[发明专利]数字式调频连续波干涉激光驱动与信号处理方法及电路

说明书

本发明提出一种数字式调频连续波干涉激光驱动与信号处理方法及电路，本方法首先由微处理器用查表方法周期性地读出驱动信号波形数据，通过DAC转换为模拟信号,经放大电路放大后,再经压控电流源驱动半导体激光器产生激光；然后激光经干涉仪后形成的干涉信号由光电探测器转换为电信号，经过预处理电路滤波去除噪声，再由ADC转换为与驱动信号调制周期同步的周期性数字信号，最后由微处理器根据同一周期内的数字信号，通过数字鉴相算法获取调频干涉信号的频率或初相位；通过一定的电路实施。本方法及电路与模拟式调频连续波干涉激光驱动与信号处理方法及电路比较，更容易获得激光线性调频，避免激光器损坏，实现高精度和大动态范围测量。

技术领域：

本发明涉及调频连续波激光干涉测量领域，具体涉及一种数字式调频连续波干涉激光驱动与信号处理方法及电路。

背景技术：

调频连续波激光干涉技术是最近出现的一项激光测量新技术，它是将激光频率以线性形式进行调制，当激光分束后，经过不同的光路传播后再合束，会产生一个随时间变化的拍频干涉信号，拍频信号频率和初相位与两束光的光程差有关。调频连续波激光干涉与传统单频激光干涉不同，调频连续波干涉所得拍频干涉信号为动态信号，因此，相位的细分，相位变化方向的判别，以及整周期计数都非常容易。因此，与传统光学干涉相比较，光学调频连续波干涉可以提供更高的精确度和大得多的测量范围。利用调频连续波干涉技术，可以实现光折射率、距离、位移、速度、温度、压强、电场、磁场、振动幅度、角速度，甚至包括重力波等多种物理量的直接或间接测量。

对于调频连续波干涉传感与测量而言，其关键是要能够实现对半导体激光器的线性频率调制，以及对拍频干涉信号频率和初位相的准确测量，但现有的方法是采用模拟电路产生三角波或锯齿波波形，采用模拟电路对干涉仪输出的信号进行鉴频鉴相，这种方法是假定干涉信号拍频频率不变的条件下进行，但是由于调频连续波干涉信号的拍频频率是随光程差变化而变化，只有当干涉仪的动态范围 被限制在很小的范围内，拍频频率才可以看作常数。所以采用模拟电路，不仅干涉信号的初位相测量精度低(0.1微米)，而且干涉仪的动态范围小(30毫米)。

发明内容：

针对调频连续波干涉测量领域现有技术的不足，本发明提出数字式调频连续波干涉激光驱动与信号处理方法及电路。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种数字式调频连续波干涉激光驱动与信号处理方法，采用全数字工作模式,首先由微处理器用查表方法周期性地读出预先存储在内存中的驱动信号波形数据，通过DAC转换为模拟信号,经放大电路放大后,再经压控电流源驱动半导体激光器产生激光；然后激光经干涉仪后形成的干涉信号由光电探测器转换为电信号，经过预处理电路滤波去除噪声，再由ADC转换为与驱动信号调制周期同步的周期性数字信号，最后由微处理器根据同一周期内的数字信号，通过数字鉴相算法获取调频干涉信号的频率或初相位。

一种数字式调频连续波干涉激光驱动与信号处理电路，其特征在于：由微处理器、DAC、放大电路、压控电流源电路、半导体激光器、光电探测器、光电探测预处理电路、ADC以及数据输出电路组成，微处理器用查表方法周期性地读出预先存储在内存中的驱动信号波形数据，通过DAC转换为模拟信号,经放大电路放大, 再经压控电流源驱动半导体激光器产生激光；然后激光经干涉仪后形成的干涉信号由光电探测器转换为电信号，经过预处理电路滤波去除噪声，再由ADC转换为与驱动信号调制周期同步的周期性数字信号，最后由微处理器根据对应同一调制周期干涉信号的数据，通过数字鉴相算法获取调频干涉信号的频率或初相位；

所述光电探测器和预处理电路设置有两路。

所述光电探测器和预处理电路设置有多路。

还包括用于控制半导体激光器温度的LD温控电路。