[發明專利]用于激光干涉測速儀的光纖傳輸系統

無效

• 申請號: 96117579.6
• 申請日: 1996-06-05
• 公開（公告）號: CN1097736C
• 公開（公告）日: 2003-01-01
• 發明（設計）人: 胡紹樓
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G02B6/00
• 分類號: G02B6/00;G08C23/06
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心
• 代理人: 阮甫全,韓志英

本發明涉及激光干涉測速儀，具體講是一種用于激光干涉測速儀的光纖傳輸系統。

激光干涉測速儀，包括國外稱為VISAR和F-P?Interferometer的兩種儀器。是沖擊波物理和爆轟物理研究領域的標準測量儀器。采用光纖傳輸的干涉儀還可推廣應用到多個領域，具有很好的前景，國際上如美國VALYN公司的激光干涉儀采用雙(兩根)光纖實現研究物體(靶面)和儀器之間的光能和信號傳輸。激光器發射出的激光束經耦合透鏡聚焦在發射光纖前端面的光芯上，經發射光纖傳送到其后端面的光芯上，此點作為前置透鏡的物點，這激光束經前置透鏡正好照明了處于另一側的被測靶面(像點)上，當發射光纖的后端光芯與被測靶面處于物象共軛關系時其效果最佳。激光束射到靶面，產生反射，當靶運動時反射光因多普勒效應而帶有速度信息，稱為信號光。反射回的信號光經前置透鏡照射到接收光纖的光芯上，信號光經接收光纖再經另一個耦合透鏡送入干涉儀內部，經信息處理后給出靶面的位移、速度、加速度等運動信息。采用雙光纖傳輸的主要缺點是能量損失大，因其發射光纖的發射光芯與接收光纖的接收光芯。必須平行地設置在一起，從靶面返回的光要照亮接收光纖的光芯，并通過它傳回干涉儀，在光纖尾端至少要形成兩倍于光芯直徑的光盤。這樣就約有的信號光照不到接收光纖的光芯上，即有的信號光被浪費了，所以采用雙光纖傳輸能量損失大。法國原子能委員會的“光纖Fabry-perot多普勒激光測速干涉儀”曾采用單根多模光纖實現激光器與信號光的雙向傳輸，但因不能克服“激光在不同折光面上的反射或沿光纖傳播方向上的返向散射造成了干涉圖上的靜止干涉環”即“在時間分辨干涉圖上出現折光面反射的激光造成的靜止條紋”而不得不改用雙光纖傳輸。(“Doppler?laser?interferometry?with?light?transmissiorl?by?twooptical?fibers”SPIE?VOL.491.P894～898.(1984))采用單光纖傳輸的最大困難是如何克服光纖頭部和尾部端面反射對信號的影響，提高信噪比。光纖頭部的反射一般為入射光的4％，而被測靶為漫反射面，反射系數小于0.1，加上前置透鏡的耦合損失，使得信號光約比光纖頭部反射光小2～3個量級，要從這種強背景(強噪聲)中檢測出有用信號是件很困難的事。

本發明的目的是提供一種用于激光干涉測速儀的光纖傳輸系統，有較高的光能傳輸效率(與雙光纖相比)，較好地克服因光纖頭部的反射而造成的影響，壓低噪聲，提高信號與噪聲的比值。

本發明的目的是這樣達到的：本技術方案是對雙光纖傳輸系統的改進，在激光器與耦合透鏡之間增設帶孔反射鏡，其反射鏡面朝向耦合透鏡，并與耦合透鏡軸線偏轉一個角度，耦合透鏡與前置透鏡之間采用單根光纖傳輸，光纖的前部與尾部加工磨成一個斜面，其傾斜角分別為θ₁，θ₂，激光束在光纖前端的的入射角為α₁(即耦合透鏡軸線與光纖前端斜面法線之間的夾角)，從靶面返回的信號光的入射角為α₂(即前置透鏡軸線與光纖尾端斜面法線之間的夾角)，入射角α與斜面傾角θ之間符合Sinα＝nSinθ的關系，其中n為光纖芯折射率。

光纖尾端斜面傾角θ₂必須滿足2θ₂＞φ，其中φ為光纖數值孔徑決定的光錐半角，光纖前端與尾端的入射偏角分別為β₁，β₂，并必須滿足β₁＝α₁-θ₁＜φ；β₂＝α₂-θ₂＜φ。