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专利号: 2017109597242
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光学系统轴向参数测量装置,其特征在于,所述装置包括:

低相干测量单元,所述低相干测量单元用于产生低相干干涉波;所述低相干测量单元包括低相干光源,所述低相干光源发出低相干测量光和低相干参考光,所述低相干干涉波为所述低相干测量光经过被测光学系统反射后的光与所述低相干参考光干涉形成的光波;

高相干标尺单元,所述高相干标尺单元用于产生高相干干涉波;所述高相干标尺单元包括高相干光源,所述高相干光源发出高相干测量光和高相干参考光,所述高相干测量光和高相干参考光发生干涉,形成高相干干涉波;

扫描单元,所述低相干参考光和所述高相干测量光均经过所述扫描单元,所述扫描单元用于为所述低相干干涉波和所述高相干干涉波提供同一光学延时线;

量程倍增单元,所述量程倍增单元用于采集所述低相干测量单元产生的所述低相干干涉波以及扩大测量量程的范围;

信号处理单元,所述信号处理单元用于以所述高相干干涉波为参考基准,对量程倍增单元采集到的所述低相干干涉波进行分析处理,得到光学系统各介质分界面之间的轴向距离;

所述低相干测量单元与所述量程倍增单元相连接,所述信号处理单元分别与所述量程倍增单元、所述高相干标尺单元相连接;

其中,所述低相干测量单元还包括第一耦合器、第一偏振控制器、第一光环形器、第一准直器、第二偏振控制器、第二光环形器、波分复用器、第二准直器;

所述低相干测量光经由第一偏振控制器、第一光环形器、第一准直器后依次入射到被测光学系统的各介质分界面上,经各介质分界面反射后依次经过所述第一光环形器、所述第一光纤分路器,依次到达所述量程倍增单元;所述低相干测量光经过所述第一光纤分路器后得到的多路低相干测量光;

所述低相干参考光经由第二偏振控制器、第二光环形器、波分复用器、第二准直器、所述扫描单元的扫描镜,垂直入射到所述扫描单元的反射镜,经所述扫描单元的反射镜反射后返回到达所述第二光环形器,经所述第二光环形器、第二光纤分路器到达所述量程倍增单元;所述低相干参考光经过所述第二光纤分路器后得到的多路低相干参考光,相邻光路中的低相干参考光的光程成等差数列;

所述低相干测量光经过所述第一光纤分路器后得到的多路低相干测量光与所述低相干参考光经过所述第一光纤分路器后得到的多路低相干测量光在所述量程倍增单元发生干涉,得到所述低相干干涉波。

2.根据权利要求1所述的光学系统轴向参数测量装置,其特征在于,所述量程倍增单元包括多个耦合器、与各所述耦合器一一对应的探测器对,所述低相干测量光和所述低相干参考光在所述量程倍增单元的所述耦合器处发生干涉,得到所述低相干干涉波;所述探测器对对所述耦合器输出的所述低相干干涉波进行探测,所述低相干干涉波包括低相干反射干涉波和低相干透射干涉波。

3.根据权利要求2所述的光学系统轴向参数测量 装置,其特征在于,所述探测器对包括两个探测器,两个所述探测器分别用于对所述低相干反射干涉波和所述低相干透射干涉波进行探测。

4.根据权利要求1所述的光学系统轴向参数测量装置,其特征在于,所述高相干标尺单元包括高相干光源、第三耦合器、第四耦合器、第四耦合器、第三光环形器、第四光环形器和端面镀反射膜的光纤;

所述高相干光源发出的光经过所述第三耦合器后分成高相干参考光和高相干测量光,所述高相干参考光经由所述第三光环形器、端面镀反射膜的光纤、所述第三光环形器后到达所述第四耦合器,所述高相干测量光经由第四光环形器、波分复用器、第二准直器、所述扫描单元的扫描镜、垂直入射到所述扫描单元的反射镜,经扫描单元的反射镜反射后原路返回到达所述第四光环形器,经所述第四光环形器后到达所述第四耦合器;

入射到所述第四耦合器的所述高相干参考光和高相干测量光发生干涉,得到高相干干涉波,所述高相干干涉波包括高相干反射干涉波和高相干透射干涉波。

5.根据权利要求4所述的光学系统轴向参数测量装置,其特征在于,所述高相干标尺单元还包括两个探测器,两个所述探测器分别用于对所述第四耦合器输出的所述高相干反射干涉波和所述高相干透射干涉波进行探测。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的光学系统轴向参数测量装置,其特征在于,各光学器件之间的均采用光纤或光纤器件相连接。

7.一种光学系统轴向参数测量方法,其特征在于,所述方法应用于权利要求1-6任一项权利要求所述的光学系统轴向参数测量装置,所述方法包括:闭合光学系统轴向参数测量装置的总电源,点亮高相干光源、低相干光源;

前后移动被测光学系统,当被测光学系统第一个介质分界面的干涉峰出现在量程倍频单元中的第一组探测器上时,固定被测光学系统;

量程倍增单元中各组探测器接收被测光学系统各分界面处的低相干干涉信号;

信号处理单元采用微分过零法提取所述低相干干涉信号的极大值点,获取被测光学系统各分界面位置信息,并根据信号处理单元显示的干涉波图形,以高相干标尺单元产生的高相干干涉波为参考计算被测光学系统各分界面之间的距离,所述干涉波图形包括低相干干涉波图形和高相干干涉波图形。

8.根据权利要求7所述的测量方法,其特征在于,所述根据信号处理单元显示的干涉波图形,以高相干标尺单元产生的高相干干涉波为参考计算被测光学系统各分界面之间的距离,具体包括:当相邻两个介质分界面对应的低相干干涉信号处在同一个探测器上时,利用公式计算相邻两个介质分界面的轴向距离,其中,d为相邻两个介质分界面的轴向距离;n为干涉波图形中相邻两个介质分界面对应的低相干干涉信号的最大值之间包含高相干干涉信号周期的个数,λ为高相干光源发出光的波长;

当相邻两个介质分界面对应的低相干干涉信号不在同一个探测器上时,利用公式计算相邻两个介质分界面的轴向距离,其中,d为相邻两个介质分界面的轴向距离;nm为干涉波图形中前一介质分界面对应的低相干干涉信号的最大值与高相干干涉信号起始值之间包含高相干涉信号周期的个数;nn为干涉波图形中后一介质分界面对应的低相干干涉信号的最大值与高相干涉信号起始值之间包含高相干干涉信号周期的个数;Lm、Ln分别为前一介质分界面和后一介质分界面所对应的低相干参考光路的光程;λ为高相干光源发出光的波长。