一种基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107102173A(43)申请公布日2017.08.29(21)申请号201710479439.0(22)申请日2017.06.22(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人魏鹏刘陶林(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明顾炜(51)Int.Cl.G01P21/02(2006.01)G01D18/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定装置及方法，属于传感器标定领域。采用可调谐窄带激光器作为光源，采用迈克尔逊干涉仪进行干涉，返回的干涉信号频率与干涉仪中反射点位置成线性关系，扫频光波长扫描范围覆盖了啁啾光栅的波长范围，将不同波长区间的干涉信号进行解调，可以得到该波长区间对应的栅区位置，可得到啁啾光栅长度和波长的关系，从而得到啁啾光栅长度、啁啾率。本发明操作简单，测量准确，且为非接触测量，对光栅无损坏。CN107102173ACN107102173A权利要求书1/2页1.一种基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定装置，其特征在于：该装置由可调谐窄带激光器作为光源，两个迈克尔逊干涉仪分别作为主干涉仪和辅助干涉仪，采用光电探测器进行光电转换，采集系统由光源扫描触发信号触发采集，辅助干涉仪返回的干涉信号作为系统采样时钟；所述可调谐窄带激光器用于提供线性扫描光，由耦合器分光进入主干涉仪和辅助干涉仪，是该装置实现差频干涉的基础；所述扫描触发信号为TTL电平脉冲信号，其在扫描开始以及之后每隔固定波长进行触发，其作用是触发采集系统开始采集和确定不同波长区间对应的时域信号；所述主干涉仪(19)为迈克尔逊干涉仪，由第二1:1耦合器、两个主干涉仪干涉臂、一个光纤反射镜组成，扫频激光从第二1:1耦合器的端口(8a)进入第二1:1耦合器，第二1:1耦合器将光分成两束进入两干涉臂，两干涉臂为主干涉仪参考臂(11)和主干涉仪传感臂(13)，主干涉仪参考臂(11)末端接有光纤反射镜将光返回，主干涉仪传感臂(13)上连有啁啾光栅，光栅返回对应波长的激光，两干涉臂返回光在第二1:1耦合器中发生差频干涉后由第二1:1耦合器的端口(8b)输出进入第一光电探测器，第一光电探测器输出电信号被数据采集系统采集；所述辅助干涉仪(18)为迈克尔逊干涉仪，由第一1:1耦合器、两个辅助干涉仪干涉臂和两个光纤反射镜组成，扫频激光从第一1:1耦合器的端口(3a)进入第一1:1耦合器，第一1:1耦合器将光分成两束进入两辅助干涉仪干涉臂，两辅助干涉仪干涉臂末端都接有光纤反射镜，两束光分别被反射镜返回并在第一1:1耦合器中发生差频干涉后由第一1:1耦合器的端口(3b)输出进入第二光电探测器，第二光电探测器输出信号进入数据采集系统作为采样时钟信号，所述差频干涉信号与迈克尔逊两辅助干涉仪干涉臂臂长差成正比关系，由奈奎斯特定理知采样频率必须等于或大于信号频率的两倍，因此辅助干涉仪臂长差须等于或大于主干涉仪臂长差的两倍；所述辅助干涉仪(18)返回的差频干涉光反映了激光器扫频光频率的非线性变化，其作为该装置的采样时钟可以修正光源的扫频非线性。2.根据权利要求1所述的基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定装置，其特征在于：该装置采用迈克尔逊干涉仪，迈克尔逊干涉仪的前向光路和返回光路对称，光在臂中往返传输可以消除光纤旋光效应对激光偏振态的影响，从而消除由偏振态变化导致干涉信号的衰减。3.一种基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定方法，其特征在于：该方法步骤如下：步骤1：可调谐窄带激光器发出线性扫描激光，扫描开始时发出扫描触发信号触发采集系统进行数据采集，扫频光进入95:5耦合器(2)，其中5％的光进入辅助干涉仪，95％的光进入主干涉仪；步骤2：辅助干涉仪返回的差频干涉光由光电探测器转换为电信号输出作为信号采集系统的采样时钟；步骤3：主干涉仪返回的干涉信号作为传感信号被采集系统采集，其包含被测啁啾光栅的波长和位置信息；步骤4：采集系统对扫描触发信号进行采集，其在激光器扫描开始及之后每隔固定波长发出TTL脉冲电平，可以通过它确定不同波长区间对应的干涉信号；2CN107102173A权利要求书2/2页步骤5：对数据进行处理，得到啁啾光栅波长和位置的对应关系，实现啁啾光栅标定。4.根据权利要求3所述的基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定方法，其特征在于：采用光频域反射技术，激光器波长扫描范围覆盖啁啾光栅波长范围，不同波长区间的差频干涉信号包含该波长区间在啁啾光栅的位置信息，通过对各波长区间信号解调可以得到啁啾光栅波长分布，也可直接标定出