[发明专利]位移自传感氦氖激光器系统

说明书

技术领域

本公开涉及激光位移传感技术领域，尤其涉及一种位移自传感氦氖激光器系统。

背景技术

中国专利“位移自传感氦氖激光器系统及其实现方法”(ZL99103514.3)综合利用激光频率分裂、激光模竞争、激光功率调谐等多种激光物理现象，将一只普通氦氖激光器改造成一种不利用干涉现象但具有自标定功能又相对简单的位移传感器。该方法具有λ/8的位移测量分辨率(对于波长为632.8nm的氦氖激光器，λ/8为79nm)。这一发明的主体结构是一只普通的半外腔氦氖激光器，其两个反射腔镜之一作为动静固连在一直线导轨(测杆)上以便可沿激光器光轴做轴向移动。中国专利“以猫眼作腔镜的位移自传感HeNe激光器系统”(申请号：200310115540.6)对此系统进行了改进，使用猫眼逆向器作为腔镜并与直线导轨固连，克服了因腔镜摆动造成的激光腔失调，提高了系统的稳定性，将系统的测量范围提高到了十几个毫米(分辨率依然是79nm)，并且已经仪器化。根据理论分析与实验验证，“猫眼”的使用完全能够使系统的测量范围达到50mm，但是其分辨率和精度仍然难以满足很多用户的要求。中国专利“1152nm波长氦氖激光器纳米测尺”(申请号：200910076308.3)利用系统可溯源到光波长的特性和自校准能力，该系统使用红外光，其波长λ为1152nm，采用计大数、测小数的方法，将系统的理论分辨率提高到10nm，理论测量范围提高到100mm。因为该系统使用波长为1152nm的红外光，其半波长为576nm，所以该系统的分辨率存在一个相对较大的误差。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，做出了本发明。

本发明提供了一种位移自传感氦氖激光器系统，包括可动测杆、微位移压电传感器、含直角棱镜折叠腔的氦氖激光器以及数据采集处理单元；

所述可动测杆，其一端与待测物体接触；

所述微位移压电传感器，其一端与所述可动测杆的另一端相连接；

所述氦氖激光器包括：

直角棱镜折叠腔，其用于光线的多次折返并输出单频激光，所述直角棱镜折叠腔包括与所述微位移压电传感器的另一端相连接的直角反射棱镜以及与所述直角反射棱镜平行放置的直角棱镜腔镜，所述直角反射棱镜在所述微位移压电传感器作用下沿所述微位移压电传感器的光轴方向做纳米级移动，所述直角反射棱镜和所述直角棱镜腔镜的反射面均镀有高反射膜；

应力双折射元件，其位于所述直角棱镜折叠腔的出光侧，并将所述直角棱镜折叠腔输出的单频激光变成具有两个频率的正交偏振光，所述直角棱镜折叠腔位于所述应力双折射元件的一端；

激光增益管，其与所述应力双折射元件同光轴并安装于所述应力双折射元件的另一端；

增透窗片，其沿所述激光增益管的光轴方向安装于所述激光增益管的一端，且位于所述应力双折射元件和所述激光增益管之间；

凹面输出腔镜，其沿所述激光增益管的光轴方向安装于所述激光增益管的另一端，并输出所述两个频率的正交偏振光；

所述数据采集处理单元包括：

偏振分光镜，其位于所述凹面输出腔镜的出光侧，并分离从所述凹面输出腔镜输出共束的两正交偏振光；

两个光电探测器，接受所述偏振分光镜分开的两束频率不同的正交偏振光；

光电转换及放大电路，其两个输入端分别与两个光电探测器的信号输出端相连；

信号处理电路，其输入端与所述光电转换及放大电路的信号输出端相连，完成信号处理功能并输出控制信号；

高压放大器，其与所述信号处理电路相连，接收所述信号处理电路输出的控制信号以驱动所述微位移压电传感器；

显示装置，其与所述信号处理电路相连。

优选的，所述直角反射棱镜包括N个连续的第一反射面，相邻两个所述第一反射面相互垂直，N个所述第一反射面构成N/2个第一凹槽，N≥2且N为偶数；

所述直角棱镜腔镜包括M个连续的第二反射面和与第M个所述第二反射面相连接的第三反射面，相邻两个所述第二反射面相互垂直，M个所述第二反射面构成M/2个第二凹槽，第M个所述第二反射面与所述第三反射面之间呈135°，M≥2，M为偶数且N/2-M/2＝1；

所述第一反射面、所述第二反射面和所述第三反射面的大小相同，所述直角反射棱镜的第一凹槽和所述直角棱镜腔镜的第二凹槽交错对应；