一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括四种方案，由于本发明采用激光反馈干涉技术，干涉光路只有一条，所以避免了传统干涉结构普遍存在的结构庞大，光路复杂等问题，并且光路调整方便；本发明系统中集成相位调制器，可实现各种调制解调方案，提高测量分辨率和灵敏度；本发明系统集成一体，体积小，避免了各器件之间的光纤连接，抗干扰能力强；本发明还可用于进行微振动的测量等。
【专利说明】一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，属于微位移测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]自King于1963年首次报道了激光反馈干涉(又称激光自混合干涉)现象以来，激光反馈干涉技术，尤其是半导体激光反馈干涉技术得到了国际上很多学者的关注，将其应用于形貌、距离、位移、速度及振动等参数的测量。激光反馈干涉是指激光器输出的光被外部物体反射或散射后，其中一部分光又反馈回激光器的谐振腔，该反馈光携带了外部物体的相关信息，与激光腔内激光相混合后，会调制激光器的输出。激光反馈干涉变化规律与光的干涉现象类似，当外部物体移动半个光源波长时激光器输出功率改变一个周期，人们利用激光反馈干涉的影响来检测物理量，从而形成了一门新兴的光学测量技术。现有激光反馈干涉的原理图如图1所示，激光器输出光经被测物反射后激光回到激光器内，与激光器腔内光相混合，引起激光器输出光功率变化。在激光器和目标物之间加入了相位调制器，通过一定的调制信号在光路中产生附加相位，通过调制解调技术解算出微位移信息，是常用的提高测量分辨率和灵敏度的方法。
[0003]目前加入相位调制器的微位移系统中光源、耦合器、相位调制器、光束准直器等均采用分立器件。采用空间光路的，则存在光路调整的复杂性；采用光纤连接的，则存在光纤易引入外界干扰的问题。因此若能够将部分器件进行集成，并将测量系统封装一体，将简化测量系统的搭建，并且使系统更加可靠。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，利用了激光反馈干涉原理和调制解调技术。
[0005]一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括光电二极管、激光二极管、相位调制器、稱合小块、光纤、光纤准直器；
[0006]相位调制器包括波导和电极，电极位于波导两侧；
[0007]耦合小块中开槽嵌入光纤，光纤的另一端连接光纤准直器；
[0008]激光二极管的一端连接波导，波导的另外一端端面与耦合小块的端面粘接，利用耦合小块5的端面和波导端面粘接实现波导与光纤的耦合通光；
[0009]光电二极管I位于激光二极管2的另一端。
[0010]一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括光电二极管、激光二极管、相位调制器、耦合小块、光纤、光纤准直器、调整监测尾纤、Y波导；
[0011]相位调制器由Y波导的直波导部分和电极组成，电极位于Y波导的直波导部分两侧；[0012]激光二极管2的一端连接Y波导的上分支，第一个耦合小块中开槽嵌入调整监测尾纤，第一个耦合小块的端面与Y波导下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块的端面和Y波导端面粘接实现Y波导与调整监测尾纤的耦合通光；
[0013]第二个耦合小块中开槽嵌入光纤，Y波导的直波导一端端面与第二个耦合小块的端面粘接，利用第二个耦合小块的端面和Y波导直波导端面粘接实现Y波导的直波导与光纤的耦合通光；
[0014]光纤的另一端连接光纤准直器；
[0015]光电二极管位于激光二极管的另一端。
[0016]一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括光电二极管、激光二极管、相位调制器、耦合小块、光纤、光纤准直器、调整监测尾纤、两个Y波导；
[0017]相位调制器由第二个Y波导上分支和电极组成，电极位于第二个Y波导上分支两侧；
[0018]两个Y波导的直波导部分相连接；
[0019]激光二极管的一端连接第一个Y波导的上分支，第一个耦合小块中开槽嵌入调整监测尾纤，第一个耦合小块的端面与第一个Y波导下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块的端面和第一个Y波导端面粘接实现第一个Y波导与调整监测尾纤的耦合通光；
[0020]第二个耦合小块中开槽嵌入光纤，第二个Y波导的上分支端面与第二个耦合小块的端面粘接，利用第二个耦合小块的端面和第二个Y波导上分支端面粘接实现第二个Y波导与光纤的耦合通光；
[0021]光纤的另一端连接光纤准直器；
[0022]第二个Y波导的下分支连接光电二极管；
[0023]一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括光电二极管、激光二极管、相位调制器、耦合小块、光纤、光纤准直器、调整监测尾纤、两个Y波导、光源监测尾纤；
[0024]相位调制器由第二个Y波导上分支和电极组成，电极位于第二个Y波导上分支两侧；
[0025]两个Y波导的直波导部分相连接；
[0026]激光二极管的一端连接第一个Y波导的上分支，第一个耦合小块中开槽嵌入调整监测尾纤，第一个耦合小块的端面与第一个Y波导另下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块的端面和第一个Y波导端面粘接实现第一个Y波导与调整监测尾纤的耦合通光；
[0027]第二个耦合小块中开槽嵌入光纤，第二个Y波导的上分支端面与第二个耦合小块的端面粘接，利用第二个耦合小块的端面和第二个Y波导上分支端面粘接实现第二个Y波导与光纤的稱合通光；
[0028]第三个耦合小块中开槽嵌入光源监测尾纤，第三个耦合小块的端面与第二个Y波导下分支的端面粘接，利用第三个耦合小块的端面和第二个Y波导端面粘接实现第二个Y波导与光源监测尾纤的耦合通光；
[0029]光纤的另一端连接光纤准直器；
[0030]光电二极管位于激光二极管的另一端。
[0031]本发明的优点在于:[0032](I)由于采用激光反馈干涉技术，干涉光路只有一条，所以避免了传统干涉结构普遍存在的结构庞大，光路复杂等问题，并且光路调整方便；
[0033](2)系统中集成相位调制器，可实现各种调制解调方案，提高测量分辨率和灵敏度；
[0034](3)系统集成一体，体积小，避免了各器件之间的光纤连接，抗干扰能力强；
[0035](4)此系统还可用于进行微振动的测量等。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是现有激光反馈干涉的原理图；
[0037]图2是本发明的原理图；
[0038]图3是本发明方案一的结构示意图；
[0039]图4是本发明方案二的结构示意图；
[0040]图5是本发明方案三的结构示意图；
[0041]图6是本发明方案四的结构示意图；
[0042]图中:
[0043]1-光电二极管 2-激光二极管3-波导
[0044]4_相位调制器5_稱合小块6_光纤
[0045]7-光纤准直器8-电极9-调整监测尾纤
[0046]IO-Y波导11-光源监测尾纤【具体实施方式】
[0047]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0048]本发明的一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，具有四种组成形式，具体为:
[0049]测量系统的第一个方案如图3所不,包括光电二极管(PD)1、激光二极管(LD)2、相位调制器4、稱合小块5、光纤6、光纤准直器7。
[0050]相位调制器4包括波导3和电极8，电极8位于波导3两侧；
[0051]耦合小块5中开槽嵌入光纤6，光纤6的另一端连接光纤准直器7 ；
[0052]激光二极管(LD) 2的一端连接波导3，波导3的另外一端端面与耦合小块5的端面粘接，利用耦合小块5的端面和波导3端面粘接实现波导3与光纤6的耦合通光；
[0053]光电二极管(PD) I位于激光二极管(LD) 2的另一端。
[0054]工作原理:
[0055]如图2所示，激光二极管(LD) 2通过光源驱动，发出的光进入波导3传播，通过光纤6的光，经光纤准直器7后打在被测物体上，然后反射回光纤准直器7，进入激光二极管(LD) 2，由于激光反馈干涉作用，反馈回激光二极管(LD) 2的反馈光用于调制激光二极管(LD) 2的输出光，使得激光二极管(LD) 2的出射光光强发生变化，光电二极管(PD) I将光信号转化为电信号，输出至处理电路，进而输出至计算机，最后得到微位移信号，光电二极管(PD) I用来探测激光二极管(LD) 2输出光强变化，通过出射光光强的改变可以测量微位移，可以通过在相位调制器4上施加相位调制信号，结合调制解调技术，提高微位移测量的分辨率和灵敏度，相位调制器4的相位调制信号通过计算机输入。其中，处理电路进行电流电压转换、放大及滤波后输入到计算机中，经相应的信号处理解调得到微位移的信号。计算机发出调制信号控制调制器，产生附加相位调制。
[0056]测量系统的第二个方案如图4所示，包括光电二极管(PD)1、激光二极管(LD)2、相位调制器4、耦合小块5、光纤6、光纤准直器7、调整监测尾纤9、Y波导10。
[0057]相位调制器4由Y波导10的直波导部分和电极8组成，电极8位于Y波导10的直波导部分两侧；
[0058]激光二极管(LD)2的一端连接Y波导10的上分支，第一个耦合小块5中开槽嵌入调整监测尾纤9，第一个耦合小块5的端面与Y波导10下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块5的端面和Y波导10端面粘接实现Y波导10与调整监测尾纤9的耦合通光；
[0059]第二个稱合小块5中开槽嵌入光纤6, Y波导10的直波导一端端面与第二个I禹合小块5的端面粘接，利用第二个耦合小块5的端面和Y波导10直波导端面粘接实现Y波导10的直波导与光纤6的耦合通光；
[0060]光纤6的另一端连接光纤准直器7 ；
[0061]光电二极管(PD) I位于激光二极管(LD) 2的另一端。
[0062]工作原理:
[0063]如图2所示，激光二极管(LD)2通过光源驱动，发出的光在Y-波导10的上分支中传播，通过光纤6的光，经光纤准直器7后打在被测物体上，然后反射回光纤准直器7，进入激光二极管(LD)2，由于激光反馈干涉作用，反馈回激光二极管(LD)2的反馈光用于调制激光二极管(LD)2的输出光，使得激光二极管(LD)2的出射光光强发生变化，光电二极管(PD)I将光信号转化为电信号，输出至处理电路，进而输出至计算机，最后得到微位移信号，光电二极管(PD) I用来探测光源输出光强变化，通过出射光光强的改变可以测量微位移，可以通过在相位调制器4上施加相位调制信号，结合调制解调技术，提高微位移测量的分辨率和灵敏度，相位调制器4的相位调制信号通过计算机输入。经被测物体反射回的光可以通过Y-波导10的下分支进入调整监测尾纤9，调整监测尾纤9用于监测光纤准直器7是否对准被测物体。其中，处理电路进行电流电压转换、放大及滤波后输入到计算机中，经相应的信号处理解调得到微位移的信号。计算机发出调制信号控制调制器，产生附加相位调制。
[0064]测量系统的第三个方案如图5所不,包括光电二极管(PD)1、激光二极管(LD)2、相位调制器4、耦合小块5、光纤6、光纤准直器7、调整监测尾纤9、两个Y波导10。
[0065]相位调制器4由第二个Y波导10上分支和电极8组成，电极8位于第二个Y波导10上分支两侧；
[0066]两个Y波导10的直波导部分相连接；
[0067]激光二极管(LD)2的一端连接第一个Y波导10的上分支，第一个耦合小块5中开槽嵌入调整监测尾纤9，第一个耦合小块5的端面与第一个Y波导10下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块5的端面和第一个Y波导10端面粘接实现第一个Y波导10与调整监测尾纤9的耦合通光；
[0068]第二个耦合小块5中开槽嵌入光纤6，第二个Y波导10的上分支端面与第二个耦合小块5的端面粘接，利用第二个耦合小块5的端面和第二个Y波导10上分支端面粘接实现第二个Y波导10与光纤6的耦合通光；
[0069]光纤6的另一端连接光纤准直器7 ；
[0070]第二个Y波导10的下分支连接光电二极管(PD) I。
[0071]工作原理:
[0072]如图2所示，激光二极管(LD) 2通过光源驱动，发出的光在第一个Y波导10的上分支中传播，进入第二个Y波导10分支后，第二个Y波导10上分支中的光进入光纤6,然后通过光纤准直器7后到达被测物体，反射回光纤准直器7，经过第一个Y波导10的上分支进入激光二极管(LD) 2谐振腔，产生激光反馈干涉，改变输出光强，而经过第一个Y波导
10下分支的光则进入调整监测尾纤9，监测光纤准直器7是否对准被测物体。第二个Y波导10下分支的光进入光电二极管(PD) I,可以测量光强的大小,光电二极管(PD) I将光信号转化为电信号，输出至处理电路，进而输出至计算机，最后得到微位移信号，光电二极管(ro)i用来探测光源输出光强变化，通过出射光光强的改变可以测量微位移，可以通过在相位调制器4上施加相位调制信号，结合调制解调技术，提高微位移测量的分辨率和灵敏度，相位调制器4的相位调制信号通过计算机输入。其中，处理电路进行电流电压转换、放大及滤波后输入到计算机中，经相应的信号处理解调得到微位移的信号。计算机发出调制信号控制调制器，产生附加相位调制。
[0073]测量系统的第四个方案如图6所示，包括光电二极管(PD)1、激光二极管(LD)2、相位调制器4、耦合小块5、光纤6、光纤准直器7、调整监测尾纤9、两个Y波导10、光源监测尾纤11。
[0074]相位调制器4由第二个Y波导10上分支和电极8组成，电极8位于第二个Y波导10上分支两侧；
[0075]两个Y波导10的直波导部分相连接；
[0076]激光二极管(LD)2的一端连接第一个Y波导10的上分支，第一个耦合小块5中开槽嵌入调整监测尾纤9，第一个耦合小块5的端面与第一个Y波导10另下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块5的端面和第一个Y波导10端面粘接实现第一个Y波导10与调整监测尾纤9的耦合通光；
[0077]第二个耦合小块5中开槽嵌入光纤6，第二个Y波导10的上分支端面与第二个耦合小块5的端面粘接，利用第二个耦合小块5的端面和第二个Y波导10上分支端面粘接实现第二个Y波导10与光纤6的耦合通光；
[0078]第三个耦合小块5中开槽嵌入光源监测尾纤11，第三个耦合小块5的端面与第二个Y波导10下分支的端面粘接，利用第三个耦合小块5的端面和第二个Y波导10端面粘接实现第二个Y波导10与光源监测尾纤11的耦合通光；
[0079]光纤6的另一端连接光纤准直器7 ；
[0080]光电二极管(PD) I位于激光二极管(LD) 2的另一端。
[0081]工作原理:
[0082]如图2所示，激光二极管(LD) 2通过光源驱动，发出的光进入第一个Y波导10的上分支，进入第二个Y波导10分支后，一部分进入光源监测尾纤11，用于监测激光二极管(LD)2是否正常发光；另一部分则进入光纤6，通过光纤准直器7到达被测物体，反射回光纤准直器7的光进入第二个Y波导10上分支中，进入第一个Y波导10上分支的光回到激光二极管(LD)2谐振腔，产生激光反馈干涉，改变输出光强，而进入第一个Y波导10下分支的光则进入调整监测尾纤9，调整监测尾纤9的作用是监测光纤准直器7是否对准被测物体。光电二极管(PD) I将光信号转化为电信号，输出至处理电路，进而输出至计算机，最后得到微位移信号，光电二极管(PD) I用来探测光源输出光强变化，通过出射光光强的改变可以测量微位移，可以通过在相位调制器4上施加相位调制信号，结合调制解调技术，提高微位移测量的分辨率和灵敏度，相位调制器4的相位调制信号通过计算机输入。其中，处理电路进行电流电压转换、放大及滤波后输入到计算机中，经相应的信号处理解调得到微位移的信号。计算机发出调制信号控制调制器，产生附加相位调制。
【权利要求】
1.一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括光电二极管、激光二极管、相位调制器、稱合小块、光纤、光纤准直器； 相位调制器包括波导和电极，电极位于波导两侧； 耦合小块中开槽嵌入光纤，光纤的另一端连接光纤准直器； 激光二极管的一端连接波导，波导的另外一端端面与耦合小块的端面粘接，利用耦合小块的端面和波导端面粘接实现波导与光纤的耦合通光； 光电二极管位于激光二极管的另一端。
2.一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括光电二极管、激光二极管、相位调制器、耦合小块、光纤、光纤准直器、调整监测尾纤、Y波导； 相位调制器由Y波导的直波导部分和电极组成，电极位于Y波导的直波导部分两侧；激光二极管的一端连接Y波导的上分支，第一个耦合小块中开槽嵌入调整监测尾纤，第一个耦合小块的端面与Y波导下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块的端面和Y波导端面粘接实现Y波导与调整监测尾纤的耦合通光； 第二个耦合小块中开槽嵌入光纤，Y波导的直波导一端端面与第二个耦合小块的端面粘接，利用第二个耦合小块的端面和Y波导直波导端面粘接实现Y波导的直波导与光纤的率禹合通光； 光纤的另一端连接光纤准直器； 光电二极管位于激光二极管的另一端。
3.一种带有相位调制功能的`激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括光电二极管、激光二极管、相位调制器、耦合小块、光纤、光纤准直器、调整监测尾纤、两个Y波导； 相位调制器由第二个Y波导上分支和电极组成，电极位于第二个Y波导上分支两侧； 两个Y波导的直波导部分相连接； 激光二极管的一端连接第一个Y波导的上分支，第一个耦合小块中开槽嵌入调整监测尾纤，第一个耦合小块的端面与第一个Y波导下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块的端面和第一个Y波导端面粘接实现第一个Y波导与调整监测尾纤的耦合通光； 第二个耦合小块中开槽嵌入光纤，第二个Y波导的上分支端面与第二个耦合小块的端面粘接，利用第二个耦合小块的端面和第二个Y波导上分支端面粘接实现第二个Y波导与光纤的稱合通光； 光纤的另一端连接光纤准直器； 第二个Y波导的下分支连接光电二极管。
4.一种带有相位调制功能的激光反馈干涉集成微位移测量系统，包括光电二极管、激光二极管、相位调制器、耦合小块、光纤、光纤准直器、调整监测尾纤、两个Y波导、光源监测尾纤； 相位调制器由第二个Y波导上分支和电极组成，电极位于第二个Y波导上分支两侧； 两个Y波导的直波导部分相连接； 激光二极管的一端连接第一个Y波导的上分支，第一个耦合小块中开槽嵌入调整监测尾纤，第一个耦合小块的端面与第一个Y波导另下分支的端面粘接，利用第一个耦合小块的端面和第一个Y波导端面粘接实现第一个Y波导与调整监测尾纤的耦合通光； 第二个耦合小块中开槽嵌入光纤，第二个Y波导的上分支端面与第二个耦合小块的端面粘接，利用第二个耦合小块的端面和第二个Y波导上分支端面粘接实现第二个Y波导与光纤的稱合通光； 第三个耦合小块中开槽嵌入光源监测尾纤，第三个耦合小块的端面与第二个Y波导下分支的端面粘接，利用第三个耦合小块的端面和第二个Y波导端面粘接实现第二个Y波导与光源监测尾纤的耦合通光； 光纤的另一端连接光纤准直器； 光电二极管位于激 光二极管的另一端。
【文档编号】G01B11/02GK103486972SQ201310412502
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】刘惠兰, 孟照魁, 冯丽爽, 唐依创, 王维 申请人:北京航空航天大学