[发明专利]一种差分自混合干涉测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种差分自混合干涉测量系统及方法，该系统由随机偏振激光器发射激光束，形成两束光，一光束通过线偏振器和光衰减器后入射到被安置在载物台的待测物上，光束被待测物反射按原路返回进入随机偏振激光器的谐振腔，形成反馈光束；反馈光束与谐振腔内光束形成自混合干涉。另一光束入射到偏振分光棱镜进行偏振分光，分成一束为P偏振光，另一束为S偏振光；第一光电探测器探测P偏振光信号，第二光电探测器探测S偏振光信号；信号处理器分别与第一光电探测器以及第二光电探测器相连，将探测到的两路差分干涉信号，放大后再由信号采集器传输至计算机；计算机将采集到的两路干涉信号进行差分降噪后，进行处理可获得待测物的相关被测信息。

技术领域

本发明涉及光学传感技术领域，具体涉及一种差分自混合干涉测量系统及方法。

背景技术

自混合干涉(Self-mixing Interference,SMI)效应是指从激光器发射的光波经过外部物体反射回随机偏振激光器的谐振腔，与随机偏振激光器的谐振腔内的光波发生干涉的效应。由于反馈光携带外部物体信息，因此激光器的输出特性受到腔外物体的调制，从而利用该特性可实现对目标物物理量的测量。自混合干涉系统仅需一个光路通道，因此具有结构简单、紧凑的特点；另外，易准直、灵敏度高、信号检测方便，使自混合干涉系统已广泛用于测量位移、振动、形貌、加速度、微小角度等。

SMI检测系统在实际应用时存在噪声干扰的问题，如不采取有效措施对其进行处理，则会影响系统稳定性和检测精度。双通道差分探测已被证明是一种有效的自混合干涉降噪技术。已报道的差分探测自混合干涉技术，主要有两类，一类是利用半导体激光器前后端输出的两路光束，产生两路位相反相的自混合干涉信号进行差分探测，提高了自混合干涉测量系统的信噪比；另一类是利用双频正交偏振激光器输出的两路正交偏振光束，产生两路位相反相的自混合干涉信号进行差分探测。然而，在半导体激光器前向出光端与后向漏光端探测的两路干涉信号，很难保证其振幅完全一致，影响差分降噪效果；而双频正交偏振激光器成本高，装置复杂，难于推广。而在本发明的提出过程中至少发现，随机偏振激光器是最容易制造和使用最广的激光器，利用随机偏振激光器产生位相反相、幅度相同的差分自混合干涉信号，实现差分测量的技术，将更有利于推广使用。

发明内容

本发明的第一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用随机偏振激光器的差分自混合干涉测量系统，可以有效降低自混合干涉系统测量过程中的噪声干扰，降低测量系统成本，有利于差分自混合干涉测量技术的广泛使用。

本发明的另一个目的在于提供一种利用上述系统实现测量的方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种差分自混合干涉测量系统，所述的测量系统包括随机偏振激光器1、光衰减器2、线偏振器3、消偏振分光棱镜4、载物台5、偏振分光棱镜6、第一光电探测器7、第二光电探测器8、信号处理器9、信号采集器10、计算机11；

其中，所述的随机偏振激光器1用于发射激光束，形成两束光，一光束依次通过线偏振器3和光衰减器2后入射到被设置在载物台5的待测物上，然后，该光束被待测物反射按原光路返回进入随机偏振激光器1的谐振腔，形成反馈光束，该反馈光束与谐振腔内光束形成自混合干涉；

另一光束入射到偏振分光棱镜6进行偏振分光，将光束分成第一光束和第二光束，第一光束的偏振方向平行入射面，称为P偏振光，第二光束的偏振方向垂直入射面，称为S偏振光；

所述的第一光电探测器7设置在P偏振光的光路上，用于探测P偏振光自混合干涉信号，所述的第二光电探测器8设置在S偏振光的光路上，用于探测S偏振光自混合干涉信号；

所述的信号处理器9分别与第一光电探测器7以及第二光电探测器8相连，将探测到的两路差分干涉信号，放大后再由信号采集器10传输至相连的计算机11，所述的计算机11将采集到的两路干涉信号进行差分降噪后，然后处理获得待测物的位移量信息。