[發(fā)明專利]雙向飛秒脈沖高精度位移探測方法及裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201610084888.0 | 申請日： | 2016-02-06 |
| 公開（公告）號： | CN105509645B | 公開（公告）日： | 2018-07-17 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 于亮;譚久彬 | 申請（專利權(quán)）人： | 哈爾濱工業(yè)大學 |
| 主分類號： | G01B11/02 | 分類號： | G01B11/02 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 150001 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 被測端 測量端 光電探測單元 飛秒激光器 探測 飛秒脈沖 分光光路 光延遲線 精度位移 衰減函數(shù) 高精度時鐘 引力波探測 超遠距離 動態(tài)位移 掃描單元 實時通信 雙向測量 同步問題 位移探測 相對獨立 亞納米級 靈敏度 脈沖 平衡 時域 尺度 掃描 鎖定 相距 衛(wèi)星 | ||
1.一種雙向飛秒脈沖高精度位移探測方法，其特征在于：該方法步驟如下：
a、在測量端，由測量端飛秒激光器(8)發(fā)出的飛秒激光脈沖序列經(jīng)過測量端分光光路(2)后分為兩束，其中一束作為測量信號發(fā)射向遙遠的被測端，另一束作為測量端參考信號由測量端平衡光電探測單元(7)進行探測；測量端參考信號的光程可以通過光延遲線掃描單元(1)進行調(diào)整；所述光延遲線掃描單元(1)的結(jié)構(gòu)是：從測量端分光光路(2)射出的激光經(jīng)過二號四分之一波片(15)、直角棱鏡反射鏡(13)、一號角錐反射鏡(12)、直角棱鏡反射鏡(13)、二號角錐反射鏡(14)和二號四分之一波片(15)后射回測量端分光光路(2)；其中，一號角錐反射鏡(12)固定在精密位移臺(11)上，精密位移臺(11)位于精密直線導(dǎo)軌(10)上，并連接到一號控制電路(48)的輸出端；
b、在被測端，由被測端飛秒激光器(6)發(fā)出的飛秒激光脈沖序列經(jīng)過被測端分光光路(3)后分為兩束，其中一束作為回光信號發(fā)射回遙遠的測量端，另一束作為被測端參考信號，與被測端接收到的測量信號一同由被測端平衡光電探測單元(4)進行探測；對測量信號和被測端參考信號進行平衡光電探測后產(chǎn)生反饋信號，進而對被測端飛秒激光器(6)的腔長進行反饋控制，通過改變其脈沖重復(fù)頻率，實現(xiàn)測量信號和被測端參考信號在時域的高精度重疊和鎖定；
c、在測量端，接收到的回光信號與測量端參考信號一同由測量端平衡光電探測單元(7)進行探測；對回光信號和測量端參考信號進行平衡光電探測后產(chǎn)生反饋信號，進而通過光延遲線掃描的方式對測量端參考信號的光程進行反饋控制，實現(xiàn)回光信號和測量端參考信號在時域的高精度重疊和鎖定；
d、在測量端，當回光信號和測量端參考信號已經(jīng)鎖定后，若測量端和被測端之間產(chǎn)生相對位移，將導(dǎo)致回光信號和測量端參考信號在時域上產(chǎn)生偏差；測量端控制單元(9)控制光延遲線掃描單元(1)改變測量端參考信號的光程，使回光信號和測量端參考信號的脈沖序列重新鎖定，則精密位移臺(11)產(chǎn)生的位移量即為被測位移量。
2.一種雙向飛秒脈沖高精度位移探測裝置，其測量端包括測量端飛秒激光器(8)、測量端分光光路(2)、測量端平衡光電探測單元(7)、測量端控制單元(9)和光延遲線掃描單元(1)；其特征在于：在被測端設(shè)置了主動反射器，構(gòu)成了脈沖時域鎖定式雙向測量結(jié)構(gòu)；所述主動反射器由被測端飛秒激光器(6)、被測端分光光路(3)、被測端平衡光電探測單元(4)和被測端控制單元(5)組成；所述被測端分光光路(3)的輸出光分別指向被測端平衡光電探測單元(4)的輸入端和測量端分光光路(2)；被測端平衡光電探測單元(4)的輸出端連接到被測端控制單元(5)的輸入端；被測端控制單元(5)的輸出端連接到被測端飛秒激光器(6)；被測端飛秒激光器(6)的輸出光指向被測端分光光路(3)；
所述測量端分光光路(2)的結(jié)構(gòu)是：測量端飛秒激光器(8)發(fā)出的激光經(jīng)過一號四分之一波片(49)和一號偏振分光鏡(16)后分為兩束；其中一束反射光射向光延遲線掃描單元(1)；另一束透射光經(jīng)過三號四分之一波片(17)和一號擴束準直器(18)后射向被測端；同時，從光延遲線掃描單元(1)發(fā)射過來的激光經(jīng)過一號偏振分光鏡(16)、二分之一波片(50)和二號偏振分光鏡(38)后射向測量端平衡光電探測單元(7)；從被測端發(fā)射過來的激光經(jīng)過二號擴束準直器(36)、四號四分之一波片(37)和二號偏振分光鏡(38)后，也射向測量端平衡光電探測單元(7)；
所述光延遲線掃描單元(1)的結(jié)構(gòu)是：從測量端分光光路(2)射出的激光經(jīng)過二號四分之一波片(15)、直角棱鏡反射鏡(13)、一號角錐反射鏡(12)、直角棱鏡反射鏡(13)、二號角錐反射鏡(14)和二號四分之一波片(15)后射回測量端分光光路(2)；其中，一號角錐反射鏡(12)固定在精密位移臺(11)上，精密位移臺(11)位于精密直線導(dǎo)軌(10)上，并連接到一號控制電路(48)的輸出端；
所述被測端分光光路(3)的結(jié)構(gòu)是：被測端飛秒激光器(6)發(fā)出的激光經(jīng)過六號四分之一波片(32)和四號偏振分光鏡(33)后分為兩束；其中一束透射光經(jīng)過七號四分之一波片(34)和四號擴束準直器(35)后射向測量端；另一束反射光經(jīng)過三號偏振分光鏡(21)后射向被測端平衡光電探測單元(4)；同時，從測量端發(fā)射過來的激光先后經(jīng)過三號擴束準直器(19)、五號四分之一波片(20)和三號偏振分光鏡(21)后也射向被測端平衡光電探測單元(4)。
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