一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于激光頻率參數(shù)的測量方法，特別是涉及一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測量方法，其過程是：利用掃頻激光器輸出的頻率線性變化的激光，注入被測環(huán)形諧振腔，通過光路匹配部件，使一部分激光從被測環(huán)形諧振腔透射出來，經(jīng)探測器和放大器、A/D轉(zhuǎn)換采集進(jìn)計算機(jī)，得到縱模頻率間隔對應(yīng)的時間間隔T和被測頻率間隔對應(yīng)的時間間隔T1，最后以已知的掃頻激光器的縱模頻率間隔作為比例尺，計算得到被測頻率間隔。本發(fā)明通過所述方法將難以測量的光頻間隔轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的時間間隔，實現(xiàn)對被測頻率間隔的測量，整個方法操作簡單，易于實現(xiàn)，測量成本低，具有較佳的實際應(yīng)用價值。
【專利說明】一種激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測量方法
【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量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光陀螺是一種精密的光學(xué)測量器件，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重要的設(shè)計參數(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，難以實現(xiàn)直接測量或者測量成本很高。目前在激光陀螺諧振腔設(shè)計過程中，對于激光模式頻率間隔參數(shù)僅通過理論計算進(jìn)行設(shè)計，沒有通過實際測量進(jìn)行驗證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)難以實現(xiàn)激光陀螺環(huán)形諧振腔激光模式頻率間隔的測量，本發(fā)明提供了一種操作簡單、易于實現(xiàn)、測量成本低的激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測
量方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，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:被測諧振腔安裝調(diào)試
[0009]將被測諧振腔安裝到測量光路中；通過調(diào)整光路匹配部件實現(xiàn)掃頻激光器輸出激光與被測諧振腔的共振；
[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)入被測諧振腔內(nèi)后，當(dāng)頻率與諧振腔本征頻率相同時，該頻率的激光從被測諧振腔內(nèi)出射，所出射的掃頻激光被被測諧振腔各本征頻率篩選成在時間軸上若干離散的光信號，從而將直接測量的光頻間隔從頻率軸轉(zhuǎn)換到時間軸上；
[0012]步驟4:信號采集
[0013]被測諧振腔所出射的光信號經(jīng)探測器和放大器后轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后采集進(jìn)處理計算機(jī)；
[0014]步驟5:先確定轉(zhuǎn)化后的離散電信號的時間間隔T和Tl，T對應(yīng)于縱模頻率間隔F_cavity, Tl對應(yīng)于被測頻率間隔F_LR ；[0015]被測頻率間隔F_LR通過式(I)計算即可得到。
[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。
[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，實現(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和被測諧振腔腔長滿足關(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]所述探測器和放大器的信噪比優(yōu)于0.5%。
[0024]有別于直接測量激光頻率技術(shù)，本發(fā)明的測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起被測諧振腔的本征頻譜，將難以測量的光頻間隔轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的時間間隔，最后以已知的掃頻激光器的縱模頻率間隔作為比例尺，計算得到被測頻率間隔，測量精度能夠較好的滿足實際測量要求。因此本發(fā)明操作簡單，易于實現(xiàn)，測量成本低，具有較大的實際應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明被測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量方法所采用的測量系統(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量方法的原理示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換處理后的示意圖，
[0029]其中，1-計算機(jī)、2-探測器和放大器、3-被測諧振腔、4-光路匹配部件、5-掃頻激光器、6-鋸齒波發(fā)生電路。
【具體實施方式】
[0030]下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
[0031 ] 請參閱圖1，其是一種被測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，即為待測的頻率間隔。
[0032]請參閱圖2，其是本發(fā)明激光陀螺諧振腔激光模式頻率間隔的測量方法所采用的測量系統(tǒng)的原理框圖。其中，所述測量系統(tǒng)包括順次連接的計算機(jī)1，探測器和放大器2、被測諧振腔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，利用安裝在一個反射鏡上的壓電陶瓷可改變腔長，實現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)變化。為保證系統(tǒng)功能，要求激光器腔長和被測諧振腔腔長滿足關(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變化能力，選擇其他的腔長關(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)功能和測量精度，鋸齒波頻率選擇為幾個Hz，幅度要求能夠至少使激光器腔長改變2個波長；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)待測諧振腔的光學(xué)組件。所述探測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起被測諧振腔的本征頻譜，將難以測量的光頻間隔轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的時間間隔，最后以已知的掃頻激光器的縱模頻率間隔作為比例尺，計算得到被測頻率間隔，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:被測諧振腔安裝調(diào)試
[0039]將被測諧振腔安裝到測量光路中；通過調(diào)整光路匹配部件實現(xiàn)掃頻激光器輸出激光與被測諧振腔的共振；
[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)入被測諧振腔內(nèi)后，當(dāng)頻率與諧振腔本征頻率相同時，該頻率的激光從被測諧振腔內(nèi)出射，所出射的掃頻激光被被測諧振腔各本征頻率篩選成在時間軸上若干離散的光信號，從而將難以直接測量的光頻間隔從頻率軸轉(zhuǎn)換到時間軸上；
[0042]步驟4:信號采集
[0043]被測諧振腔所出射的光信號經(jīng)探測器和放大器后轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后采集進(jìn)處理計算機(jī)；
[0044]步驟5:請參閱圖4，先確定轉(zhuǎn)化后的離散電信號的時間間隔T和T1，T對應(yīng)于縱模頻率間隔F_cavity，Tl對應(yīng)于被測頻率間隔F_LR ；
[0045]被測頻率間隔F_LR通過式(I)計算即可得到。
【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:被測諧振腔安裝調(diào)試 將被測諧振腔安裝到測量光路中；通過調(diào)整光路匹配部件實現(xiàn)掃頻激光器輸出激光與被測諧振腔的共振； 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)入被測諧振腔內(nèi)后，當(dāng)頻率與諧振腔本征頻率相同時，該頻率的激光從被測諧振腔內(nèi)出射，所出射的掃頻激光被被測諧振腔各本征頻率篩選成在時間軸上若干離散的光信號，從而將直接測量的光頻間隔從頻率軸轉(zhuǎn)換到時間軸上; 步驟4:信號采集 被測諧振腔所出射的光信號經(jīng)探測器和放大器后轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后采集進(jìn)處理計算機(jī)； 步驟5:先確定轉(zhuǎn)化后的離散電信號的時間間隔T和Tl，T對應(yīng)于縱模頻率間隔F_cavity, Tl對應(yīng)于被測頻率間隔F_LR ； 被測頻率間隔F_LR通過式(I)計算即可得到。
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，實現(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量方法，其特征在于:所述掃描激光器腔長和被測諧振腔腔長滿足關(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量方法，其特征在于:所述探測器和放大器的信噪比優(yōu)于0.5%。
【文檔編號】G01M11/02GK103674486SQ201210328596
【公開日】2014年3月26日 申請日期: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, 王珂, 孫志光 申請人:中國航空工業(yè)第六一八研究所