[發(fā)明專利]基于激光自混合干涉的空氣折射率檢測裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110752652.0
• 申請(qǐng)日: 2021-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN113310947B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫悟;張振武;尹風(fēng)強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阜陽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45;G01N21/01
• 代理公司: 合肥業(yè)鳴知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34214
• 代理人: 樊鈺

基于激光自混合干涉的空氣折射率檢測裝置及方法，包括電性連接的調(diào)制模塊和半導(dǎo)體激光器；所述半導(dǎo)體激光器內(nèi)置有光電二極管、激光二極管；所述調(diào)制模塊的一個(gè)輸出端連接至激光二極管的輸入端，所述調(diào)制模塊的另一個(gè)輸出端連接至鎖相放大器的輸入端，所述激光二極管的輸出端通過光信號(hào)連接至光電二極管的輸入端，所述光電二極管的輸出端連接至鎖相放大器的輸入端，所述鎖相放大器的輸出端連接頻率計(jì)，所述半導(dǎo)體激光器的一側(cè)安裝有氣體池，所述氣體池的一側(cè)安裝有反射器件；本發(fā)明利用激光器內(nèi)置光電二極管檢測激光自混合干涉信號(hào)，半導(dǎo)體激光器既是光源又是探測器，具有無需外置探測器，降低測量成本等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光精密測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于激光自混合干涉的空氣折射率檢測裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，制造加工領(lǐng)域的元器件加工精度檢測愈加重要。高精度檢測環(huán)境中，空氣折射率的波動(dòng)與不均勻分布是制約測量精度的重要因素之一。激光干涉是空氣折射率的常見測量方法，其測量系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括測量和參考兩個(gè)光學(xué)通道。在測量通道中加入氣體池，當(dāng)光波相遇形成干涉條紋，通過真空處理改變氣體池內(nèi)的有效折射率，從而引起光程變化改變干涉條紋，分析干涉條紋的變化得到空氣折射率引起的光程改變量，結(jié)合激光波長、空氣折射率與光程的關(guān)系，進(jìn)一步得到空氣折射率；

如CN201310004167公開了一種激光干涉空氣折射率測量方法及裝置，其在測量時(shí)，通過參考角錐棱鏡的反射來制造參考通道，通過直線位移工作臺(tái)帶動(dòng)參考角錐棱鏡位移，來產(chǎn)生參考信號(hào)，如此測量通道和參考通道是分開的，雙通道測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，光學(xué)元件數(shù)目過多容易引起能量損失，光強(qiáng)漂移，信號(hào)的提取和處理相對(duì)困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了基于激光自混合干涉的空氣折射率檢測方法及裝置，具體技術(shù)方案如下：

基于激光自混合干涉的空氣折射率檢測裝置，包括電性連接的調(diào)制模塊和半導(dǎo)體激光器；所述半導(dǎo)體激光器內(nèi)置有光電二極管、激光二極管；所述調(diào)制模塊的一個(gè)輸出端連接至激光二極管的輸入端，所述調(diào)制模塊用以產(chǎn)生三角波調(diào)制信號(hào)對(duì)激光二極管的注入電流進(jìn)行調(diào)制；所述調(diào)制模塊的另一個(gè)輸出端連接至鎖相放大器的輸入端，所述調(diào)制模塊用以將三角波輸出至鎖相放大器作為參考信號(hào)；所述激光二極管的輸出端通過光信號(hào)連接至光電二極管的輸入端，所述光電二極管用以檢測激光二極管的輸出功率；

所述光電二極管的輸出端連接至鎖相放大器的輸入端，所述鎖相放大器用以解調(diào)出激光自混合干涉信號(hào)；所述鎖相放大器的輸出端連接頻率計(jì)，所述頻率計(jì)用以展示激光自混合干涉信號(hào)的頻率數(shù)值；所述半導(dǎo)體激光器的一側(cè)安裝有氣體池，所述激光二極管的收發(fā)端均對(duì)準(zhǔn)氣體池，所述氣體池的一側(cè)安裝有反射器件。

進(jìn)一步的，所述反射器件為壓電陶瓷晶體，所述壓電陶瓷晶體的輸入端與控制模塊的輸入端相連。

進(jìn)一步的，所述氣泵的輸出端與所述氣體池的輸入端相連。

進(jìn)一步的，所述氣體池的軸線與所述激光二極管發(fā)出、接收的激光共軸。

基于激光自混合干涉的空氣折射率檢測方法，所述檢測方法包括以下步驟：

S1、調(diào)制模塊產(chǎn)生連續(xù)三角波調(diào)制信號(hào)，連續(xù)三角波調(diào)制信號(hào)輸出至激光二極管和鎖相放大器；

S2、激光二極管的注入電流被來自調(diào)制模塊的連續(xù)三角波調(diào)制信號(hào)調(diào)制，然后激光二極管發(fā)射出調(diào)制后的激光；

S3、調(diào)制后的激光穿過氣體池，然后照射在壓電陶瓷晶體的表面；

S4、被壓電陶瓷晶體反射的激光再次穿過氣體池，然后再返回至激光二極管，發(fā)生激光自混合干涉；

S5、光電二極管檢測到激光二極管輸出的光信號(hào)，獲取激光自混合干涉信號(hào)；光電二極管將激光自混合干涉信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；