一种动态相位测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种动态相位测量装置，包括宽带弱相干光源、光谱分析仪、光纤耦合器、光隔离器、光纤偏振控制器、参考臂光纤、信号臂光纤、第一光纤探头、第二光纤探头，第一、第二光纤探头均包括光纤准直器、聚焦透镜和宽带镀膜反射镜，宽带弱相干光源与光隔离器相连后接光纤耦合器的第一端口，光谱分析仪接光纤耦合器的第二端口，参考臂光纤一端接光纤耦合器的第三端口，另一端接第一光纤探头的光纤准直器，聚焦透镜设在光纤准直器和宽带镀膜反射镜之间；信号臂光纤一端接光纤耦合器的第四端口，另一端接第二光纤探头的光纤准直器；参考臂光纤和信号臂光纤上均装有光纤偏振控制器。本实用新型专利技术降低动态相位测量装置的复杂度与成本。

【技术实现步骤摘要】
一种动态相位测量装置
本技术涉及光学测量的
，尤其是指一种动态相位测量装置。
技术介绍
近年来，随着光学、电子学、计算机技术、信号采集与处理技术以及数字图像处理 技术的快速发展，相移干涉测量技术作为一种高精度的光学信号检测手段已经广泛的应用 于光学检测、散斑分析、数字全息、三维形貌测量等众多领域。相移干涉测量是基于光的干 涉原理，在测量过程中通过对参考信号和探测信号间引入不同的相移量调制，并采集被测 物体在不同相移量下的多幅干涉图，通过一定的算法运算就可以获得被测物体的相位信 肩、。 在相移干涉测量中，常用的引入相移调制的方法有：1、时域相移调制法：通过使 用压电式相移器电致伸缩特性产生相移，调制精度高，但速度较慢；2、外差调制法：通过使 用声光移频器使相干涉的两束光产生一定的频率差从而产生相移，调制精度受移频器稳定 性影响较大，光路较复杂；3、激光器频率调制法：以半导体激光器作为测量光源，通过控制 半导体激光器的注入电流或环境温度来改变激光器输出波长来实现相移，难以在测量过 程中确定相移量；4、相位掩模法：将能够产生不同相移量的相位掩模固定在采集干涉图的 CCD相机上，在一次曝光中采集到各区域具有不同相移量的干涉图。 现有的相移调制方法中，相移调制速度较慢干涉测量，通常只适用于静态物体的 相位测量，不能用于相位随时间变化的动态相位物体的测量。相位掩模法可以一次记录多 幅具有不同相移量的干涉图，可以应用于动态相位物体的测量，但相位掩模的制造成本较 高，所获得的图像的横向分辨率也会降低。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种使用宽带弱相干光 源作为测量光源的动态相位测量装置，具有结构合理可靠、抗干扰能力强，测量精度高等特 点。 为实现上述目的，本技术所提供的技术方案为：一种动态相位测量装置，包括 有宽带弱相干光源、光谱分析仪、光纤稱合器、光隔离器、光纤偏振控制器、参考臂光纤、信 号臂光纤、第一光纤探头、第二光纤探头，其中，所述第一光纤探头和第二光纤探头均包括 有光纤准直器、聚焦透镜和宽带镀膜反射镜，所述宽带弱相干光源与光隔离器相连后通过 光纤连接至光纤耦合器的第一端口，所述光谱分析仪通过光纤连接至光纤耦合器的第二端 口，所述参考臂光纤的一端连接至光纤耦合器的第三端口，其另一端连接第一光纤探头的 光纤准直器，所述聚焦透镜设在光纤准直器和宽带镀膜反射镜之间，且所述宽带镀膜反射 镜位于聚焦透镜的焦平面上；所述信号臂光纤的一端连接至光纤耦合器的第四端口，其另 一端连接第二光纤探头的光纤准直器；所述参考臂光纤和信号臂光纤上均安装有光纤偏振 控制器，旋转所述光纤偏振控制器能改变光束的偏振态。 所述宽带弱相干光源，其中心波长为λ。，起始波长为λ ^，光谱带宽为Λ λ ;所述 光纤耦合器采用迈克尔逊结构，能传输中心波长为λ。、带宽为Λ λ的宽带光。 所述光谱分析仪采样频率达百kHz以上，其光谱响应范围覆盖宽带弱相干光源的 整个工作波段。 由宽带弱相干光源输出的光束经过光纤f禹合器后分为两束，其中一束光在参考臂 光纤中传输后经镀膜反射镜反射回光纤耦合器，另一束光经过信号臂光纤返回光纤耦合 器，两束光所经历的光程相等。 本技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果： 1、在本技术中，相移速度取决于光谱分析仪的采样速度，远高于目前常用的 相移器的调制速度，能够实现对动态相位物体的测量，适用于对活体透明生物组织的相位 测量以及对汽车燃烧室汽油燃烧情况的监测； 2、本技术使用宽带弱相干光源作为测量光源，并利用宽带光谱实现相移，无 需额外的相移器，降低了动态相位测量装置的复杂度与成本，能够在极短时间内完成相移 调制，适用于对动态相位物体的干涉测量。 【附图说明】 图1为本技术所述动态相位测量装置在测量透射式相位物体时的光路示意 图。 图2为本技术所述动态相位测量装置在测量反射式相位物体时的光路示意 图。 图3为动态相位物体上一点在t时刻的干涉信号图。 图4为经过处理后的干涉信号图。 图5为相移算法提取的时域相位变化图。 图6为预设相位信息与测得相位信息的对比图。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本技术作进一步说明。 本实施例所述的动态相位测量装置，包括有宽带弱相干光源1、光谱分析仪2、光 纤耦合器3、光隔离器4、光纤偏振控制器5、参考臂光纤6、信号臂光纤7、第一光纤探头、第 二光纤探头，其中，所述第一光纤探头和第二光纤探头均包括有光纤准直器8、聚焦透镜9 和宽带镀膜反射镜10,所述宽带弱相干光源1与光隔离器4相连后通过光纤连接至光纤耦 合器3的第一端口，即图1和图2中的A端口；所述光谱分析仪2通过光纤连接至光纤耦合 器3的第二端口，即图1和图2中的C端口；所述参考臂光纤6的一端连接至光纤耦合器3 的第三端口，即图1和图2中的B端口，其另一端连接第一光纤探头的光纤准直器8,所述聚 焦透镜9设在光纤准直器8和宽带镀膜反射镜10之间，且所述宽带镀膜反射镜10位于聚 焦透镜9的焦平面上；所述信号臂光纤7的一端连接至光纤耦合器3的第四端口，即图1和 图2中的D端口，其另一端连接第二光纤探头的光纤准直器8 ;所述参考臂光纤6和信号臂 光纤7上均安装有光纤偏振控制器5,旋转所述光纤偏振控制器5能改变光束的偏振态，从 而获得对比度更好的干涉条纹。当测量透射式相位物体11时，被测物体位于所述光纤准直 器8与聚焦透镜9之间，如图1所示；当测量反射式相位物体12时，被测物体位于聚焦透镜 9的焦平面上，如图2所示。在测量过程中，由宽带弱相干光源1输出的光束经过光纤耦合 器3后分为两束，其中一束光在参考臂光纤6中传输后经镀膜反射镜反射回光纤稱合器3， 另一束光经过信号臂光纤7返回光纤耦合器3,两束光所经历的光程相等。 此外，所述宽带弱相干光源1为近红外光源，其中心波长为λ。，起始波长为λ ^，光 谱带宽为△ λ ;所述光谱分析仪2采样频率可达ΙΟΟΚΗζ以上，其光谱响应范围覆盖宽带弱 相干光源1的整个工作波段；所述光纤耦合器3采用迈克尔逊结构，能传输中心波长为λ。、 带宽为Λ λ的宽带光。 以下为本实施例上述动态相位测量装置能够实现的动态相位测量方法，其具体情 况如下： 首先，开启所述宽带弱相干光源和光谱分析仪，并放置好被测相位物体，调整所述 参考臂光纤与信号臂光纤的光纤准直器与聚焦透镜之间的距离，使两臂的光程差相等，并 使干涉信号呈现出3?5个周期的干涉条纹，调整光纤偏振控制器，使干涉条纹的对比度达 到最大；然后阻挡所述信号臂光纤的光信号，使所述光谱分析仪只探测到参考臂光纤信号， 即宽带弱相干光源的光谱，记录并保存此信号；之后测量并保存信号臂光纤与参考臂光纤 之间的干涉信号，通过计算机控制光谱分析仪采集动态相位物体的干涉信号，将数据依次 记录并保存在计算机中，其中的一幅干涉信号如图3所示；由于物体的相位是动态变化的， 因此采集到的干涉信号也是随时间动态变化的，通过对干涉信号进行处理即可获得动态相 位物体的相位变化信息，其处理流程如下： 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态相位测量装置，其特征在于：包括有宽带弱相干光源(1)、光谱分析仪(2)、光纤耦合器(3)、光隔离器(4)、光纤偏振控制器(5)、参考臂光纤(6)、信号臂光纤(7)、第一光纤探头、第二光纤探头，其中，所述第一光纤探头和第二光纤探头均包括有光纤准直器(8)、聚焦透镜(9)和宽带镀膜反射镜(10)，所述宽带弱相干光源(1)与光隔离器(4)相连后通过光纤连接至光纤耦合器(3)的第一端口，所述光谱分析仪(2)通过光纤连接至光纤耦合器(3)的第二端口，所述参考臂光纤(6)的一端连接至光纤耦合器(3)的第三端口，其另一端连接第一光纤探头的光纤准直器(8)，所述聚焦透镜(9)设在光纤准直器(8)和宽带镀膜反射镜(10)之间，且所述宽带镀膜反射镜(10)位于聚焦透镜(9)的焦平面上；所述信号臂光纤(7)的一端连接至光纤耦合器(3)的第四端口，其另一端连接第二光纤探头的光纤准直器(8)；所述参考臂光纤(6)和信号臂光纤(7)上均安装有光纤偏振控制器(5)，旋转所述光纤偏振控制器(5)能改变光束的偏振态。

【技术特征摘要】
1. 一种动态相位测量装置，其特征在于：包括有宽带弱相干光源（1)、光谱分析仪（2)、 光纤稱合器（3)、光隔离器（4)、光纤偏振控制器（5)、参考臂光纤（6)、信号臂光纤（7)、第 一光纤探头、第二光纤探头，其中，所述第一光纤探头和第二光纤探头均包括有光纤准直器 (8)、聚焦透镜（9)和宽带镀膜反射镜（10)，所述宽带弱相干光源（1)与光隔离器（4)相连 后通过光纤连接至光纤耦合器（3)的第一端口，所述光谱分析仪（2)通过光纤连接至光纤 耦合器⑶的第二端口，所述参考臂光纤（6)的一端连接至光纤耦合器（3)的第三端口，其 另一端连接第一光纤探头的光纤准直器（8)，所述聚焦透镜（9)设在光纤准直器（8)和宽带 镀膜反射镜（10)之间，且所述宽带镀膜反射镜（...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤杰，曹祥东，
申请(专利权)人：广州飞拓优视光电科技有限公司，武汉虹拓新技术有限责任公司，
类型：新型
国别省市：广东;44