[發明專利]相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀及其測量方法

有效

• 申請號: 201810319638.X
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108692663B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 郭冬梅;施立恒;孔令雯;王鳴
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B9/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于，它包括：雙折射雙頻氦氖激光器(1)、沃拉斯頓棱鏡(2)、第一電光調制器(3)、第二電光調制器(4)、電光調制器驅動器(5)、第一平面反射鏡(6)、第二平面反射鏡(7)、反射式衍射光柵(8)、偏振片(9)、光電探測器(10)和信號處理模塊(A)；

所述雙折射雙頻氦氖激光器(1)發出正交偏振激光，經所述沃拉斯頓棱鏡(2)被分成偏振方向不同的兩束激光，其中的水平偏振光經所述第一電光調制器(3)，被所述第一平面反射鏡(6)以+1級利特羅入射角入射到所述反射式衍射光柵(8)上，垂直偏振光經所述第二電光調制器(4)，被所述第二平面反射鏡(7)以-1級利特羅入射角入射到所述反射式衍射光柵(8)上；電光調制器驅動器(5)輸出兩種不同頻率的電壓信號分別驅動第一電光調制器(3)、第二電光調制器(4)，并且將這兩種電壓信號對應的參考信號輸出至信號處理模塊(A)；激光入射到所述反射式衍射光柵(8)產生的衍射光沿入射路徑返回所述雙折射雙頻氦氖激光器(1)，與腔內光發生激光反饋干涉；所述偏振片(9)置于所述雙折射雙頻氦氖激光器(1)后向輸出光路上，所述光電探測器(10)置于偏振片(9)后方，光電探測器(10)輸出至信號處理模塊(A)；

所述信號處理模塊(A)包括：運算放大器(11)、第一帶通濾波器(12)、第二帶通濾波器(13)、第三帶通濾波器(14)、第四帶通濾波器(15)、數據采集卡(16)和計算機(17)；探測信號輸入至所述運算放大器(11)，所述運算放大器(11)將放大信號輸出至所述第一至第四帶通濾波器(12-15)中，四個濾波信號同時輸出至所述數據采集卡(16)，所述數據采集卡(16)進行模數轉換后輸入所述計算機(17)，由所述計算機(17)處理后，得到待測位移。

2.如權利要求1所述的相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于：所述雙折射雙頻氦氖激光器(1)輸出雙縱模正交偏振激光，兩個模式間存在模式競爭。

3.如權利要求1所述的相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于：所述沃拉斯頓棱鏡(2)采用α-BBO、方解石或釩酸釔為基底，出射光束的分離角在17°～23°之間。

4.如權利要求1所述相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于：所述第一電光調制器(3)、第二電光調制器(4)主軸方向和通過的激光偏振方向一致；所述電光調制器用于對通過的激光進行純相位調制。

5.如權利要求1所述的相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于：所述第一電光調制器(3)、第二電光調制器(4)用于對通過的激光進行正弦相位調制，調制幅度為π/2，調制初始相位為0；所述第一電光調制器(3)與所述第二電光調制器(4)的調制頻率之比為3:7。

6.如權利要求1所述的相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于：所述第一電光調制器(3)、第二電光調制器(4)采用波導形電光晶體。

7.如權利要求1所述的相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于：所述反射式衍射光柵(8)為Borofloat玻璃制作的全息光柵。

8.如權利要求1所述的相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于：所述偏振片(9)的偏振方向調整為僅允許雙折射雙頻氦氖激光器的o光或e光通過。

9.如權利要求1所述的相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀，其特征在于：所述第一帶通濾波器(12)的中心頻率等于所述第一電光調制器(3)的調制頻率，所述第二帶通濾波器(13)的中心頻率等于所述第一電光調制器(3)的調制頻率的二倍，所述第三帶通濾波器(14)的中心頻率等于所述第二電光調制器(4)的調制頻率，所述第四帶通濾波器(15)的中心頻率等于所述第二電光調制器(4)的調制頻率的二倍；所述第一至第四帶通濾波器(12-15)的帶寬相同，且在通帶不重疊的前提下達到最大。

10.一種基于權利要求1～9中任意一項所述的相位調制型正交偏振激光反饋光柵干涉儀的測量方法，其特征在于：相位解調采用時域正交解調技術，具體步驟包括：

(1)用實時歸一化算法處理所述第一至第四帶通濾波器(12-15)輸出的濾波信號；

(2)對處理后的濾波信號分別除去各自的載波，得到兩組待測相位的正弦分量和余弦分量；

(3)解調出兩組待測相位；

(4)依據兩組待測相位和所述反射式衍射光柵(8)二維位移之間的線性關系，實時測量目標位移。