专利名称：半导体激光器注入电流调频无机械飞点扫描干涉系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用改变半导体激光器注入电流，对输出光进行调频，通过编码光栅实现的无机械飞点扫描的系统。
背景技术：
近年来，随着对微/小机械及相关技术实际需求的快速发展，解决微/小工件的定位、实时检测、局部表面光-糙性质监控等已成为机械检测领域的突出的问题，这些问题通过扫描系统来解决，但现有的各种扫描系统，一般都是通过机械运动的方法，例如转动反射镜来实现扫描。这种扫描方法的特点是简单，易于控制，但是由于机械运动的影响，其扫描精度一般不会太高，进而影响检测精度。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术的缺点，提供一种半导体激光器注入电流调频无机械飞点扫描干涉系统，消除了机械振动对检测精度的影响。
本发明的技术方案如下一种半导体激光器注入电流调频无机械飞点扫描干涉系统，其特点是，它包括一个能改变注入电流的大小，改变输出光的频率大小的注入式半导体激光器；一聚焦镜，用于对注入式半导体激光器所发出的激光进行聚焦，通过置于其后的针孔发出平行光；一消色差物镜，消除通过针孔后平行光的色差；一编码光栅，通过消色差物镜后输出平行光，入射到刻线由密到疏按设计的函数分布编码光栅上，使平行光束按疏密方向汇聚为一条直线；一柱面反射镜，编码光栅的聚焦线设计在一轴心与其垂直的柱面反射镜上，使聚焦成一条直线的光线汇聚成矩形小点，将输出光频的改变转变为光点位移的改变；一消色差物镜，消除经柱面反射镜反射的色差；一分光棱镜，将通过消色差物镜放大后激光束分光，一束光送入光电位置检测器，另一束光送入另一分光棱镜构成的迈克尔逊干涉仪；一光电位置检测器，检测经分光棱镜分光的一束光，通过一分析电路送入微处理器，利用事先计算好的注入电流大小与光点位移大小的关系，通过微处理器精确控制注入电流的大小，实现精确扫描；一由分光棱镜构成的迈克尔逊干涉仪，其测量臂直接射于被测区域，参考臂为标准平面、阶梯平面或装校样板；一高速CCD器件，用于探测并计算出干涉条纹的变化趋势，从而得出零件表面特征。
本系统的工作原理注入式半导体激光器，通过消色差物镜后输出平行光，入射到编码光栅上，使平行光束按疏密方向汇聚为一条直线。当波长发生改变时，聚焦线随即产生位移，经适当设计可使焦线位移在一平面内。聚焦线设计在一轴心与其垂直的柱面反射镜上使其汇聚成矩形小点。随波长改变光点即发生扫描。插入分光镜后，一束光利用光电位置探测器接收，可计算光点位移变化与注入电流变化的关系，从而实现精确调频扫描。另一束光在末级用消色差物镜放大后，插入分光镜，构成迈克尔逊型的干涉仪。干涉仪的测量臂直接射于被测区域，而参考臂可选择标准平面、阶梯平面或装校样板等，据测量要求而定。接收处用高速CCD器件，可以探测并计算出干涉条纹的变化趋势，从而算出被测物表面的情况。
本发明的优点是，利用注入式半导体激光器的调频特性，加入编码光栅后，改变注入电流的大小即可实现无机械扫描。对比过去的各种扫描方法，消除了机械运动对测量精度的影响。过去对半导体激光器调频特性的利用，一般局限于线性调制区域。采用光电位置探测器，可以精确计算注入电流变化与光点位移变化的关系，使利用注入式半导体激光器非线性调频区域进行检测成为了现实，大大增加了调制宽度。利用此方法，也可确定某一注入电流大小下，输出光频的大小。
图1半导体激光器注入电流调频无机械飞点扫描系统原理图。
具体实施例方式
如图1所示，本实施例中，注入式半导体激光器1通过针孔2和消色差物镜3输出平行光，入射到编码光栅4上，经过编码光栅后的衍射光，在柱面反射镜5上聚焦为一矩形小点。通过消色差物镜6和凸透镜7放大后，经过分光棱镜8。一束光送入光电位置检测器(PSD)9，通过分析电路10送入微处理器(PC)11，计算位移变化量与注入电流变化量之间的关系，PC通过控制电路16精确控制注入电流的大小，实现精确扫描。另一束光送入分光棱镜12构成的迈克尔逊干涉仪，迈克尔逊干涉仪的测量臂直接射于被测区域13，而参考臂14可选择标准平面、阶梯平面或装校样板等，据测量要求而定。接收处用高速CCD器件15，可以探测并计算出干涉条纹的变化趋势，从而算出被测物表面的情况。
权利要求
1.一种半导体激光器注入电流调频无机械飞点扫描干涉系统，其特征在于，它包括一个能改变注入电流的大小，改变输出光的频率大小的注入式半导体激光器；一聚焦镜，用于对注入式半导体激光器所发出的激光进行聚焦，通过置于其后的针孔发出平行光；一消色差物镜，消除通过针孔后平行光的色差；一编码光栅，通过消色差物镜后输出平行光，入射到刻线由密到疏按设计的函数分布编码光栅上，使平行光束按疏密方向汇聚为一条直线；一柱面反射镜，编码光栅的聚焦线设计在一轴心与其垂直的柱面反射镜上，使聚焦成一条直线的光线汇聚成矩形小点，将输出光频的改变转变为光点位移的改变；一消色差物镜，消除经柱面反射镜反射的色差；一分光棱镜，将通过消色差物镜放大后激光束分光，一束光送入光电位置检测器，另一束光送入另一分光棱镜构成的迈克尔逊干涉仪；一光电位置检测器，检测经分光棱镜分光的一束光，通过一分析电路送入微处理器，利用事先计算好的注入电流大小与光点位移大小的关系，通过微处理器精确控制注入电流的大小，实现精确扫描；一由分光棱镜构成的迈克尔逊干涉仪，其测量臂直接射于被测区域，参考臂为标准平面、阶梯平面或装校样板；一高速CCD器件，用于探测并计算出干涉条纹的变化趋势，从而得出零件表面特征。
全文摘要
本发明公开了一种半导体激光器注入电流调频无机械飞点扫描干涉系统，特点是，它包括注入式半导体激光器、聚焦镜、消色差物镜、编码光栅、柱面反射镜、分光棱镜、光电位置检测器、分析电路、微处理器、高速CCD器件和分光棱镜构成的迈克尔逊干涉仪、其测量臂直接射于被测区域，参考臂为标准平面、阶梯平面或装校样板，本发明的优点是，利用注入式半导体激光器的调频特性，加入编码光栅后，改变注入电流的大小即可实现无机械扫描。采用光电位置探测器，可以精确计算注入电流变化与光点位移变化的关系，使利用注入式半导体激光器非线性调频区域进行检测成为了现实，大大增加了调制宽度。利用此方法，也可确定某一注入电流大小下，输出光频的大小。
文档编号H01S5/00GK1916748SQ200610030640
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月31日 优先权日2006年8月31日
发明者郑刚, 李孟超, 董翔宇 申请人:上海理工大学