利用光纤光栅的合成波干涉台阶高度在线测量系统

摘要

本发明公开了一种利用光纤光栅的合成波干涉台阶高度在线测量系统。利用光纤光栅反射布拉格波长特性构成复合光纤干涉仪，该干涉仪含二个光路几乎重合的光纤迈克尔逊干涉仪。一个干涉仪用于测量；另一个干涉仪用于稳定系统，经反馈控制补偿修正环境干扰对测量系统的影响，从而使系统适用于在线测量。波长均在1550nm波段但波长各不同的三个激光器发出的光，由于光纤光栅反射布拉格波长和啁啾光纤光栅反射特定光谱的作用，使一个波长作用于稳定干涉仪中，稳定测量系统；另二个波长作用于测量干涉仪中，产生合成波干涉，实现测量。调节作用于测量干涉仪的二个波长的大小，可得不同大小的合成波长，实现对不同高度台阶的测量。

主权项

1.一种利用光纤光栅的合成波干涉台阶高度在线测量系统，其特征在于它包含复合在一起而且光路几乎重合的二个光纤迈克尔逊干涉仪，分别对应于测量回路和反馈控制回路；它是由激光器DFB、3×1耦合器、3dB-耦合器、光纤回旋器、光纤光栅(FBG)、啁啾光纤光栅(CFBG)、探测器(PD)、光纤自准直透镜(GRIN)、测量反射镜和参考反射镜、压电陶瓷(PZT)、反馈控制电路、信号电路处理、相位测量、A/D转换卡、信号发生器、计算机、输出结果组成；在用于测量的光纤迈克尔逊干涉仪的两个干涉臂的末端分别写入一个参数相同的光纤光栅，以这两个光纤光栅为反射镜又构成了另一个用于稳定的光纤迈克尔逊干涉仪；这两个干涉仪复合在一起、有独立反射镜、光路几乎重合；通过反馈控制电路驱动压电陶瓷调节光纤迈克尔逊干涉仪的参考臂的长度，使以光纤光栅为反射镜的光纤迈克尔逊干涉仪的两个干涉臂处于正交状态(两个干涉臂的相位差为π/2)，这样，就补偿和修正了环境振动和温度漂移对以光纤光栅为反射镜的光纤迈克尔逊干涉仪的影响，达到了稳定该干涉仪的目的；因为两个干涉仪的光路几乎重合，所以另一个用于测量的光纤迈克尔逊干涉仪也稳定了，从而使该系统适用于在线测量；三个波长各不相同的激光器发出的光通过3×1耦合器耦合进测量系统，由于光纤光栅反射布拉格波长和啁啾光纤光栅反射特定光谱的特性，使一个激光器发出的光作用于稳定光纤迈克尔逊干涉仪中，用于稳定测量系统，另外二个激光器发出的光作用于测量光纤迈克尔逊干涉仪中，形成合成波干涉，完成测量工作；调节参考反射镜的位置，使测量光纤迈克尔逊干涉仪的两个臂的初始相位差为零，通过压电陶瓷对其参考臂的光程进行调制，使测量光纤迈克尔逊干涉仪的两个臂的相位差由零线性的增加到2π，；当测量臂的光程由于台阶高度的变化引起Δd的变化时，两个臂的初始相位差变化为(λ_s为合成波长，${\lambda }_s=\frac{{\lambda }_2{\lambda }_3}{{\lambda }_2-{\lambda }_3}$)，初始相位差的变化量与台阶高度的变化量成正比，通过测量初始相位差的变化量实现对台阶高度的测量。