[發明專利]復合電流調制半導體激光干涉儀

有效

• 申請號: 201210109794.6
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102636109A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 王渤帆;李中梁;王向朝;崔麗君
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及半導體激光干涉儀，特別是一種復合電流調制半導體激光干涉儀。

背景技術

距離測量是測試計量領域的一項重要技術。近年來，隨著科學研究以及工業生產的發展，對其提出了越來越高的要求。干涉測量技術因為具有高分辨率、高精度、非接觸、非損傷等優點被廣泛研究。正弦相位調制干涉技術是一種國際前沿的干涉測量技術，半導體激光正弦相位調制干涉儀具有體積小、結構緊湊、相位調制簡單、測量精度高等優點，近年來受到研究人員的重視，在距離測量領域得到了很大發展。

基于外差探測的半導體激光正弦相位調制干涉儀的測量范圍較小，當測量范圍超過一個波長時就會造成相位模糊。通過合成波長干涉技術可以擴大測量范圍，但基于合成波長技術的半導體激光干涉儀結構復雜，需要使用兩個或以上半導體激光器作為光源，此外為了減小外界擾動所引入的測量誤差，需要使用參考干涉儀補償干涉信號的相位漂移。為了擴大測量范圍，O.Sasaki等提出了一種雙正弦相位調制半導體激光干涉儀(在先技術[1]：“Double?sinusoidal?phase-modulating?laser?diode?interferometer?for?distance?measurement”，Appl.Opt.30，3617-3621，1991)。此干涉儀利用低頻電流調制和高頻PZT調制實現了雙正弦相位調制，擴大了測量范圍。由于PZT的遲滯效應和機械振動的影響，測量范圍只擴大到10μm，且精度較低；此外測量不能實時進行。T.Suzuki等提出了一種雙正弦相位調制分布式布拉格反射激光器(在先技術[2]：“Double?sinusoidal?phase-modulating?distributed-Bragg-reflector?laser-diode?interferometer?for?distance?measurement”，Appl.Opt.42，60-66，2002)，此干涉儀利用復合電流實現了雙正弦相位調制，在1mm的測量范圍內實現了1.6μm的測量精度，由于激光器光強調制的影響，測量范圍的擴大和精度的提高均受到了限制，且該干涉儀的系統穩定性較低，同時也不能進行實時測量。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述在先技術的不足，提供一種復合電流調制半導體激光干涉儀。該干涉儀具有結構簡單緊湊、穩定性高、測量精度高和可實時測量的特點。

本發明的技術解決方案如下：

一種復合電流調制半導體激光干涉儀，包括由驅動電源驅動的帶有溫度控制器的光源、隔離器、光纖耦合器、準直器、分束鏡、參考反射鏡、第一光電探測器、第二光電探測器、信號處理器和反饋控制器，其特點在于：

所述的驅動電源輸入端口與反饋控制器輸出端口相連，第一輸出端口與光源相連，第二輸出端口與信號處理器的第三輸入端口相連；所述的驅動電源為光源提供直流驅動電流和正弦交流電流；

由光源發射的光束通過隔離器并經光纖耦合器分為兩束光：一束光通過準直器準直后出射，經過分束鏡分束后分別照射在待測物體和參考反射鏡上，由待測物體表面反射的光和由參考反射鏡反射的光再通過分束鏡和準直器后，再經過所述的光纖耦合器由第一光電探測器；另一束光由第二光電探測器探測；

所述的信號處理器的第一輸入端口與第一光電探測器的輸出端相連，第二輸入端口與第二光電探測器的輸出端相連，第三輸入端口與驅動電源的第二輸出端口相連，輸出端口與所述的反饋控制器的輸入端口相連；該反饋控制器的輸出端與所述的驅動電源輸入端口相連。

所述的信號處理器的結構為：信號處理器的第一輸入端口和第二輸入端口與第一除法器的輸入端相連，第一除法器的輸出端分別與第三乘法器和第四乘法器的第一輸入端相連；信號處理器的第三輸入端口分別與第三乘法器第一輸入端和倍頻器的輸入端相連，所述的第三乘法器的輸出端與第一低通濾波器的輸入端相連，該第一低通濾波器的輸出端同時與第五乘法器的輸入端和第二除法器的第一輸入端相連；所述的第五乘法器與第一單片機串聯后接入減法器的第一輸入端；

所述的倍頻器的輸出端與第四乘法器的第二輸入端相連，該第四乘法器的輸出端與第二低通濾波器的輸入端相連，該第二低通濾波器的輸出端同時與第六乘法器輸入端和第二除法器的第二輸入端相連，

所述的第六乘法器的輸出端與第二單片機串聯后接入減法器的第二輸入端，所述的第二除法器與第三單片機、第四單片機串聯后接入存儲器；所述的減法器的輸出通過輸出端口接入反饋控制器。

所述的反饋控制器的結構包括：由輸入端至輸出端依次是積分器、第七乘法器和第二加法器。