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1、(10)申请公布号 CN 103091681 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103091681 A *CN103091681A* (21)申请号 201310050971.2 (22)申请日 2013.02.16 G01S 17/36(2006.01) G02B 17/08(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 甘雨 陈凤东 刘国栋 刘炳国 庄志涛 路程 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 张宏威 (54) 发明名称 基于重反射技术的调频连续波。
2、干涉仪 (57) 摘要 基于重反射技术的调频连续波干涉仪， 属于 光学领域。本发明为解决现有采用线性调频激光 干涉技术的干涉仪不能达到很高的精度问题。它 的调频激光器输出的激光束经准直透镜准直后输 出准直平行光束， 并入射至分光棱镜， 经分光棱镜 反射的光束入射至第一角锥棱镜， 再返回入射至 分光棱镜， 再透射出去形成参考光束， 该参考光束 经聚焦透镜汇聚在点探测器的光敏面上 ； 经分光 棱镜透射的光束入射至第二角锥棱镜 ； 第二角锥 棱镜反射后形成的向上偏移光束入射至第三角锥 棱镜， 经第三角锥棱镜、 第二角锥棱镜和分光棱镜 依次反射后形成测量光束， 该测量光束经聚焦透 镜汇聚在点探测器的光。
3、敏面上。本发明作为一种 干涉仪。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103091681 A CN 103091681 A *CN103091681A* 1/1 页 2 1. 基于重反射技术的调频连续波干涉仪， 其特征在于， 它包括调频激光器 (1)、 准直透 镜 (2)、 分光棱镜 (3)、 第一角锥棱镜 (4)、 第二角锥棱镜 (5)、 第三角锥棱镜 (6)、 聚焦透镜 (7) 和点探测器 (8)， 第二角锥棱镜 (5) 设置在待。
4、测量目标处 ； 调频激光器 (1) 输出啁啾调制的激光束， 该激光束经准直透镜 (2) 准直后输出准直平 行光束， 所述准直平行光束入射至分光棱镜 (3)， 经分光棱镜 (3) 反射的光束入射至第一角 锥棱镜 (4)， 经第一角锥棱镜 (4) 反射的光束返回入射至分光棱镜 (3)， 并从分光棱镜 (3) 透射出去形成参考光束， 该参考光束经聚焦透镜 (7) 汇聚在点探测器 (8) 的光敏面上 ； 经分光棱镜 (3) 透射的光束入射至第二角锥棱镜 (5) ； 第二角锥棱镜 (5) 反射后形成 的向上偏移光束入射至第三角锥棱镜 (6)， 经第三角锥棱镜 (6)、 第二角锥棱镜 (5) 和分光 棱镜。
5、 (3) 依次反射后形成测量光束， 该测量光束经聚焦透镜 (7) 汇聚在点探测器 (8) 的光 敏面上 ； 所述参考光束和测量光束在点探测器 (8) 上进行干涉形成拍频信号， 进而获得待测量 目标的距离。 2. 根据权利要求 1 所述的基于重反射技术的调频连续波干涉仪， 其特征在于， 准直透 镜 (2) 的光轴轴线与分光棱镜 (3) 的光轴轴线重合。 3. 根据权利要求 1 所述的基于重反射技术的调频连续波干涉仪， 其特征在于， 第一角 锥棱镜 (4) 和聚焦透镜 (7) 的光轴轴线与分光棱镜 (3) 的反射光光轴轴线重合。 4. 根据权利要求 1 所述的基于重反射技术的调频连续波干涉仪， 其。
6、特征在于， 第三角 锥棱镜 (6) 与分光棱镜 (3) 的距离和第一角锥棱镜 (4) 与分光棱镜 (3) 的距离相等。 权 利 要 求 书 CN 103091681 A 2 1/3 页 3 基于重反射技术的调频连续波干涉仪 技术领域 0001 本发明涉及基于重反射技术的调频连续波干涉仪， 属于光学领域。 背景技术 0002 基于调频连续波 (FMCW) 干涉测量技术的光路如图 1， 激光由可调谐激光器发出， 经 PBS( 偏振分束器 ) 准直后被分为两路 ： 一路为参考光经反射进入探测器 PD， 令一路为测 量光， 经孔径后照射到目标的角锥棱镜出， 经反射进入探测器 PD。测量光与参考光在探测。
7、 器 PD 上干涉， 形成拍频信号， 拍频信号为电信号。测量时， 对输出激光频率进行线性啁啾调 制， 调制曲线如图 2 所示。由于测量光相对于参考光有时间延迟， 则它们干涉形成的拍频信 号中值频率如图 3 所示。探测器 PD 获得的电信号 i(t) 可以表示为 ： 0003 0004 其中， PT与 PR为测量光路与参考光路的光强， H为外差效率， IF为差频。测量 距离 RADI可由中值频率 IF得出 ： 0005 0006 其中， Tm是频率调制周期， c 是光速， 是调频范围。 0007 由于频率从上升到下降变化时， 拍频信号的频率会发生变化， 因此信号最长取 Tm， 则频率分辨率最高为。
8、 1/Tm。由此可得系统的固有精度为 ： 0008 0009 因此系统的固有精度只与频率的调制深度有关。 而调制深度的增加会影响调制的 线性度， 因此线性调频激光干涉技术不能达到很高的精度。 发明内容 0010 本发明目的是为了解决现有采用线性调频激光干涉技术的干涉仪不能达到很高 的精度问题， 提供了一种基于重反射技术的调频连续波干涉仪。 0011 本发明所述基于重反射技术的调频连续波干涉仪， 它包括调频激光器、 准直透镜、 分光棱镜、 第一角锥棱镜、 第二角锥棱镜、 第三角锥棱镜、 聚焦透镜和点探测器， 0012 第二角锥棱镜设置在待测量目标处 ； 0013 调频激光器输出啁啾调制的激光束，。
9、 该激光束经准直透镜准直后输出准直平行光 束， 所述准直平行光束入射至分光棱镜， 经分光棱镜反射的光束入射至第一角锥棱镜， 经第 一角锥棱镜反射的光束返回入射至分光棱镜， 并从分光棱镜透射出去形成参考光束， 该参 考光束经聚焦透镜汇聚在点探测器的光敏面上 ； 0014 经分光棱镜透射的光束入射至第二角锥棱镜 ； 第二角锥棱镜反射后形成的向上偏 说 明 书 CN 103091681 A 3 2/3 页 4 移光束入射至第三角锥棱镜， 经第三角锥棱镜、 第二角锥棱镜和分光棱镜依次反射后形成 测量光束， 该测量光束经聚焦透镜汇聚在点探测器的光敏面上 ； 0015 所述参考光束和测量光束在点探测器上进。
10、行干涉形成拍频信号， 进而获得待测量 目标的距离。 0016 本发明的优点 ： 本发明所述基于重反射技术的调频连续波干涉仪结构简单， 采用 本发明干涉仪的测量精度提高了一倍。 附图说明 0017 图 1 是背景技术中涉及的 FMCW 干涉仪的结构示意图 ； 0018 图 2 是测量光与参考光的波形示意图， 图中的虚线为参考光， 实线为测量光 ； 0019 图 3 是形成的拍频信号中值频率图 ； 0020 图 4 是本发明所述基于重反射技术的调频连续波干涉仪的结构示意图。 具体实施方式 0021 具体实施方式一 ： 下面结合图 4 说明本实施方式， 本实施方式所述基于重反射技 术的调频连续波干涉。
11、仪， 它包括调频激光器 1、 准直透镜 2、 分光棱镜 3、 第一角锥棱镜 4、 第 二角锥棱镜 5、 第三角锥棱镜 6、 聚焦透镜 7 和点探测器 8， 0022 第二角锥棱镜 5 设置在待测量目标处 ； 0023 调频激光器 1 输出啁啾调制的激光束， 该激光束经准直透镜 2 准直后输出准直平 行光束， 所述准直平行光束入射至分光棱镜 3， 经分光棱镜 3 反射的光束入射至第一角锥棱 镜 4， 经第一角锥棱镜 4 反射的光束返回入射至分光棱镜 3， 并从分光棱镜 3 透射出去形成 参考光束， 该参考光束经聚焦透镜 7 汇聚在点探测器 8 的光敏面上 ； 0024 经分光棱镜 3 透射的光束。
12、入射至第二角锥棱镜 5 ； 第二角锥棱镜 5 反射后形成的 向上偏移光束入射至第三角锥棱镜 6， 经第三角锥棱镜 6、 第二角锥棱镜 5 和分光棱镜 3 依 次反射后形成测量光束， 该测量光束经聚焦透镜 7 汇聚在点探测器 8 的光敏面上 ； 0025 所述参考光束和测量光束在点探测器 8 上进行干涉形成拍频信号， 进而获得待测 量目标的距离。 0026 调频激光器 1、 准直透镜 2 依次排列在分光棱镜 3 的左侧光轴轴线上， 准直透镜 2 的光轴轴线与分光棱镜 3 的光轴轴线重合。 0027 第一角锥棱镜 4 和聚焦透镜 7 的光轴轴线与分光棱镜 3 的反射光光轴轴线重合。 0028 第三。
13、角锥棱镜6与分光棱镜3的距离和第一角锥棱镜4与分光棱镜3的距离相等， 第三角锥棱镜 6 的反射面朝向目标 ； 第二角锥棱镜 5 的下边缘近似在分光棱镜 3 下边沿的 延长线上， 反射面朝向分光棱镜 3。第三角锥棱镜 6 的下边缘略低于分光棱镜 3 的上边缘。 0029 聚焦透镜 7 的轴线、 点探测器 8 的中心与分光棱镜 3 的反射光光轴轴线重合。点 探测器 8 位于聚焦透镜 7 的焦点处。 0030 工作原理 ： 0031 调频激光器 1 输出啁啾调制的激光。激光经准直透镜 2 准直后被分光棱镜 3 分为 两束 ： 一束为参考光束， 经第一角锥棱镜 4 反射， 透过分光棱镜 3， 经聚焦透。
14、镜 7 汇聚， 照射 在点探测器8上 ； 另一束为测量光束， 经第二角锥棱镜5反射， 并有个向上的偏移量， 照射在 说 明 书 CN 103091681 A 4 3/3 页 5 第三角锥棱镜 6 上， 经第三角锥棱镜 6 反射后又经过第二角锥棱镜 5 反射， 回到分光棱镜 3 处， 经分光棱镜 3 反射， 聚焦透镜 7 汇聚， 照射在点探测器 8 上。由于两束光有固定的光程 差， 测量光束和参考光束的光程差为 4 倍的测量距离。参考光与测量光在点探测器 8 上进 行干涉， 形成拍频信号。设拍频信号的频率为 2IF， 此时测量距离 RADI为 ： 0032 0033 式中 ： Tm是频率调制周期， c 是光速， 是调频范围。 0034 若频率提取精度不变， 则系统的固有精度 R为 ： 0035 0036 相比于传统的采用线性调频激光干涉技术的方式， 固有精度提高了一倍。 说 明 书 CN 103091681 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103091681 A 6 2/2 页 7 图 4 说 明 书 附 图 CN 103091681 A 7 。