[發(fā)明專利]偏振復用相位調制型激光自混合二維干涉儀及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710027793.X
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106643477B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 王鳴;陶宇峰;夏巍;郭冬梅;郝輝
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發(fā)明公開了偏振復用相位調制型激光自混合二維干涉儀及其測量方法，二維干涉儀包括：輸出圓偏振光的雙頻激光器，偏振分光棱鏡，放置在o偏振態(tài)光軸上的普通分光棱鏡、電光晶體調制器、光線密度濾波器、待測目標，放置在e偏振態(tài)光軸向電光晶體調制器、光線密度濾波器、另一個待測目標，以及信號采集和相位計算系統(tǒng)，信號采集和相位計算系統(tǒng)根據(jù)采集的光強信號進行諧波分析和相位解調得出被測目標相位和位移。因兩個電光相位調制的頻率截然不同，它可以有效避免頻譜混疊現(xiàn)象；由于兩個偏振光均為線偏振光，激光散斑效應小，相移技術使得解調結果的分辨率達納米級別。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于雙縱模激光器、光學干涉、電光效應與偏振復用技術的二維非接觸激光自混合干涉儀及其測量方法，屬于應用光學、非線性電光晶體、激光器技術的結合領域。適用于光學計量、傳感器校準、微納米測控、微形貌掃描，特別適合二維測量中對光程靈敏度要求高的研究或工程領域。

背景技術

光學二維位移的精確測量方法對光刻、集成電路等微納加工領域有重大研究意義，比如掩模版中圖案大小、微電子原件在印刷電路板的定位起到關鍵性的作用；同樣工業(yè)環(huán)境對獨立的雙目標或雙參數(shù)同步探測也有較大需求，比如保存危險品的儲物罐往往需要同步檢測形變和溫度，機床振動往往是二維的，先進的MEMS(微機電系統(tǒng))中的掃描微鏡、超聲振子等器件的諧振動也是二維的；在形貌測量、工件結構檢測探傷中，兩個或多個探測點也比單點探測更具應用價值。因此研究具備雙目標同時探測且靈敏度高的非接觸式光學測量系統(tǒng)具有重要意義。

現(xiàn)有的光學檢測技術依賴通過增加激光器和探測通道數(shù)量的方法來達成二維檢測效果，比如激光多普勒測速儀在二維測量時用兩個頻移激光器分別在不同方向探測，成本提高，操作更復雜，且要求更多的信號采集處理資料；再比如雙頻干涉儀往往無法單獨完成二維探測，必須用兩臺干涉儀構成二維檢測效果；目前使用單個激光器進行二維探測時由于無法根除光信號之間串擾，測量精度和量程等無法滿足要求。

為解決儀器成本問題，既避免增加激光器和采集信號的數(shù)量，同時又消除二維測量中光路串擾的問題，本發(fā)明將現(xiàn)有的偏振復用和相位調制技術結合，實現(xiàn)了無串擾，單激光器，單數(shù)據(jù)通道的高性價比二維自混合干涉儀。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在公布一種結合了偏振復用與相位調制的二維激光自混合干涉儀及其測量方法，該干涉儀光學結構上只利用單個激光管和探測器，利用偏振復用的原理產(chǎn)生無光學串擾的獨立測量光路，電光調制效應和激光自混合效應在雙縱模激光器內產(chǎn)生光強波動，通過分析光強信號的諧波幅度實現(xiàn)對兩個測量光路待測目標的實時檢測。

技術方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

偏振復用相位調制型激光自混合二維干涉儀，包括：輸出圓偏振光的雙縱模激光器，將圓偏振光分解為兩個正交偏振的線偏振光的偏振分光棱鏡，放置在第一光路上的第一電光相位調制器、第一光線密度濾波器和第一待測目標，放置在第二光路上的第二電光相位調制器、第二光線密度濾波器和第二待測目標，位于第一光路或第二光路上的普通分光棱鏡，以及用來探測普通分光棱鏡折射出的光強信號并輸出被探測信號波形的光電探測器；所述第一電光相位調制器和第二電光相位調制器的調制頻率不同；所述光電探測器與信號采集和相位計算系統(tǒng)電連接，所述信號采集和相位計算系統(tǒng)用于根據(jù)采集的光強信號進行諧波分析和相位解調得出被測目標相位，進而得到位移。

進一步地，所述信號采集和相位計算系統(tǒng)包括：低通濾波放大電路，與光電探測器相連，進行信號濾波與放大；數(shù)據(jù)采集卡，用于采集濾波放大后的信號實現(xiàn)模數(shù)轉換；以及計算機模塊，用于提取所采集到的光強信號中的兩個光路的一次諧波分量和二次諧波分量，基于諧波分量實現(xiàn)相位解調。