参考光束和检测光束，所述检测光束从所述探头的输出端输出后到达被检测物发生多普勒频移，频移后的散射光从所述探头的接收端进入，经所述合束器与所述参考光束耦合发生干涉后输出供光电探测器探测的信号。该激光多普勒测速仪能将速度信息转化为光信号输出，从而感知速度变化可以与单模光纤高效耦合，并具有灵敏度高，抗电磁辐射，易于加工，易于微型化，成本低等优点。

技术领域

本发明涉及激光多普勒测速仪，特别是一种基于脊形光波导的激光多普勒测速仪。

背景技术

1842年，奥地利物理学家发现了多普勒效应，即波源与接收器之间存在相对运动时，接收器接收到的信号频率与波源发出的信号频率不同，即两者之间的相对运动产生了频移现象。1905年，爱因斯坦证明光波中同样存在多普勒效应，为激光多普勒测速仪的发明提供了理论依据。1960年，激光器的作为新型光源的出现为多普勒测速仪的出现做出了巨大推动。1964年叶和柯明斯使用激光流速计成功测得层流管流分布，从此开创了激光多普勒测速技术。

激光多普勒测速仪利用激光多普勒效应来测量固体或流体移动速度，具有测量范围大、空间分辨率高、动态响应快、可多维测速以及非接触测量等优点。激光在经运动的物体散射后发生多普勒频移，该频移大小与物体的运动速度存在一定的数学关系，通过检测散射光的频率可以计算物体的运动速度。但由于光波信号的频率远远超出了普通光电探测器的响应频率，因此检测精度也受频谱分析仪发展的限制。此外，当时的光学系统大多采用单一元件搭建而成，因此早先的激光多普勒测速仪效率和性能都比较低，体积和成本也比较高。此后随着激光器光源的进一步发展，以及集成光学单元的出现，使得测试系统的光路结构更为紧凑，且更容易调准。此外，电子技术的发展，也使得在多普勒信号检测方面有了更进一步的突破，且使得可检测的精度更加高。

20世纪80年代末到90年代，光纤传输也被普遍运用到激光多普勒测速仪，再加上半导体激光器以及光电二极管的出现，使得系统进一步轻便，应用范围也更加广阔。但系统中分束系统以及合束系统的光路仍然比较复杂，且体积十分庞大。

目前，大多采用外差干涉技术来实现激光多普勒信号的检测，即通过参考光束和频移光束的拍频干涉来计算多普勒频移，进而计算被检测物体移动速度。常见的参考光模式的外差干涉模型，除了应用到激光光源和光电探测器以外，还包括了分束器，探头，合束器等光路。目前无论是透镜系统或光纤系统，都存在着以下不足：

(1)分束器，探头，合束器无法集成，系统尺寸较大；

(2)系统在使用时需要手动调节各系统的相对位置；

(3)系统的各组件若要达到较高精度，成本比较高。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于脊形光波导的激光多普勒测速仪，能够集成分束器和探头端和合束器，易于加工、灵敏度高、抗电磁辐射、环境耐受力强、易于微型化集成化、成本低廉。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于脊形光波导的激光多普勒测速仪，包括分束器、探头和合束器，所述分束器和所述合束器基于脊形光波导形成，所述分束器用于将激光光源分为参考光束和检测光束，所述检测光束从所述探头的输出端输出后到达被检测物发生多普勒频移，频移后的散射光从所述探头的接收端进入，经所述合束器与所述参考光束耦合发生干涉后输出供光电探测器探测的信号。

进一步地：