[發明專利]鎖定式共焦F-P腔的激光掃頻量控制與測定裝置、方法

在審

• 申請號: 202211210106.5
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115598651A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 嚴利平;陳本永;張哲偉;謝建東
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G01S17/34
• 分類號: G01S17/34;G01S7/481
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于鎖定式共焦F?P腔的激光掃頻量精確控制與測定裝置與方法。裝置通過低頻電光相位調制器的波分復用分別實現共焦F?P腔腔長相對于氦氖激光器的鎖定和可調諧激光器激光頻率在掃描開始與結束時相對于共焦F?P腔的鎖定；在激光掃描前通過高頻電光相位調制器以微波頻率基準來實現共焦F?P腔自由光譜區FSR的測量，通過計數、控制兩次激光頻率鎖定之間掃描的諧振峰的個數來實現掃頻量控制和測定。本發明實現了頻率掃描干涉法中激光頻率掃描量的控制與測量，提高了共焦F?P腔的FSR作為掃描頻率參考的穩定性，并且以微波頻率基準實現FSR的高精度測量，從而提高了頻率掃描量測定精度，以此可提高掃頻絕對測距的精度。

技術領域

本發明屬于激光干涉測量技術領域，具體涉及到一種基于鎖定式共焦F-P腔的激光掃頻量精確控制與測定裝置與方法。

背景技術

激光頻率掃描干涉絕對測距方法因測量范圍大、相對精度高、無測量模糊范圍等優點，被廣泛應用于絕對距離干涉測量領域。激光頻率掃描量的精確測定是激光掃頻干涉測距的關鍵技術之一。激光掃頻量測定的傳統方法是通過波長計、光譜儀等儀器直接對激光頻率進行測量，該方法受限于光頻測量儀器的分辨率導致測量精度低，同時無法滿足激光頻率快速掃描時測量速度的要求。因此，在激光頻率掃描時一般需要通過額外的頻率參考來測量掃頻量，如輔助干涉儀、飛秒光頻梳、法布里-珀羅(Fabry-Perot,F-P)腔等。在利用輔助干涉儀的方法中，用于產生穩定光程差的長光纖極易受到環境溫度、振動以及光纖色散等因素的影響，導致掃頻量的測量精度降低；雖然利用飛秒光頻梳的方法能夠提供高精度的光頻測量，但現有飛秒光頻梳的成本高昂且空間體積大，還難以廣泛應用于工業現場激光掃頻干涉絕對測距中掃頻量的測定；而共焦F-P腔能夠把與其腔長有關的自由光譜范圍(Free Spectral Range,FSR)作為等間隔的頻率參考，并且成本更低，因此共焦F-P腔被廣泛應用于激光掃頻干涉絕對測距中。但是，共焦F-P腔同樣易受溫度等環境因素影響，導致掃頻量的測量精度不夠高進而導致絕對距離測量精度難以提高。所以，提高共焦F-P腔腔長的穩定性以及提高共焦F-P腔的FSR的測量精度，是基于共焦F-P腔的激光掃頻干涉絕對測距方法需要解決的關鍵問題。

發明內容

針對現有方法中存在的問題，本發明公開了一種基于鎖定式共焦F-P腔的激光掃頻量控制與測定方法，解決了基于共焦F-P腔的激光頻率掃描量的高精度測量問題，可以廣泛適用于激光掃頻干涉測距技術領域。

本發明采用電光相位調制器，同時構建了共焦F-P腔鎖定子系統與FSR精確測量子系統，提高了共焦F-P腔腔長的穩定性以及其FSR的測量精度，從而提高激光頻率掃描量控制和測量精度。

本發明實現上述目的所采用的具體技術方案是：

一、一種鎖定式共焦F-P腔的激光掃頻量精確控制與測定裝置：

裝置包括參考氦氖激光器、光纖分束器、第一準直器、光隔離器、第一二向色鏡、偏振片、倒置的擴束器、低頻空間電光相位調制器、分光鏡、高頻光纖電光相位調制器、第二準直器、偏振分光鏡、四分之一波片、共焦F-P腔、第二二向色鏡、第一濾光片、第一凸透鏡、第一光電探測器、第二濾光片、第二凸透鏡和第二光電探測器。

作為待測對象的可調諧激光器發出的測量激光先經過光纖分束器分為兩束光并分別入射到第一光纖準直器和高頻光纖電光相位調制器，一束測量激光經過高頻光纖電光相位調制器后再經第二光纖準直器轉換為第二空間光并入射到分光鏡發生反射，另一束測量激光通過第一光纖準直器轉換為第一空間光并入射到第一二向色鏡發生透射；

參考氦氖激光器發出原始的參考激光經過光隔離器后入射到第一二向色鏡發生反射，被第一二向色鏡反射的參考激光和被第一二向色鏡透射的測量激光均依次經過偏振片轉換偏振態、倒置的擴束器縮小光斑、空間電光相位調制器正弦相位調制后產生等頻率間隔邊帶的光，等頻率間隔邊帶的光入射到分光鏡發生透射；