[发明专利]基于双频激光器的自混合干涉多普勒测速仪

摘要

一种基于自混合干涉效应的多普勒测速仪，属于激光测量领域。该测速仪由光源，测量部分和信号处理3个部分组成。其系统光源使用的是双频激光器，并且自混合干涉系统的测量部分即系统外腔放置了一块四分之一波片，该波片快轴方向与两偏振光的偏振方向分别夹45°角，这样光束在外腔行进一个来回，其偏振方向将变为原先的垂直方向。对于本套自混合干涉测速仪，当没有多普勒频移时，激光器的功率谱上将只有一条谱线，而当多普勒频移存在时，功率谱上的原先谱线将变为两条，两条谱线对应拍频信号的差值的正负代表速度的方向，两谱线间的距离可以换算成速度的大小。本发明所设计的自混合干涉测速仪是一种结构紧凑简单，性价比高，并且易于实现速度方向识别的测速装置。

主权项

1.基于双频激光器的自混合干涉多普勒测速仪包括光源，测量和信号处理三个部分，其特征在于，它含有：光源部分，它是一个双频激光器，该双频激光器包括：激光增益管，内部充有HeNe混合气体；尾光输出镜，反射率为99.8％，位于激光增益管轴向一侧；增透窗片，位于激光增益管轴向另一侧；机械式应力施加装置，它沿垂直于激光增益管轴的方向对增透窗片施加一个应力；主光束输出镜，反射率为98％，位于增透窗片另一侧，输出两正交偏振光，频率分别为f1 和f2；横向磁场发生器，它向激光增益管施加平行或垂直于上述应力方向的横向磁场；测量部分，即外腔，它包括：四分之一波片，其快轴方向与上述两正交偏振光的偏振方向的夹角都是45度角；外腔反射镜即待测物体，位于四分之一波片另一侧；当外腔反射镜沿着激光器输出光的方向运动时，入射到它上面的两频率分别为f1和f2的正交偏振光将产生多普勒频移，频移后的光经过四分之一波片后所得到的两频率f1′和f2′分别为：f1′＝f1+fD， f2′＝f2+fD，$f_D=\frac{2V}{\lambda },$ λ为激光器输出的光波长，V为外腔反射镜的移动速度，而且f1′平行于f2，f2′平行于f1；信号处理部分，包括：Wollaston棱镜，它位于尾光输出镜的另一侧；当产生多普勒频移时，尾光输出镜就向它输出下列两个拍频信号：频率为f1′的光束反馈回激光谐振腔后与腔内频率为f2的光束形成的拍频fB1：fB1＝f2-f1′＝Δf-fD，其中Δf＝f2-f1为激光器频差，下同；频率为f2′的光束反馈回激光谐振腔后与腔内频率为f1的光束形成的拍频fB2：fB2＝f2′-f1＝Δf+fD；光电探测器，共两个，位于Wollaston棱镜另一侧，在产生多普勒频移时，该光电探测器的输入信号分别是经Wollaston棱镜分开的两拍频信号fB1和fB2；计数器，共两个，它们的输入信号分别是上述两个光电探测器的输出信号fB1和fB2；运算器，它的输入信号是上述两个计数器的输出信号，它的输出信号是：$V=\frac{f_{B2}-f_{B1}}{4}\lambda ,$ V的方向由fB2-fB1值的正负决定，在f1＜f2的前提下，fB2-fB1的值为正，说明物体向靠近激光器的方向移动，fB2-fB1的值为负，说明物体向远离激光器的方向移动；数字显示器，它的输入端与上述运算器的输出端相连，它显示V的方向和大小。