專利名稱：基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的 雙頻激光測距方法與裝置。
背景技術(shù)：
雙頻激光干涉儀適用于低速和準靜態(tài)的局部位移測量場合，無法滿足超大 尺寸精密測量和局部位移快速超精密實時監(jiān)測場合的需求。美國惠普公司 HP5527系列和ZYGO公司ZMI系列雙頻激光干涉儀用于相對位移的超精密測 量，這種激光測量系統(tǒng)在進行長度測量時，必須借助一條沿測量方向的導(dǎo)軌， 使得激光千涉儀在一些場合下的應(yīng)用受到了限制，并且其位移測量范圍一般不 超過40m，適用于低速和準靜態(tài)的局部位移測量場合。由中國計量科學(xué)院和陜 西機械學(xué)院研制了我國國產(chǎn)雙頻激光干涉儀樣機，相對位移測量范圍為60m， 測量精度為0.5xl0_6,成都工具研究所也生產(chǎn)出配有補償空氣狀態(tài)參數(shù)裝置的雙 頻激光干涉儀，但兩者均僅適合于靜態(tài)和準靜態(tài)的測量場合，不能完成快速超 精密位移監(jiān)測或絕對距離測量。
為了解決絕對距離測量的問題，美國API、 Faro和瑞士Leica公司開發(fā)了激 光跟蹤儀，其無需任何導(dǎo)軌可實現(xiàn)60m范圍內(nèi)的絕對距離和相對位移精密測量， 但其相對位移測量的精度一般只能達到^n量級，同時其位移測量速度為lKHz
不能實現(xiàn)真正的實時測量。在絕對距離干涉測量中，合成波長法是常用的方法 之一，其采用的光源要能同時發(fā)射兩個或多個穩(wěn)定的波長， 一般是通過一個或 多個激光器實現(xiàn)，由于采用多波長激光器或多個單波長激光器作為光源，波長 間隔是固定值，只能得到固定的某些合成波長，為了得到合適的合成波長而增 加激光器個數(shù)，會使系統(tǒng)變得復(fù)雜，多個激光器發(fā)出光束的同軸度不易保證。 專利DE 19522262描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)有兩個激光光源，以產(chǎn)生合成波長， 盡管對干涉儀的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及目標距離的穩(wěn)定性要求不高，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述已有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出了一種基于偏振態(tài)調(diào)控與波 長合成的雙頻激光測距方法與裝置，達到同時滿足超長距離精密測量和局部位 移快速超精密監(jiān)測的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法，該方法包括以下步
驟
(1) 開啟并預(yù)熱穩(wěn)頻激光器，直至輸出中心頻率穩(wěn)定為/的激光，激光光 束經(jīng)偏振分光鏡B分光獲得兩正交線偏振光，分別進入移頻頻率為力和/2的聲 光移頻器A和聲光移頻器B進行移頻，控制單元判斷測量系統(tǒng)的工作狀態(tài)，利
用開關(guān)控制電壓改變偏振旋轉(zhuǎn)器的偏振旋轉(zhuǎn)作用來控制激光偏振態(tài)，最終獲得光
頻率分別為/+力和/+/2、具有偏振態(tài)相同或正交的兩線偏振光；
(2) 精密調(diào)節(jié)反射鏡A和反射鏡B，使聲光移頻器A和聲光移頻器B出射 的兩線偏振光以相互垂直的形式匯聚到部分分光器分光面的同一點上，兩光束的 大部分能量形成一束合成雙頻偏振光并經(jīng)激光擴束準直器后輸出，另一小部分能 量被外置光電探測器A接收形成參考信號；
(3) 合成雙頻偏振光經(jīng)過激光擴束準直器成為平行光進入光學(xué)干涉鏡組， 絕對距離測量過程中，呈平行偏振態(tài)的測量光全部通過偏振分光鏡A轉(zhuǎn)換為圓 偏振光，該圓偏振光經(jīng)過1/4波片B，被測量棱鏡反射后再次通過1/4波片B轉(zhuǎn) 換為垂直偏振光，經(jīng)偏振分光鏡A反射被外置光電探測器B接收形成測量信號， 絕對距離激光測量單元檢測出測量信號和參考信號的相位差，獲得絕對距離丄， 同時數(shù)據(jù)融合單元清零；
(4) 相對位移測量過程中，呈正交線偏振態(tài)的雙頻激光被偏振分光鏡A分 解為參考光和測量光，兩光分別經(jīng)過1/4波片A和1/4波片B，經(jīng)參考棱鏡和測 量棱鏡分別反射后再次通過1/4波片A和1/4波片B到達偏振分光鏡A，在外置 光電探測器B處產(chǎn)生外差干涉形成測量信號，相對位移干涉測量單元實時監(jiān)測測 量信號和參考信號相位差的變化值，獲得相對位移厶丄；
(5) 數(shù)據(jù)融合單元清零后，先由絕對距離激光測量單元得到絕對距離丄， 再由相對位移干涉測量單元得到實時監(jiān)測的相對位移A丄，數(shù)據(jù)融合單元利用絕 對距離￡和相對位移A丄計算得出最終測距結(jié)果丄+AZ。
基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法，其光源在相對位移測量和 絕對距離測量中均使用同一個穩(wěn)頻激光器作為測量光源。通過改變聲光移頻器A 和聲光移頻器B中移頻信號的頻率差來合成絕對位移測量所需的一系列具有 50um 100um等效波長的雙頻激光，以及相對位移測量所需的具有0~20MHz頻
差的雙頻激光。利用偏振旋轉(zhuǎn)器控制激光偏振態(tài)，可分別獲得絕對距離測量所需 的具有相同線偏振方向的雙頻激光，以及相對位移測量所需的具有正交線偏振方
向的雙頻激光。絕對距離測量過程中雙頻激光同時射向測量棱鏡并被測量棱鏡所
5反射，而相對位移測量過程中雙頻激光中一種頻率的激光射向測量棱鏡并被測量 棱鏡所反射，而另外一種頻率的激光射向參考棱鏡并被參考棱鏡所反射。絕對距 離測量過程和相對位移測量過程中，雙頻激光均在外置光電探測器A和外置光 電探測器B處產(chǎn)生拍頻干涉。
一種基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距裝置，包括穩(wěn)頻激光器、激 光擴束準直器、光學(xué)干涉鏡組、外置光電探測器A和外置光電探測器B、絕對距 離激光測量單元、相對位移干涉測量單元、控制單元、數(shù)據(jù)融合單元；激光波長 分裂與合成單元配置在穩(wěn)頻激光器與激光擴束準直器之間，該激光波長分裂與合 成單元分別與控制單元和外置光電探測器A直接連接；激光波長分裂與合成單 元由聲光移頻器A和聲光移頻器B、反射鏡A和反射鏡B、頻率控制單元A和頻 率控制單元B、偏振旋轉(zhuǎn)器、偏振分光鏡B、部分分光器構(gòu)成，在穩(wěn)頻激光器的 輸出光路上設(shè)置偏振分光鏡B，其分光面與穩(wěn)頻激光器的輸出光路成45。，在偏 振分光鏡B的透射方向上放置聲光移頻器A，反射方向上放置反射鏡B，反射鏡 B的輸出光路上設(shè)置聲光移頻器B,聲光移頻器A和聲光移頻器B的輸出受頻率 控制單元A和頻率控制單元B的控制，在聲光移頻器A和聲光移頻器B的輸出與 部分分光器之間分別放置反射鏡A和偏振旋轉(zhuǎn)器。
本發(fā)明具有以下特點及良好效果
1、 針對傳統(tǒng)激光測量方法無法同時實現(xiàn)絕對距離測量和相對位移超精密測 量的問題，通過偏振旋轉(zhuǎn)控制器件和聲光移頻器件實現(xiàn)了滿足兩種測量系統(tǒng)的光 源設(shè)計上的有機融合，并同時滿足超長距離精密測量和局部位移快速超精密監(jiān)測 的要求，這是傳統(tǒng)雙頻激光干涉儀所不具備的。使用單一激光器作為光源在簡化 測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時，保證了輸出激光光束的高同軸度，同時降低了整套系統(tǒng)的 成本，顯著提高了性價比，這是本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點之一；
2、 通過偏振旋轉(zhuǎn)器的控制及聲光移頻器的波長調(diào)諧作用，對穩(wěn)頻激光器的 輸出光進行分光并分別進行聲光移頻和偏振旋轉(zhuǎn)控制，形成具有相同或正交線偏 振態(tài)和不同波長的雙頻激光，其波長取決于兩次聲光移頻的差值，偏振態(tài)由偏振 旋轉(zhuǎn)器控制。使用聲光移頻器可以實現(xiàn)大頻差范圍內(nèi)的連續(xù)移頻，只要選擇合適 的波長間隔就可以組成一系列由大到小的虛擬合成波長鏈，完成絕對距離由粗測 到精測的整個過程，這是本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點之二；
3、 測量系統(tǒng)根據(jù)工作狀態(tài)來控制測量系統(tǒng)的光源和信號處理單元的切換， 從而有序地獲取、融合絕對距離測量和相對位移監(jiān)測的測量數(shù)據(jù)，該切換由控制 單元自動實現(xiàn)，操作簡便，這是本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點之三。


圖1為基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為絕對距離測量時激光波長分裂與合成單元結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為絕對距離測量時光學(xué)干涉鏡組中的光路示意圖
圖4為相對位移測量時激光波長分裂與合成單元結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為相對位移測量時光學(xué)干涉鏡組中的光路示意圖
圖中，l穩(wěn)頻激光器、2控制單元、3激光波長分裂與合成單元、4激光擴束 準直器、5偏振分光鏡A、 6參考棱鏡、71/4波片A、 81/4波片B、 9光學(xué)干涉 鏡組、IO測量棱鏡、ll外置光電探測器A、 12外置光電探測器B、 13絕對距離 激光測量單元、14數(shù)據(jù)融合單元、15相對位移干涉測量單元、16偏振分光鏡B、 17頻率控制單元A、 18聲光移頻器A、 19反射鏡A、 20部分分光器、21偏振 旋轉(zhuǎn)器、22頻率控制單元B、 23聲光移頻器B、 24反射鏡B
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行詳細描述。
如圖1所示，開啟電源，穩(wěn)頻激光器l進行預(yù)熱，采用雙縱模熱穩(wěn)頻原理進 行激光穩(wěn)頻控制，直至穩(wěn)頻激光器l輸出中心頻率為/的穩(wěn)定激光光束；穩(wěn)頻激 光進入激光波長分裂與合成單元3，由控制單元2判斷測量系統(tǒng)的工作狀態(tài)，選
擇絕對距離測量模式或相對位移測量模式，在絕對距離測量模式下，測量光源輸 出兩種具有相同線偏振態(tài)和不同波長的雙頻激光，其波長將取決與兩次聲光移頻
的差值，偏振態(tài)由偏振旋轉(zhuǎn)器控制。改變兩次聲光移頻的差值，則同偏振態(tài)的雙 頻激光將合成一系列具有50um 100um等效波長的激光波長鏈，通過波長鏈的有 序組合，并結(jié)合高精度相位測量方法，可實現(xiàn)100m范圍內(nèi)絕對距離的精密測量。 對穩(wěn)頻激光器1的輸出光進行偏振分光并分別進行聲光移頻，形成具有兩種正交 線偏振態(tài)和具有0 20MHz頻差的雙頻激光，此正交雙頻激光被用于雙頻激光相 對位移干涉測量。
絕對距離測量和相對位移測量均使用同一個穩(wěn)頻激光器1，經(jīng)過激光波長分 裂與合成單元3合成高同軸度的單束激光，其一小部分能量被外置光電探測器 All接收形成參考信號，大部分能量經(jīng)激光擴束準直器4成為平行光進入光學(xué)干 涉鏡組9，絕對距離測量過程中，呈平行偏振態(tài)的測量光全部通過偏振分光鏡A5， 經(jīng)過1/4波片B8轉(zhuǎn)換為圓偏振光，該圓偏振光經(jīng)測量棱鏡10反射后再次通過
71/4波片B8轉(zhuǎn)換為垂直偏振光，經(jīng)偏振分光鏡A5反射被外置光電探測器B12 接收形成測量信號，絕對距禽激光測量單元13檢測出測量信號和參考信號的相 位差，獲得絕對距離丄，同時數(shù)據(jù)融合單元清零；相對位移測量過程中，呈正交 線偏振態(tài)的雙頻光被偏振分光鏡A'5分解為參考光和測量光，兩光分別經(jīng)過1/4 波片A7和1/4波片B8,經(jīng)參考棱鏡6和測量棱鏡10反射后再次通過1/4波片 A7和1/4波片B8到達偏振分光鏡A5，在外置光電探測器B12處產(chǎn)生外差干涉 形成測量信號，相對位移干涉測量單元15實時監(jiān)測參考信號和測量信號相位差 的變化值，獲得相對位移AZ。數(shù)據(jù)融合單元14清零后，先由絕對距離激光測量 單元13得到絕對距離￡，再由相對位移干涉測量單元15得到實時監(jiān)測的相對位 移A丄，利用絕對距離￡和相對位移厶丄計算得出最終測距結(jié)果丄+Ai:。
一種基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距裝置，包括穩(wěn)頻激光器1、 激光擴束準直器4、光學(xué)干涉鏡組9、外置光電探測器A11和外置光電探測器B12、 絕對距離激光測量單元13、相對位移干涉測量單元15、控制單元2、數(shù)據(jù)融合 單元14;激光波長分裂與合成單元3配置在穩(wěn)頻激光器1與激光擴束準直器4 之間，該激光波長分裂與合成單元3分別與控制單元2和外置光電探測器All 直接連接。光學(xué)干涉鏡組9由偏振分光鏡A5、參考棱鏡6、 1/4波片A7、 1/4波 片B8、測量棱鏡10構(gòu)成。
如圖2和圖4所示，激光波長分裂與合成單元3由聲光調(diào)制器A18和聲光調(diào) 制器B23、反射鏡A19和反射鏡B24、頻率控制單元A17和頻率控制單元B22、 偏振旋轉(zhuǎn)器21、偏振分光鏡B16、部分分光器20組成，在穩(wěn)頻激光器l的輸出 光路上設(shè)置偏振分光鏡B16，其分光面與穩(wěn)頻激光器l的輸出光路成45° ，在偏 振分光鏡B16的輸出光方向上放置聲光移頻器A18，透射方向上放置反射鏡B24， 反射鏡B24的輸出光路上設(shè)置聲光移頻器B23，聲光移頻器A18和聲光移頻器B23 的輸出受頻率控制單元A17和頻率控制單元B22的控制，在聲光移頻器A18和聲 光移頻器B23的輸出與部分分光器20之間分別放置反射鏡A19和偏振旋轉(zhuǎn)器21 。
如圖2所示，穩(wěn)頻激光器1發(fā)出45。單頻偏振光，該單頻光經(jīng)過偏振分光鏡 B16分光，獲得兩線偏振光分別進入移頻頻率為力和/2的聲光移頻器A18和聲光 移頻器B23進行移頻，聲光移頻器A18和聲光移頻器B23出射光的頻率分別變?yōu)?/+/1和/+/2;控制單元2判斷測量系統(tǒng)的工作狀態(tài)，選擇絕對距離測量模式，通 過開關(guān)控制電壓改變偏振旋轉(zhuǎn)器21的偏振旋轉(zhuǎn)作用控制一路線偏振光的偏振 態(tài)，使移頻后的兩束激光具有相同的線偏振態(tài)；精密調(diào)節(jié)反射鏡A19和反射鏡 B24，使兩束激光匯聚到部分分光器20分光面的同一點上，兩光束的大部分能量 形成一束合成雙頻激光輸出，另一小部分能量形成參考信號。在絕對距離測量狀 態(tài)下可控制偏振旋轉(zhuǎn)器21獲得合成波長為c/(/r/2)的線偏振光，改變兩聲光移頻的差值，可獲得絕對位移測量所需的系列激光波長鏈。
如圖3所示，由激光波長分裂與合成單元3獲得同偏振態(tài)的雙頻激光，改變 聲光移頻的差值，則同偏振態(tài)的雙頻激光將合成一系列具有50um 100um等效波 長的激光波長鏈，經(jīng)過擴束準直進入光學(xué)干涉鏡組9。呈平行偏振態(tài)的測量光全 部通過偏振分光鏡A5，經(jīng)過1/4波片B8轉(zhuǎn)換為圓偏振光，該圓偏振光經(jīng)測量棱 鏡10反射后再次通過1/4波片B8轉(zhuǎn)換為垂直偏振光，經(jīng)偏振分光鏡A5反射， 在外置光電探測器B12處產(chǎn)生拍頻干涉形成測量信號。絕對距離測量過程中雙 頻激光同時射向測量棱鏡10并被測量棱鏡IO所反射。
如圖4所示，穩(wěn)頻激光器1發(fā)出45。單頻偏振光，該單頻光經(jīng)過偏振分光鏡 B16分光，獲得兩線偏振光分別進入移頻頻率為yi和/2的聲光移頻器A18和聲光 移頻器B23進行移頻，聲光移頻器A18和聲光移頻器B23出射光的頻率分別變?yōu)?/+/1和/+/2;控制單元2判斷測量系統(tǒng)的工作狀態(tài)，選擇相對位移測量模式，通 過開關(guān)控制電壓改變偏振旋轉(zhuǎn)器21的偏振旋轉(zhuǎn)作用控制一路線偏振光的偏振 態(tài)，使移頻后的兩束激光具有正交的線偏振態(tài)；精密調(diào)節(jié)反射鏡A19和反射鏡 B24，使兩束激光匯聚到部分分光器20分光面的同一點上，兩光束的大部分能量 形成一束合成雙頻激光輸出，另一小部分能量形成參考信號。在相對位移干涉測 量狀態(tài)下可控制偏振旋轉(zhuǎn)器21獲得頻差為/1-/2的正交線偏振雙頻激光。
如圖5所示，由激光波長分裂與合成單元3獲得頻率差為力-/2的正交線偏振 雙頻激光，經(jīng)過擴束準直進入光學(xué)干涉鏡組9。呈正交線偏振態(tài)的雙頻激光被偏 振分光鏡A5分解為參考光和測量光，參考光呈垂直偏振態(tài)，測量光為水平偏振 態(tài)，兩光分別經(jīng)過1/4波片A7和1/4波片B8形成圓偏振光，參考光形成右旋偏 振光，測量光形成左旋偏振光，經(jīng)參考棱鏡6和測量棱鏡10反射后再次通過1/4 波片A7和1/4波片B8轉(zhuǎn)換為線偏振光，參考光轉(zhuǎn)換為水平偏振態(tài)，測量光轉(zhuǎn) 換為垂直偏振態(tài)，仍呈正交線偏振態(tài)的雙頻激光光到達偏振分光鏡A5，在外置 光電探測器B12處產(chǎn)生外差干涉形成測量信號。相對位移測量過程中雙頻激光 中一種頻率的激光射向測量棱鏡10并被測量棱鏡10所反射，而另外一種頻率的 激光射向參考棱鏡6并被參考棱鏡6所反射。
9
權(quán)利要求
1、一種基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)開啟并預(yù)熱穩(wěn)頻激光器，直至輸出中心頻率穩(wěn)定為f的激光，激光光束經(jīng)偏振分光鏡B分光獲得兩正交線偏振光，分別進入移頻頻率為f1和f2的聲光移頻器A和聲光移頻器B進行移頻，控制單元判斷測量系統(tǒng)的工作狀態(tài)，利用開關(guān)控制電壓改變偏振旋轉(zhuǎn)器的偏振旋轉(zhuǎn)作用來控制激光偏振態(tài)，最終獲得光頻率分別為f+f1和f+f2具有偏振態(tài)相同或正交的兩線偏振光；(2)精密調(diào)節(jié)反射鏡A和反射鏡B，使聲光移頻器A和聲光移頻器B出射的兩線偏振光以相互垂直的形式匯聚到部分分光器分光面的同一點上，兩光束的大部分能量形成一束合成雙頻偏振光并經(jīng)激光擴束準直器后輸出，另一小部分能量被外置光電探測器A接收形成測量信號；(3)合成雙頻偏振光經(jīng)過激光擴束準直器成為平行光進入光學(xué)干涉鏡組，絕對距離測量過程中，呈平行偏振態(tài)的測量光全部通過偏振分光鏡A轉(zhuǎn)換為圓偏振光，該圓偏振光經(jīng)過1/4波片B，被測量棱鏡反射后再次通過1/4波片B轉(zhuǎn)換為垂直偏振光，經(jīng)偏振分光鏡A反射被外置光電探測器B接收形成測量信號，絕對距離激光測量單元檢測出測量信號和參考信號的相位差，獲得絕對距離L，同時數(shù)據(jù)融合單元清零；(4)相對位移測量過程中，呈正交線偏振態(tài)的雙頻激光被偏振分光鏡A分解為參考光和測量光，兩光分別經(jīng)過1/4波片A和1/4波片B，經(jīng)參考棱鏡和測量棱鏡分別反射后再次通過1/4波片A和1/4波片B到達偏振分光鏡A，在外置光電探測器B處產(chǎn)生外差干涉形成測量信號，相對位移干涉測量單元實時監(jiān)測兩信號相位差的變化值，獲得相對位移△L；(5)數(shù)據(jù)融合單元清零后，先由絕對距離激光測量單元得到絕對距離L，再由相對位移干涉測量單元得到實時監(jiān)測的相對位移△L，數(shù)據(jù)融合單元利用絕對距離L和相對位移△L計算得出最終測距結(jié)果L+△L。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法， 其特征在于其光源在相對位移測量和絕對距離測量中均使用同一個穩(wěn)頻激光器 作為測量光源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法， 其特征在于通過改變聲光移頻器A和聲光移頻器B中移頻信號的頻率差來合成絕對位移測量所需的一系列具有50um 100um等效波長的雙頻激光，以及相對位 移測量所需的具有0~20MHz頻差的雙頻激光。
4、 根據(jù)權(quán)利要《1所述的基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法， 其特征在于利用偏振旋轉(zhuǎn)器控制激光偏振態(tài)，可分別獲得絕對距離測量所需的具 有相同線偏振方向的雙頻激光，以及相對位移測量所需的具有正交線偏振方向的 雙頻激光。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法， 其特征在于絕對距離測量過程中雙頻激光同時射向測量棱鏡并被測量棱鏡所反 射，而相對位移測量過程中雙頻激光中一種頻率的激光射向測量棱鏡并被測量棱 鏡所反射，而另外一種頻率的激光射向參考棱鏡并被參考棱鏡所反射。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法， 其特征在于絕對距離測量過程和相對位移測量過程中，雙頻激光均在外置光電探 測器A和外置光電探測器B處產(chǎn)生拍頻干涉。
7、 一種基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距裝置，包括穩(wěn)頻激光器 (1)、激光擴束準直器(4)、光學(xué)干涉鏡組(9)、外置光電探測器A (11)和外置光電探測器B(12)、絕對距離激光測量單元(13)、相對位移干涉測量單元(15)、 控制單元(2)、數(shù)據(jù)融合單元(14);其特征在于激光波長分裂與合成單元(3) 配置在穩(wěn)頻激光器(1)與激光擴束準直器(4)之間，該激光波長分裂與合成單 元(3)分別與控制單元(2)和外置光電探測器A (11)直接連接；激光波長分 裂與合成單元(3)由聲光移頻器A (18)和聲光移頻器B (23)、反射鏡A (19) 和反射鏡B (24)、頻率控制單元A (17)和頻率控制單元B (22)、偏振旋轉(zhuǎn)器 (21)、偏振分光鏡B (16)、部分分光器(20)構(gòu)成，其中，在穩(wěn)頻激光器(1) 的輸出光路上設(shè)置偏振分光鏡B (16)，其分光面與穩(wěn)頻激光器的輸出光路成45 ° ,在偏振分光鏡B (16)的透射方向上放置聲光移頻器A (18)，反射方向上放 置反射鏡B (24)，反射鏡B (24)的輸出光路上設(shè)置聲光移頻器B (23)，聲光 移頻器A (18)和聲光移頻器B (23)的輸出受頻率控制單元A (17)和頻率控 制單元B (22)的控制，在聲光移頻器A (18)和聲光移頻器B (23)的輸出與 部分分光器(20)之間分別放置反射鏡A (19)和偏振旋轉(zhuǎn)器(21)。
全文摘要
基于偏振態(tài)調(diào)控與波長合成的雙頻激光測距方法與裝置屬于激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域；在絕對距離測量和相對位移測量中，本方法均使用同一個穩(wěn)頻激光器作為測量光源，通過偏振旋轉(zhuǎn)器的控制及聲光移頻器的波長調(diào)諧作用，實現(xiàn)絕對距離測量和相對位移動態(tài)測量的有機融合，同時滿足超長距離精密測量和局部位移快速超精密監(jiān)測的要求；本裝置包括由聲光移頻器A和聲光移頻器B、反射鏡A和反射鏡B、頻率控制單元A和頻率控制單元B、偏振旋轉(zhuǎn)器、偏振分光鏡B、部分分光器構(gòu)成的激光波長分裂與合成單元；本發(fā)明具有兼顧超長距離超精密測量能力及一體化構(gòu)成等優(yōu)點。
文檔編號G01S7/481GK101533096SQ20091007186
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者徐慶陽, 婧 李, 胡鵬程, 譚久彬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)