[发明专利]一种三波光纤激光自混合干涉测量系统

说明书

本发明公开了一种三波光纤激光自混合干涉测量系统，属于光学测量技术领域。所述系统由泵浦光源，五个光纤耦合器，三个波分复用器，三段掺铒光纤，七个光纤环行器，七个光纤光栅，一个FC/PC接头，三个探测器，二个移频器，一个出射头，二个驱动电源，一个混频器，信号处理电路1，信号处理电路2，信号处理电路3，信号处理电路4，信号处理电路5，计算机和输出结果组成。光纤及光纤器件构成三个激光谐振腔，三段掺铒光纤分别为三个激光谐振腔增益介质，光纤光栅为波长选择元件，构成三波长激光器。三波长激光经移频后,被参考物或被测物反射回各自的激光谐振腔与腔内的光产生外差自混合干涉信号。对此信号进行处理，实现对各参量测量。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其涉及一种三波光纤激光自混合干涉测量系统。

背景技术

现有的与此技术相接近的文献有以下两个：

[1]D.P.Hand,T.A.Carolan,J.S.Barton,and J.D.C.Jones.“Profilemeasurement of optically rough surfaces by fiber-optic interferometry”,Opt.Lett.,Vol.18,No.16,1993,P.1361-1363.(Optics Letters(光学快报),第18卷,第16期,P.1361-1363)

文献[1]的技术原理如图1所示。

半导体激光器发出的光经过法拉第隔离器和光纤3dB耦合器后，到达测量头，测量头是一个菲索干涉仪，一部分光被光纤端面反射作为参考光，另一部分光经过自聚焦透镜聚焦后，投射到被测表面上，由被测表面反射重新回到系统中并与参考光发生干涉，干涉信号由探测器探测，干涉信号的相位决定于被测表面被测点的纵向高度；改变该激光器的驱动电流以改变激光器的发光频率，用四种不同频率的光对同一点进行测量，得到四个干涉信号，由于入射光波频率不同，四个干涉信号的位相就不同，调节驱动电流，使相邻两个干涉信号的相位差π/2，通过以下式子，即可解调出该点的光程差D，即完成单点的测量：

I_n(n＝1,2,3,4)是第n次干涉信号的强度，c是光速，ν是入射光频率。

步进电机再带动测量头横向扫描被测表面，即完成对被测表面的测量。

[2]Dejiao Lin,Xiangqian Jiang,Fang Xie,Wei Zhang,Lin Zhang and IanBennion.“High stability multiplexed fibre interferometer and its applicationon absolute displacement measurement and on-line surface metrology”，OpticsExpress,Vol.12,Issue 23,2004,P.5729-5734.(Optics Express(光学特快),2004年,第12卷,第23期,P.5729-5734)

文献[2]的技术原理图如图2所示。

此系统包含两个光路几乎重合的迈克尔逊干涉仪。一个迈克尔逊干涉仪是利用测量臂上的光纤光栅和参考镜作为反射镜构成，用于完成稳定工作；另一个迈克尔逊干涉仪是利用测量镜和参考镜作为反射镜构成，用于完成测量工作。因为两个干涉仪的参考臂共用一个反射镜，两个干涉仪的参考臂光路完全重合，又由于两个干涉仪的测量臂几乎重合，所以，一个干涉仪稳定了，另一个干涉仪也就稳定了。