[发明专利]高精度激光腔变位移/折射率测量方法及其装置

说明书

本发明属于激光测量技术领域。

当前激光技术已成功地用于对许多物理量、几何量的高精度测量，一般常用的测量方法是利用激光的干涉现象，即激光干涉仪。例如，对被测物的位移量的高精度测量方法，采用将激光器输出的光束分为二束，(即参考光束和测量光束)，当被测物发生位移时，这两束光将产生干涉，干涉条纹将发生移动记录出干涉条纹的移动数目即可转换成位移变化量。若测量空气折射率时，可将一气室置于测量光束中，当气室空气密度变化(逐渐抽为真空)时，记录出干涉条纹的变化数，即可转换成当时的空气折射率。采用上述测量方法，精度最高的装置还有双频激光干涉仪等，测量位移的精度可达0.01μm。这类装置由激光器、分束器、干涉系统、稳频装置及信号处理单元组成，其结构复杂，各组成部分精度要求高，整个装置价格昂贵。

本发明的目的在于克服已有激光测量技术的不足之处，提出一种新的高精度激光测量位移，空气折射率的方法及其实现装置。该方法实现简单，测量精度高，该装置成本低。

本发明提出一种高精度位移测量方法，其特征在于采用半内腔单模氦氖激光器为传感器，该激光器的增益管二端分别固定一片谐振腔反射镜及增透窗片，另一片谐振腔反射镜固定在被测物上，被测物发生位移时，探测器探测出激光输出功率周期性变化的信号，计数器记录功率凹陷数，处理器以此对应地计算出激光谐振腔长的变化值。

本发明提出的方法还包括所说的增透窗片采用晶体石英片，所说的激光输出光束含两正交线偏振光并先经偏振分光元件分为相位差90°的两束光，所说的探测器分别探测出这两束光功率周期性变化的信号，所说的计数器分别记录出这两束光功率凹陷数，所说的处理器将两束光信号进行判向，求和，得出被测物位移的变化方向及数值。

本发明上述方法进一步还包括另一个半内腔氦氖激光器作为辅助传感器，该激光器的增透窗片为晶体石英片，一块谐振腔反射镜也与被测物固定在一起，该辅助传感器的输出光束为有一定频差的两正交线偏振光，该输出光束通过一偏振片形成光拍，由另一探测器接收后由所说计数器计数再送入所说的处理器对所说的测得的位移量进行细分。

本发明提出一种高精度空气折射率的测量方法，其特征在于采用半内腔单模氨氖激光器为传感器，在该激光器谐振腔内沿光轴放置一气室，该气室两端封接增透窗片，气室侧壁有一气嘴，测量抽气时泵与该气嘴相连接，当抽气泵开始抽气时，探测器探测出激光输出功率周期性变化的信号，计数器记录功率凹陷数，直到气室抽为真空，处理器以此对应地计算出抽气前空气折射率。

本发明的原理如下所示：图1为测量所用半内腔单模氦氖激光器示意图

图1中，半内腔激光器，由反射镜[2]，增益管体[1]和增益管窗片[3]构成。反射镜[2]和反射镜[4]组成一个半内腔激光器谐振腔。当[4]沿箭头方向移动时，激光器谐振腔长L就要改变。如[4]向左移动时，腔长缩短。按激光原理，激光频率V_q表达式为： V q = G 2 L q ]]>