一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于激光頻率參數(shù)的測(cè)量方法，特別是涉及一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法，其過(guò)程是：利用掃頻激光器輸出的頻率線性變化的激光，注入被測(cè)環(huán)形諧振腔，通過(guò)光路匹配部件，使一部分激光從被測(cè)環(huán)形諧振腔透射出來(lái)，經(jīng)探測(cè)器和放大器、A/D轉(zhuǎn)換采集進(jìn)計(jì)算機(jī)，得到縱模頻率間隔對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔T和被測(cè)頻率間隔對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔T1，最后以已知的掃頻激光器的縱模頻率間隔作為比例尺，計(jì)算得到被測(cè)頻率間隔。本發(fā)明通過(guò)所述方法將難以測(cè)量的光頻間隔轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)頻率間隔的測(cè)量，整個(gè)方法操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，測(cè)量成本低，具有較佳的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光頻率參數(shù)的測(cè)量方法，特別是涉及一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光陀螺是一種精密的光學(xué)測(cè)量器件，環(huán)形諧振腔是激光陀螺的核心部件。不管是二頻激光陀螺還是四頻激光陀螺，其本征激光模式頻率間隔都是一個(gè)非常重要的參數(shù)。二頻激光陀螺工作在單縱模狀態(tài)，要求縱模頻率間隔大于激光增益的出光帶寬。對(duì)于采用非共面諧振腔方案的四頻激光陀螺，其模式分裂的頻率間隔更是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，直接決定諧振腔非共面角的大小。
[0003]然而激光陀螺內(nèi)的激光頻率高，難以實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量或者測(cè)量成本很高。目前在激光陀螺諧振腔設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于激光模式頻率間隔參數(shù)僅通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒(méi)有通過(guò)實(shí)際測(cè)量進(jìn)行驗(yàn)證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)激光陀螺環(huán)形諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量，本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、測(cè)量成本低的激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)
量方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:.一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法，其包括如下步驟:
[0006]步驟1:掃頻激光器輸出
[0007]引燃掃頻激光器，打開(kāi)加載在掃頻激光器上的鋸齒波發(fā)生電路，使得掃頻激光器輸出頻率線性變化的激光；
[0008]步驟2:被測(cè)諧振腔安裝調(diào)試
[0009]將被測(cè)諧振腔安裝到測(cè)量光路中；通過(guò)調(diào)整光路匹配部件實(shí)現(xiàn)掃頻激光器輸出激光與被測(cè)諧振腔的共振；
[0010]步驟3:本征頻譜篩選
[0011]掃頻激光器輸出頻率線性變化的激光進(jìn)入被測(cè)諧振腔內(nèi)后，當(dāng)頻率與諧振腔本征頻率相同時(shí)，該頻率的激光從被測(cè)諧振腔內(nèi)出射，所出射的掃頻激光被被測(cè)諧振腔各本征頻率篩選成在時(shí)間軸上若干離散的光信號(hào)，從而將直接測(cè)量的光頻間隔從頻率軸轉(zhuǎn)換到時(shí)間軸上；
[0012]步驟4:信號(hào)采集
[0013]被測(cè)諧振腔所出射的光信號(hào)經(jīng)探測(cè)器和放大器后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后采集進(jìn)處理計(jì)算機(jī)；
[0014]步驟5:先確定轉(zhuǎn)化后的離散電信號(hào)的時(shí)間間隔T和Tl，T對(duì)應(yīng)于縱模頻率間隔F_cavity, Tl對(duì)應(yīng)于被測(cè)頻率間隔F_LR ；[0015]被測(cè)頻率間隔F_LR通過(guò)式(I)計(jì)算即可得到。
[0016]F_LR= (F_cavity/T) ^T1(I)
[0017]F_laser=c/L(2)
[0018]式⑵中，c為光速，L為掃頻激光器腔長(zhǎng)。
[0019]所述掃頻激光器為He-Ne氣體激光器，其諧振腔反射鏡上設(shè)置有用于改變腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)變化的壓電陶瓷。
[0020]所述掃描激光器腔長(zhǎng)和被測(cè)諧振腔腔長(zhǎng)滿足關(guān)系:L_laSer≥0.5L_cavity。
[0021]鋸齒波頻率不大于IOHz。
[0022]鋸齒波發(fā)生電路中設(shè)置有壓電陶瓷非線性補(bǔ)償模塊。
[0023]所述探測(cè)器和放大器的信噪比優(yōu)于0.5%。
[0024]有別于直接測(cè)量激光頻率技術(shù)，本發(fā)明的測(cè)量方法是利用掃頻激光器輸出的頻率線性變化的激光激勵(lì)起被測(cè)諧振腔的本征頻譜，將難以測(cè)量的光頻間隔轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，最后以已知的掃頻激光器的縱模頻率間隔作為比例尺，計(jì)算得到被測(cè)頻率間隔，測(cè)量精度能夠較好的滿足實(shí)際測(cè)量要求。因此本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，測(cè)量成本低，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明被測(cè)激光陀螺諧振腔激光模式頻譜示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法所采用的測(cè)量系統(tǒng)的原理框圖；
[0027]圖3是本發(fā)明激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法的原理示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后的示意圖，
[0029]其中，1-計(jì)算機(jī)、2-探測(cè)器和放大器、3-被測(cè)諧振腔、4-光路匹配部件、5-掃頻激光器、6-鋸齒波發(fā)生電路。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0031 ] 請(qǐng)參閱圖1，其是一種被測(cè)激光陀螺諧振腔的本征模式頻率譜示意圖。其縱模分裂后的左旋光模式L和右旋光模式R之間存在頻率間隔F_LR，即為待測(cè)的頻率間隔。
[0032]請(qǐng)參閱圖2，其是本發(fā)明激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法所采用的測(cè)量系統(tǒng)的原理框圖。其中，所述測(cè)量系統(tǒng)包括順次連接的計(jì)算機(jī)1，探測(cè)器和放大器2、被測(cè)諧振腔3、光路匹配部件4、掃頻激光器5、鋸齒波發(fā)生電路6。其中，所述的掃頻激光器為He-Ne氣體激光器，利用安裝在一個(gè)反射鏡上的壓電陶瓷可改變腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)變化。為保證系統(tǒng)功能，要求激光器腔長(zhǎng)和被測(cè)諧振腔腔長(zhǎng)滿足關(guān)系:L_laSer ^ 0.5L_cavity，當(dāng)然也可根據(jù)激光器的出光帶寬和壓電陶瓷的腔長(zhǎng)變化能力，選擇其他的腔長(zhǎng)關(guān)系O
[0033]所述的鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)生頻率固定、幅度可調(diào)的鋸齒波電壓，該電壓加載在激光器的壓電陶瓷上。為保證系統(tǒng)功能和測(cè)量精度，鋸齒波頻率選擇為幾個(gè)Hz，幅度要求能夠至少使激光器腔長(zhǎng)改變2個(gè)波長(zhǎng)；并且電路中設(shè)置有壓電陶瓷非線性補(bǔ)償模塊，以補(bǔ)償壓電陶瓷的滯環(huán)等誤差，使腔長(zhǎng)能夠線性變化。
[0034]所述光路匹配部件為用于將掃頻激光器的輸出激光耦合進(jìn)待測(cè)諧振腔的光學(xué)組件。所述探測(cè)器和放大器要求低噪聲，信噪比優(yōu)于0.5%。
[0035]本發(fā)明利用掃頻激光器輸出的頻率線性變化的激光激勵(lì)起被測(cè)諧振腔的本征頻譜，將難以測(cè)量的光頻間隔轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，最后以已知的掃頻激光器的縱模頻率間隔作為比例尺，計(jì)算得到被測(cè)頻率間隔，其具體步驟如下:
[0036]步驟1:掃頻激光器輸出
[0037]引燃掃頻激光器，打開(kāi)加載在掃頻激光器上的鋸齒波發(fā)生電路，使得掃頻激光器輸出頻率線性變化的激光；
[0038]步驟2:被測(cè)諧振腔安裝調(diào)試
[0039]將被測(cè)諧振腔安裝到測(cè)量光路中；通過(guò)調(diào)整光路匹配部件實(shí)現(xiàn)掃頻激光器輸出激光與被測(cè)諧振腔的共振；
[0040]步驟3:本征頻譜篩選
[0041]掃頻激光器輸出頻率線性變化的激光進(jìn)入被測(cè)諧振腔內(nèi)后，當(dāng)頻率與諧振腔本征頻率相同時(shí)，該頻率的激光從被測(cè)諧振腔內(nèi)出射，所出射的掃頻激光被被測(cè)諧振腔各本征頻率篩選成在時(shí)間軸上若干離散的光信號(hào)，從而將難以直接測(cè)量的光頻間隔從頻率軸轉(zhuǎn)換到時(shí)間軸上；
[0042]步驟4:信號(hào)采集
[0043]被測(cè)諧振腔所出射的光信號(hào)經(jīng)探測(cè)器和放大器后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后采集進(jìn)處理計(jì)算機(jī)；
[0044]步驟5:請(qǐng)參閱圖4，先確定轉(zhuǎn)化后的離散電信號(hào)的時(shí)間間隔T和T1，T對(duì)應(yīng)于縱模頻率間隔F_cavity，Tl對(duì)應(yīng)于被測(cè)頻率間隔F_LR ；
[0045]被測(cè)頻率間隔F_LR通過(guò)式(I)計(jì)算即可得到。
【權(quán)利要求】
1.一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:掃頻激光器輸出 引燃掃頻激光器，打開(kāi)加載在掃頻激光器上的鋸齒波發(fā)生電路，使得掃頻激光器輸出頻率線性變化的激光； 步驟2:被測(cè)諧振腔安裝調(diào)試 將被測(cè)諧振腔安裝到測(cè)量光路中；通過(guò)調(diào)整光路匹配部件實(shí)現(xiàn)掃頻激光器輸出激光與被測(cè)諧振腔的共振； 步驟3:本征頻譜篩選 掃頻激光器輸出頻率線性變化的激光進(jìn)入被測(cè)諧振腔內(nèi)后，當(dāng)頻率與諧振腔本征頻率相同時(shí)，該頻率的激光從被測(cè)諧振腔內(nèi)出射，所出射的掃頻激光被被測(cè)諧振腔各本征頻率篩選成在時(shí)間軸上若干離散的光信號(hào)，從而將直接測(cè)量的光頻間隔從頻率軸轉(zhuǎn)換到時(shí)間軸上; 步驟4:信號(hào)采集 被測(cè)諧振腔所出射的光信號(hào)經(jīng)探測(cè)器和放大器后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后采集進(jìn)處理計(jì)算機(jī)； 步驟5:先確定轉(zhuǎn)化后的離散電信號(hào)的時(shí)間間隔T和Tl，T對(duì)應(yīng)于縱模頻率間隔F_cavity, Tl對(duì)應(yīng)于被測(cè)頻率間隔F_LR ； 被測(cè)頻率間隔F_LR通過(guò)式(I)計(jì)算即可得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法，其特征在于:所述掃頻激光器為He-Ne氣體激光器，其諧振腔反射鏡上設(shè)置有用于改變腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)變化的壓電陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法，其特征在于:所述掃描激光器腔長(zhǎng)和被測(cè)諧振腔腔長(zhǎng)滿足關(guān)系:L_laSer≥0.5L_cavity。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法，其特征在于:鋸齒波頻率不大于IOHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測(cè)量方法，其特征在于:鋸齒波發(fā)生電路中設(shè)置有壓電陶瓷非線性補(bǔ)償模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形諧振腔模式頻率間隔的測(cè)量方法，其特征在于:所述探測(cè)器和放大器的信噪比優(yōu)于0.5%。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103674486SQ201210328596
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月7日
【發(fā)明者】張自國(guó), 王珂, 孫志光 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第六一八研究所