[发明专利]基于激光腔调谐多重回馈位移测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于激光腔调谐多重回馈位移测量装置及测量方法，该测量装置包括回馈外腔、激光器、位移单元和信号探测及处理单元。激光器包括腔镜反射镜、集成式反射镜和激光增益管，激光增益管设置于腔镜反射镜和集成式反射镜之间，集成式反射镜的中心位置处开设有激光透射部；集成式反射镜和回馈反射镜构成回馈外腔，集成式反射镜与回馈反射镜相对且间隔设置；集成式反射镜连接位移单元。上述测量装置及测量方法，在激光器中会发生激光腔调谐效应，产生多倍频条纹，同时在回馈外腔中会形成多重高阶回馈效应，在腔调谐效应产生的每一个多倍频条纹中再产生高倍频条纹，从而大大地提高了每个回馈光学条纹的测量分辨率，可达到亚纳米量级。

技术领域

本发明涉及激光精密测量技术领域，特别是涉及一种基于激光腔调谐多重回馈位移测量装置及测量方法。

背景技术

激光回馈，又称激光自混合干涉，它是指在激光应用系统中，激光器的出射光被外部物体反射或散射后，其中一部分光又反馈到激光谐振腔，与激光谐振腔内的光场进行自混合干涉，使激光器的输出功率或输出频率发生变化。由于回馈光携带了外部反射物体的运动信息，所以通过解调输出光的强度或频率就可以得到被测物体的振动、位移、速度或形貌等信息。在基于激光自混合干涉效应的测量系统中，激光器不仅仅是测量系统的光源，同时还是获取外部物体运动信息的传感元件，因此具有结构简单、易准直、性价比高等优点。

在传统的技术中，公开了一种非接触测微仪，综合利用频率分裂效应、激光自混合干涉等激光物理现象进行位移测量。然而该测量方法分辨率会产生较大误差，最终导致测量结果不准确。

发明内容

基于此，有必要针对上述测量结果不准确的问题，提供一种基于激光腔调谐多重回馈位移测量装置及测量方法。

一种基于激光腔调谐多重回馈位移测量装置，所述位移测量装置包括激光器、回馈外腔、位移单元和信号探测及处理单元，所述激光器包括腔镜反射镜、集成式反射镜和激光增益管，所述激光增益管设置于所述腔镜反射镜和集成式反射镜之间；所述集成式反射镜和回馈反射镜构成回馈外腔，所述集成式反射镜与回馈反射镜相对且间隔设置；所述集成式反射镜的中心位置处设有激光透射部，激光器输出的激光通过所述激光透射部入射到所述回馈反射镜表面；所述集成式反射镜连接位移单元，所述位移单元能够推动集成式反射镜进行移动；信号探测及处理单元，能够用于接收激光器输出的激光回馈条纹并计算位移。

在其中一个实施例中，所述激光透射部与回馈反射镜相对的一侧镀有增透膜，且所述集成式反射镜与回馈反射镜相对的表面除激光透射部外的位置镀有第一回馈反射膜，所述回馈反射镜与集成式反射镜相对的表面镀有第二回馈反射膜。

在其中一个实施例中，所述腔镜反射镜靠近激光增益管的表面镀有第一腔镜反射膜，所述激光透射部与激光增益管相对的一侧镀有第二腔镜反射膜。

在其中一个实施例中，所述集成式反射镜与回馈反射镜为凹面镜，且所述集成式反射镜与所述回馈反射镜相面对的表面均为凹面。

在其中一个实施例中，所述激光透射部为贯穿所述集成式反射镜相对两个表面的通孔，所述通孔与所述激光增益管相对的一端封闭有第二腔镜反射膜，与所述回馈反射镜相对的表面封闭有增透膜。

在其中一个实施例中，所述位移单元包括位移台和与位移台连接的位移台控制器，所述位移台与所述集成式反射镜连接，用于推动集成式反射镜的移动。

在其中一个实施例中，所述信号探测及处理单元包括光电探测器、滤波放大电路、计数模块、频谱分析模块和显示模块，所述光电探测器用于接收所述激光器输出的激光回馈条纹的光强信号；所述光电探测器与所述滤波放大电路电连接，所述滤波放大电路用于对光强信号进行滤波、放大处理，得到探测信号；所述滤波放大电路与计数模块及频谱分析模块电连接以获得探测信号的参数值；所述计数模块与频谱分析模块同时与显示模块电连接以显示最终的探测结果。

在其中一个实施例中，所述探测信号的参数值包括振幅、位移值和振动频率。