一种光纤激光单波自混合干涉位移测量系统

摘要

本发明公开了一种光纤激光单波自混合干涉位移测量系统，属于光学测量技术领域。所述系统由泵浦源，激光器，五个光纤光栅，三个光纤隔离器，两个探测器，掺铒光纤，压电陶瓷，3dB耦合器，环行器，准直镜，波分复用器，可变光衰减器，信号处理电路，反馈控制电路，A/D转换卡，计算机和结果输出组成。利用一对反射波长相同光纤光栅作为激光腔镜产生单波长激光，投射到被测物表面，经被测物反射或散射回激光腔与腔内的光发生自混合干涉，实现分辨率为纳米量级位移测量。激光腔中增益介质对反馈光的放大作用使本系统能测量低反射率物体；反馈控制稳定激光器的输出波长，极大提高测量精度；光纤激光器既是传感器又是干涉仪，结构简单易于携带。

主权项

一种光纤激光单波自混合干涉位移测量系统，其特征在于是由980nm泵浦源(S1)，1310nm半导体激光器(L1)，三个光纤隔离器I1、I2、I3，掺铒光纤(F1)，五个光纤光栅FBG₁₁、FBG₁₂、FBG₂₁、FBG₂₂、FBG₂₃，3dB耦合器(N1)，压电陶瓷(PZT)，可变光衰减器(VOA)，准直镜(G1)，环形器(H1)，两个探测器PD1、PD2，波分复用器(WDM)，信号处理电路(B1)，反馈控制电路(B2)，A/D转换卡(B3)，计算机(B4)和输出结果(B5)组成；980nm泵浦源(S1)和1310nm半导体激光器(L1)发出的光经过光纤隔离器I1、I2、波分复用器(WDM)和3dB耦合器(N1)后耦合到达光纤光栅FBG₂₁；光纤光栅FBG₂₁和光纤光栅FBG₂₂的布拉格波长为1310nm激光器波长，因此980nm泵浦光透过光纤光栅FBG₂₁到达紧邻的光纤光栅FBG₁₁；两个光纤光栅FBG₁₁、FBG₁₂的布拉格波长相同且在1550nm波段，因此形成两个激光腔镜，两个光纤光栅FBG₁₁、FBG₁₂之间是掺铒光纤(F1)，受到980nm泵浦源(S1)的光激励产生1550nm波段荧光，满足激光腔谐振条件且在光纤光栅FBG₁₁、FBG₁₂反射谱内波长谐振，增益大于损耗时产生激光，透过光纤光栅FBG₁₂和紧邻的光纤光栅FBG₂₂，经由1310nm隔离器I3和准直镜(G1)，射向被测物，并由被测物反/散射反馈回激光腔与腔内光自混合干涉，干涉信号经由光纤光栅FBG₁₁、FBG₂₁，到达3dB耦合器(N1)；一路信号经由波分复用器(WDM)到达隔离器I1、I2，由于隔离器I1、I2的作用不会对980nm泵浦源(S1)和1310nm半导体激光器(L1)产生影响；另一路信号经过环形器(H1)到达光纤光栅FBG₂₂，因为光纤光栅FBG₂₃布拉格波长为1310nm激光器波长，光线透过光纤光栅FBG₂₃被探测器PD1探测；反馈光含被测物位移信号，所以探测器PD1得到的信号经过信号处理电路(B1)、A/D转换卡(B3)以及计算机(B4)中的程序作数据处理后，得到位移测量结果，由输出结果(B5)输出；光纤光栅FBG₂₁、FBG₂₂构成F‑P干涉仪两反射镜，F‑P干涉仪腔中光纤缠绕在压电陶瓷(PZT)上，自1310nm半导体激光器(L1)发出的光耦合进系统后，作用于光纤光栅FBG₂₁、FBG₂₂为反射镜的F‑P干涉仪中，干涉信号与双光束干涉的信号极其相似，经过3dB耦合器(N1)后，一路经由波分复用器(WDM)到达隔离器I1、I2，由于隔离器I1、I2的作用不会对980nm泵浦源(S1)和1310nm半导体激光器(L1)产生影响；另一路信号经过环形器(H1)到达光纤光栅FBG₂₃，因为光纤光栅FBG₂₃反射率达100％，信号光被光纤光栅FBG₂₃反射后被探测器PD2探测，得到的信号经过反馈控制电路(B2)处理后，其输出信号驱动压电陶瓷(PZT)，调节F‑P干涉仪腔中光纤长度，使F‑P干涉仪稳定在正交点(相位差)，即稳定了F‑P干涉仪腔长，所以激光腔长也得到稳定，同时在本系统中用负热膨胀系数材料作衬底，将光纤光栅FBG粘在衬底上作温度补偿使其布拉格波长稳定，从而使激光腔输出的激光波长稳定。