[发明专利]半导体激光正弦相位调制干涉仪调制深度的测量方法

权利要求书

1.一种半导体激光正弦相位调制干涉仪调制深度的测量方法，该方法测量的半导体激光正弦相位调制干涉仪结构包括由驱动电源(2)驱动的带有温度控制器(1)的光源(3)、隔离器(4)、光纤耦合器(5)、准直器(6)、被测物体(7)、光电探测器(8)、信号处理器(9)，所述的驱动电源(2)为光源(3)提供直流电流和正弦调制电流，由光源(3)发射的光束通过由隔离器(4)、光纤耦合器(5)和准直器(6)准直后照射到被测物体(7)上，由被测物体(7)表面反射的光和由准直器(6)出射端面反射的光通过准直器(6)后，经由光纤耦合器(5)输出的正弦相位调制干涉信号S(t)由光电探测器(8)探测，所述的信号处理器(9)包含两个输入端口：第一输入端(9a)和第二输入端口(9b)，第一输入端口(9a)与所述的光电探测器(8)的输出端相连，第二输入端口(9b)与所述的驱动电源(2)相连，所说的信号处理器(9)的内部结构为：第一输入端口(9a)与第一乘法器(902)和第二乘法器(903)相连，所述的第一乘法器(902)与第一低通滤波器(904)和第一模数转换器(906)串联后接入单片机(908)内，第二乘法器(903)与第二低通滤波器(905)和第二模数转换器(907)串联后接入单片机(908)内，第二输入端口(9b)与倍频器(901)和第二乘法器(903)相连，所述的倍频器(901)的输出端与第一乘法器(902)相连，其特征在于该方法具体测量步骤如下：

①所述的光电探测器(8)采集的正弦相位调制干涉信号S(t)输入所述的信号处理器(9)：

开启光源(3)，设置光源(3)的注入电流直流偏置为I₀，利用驱动电源(2)产生正弦信号I_m(t)＝acosωt调制所述的光源(3)，光电探测器(8)探测的正弦相位调制干涉信号为：

             S(t)＝g(t){S₀+S₁cos[zcosωt+α(t)]}

                 ＝β_i[I₀+I_m(t)]{S₀+S₁cos[zcosωt+α(t)]}，

                 ＝S(1+βcosωt){S₀+S₁cos[zcosωt+α(t)]}

其中，g(t)＝β_i[I₀+I_m(t)]＝S(1+βcosωt)为光源(3)的输出光强；S＝β_iI₀是光源(3)输出光强的直流部分；β＝a/I₀为注入电流交流成分I_m(t)的幅值a与直流成分I₀的比值；S₀和S₁分别为不考虑光强调制时干涉信号项S(t)的直流成分和交流成分；为正弦相位调制深度；α(t)＝α₀+α_d(t)，α₀＝(4π/λ₀)l₀为光程差决定的初始相位，α_d(t)＝(4π/λ₀)d(t)为被测物体(7)位移d(t)决定的相位；

②所述的信号处理器(9)对正弦相位调制干涉信号S(t)进行滤波处理：

光电探测器(8)探测到的正弦相位调制干涉信号S(t)由信号处理器(9)的第一输入端口(9a)输入，与信号处理器(9)的第二输入端口(9b)输入的归一化的调制信号cosωt通过第二乘法器(903)相乘，并经过第二低通滤波器(905)滤波后得到信号P₂(t)：

P2(t)=LPF[S(t)·cos2ωt]]]>

=-12βSS1[J1(z)-J3(z)]sinα(t)-SS1J2(z)sinα(t),]]>

由第二输入端口(9b)输入的归一化后的调制信号cosωt通过所述的倍频器(901)生成二倍频信号cos2ωt，该二倍频信号cos2ωt与第一输入端口(9a)输入的正弦相位调制干涉信号S(t)通过第一乘法器(902)相乘，并经过第一低通滤波器(904)滤波后得到信号P₁(t)：

P1(t)=LPF[S(t)·cosωt]]]>

=12β{SS0+SS1[J0(z)-J2(z)]cosα(t)}-SS1J1(z)sinα(t)]]>

将所述的信号P₁(t)和信号P₂(t)分别通过第一模数转换器(906)和第二模数转换器(907)转换成数字信号P₁(t)和数字信号P₂(t)并送入所述的单片机(908)内；

③所述的单片机(908)提取数字信号P₁(t)和数字信号P₂(t)的最大值与最小值P_1max、P_1min、P_2max和P_2min，并计算(P_1max-P_1min)/(P_2max-P_2min)的值：

所述的单片机(908)对所述的数字信号P₁(t)和数字信号P₂(t)中的参数进行下列变换：

K1=12β[J0(z)-J2(z)]K2=-J1(z)K3=-J2(z)K4=-12β[J1(z)-J3(z)],]]>

则所述的数字信号P₁(t)和数字信号P₂(t)改写为：

P1(t)=12βSS0+SS1K12+K22sin[α(t)+φ],]]>

其中，φ＝arctan(K₁/K₂)，

P₁(t)和P₂(t)的最大值与最小值P_1max、P_1min、P_2max和P_2min分别表示为：

P1max=12βSS0+SS1K12+K22]]>

P1min=12βSS0-SS1K12+K22,]]>

P2max=SS1K32+K42]]>

P2min=-SS1K32+K42,]]>

所述的单片机(908)经下列计算得到：

P1max-P1minP2max-P2min=K12+K22K32+K42=F(z,β);]]>

④利用公式β＝a/I₀计算β，并将确定为正弦相位调制深度z的函数R(z)，利用所述的单片机(908)确定满足条件的正弦相位调制深度z。

2.权利要求1所述的半导体激光正弦相位调制干涉仪调制深度的测量方法，其特征在于所说的单片机(908)具有求解数列最大值、最小值的程序。