[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

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光干涉仪，特别是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。

背景技术

信息技术和微电子机械系统(MEMS)技术的迅速发展，对位移检测技术提出了越来越高的要求。干涉测量因为具有高精度、高分辨率、非接触性等优点被广泛研究。正弦相位调制干涉技术是一种国际前沿的干涉测量技术，具有精度高、调制方便、结构简单等优点，近年来受到研究人员的重视，在位移测量领域得到了很大发展。

在正弦相位调制位移测量干涉仪中，正弦相位调制深度是求解待测位移的关键参数，其测量精度将直接影响待测位移的精度。

O.Sasaki等提出了一种全光纤正弦相位调制干涉仪(在先技术[1]：“Sinusoidal phase modulating interferometer using optical fibers for displacement measurement”，Appl.Opt.27，4139-4142，1988)。此干涉仪利用干涉信号中三阶分量和一阶频谱分量的比值确定正弦相位调制深度，由于在测量过程中，利用近似的干涉信号表达式对数据进行处理，没有考虑光强调制的影响，从而引入了一定的系统误差，进而降低了位移的测量精度。

王学锋等提出了一种消除光强调制影响的全光纤正弦相位调制干涉仪(在先技术[2]：“A sinusoidal phase-modulating fiber-optic interferometer insensitive to the intensity charge ofthe light source”，Opt.Laser Technol.35，219-222，2003)。此干涉仪在使用在先技术[1]的方法确定正弦相位调制深度的基础上，通过同步采集干涉信号与光源的输出光强消除了光源光强调制带来的测量误差，但该干涉仪需要使用额外的光电探测器探测光源输出光强。

李中梁等提出了一种消除光强调制影响的位移测量干涉仪(在先技术[3]：“Sinusoidal phase-modulating laser diode interferometer insensitive to the intensity modulation ofthe light source”，Optik.120，799-803，2009)。此方法在位移测量前，利用公式对正弦相位调制深度进行计算，利用该方法确定调制深度无需涉及干涉信号，但是需要知道干涉仪的初始光程差2D₀和光源的波长调制系数β_λ等工作参数的准确值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供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。本发明的测量方法可在干涉仪初始光程差和光源波长调制系数未知的条件下，实时地确定正弦相位调制深度。

本发明的技术解决方案如下：

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，所述的半导体激光正弦相位调制干涉仪结构包括由驱动电源驱动的带有温度控制器的光源、隔离器、光纤耦合器、准直器、被测物体、光电探测器、信号处理器，所述的驱动电源为光源提供直流电流和正弦调制电流，由光源发射的光束通过由隔离器、光纤耦合器和准直器准直后照射到被测物体上，由被测物体表面反射的光和由准直器出射端面反射的光通过准直器后，经由光纤耦合器入射到光电探测器内，信号处理器包含两个输入端口：第一输入端和第二输入端口，第一输入端口与光电探测器的输出端相连，第二输入端口与驱动电源相连。

所述的信号处理器的结构为第一输入端口与第一乘法器和第二乘法器相连，其中第一乘法器与第一低通滤波器和第一模数转换器串联后接入单片机内，第二乘法器与第二低通滤波器和第二模数转换器串联后接入单片机内，信号处理器的第二输入端口与倍频器和第二乘法器相连，其中倍频器与第一乘法器相连。

所说的单片机具有求解数列最大值、最小值的程序。

所说的光源是半导体激光器，作为测量光源用。

所说的温度控制器控制光源的温度，使光源的温度仅在±0.01℃的范围内变化。

所说的半导体激光正弦相位调制干涉仪的正弦相位调制深度的测量方法，其具体测量步骤如下：

①采集正弦相位调制干涉信号S(t)：

开启光源，设置光源的注入电流直流偏置为I₀，利用驱动电源产生正弦信号I_m(t)＝acosωt调制光源，并通过光电探测器探测正弦相位调制干涉信号，此时的干涉信号为：