[发明专利]紧凑型全光纤位移干涉仪

说明书

技术领域

本发明属于激光测试装置领域，具体涉及紧凑型全光纤位移干涉仪。

背景技术

激光位移干涉仪是一种建立在多普勒原理基础上的测速仪器，其工作机制如下：将激光器的出射光波照射在待测运动物体的表面，反射的激光因多普勒(Doppler)效应而产生微小的频率变化。再将反射激光和激光器本征激光合束发生差拍干涉，通过光电转换器和示波器记录差拍频率变化过程。从而能够非接触地、连续测试运动物体表面(或者内部粒子)位移、速度和加速度的变化过程。激光位移干涉仪和激光速度干涉仪都是冲击波物理和爆轰物理研究领域内重要的测试仪器，在凝聚态物理、冲击动力学、材料科学等领域有广泛应用前景。

早期的激光位移干涉仪是由离散光学元器件(如分束镜和反射镜)组成的迈克尔逊干涉仪(Michelson’s Interferometer)，因为只能用来测试镜面反射面运动，并且产生的信号频率太高，超出了光电转换器和示波器的响应速率，所以难以推广位移干涉仪的应用范围。中国工程物理研究院流体物理研究所在APPLIED PHYSICS LETTERS刊物2006年第89卷上公开了一篇文章(Optical-fiber interferometer for velocity measurements with picosecondresolution)，文章介绍了一种具有皮秒时间分辨率能够测量任意反射面运动速度的全光纤激光器位移干涉技术，简称DISAR(displacement interferometer system for anyreflector)，该技术已申请了中国发明专利，专利名称为《一种全光纤位移干涉仪》，专利号：200510022172.X，DISAR可以测量多种表面的运动速度历史，如平面、柱面和球面等。

但DISAR的光学测试探头体积较大，成本较高，探头调试困难。因此，在冲击波物理的一些研究领域，例如在激光驱动飞片技术和磁驱动飞片技术的研究课题中，由于实验样品尺寸较小、实验次数较多，需要降低速度测试仪的耗材成本，减小测试探头的尺寸；其次，由于观察时间较短，测量景深只需几个毫米就可满足大部分测试要求，因此在上述实验研究中没必要或不方便使用DISAR仪器。

发明内容

本发明提供一种紧凑型全光纤位移干涉仪，测试探头的直径只有几个毫米甚至更小，成本低廉，仪器集成度高，能实际应用于冲击波物理和爆轰物理实验，在几毫米景深范围内测试冲击加载下样品自由面或内部粒子运动位移历史，并能鉴别运动方向改变。

本发明的全光纤位移干涉仪，特点是干涉仪和测试探头全由光纤元器件组成，包括光纤激光器、光纤隔离器、变比分束器、光纤环形器、可调光纤衰减器、光纤放大器、光纤滤波器、光纤耦合器和光电转换器，上述光纤元器件都通过光纤连接。其连接关系是，光纤激光器、光纤隔离器和变比分束器一端依次连接，变比分束器另两端分别与可调光纤衰减器和光纤环形器连接，光纤环形器的另两端分别与光纤放大器和带尾纤的APC(Angle planeconnection)陶瓷插针连接；光纤放大器与光纤滤波器相连接，光纤耦合器的一端分别与可调光纤衰减器和光纤滤波器连接，光纤耦合器的另一端与光电转换器的一端连接，光电转换器另一端与外围设备中的示波器连接。干涉仪和光学探头全由光纤组成，系统结构紧凑，体积小巧。干涉仪中采用的光纤耦合器为3×3光纤耦合器、2×2光纤耦合器或1×2光纤耦合器中的任意一种。

直接采用带尾纤的APC陶瓷插针作为光学探头，一方面可以实现系统的高度集成；另一方面，由于APC陶瓷插针的光纤端面反射光基本可以忽略，可以通过光纤放大器增强待测表面的反射光强，从而有利于提高干涉信号的对比度和实现高分辨率的位移测量。

光纤元器件之间通过法兰盘插接，也可通过尾纤熔接连接。

与全光纤位移干涉仪配套的外围设备包括激光器、光电转换器和示波器。

在光纤激光器输出功率够用的情况下，只要在光纤隔离器后面插接几级等比光纤分束器(1×2或1×3光纤分束器均可)，把激光分成多束，再接续多套全光纤位移干涉仪中除光纤激光器和隔离器以外的其它元件，即可同时测试目标上多个被测点的运动。