[實用新型]微位移高精度實時干涉測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720067118.1
• 申請日: 2007-02-07
• 公開（公告）號: CN201016705Y
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發(fā)明（設計）人: 何國田;王向朝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B9/027
• 分類號: G01B9/027
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及位移干涉測量技術(shù)，特別是一種采用正弦相位調(diào)制的半導體激光微位移高精度實時干涉測量裝置。

背景技術(shù)

在光學精密干涉測量中，正弦相位調(diào)制干涉測量技術(shù)具有較高的測量精度，位移測量精度可達到納米量級。半導體激光器(以下簡稱為LD)具有體積小、用電省、價格低、波長調(diào)制簡便等特點，在采用光外差技術(shù)的干涉儀中通過直接調(diào)制LD的注入電流來實現(xiàn)正弦相位調(diào)制，不僅可以提高測量精度，還可以使干涉儀的結(jié)構(gòu)更為簡單。比如日本新瀉大學的鈴木孝昌(Takamasa?Suzuki)等人提出的用來測量振動的干涉儀(在先技術(shù)[1]：Takamasa?Suzuki，Takao?Okada，Osami?Sasaki，Takeo?Maruyama，“Real-time?vibration?measurement?using?a?feedback?type?of?laser?diodeinterferometer?with?an?optical?fiber”，Opt.Eng.，1997，36(9)，2496-2502)，其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)制精確，可以對待測量物體任何部位振動進行測量；不需要參考面，具有相位補償功能，反饋電路消除了外界振動干擾；能實時得到振動位移。在此基礎上，中國科學院上海光學精密機械研究所的宋松等人提出了另一種半導體激光微小振動實時干涉測量儀(在先技術(shù)[2]：宋松，王向朝，王學鋒，鋒鋒，盧洪斌，“半導體激光微小振動實時干涉測量儀”，光學學報，2001，21(5)，578-580；在先技術(shù)[3]宋松，王向朝，王學鋒，鋒鋒，陳高庭，“采用同步相位檢測的微小振動實時測量”，中國激光，2001，28(8)，753-756)。此干涉儀的干涉信號由探測元件轉(zhuǎn)換成電信號，由信號處理電路進行數(shù)據(jù)處理得到振動的位移。

在先技術(shù)[2，3]，半導體激光器的波長與強度分別為：

λ(t)＝λ₀+β₁Δi(t)，(1)

g(t)＝β₂[i₀+Δi(t)]，(2)

i₀為驅(qū)動電流的直流分量，Δi(t)為驅(qū)動電流的交流分量，β₁為波長調(diào)制系數(shù)，β₂為光強調(diào)制系數(shù)，λ₀為直流分量i₀對應的中心波長。調(diào)制電流為

Δi(t)＝αcos(ω₀t+θ)(3)

式中：a是調(diào)制電流振幅。

探測元件檢測到的干涉信號為

S(t)＝S₀(t)+S₁(t)cos[zcos(ω₀t+θ)+α₀+α_r(t)]，(4)

S₀(t)與S₁(t)被光強調(diào)制隨時間變化，z＝4πβ₁β₂aD₀/λ₀²為正弦相位調(diào)制深度。式中α(t)為α₀與α_r(t)的和。干涉信號經(jīng)過信號處理電路處理后得到探測信號P(t)為：

P(t)＝KaJ₁(z)sinα(t)，(5)

式中：K是信號處理電路的放大倍數(shù)，J₁(z)為第1階貝塞爾函數(shù)。

由上述可知，干涉信號經(jīng)信號處理電路處理后得到相位α(t)，從而可得到微小位移r(t)。由于半導體激光器的光強被調(diào)制，使得S₀(t)、S₁(t)隨時間變化，造成測量誤差。同時，(5)式中的位移同初始光程差2D₀、電路放大倍數(shù)K、調(diào)制深度z和貝塞爾函數(shù)值有關(guān)，它們對測量精度有影響，測試前要校正。在先技術(shù)[1]也沒有解決光強被調(diào)制的問題，光強調(diào)制引起干涉信號的直流成分和交流振幅成分隨時間變化，對測量精度有較大的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種微位移高精度實時干涉測量裝置，以解決直接調(diào)制半導體激光器波長引起的光強變化與干涉儀參數(shù)，包括初始光程差2D₀，電路放大倍數(shù)K，調(diào)制深度z和貝塞爾函數(shù)值對測量精度的影響，使微位移測量不需要校正、操作方便，而且測試結(jié)果可靠。