[发明专利]用于激光自混合干涉系统的反馈光强度自动调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光自混合干涉测量技术领域，特别涉及激光反馈强度调节方法和装置。

背景技术

近年来，激光自混合干涉仪以其与传统干涉仪相比，结构简单、紧凑，易准直的特点，在很多场合逐渐取代传统的干涉仪得到广泛应用。自混合干涉仪基于激光自混合干涉现象：激光器发出的光入射到一物体表面时会在物体表面发生反射和散射，经反射或散射的光一部分又反馈回激光器谐振腔内，与腔内的光发生相干混合形成新的激光振荡。激光振荡的波长和功率依赖于反馈光的相位和强度。当入射表面沿激光轴向移动时，激光器的功率将会呈周期性变化，每移动半个光波长，激光器功率变化一个波形，波形形状依赖于反馈光的强度。根据反馈强度系数C的大小把激光自混合干涉现象分为四种光反馈水平。

1)当C<<1时,系统处于极度弱反馈状态，干涉信号为正弦波，几乎观察不到自混合现象

2)当0.1<C<1时，系统处于弱反馈水平，干涉信号类似于传统双光束干涉，具有不对称性，其倾斜程度随外反馈光强度的增大而增加

3)当1<C<4.6时，系统处于适度反馈水平，半导体激光器多模运转，自混合干涉信号为类锯齿波形，倾斜方向敏感于目标物体的运动方向

4)当C>4.6时，系统处于强反馈状态，半导体激光器出现模跳，不再有自混合干涉产生

激光自混合干涉仪已被广泛应用于对象的物理特性和运动特性的测量，如形貌测量、位移和距离测量、速度和振动测量等。测量过程是由光电探测器接收激光器发出的光，并转换为电信号，得到与光功率信号相对应的电信号，通过进一步的信号处理获取待测的量。由于不同的反馈水平下功率波形的变化规律不同，对于与之对应的电信号的处理方法也有所不同，以此衍生出多种测量方法，每种测量方法都是在一定的反馈水平下实现的。另外，在一定的测量范围下，不同的测量精度要求也会采用不同的反馈强度水平。在实验验证反馈光强度对自混合信号波形的影响规律时，及时的获知当前的反馈水平并根据需要对它进行适当的调整是非常重要的。

现有的用于调整反馈光强度的方法如光路调节方法或是通过改变目标物体的反射率来调整强度。论文“光反馈光强度参数的频率响应”(见《激光与红外》，2013年43卷第6期)中光路调节的方法仅适用于对激光器端面到待测目标之间距离没有特定要求的场合，限制了该方法在其他很多测量场合的应用；而论文“适度反馈下半导体激光器自混合干涉效应与微振动测量研究”(见《光电技术应用》，2013年28卷第1期)中改变待测目标的反射率的方法在确定的测量目标的条件下是无法实现的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一个自动控制反馈光强度的方法，有效的解决在测量过程中反馈光强度的检测和调节。

本发明的目的还在于提供一种实现上述方法的控制装置。

本发明的一种自动控制反馈光强度的方法，见图1。激光器(18)发出的光透过分光镜(1)入射到待测目标(10)上，由于固定在目标表面的反射镜(7)的反射，改变光的传播方向并依此入射到反射镜(8)和反射镜(9)上，最后通过反射镜(9)的反射以与原激光器出射光成90°的方向入射到分光镜(1)。由于分光镜(1)的分光作用，一部分光透过分光镜入射到光电探测器(2)上，另一部分沿激光器出射光的相反方向返回到激光器(18)腔内与腔内光发生混合干涉。

激光器(18)的出射光在通过分光镜(1)时，也会被分为两部分。一部分沿着激光轴线方向传播，入射到待测目标(10)上；另一部分与激光轴线成90°向下射向反光镜(9)。为了防止射向反光镜(9)的这部分光对分离光路中的光产生影响，在分光镜(1)和反光镜(9)之间放置一个光隔离器(6)，对来自分光镜(1)的光进行隔离。

为了实现反射光的正确分离，安装在待测目标(10)表面的反射镜(7)和支架上的反射镜(8)和(9)均采用直角边为45°的反射镜。并且在进行光路搭建时，保证三个反射镜和分光镜(1)它们的位置构成一个矩形，它们分别位于矩形的四个角上。