专利名称：可调f－p干涉仪极间距的在线监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及物理测量，特别是一种用于高功率激光系统的可调F-P干涉仪极间距的在线监控系统。
背景技术：
在高功率激光系统中，为了解决宽频谱激光传输过程中的幅度调制效应(FM-AM)问题，采用可调法布里—珀罗干涉仪(以下简称可调F-P干涉仪)对幅度调制效应进行补偿。F-P干涉仪可调，是指构成F-P干涉仪的两块玻璃平板的间距可调，从而对干涉仪的自由光谱范围进行调节，其工作原理是把可调F-P干涉仪的一块玻璃平板固定，另一块玻璃平板安装在由压电陶瓷驱动器7驱动的微位移平台8上，由压电陶瓷驱动器7实现对玻璃平板间距的精细调谐。然而在实际应用中，由于压电陶瓷驱动器固有的迟滞和蠕变性，其蠕变量在几个小时后累计可以达到几微米，从而造成玻璃平板的间距随时间而变化，严重影响可调F-P干涉仪对幅度调制效应的补偿功能。实验数据表明，当可调F-P干涉仪的两玻璃平板的间距调整到理想位置后，幅度调制效应的调制深度小于4％，这是理想的工作状态，在开环状态下，3个小时后，幅度调制效应的调制深度增加到10％，平均玻璃板间距每增加500nm，调制深度增加将近2％，这对系统的安全运行是不利的。
发明内容
根据幅度调制效应补偿装置的技术要求，当可调F-P干涉仪的极间距调整好后，要求其极间距稳定度优于25nm/h，这样才能保证幅度调制效应的调制深度始终保持在4％以内。本发明的目的在于克服上述可调F-P干涉仪的极间距随时间变化的问题，提供一种可调F-P干涉仪极间距的在线监控系统，要求该系统能保障所述的F-P干涉仪的极间距的稳定度优于25nm/h，具有测量性能稳定、成本低、结构简单、操作方便等特点。
本发明的技术方案是一种可调F-P干涉仪极间距的在线监控系统，该可调F-P干涉仪的一玻璃平板安装在固定平台上，另一块玻璃平板安装在相对该固定平台微位移的微位移平台上，该在线监控系统包括一电容传感器，该电容传感器第一极板安装在所述固定平台上，与所述可调F-P干涉仪的一玻璃平板的位置相对应，电容传感器第二极板安装在由压电陶瓷驱动器驱动的所述微位移平台上，与所述可调F-P干涉仪的另一玻璃平板的位置相对应，则该电容传感器两极板的间距变化量和所述可调F-P干涉仪的两玻璃板间距变化量始终保持一致，为防止虚假信号产生，电容传感器第二极板需要可靠接地，所述电容传感器第一极板经传感器测量电路、A/D转换器与主控制器的输入端相连，该主控制器的输出端经D/A转换器与所述的压电陶瓷驱动器相连。
由于压电陶瓷存在的固有的迟滞和蠕变特性，将使微位移平台在一段时间后偏离某一初始预设位置，此时可调F-P干涉仪的两块玻璃平板间距与电容传感器极板间距产生同样变化量，因此只需测量传感器极板的间距变化量，即可同时求得可调F-P干涉仪的极间距变化量。
传感器测量电路在线检测电容传感器的极板间距，该间距作为在线监控系统的反馈值，经由A/D转换后输入到主控制器，由主控制器对反馈值进行处理，求得压电陶瓷驱动器所需要的驱动电压，经由D/A转换后将驱动电压加在压电陶瓷驱动器上，驱动微位移平台改变两玻璃板的间距，调节并稳定可调F-P干涉仪的极间距，最终实现对可调F-P干涉仪极间距的闭环位移控制。
本发明具有如下优点1、测量稳定性好，本发明使可调F-P干涉仪的极间距稳定度始终保持在15nm/h以内；2、成本低，比光栅检测成本要低50％；3、结构简单、操作方便，需要的空间小；4、具有好的动态响应特性和很高的灵敏度。
图1为本发明可调F-P干涉仪极间距的在线监控系统的结构示意图具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1为本发明可调F-P干涉仪极间距的在线监控系统的结构示意图，由图可见，本发明由电容传感器的第一极板1、第二极板2、传感器测量电路3、A/D转换器4、主控制器5、D/A转换器6、压电陶瓷驱动器7、微位移平台8、固定平台9构成。所述的电容传感器的第一极板1固定于固定平台9上，与所述可调F-P干涉仪10的一玻璃平板的位置相对应，该电容传感器的第二极板2安装在由压电陶瓷驱动器7驱动的微位移平台8上，构成可动极板，与所述可调F-P干涉仪10的另一玻璃平板的位置相对应，两个极板之间的初始间距设为L0，则该电容传感器两极板的间距变化量ΔL和所述可调F-P干涉仪的两玻璃板间距变化量将始终保持一致。由于压电陶瓷固有的迟滞、蠕变等特性，将使微位移平台8在一段时间后偏离某一初始预设位置，此时可调F-P干涉仪10的两玻璃板间距与电容传感器两极板的间距L产生同样变化量，因此我们只需测量电容传感器第一极板1和电容传感器第二极板2的间距变化量ΔL，即可同时得到可调F-P干涉仪10的极间距变化量ΔL。
传感器测量电路3在线检测电容传感器的第一极板1和第二极板2的实时间距L，首先将检测到的微弱模拟电信号进行放大、去除噪声，最终转换成模拟电压值，将其作为在线监控系统的反馈值，经由A/D转换器4转换成数字信号并传输给主控制器5，通过主控制器5对反馈值进行处理，得到间距反馈值L与电容传感器极板初始间距L0之间的偏差ΔL，根据偏差ΔL求得压电陶瓷驱动器7所需要的驱动电压，经由D/A转换器6转换后将驱动电压加在压电陶瓷驱动器7上，驱动微位移平台8以改变两块玻璃板的间距，从而调节并稳定可调F-P干涉仪10的极间距，最终实现对可调F-P干涉仪10极间距的闭环位移控制。
为防止虚假信号产生，可运动的电容传感器第二极板2需要可靠的接地。
主控制器5采用LABVIEW软件编程，首先对传感器测量电路3输出的反映电容传感器两极板1、2间距变化的电压值进行运算处理，求得电容传感器两极板的实时间距L，并与电容传感器两极板的初始间距L0进行比较，得到两者之间的偏差ΔL，该偏差即为可调F-P干涉仪10的两玻璃板间距的变化量；接着对偏差ΔL进行运算，求得压电陶瓷驱动器7所需要的驱动电压，并对所述的压电陶瓷驱动器7施加相应的驱动电压，实现对微位移平台8的位移控制，使两玻璃板间距恢复到初始值，以实现对可调F-P干涉仪极间距的闭环位移控制。
实验结果证明，本发明可调F-P干涉仪极间距的在线监控系统能保障可调F-P干涉仪的极间距的稳定度保持在15nm/h以内，幅度调制效应的调制深度始终优于4％，能够满足幅度调制效应补偿装置的技术要求。
权利要求
1.一种可调F-P干涉仪极间距的在线监控系统，该可调F-P干涉仪(10)的一玻璃平板安装在固定平台(9)上，另一块玻璃平板安装在相对该固定平台(9)微位移的微位移平台(8)上，其特征在于该在线监控系统包括一电容传感器，该电容传感器第一极板(1)安装在所述固定平台(9)上，与所述可调F-P干涉仪(10)的一玻璃平板的位置相对应，该电容传感器第二极板(2)可靠接地，且安装在由压电陶瓷驱动器(7)驱动的所述微位移平台(8)上，与所述可调F-P干涉仪(10)的另一玻璃平板的位置相对应；所述电容传感器的第一极板(1)经传感器测量电路(3)、A/D转换器(4)与主控制器(5)的输入端相连，该主控制器(5)的输出端经D/A转换器(6)与所述的压电陶瓷驱动器(7)相连。
全文摘要
一种用于高功率激光系统的可调F－P干涉仪极间距的在线监控系统。该监控系统包括一电容传感器，该电容传感器第一极板安装在所述固定平台上，电容传感器第二极板可靠接地，且安装在由压电陶瓷驱动器驱动的所述微位移平台上，所述电容传感器第一极板经传感器测量电路、A/D转换器与主控制器的输入端相连，该主控制器的输出端经D/A转换器与所述的压电陶瓷驱动器相连。本发明使F－P干涉仪的间距稳定度保持在15nm/h以内，幅度调制效应的调制深度始终优于4％，能够很好地满足幅度调制效应补偿装置的技术要求。
文档编号G01B7/14GK101029816SQ20071003676
公开日2007年9月5日 申请日期2007年1月24日 优先权日2007年1月24日
发明者师树恒, 王斌, 朱健强 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所