【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密光学干涉测量，更具体地，涉及一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量装置及方法。
技术介绍
1、自由光谱范围(free spectral range，fsr)是激光腔体的关键参数，指的是在一定波长范围内，光在光学腔体内传播一周所需的波长数。fsr在各个领域都有不同的应用，例如：划定标定光通信系统的频谱，保证信号的稳定传输和接收；精确控制激光器的频率范围，便于光谱分析；准确选择光谱仪和光学分光光度计的激光频率，为光学时钟和频率标准的精确频率参考提供依据；激光干涉测量中产生干涉条纹并直接应用于高分辨率光学传感器的研制等。
2、fsr的测量通常利用干涉测量来进行，如利用法布里-珀罗干涉仪和迈克尔逊干涉仪进行测量，这种方法基于产生的干涉条纹来确定fsr；然而，微小的错位会导致干涉模式的扭曲，影响fsr测量的可靠性，并且法布里-珀罗腔的长度也限制了fsr测量范围。
3、激光自混合干涉仪由于结构紧凑、精度高，在位移与振动测量、轨迹检测、医疗诊断、轴承故障诊断等领域得到了广泛的应用。具有多纵模(mlm)特性的sm干涉测量技术是一种新兴的fsr测量技术，其具有分辨率高、操作方便、结构紧凑等突出特点。现有的方法通过改变外腔长度追踪mlm激光sm信号中的分离现象，然而，这种方法在很大程度上依赖于对sm信号中条纹分劈裂峰的识别。因此，以下三个缺陷的存在使得该技术难以广泛应用：1)只有当激光器工作在较高的光反馈水平时才能实现测量；但是高光反馈水平会影响被测激光器的性能和输出特性；此外，当光反馈水平低于0.3时，
4、现有的专利文件中公开了一种多纵模激光器谐振腔fsr测量装置及测量方法，测量装置包括多纵模激光器、振动目标、滑块、滑轨、分束器、光衰减器、光电探测器、信号预处理单元和信号处理单元，振动目标的振动面附着有反射膜或者反射平面镜，多纵模激光器出射激光到振动目标上，振动目标接收出射激光并反馈回激光器谐振腔内，振动目标底部固定于滑块上，滑块设置于滑轨上，分束器将自混合信号分束到光电探测器上，光电探测器输出端依次连接信号预处理单元和信号处理单元；该现有技术要实现测量仍然需要激光器工作在较高的光反馈水平，但是高光反馈水平会影响被测激光器的性能和输出特性，且光反馈水平与外腔长度成正比，导致扫描时光反馈水平波动较大，从而进一步引入了信号噪声，造成了更大的测量误差；另外，该现有技术也难以实现外腔模式的自动定位，测量较为复杂。
技术实现思路
1、本专利技术为克服上述现有技术光反馈抗扰度较低、容易引入噪声，以及难以实现自动外腔模式定位的缺陷，提供一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量装置及方法，具有高光反馈抗扰度、宽测量范围和能够自动定位外腔模式的优点，在fsr在线测量中具有广阔的应用前景。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量装置，包括：多纵模激光自混合干涉光路模块、信号传输模块、信号处理模块和供电模块；
4、所述多纵模激光自混合干涉光路模块包括多纵模激光发射器、分束器、偏振分光棱镜和反射目标；所述反射目标上设置有反射面；
5、所述多纵模激光发射器作为待测fsr的激光光源，多纵模激光发射器发射出的激光经过分束器后获取第一光束和第二光束；所述反射目标的反射面与第一光束位于同一直线，反射目标可沿所述直线水平移动；所述第一光束入射至反射目标的反射面，并由所述反射面反射回多纵模激光发射器的谐振腔内，实现自混合干涉；所述第二光束经过偏振分光棱镜后获取平行偏振光和垂直偏振光；
6、所述信号传输模块接收平行偏振光和垂直偏振光，分别对应产生水平自混合干涉信号和垂直自混合干涉信号并传输至信号处理模块；
7、所述信号处理模块利用预设的椭圆拟合度检测算法，根据水平自混合干涉信号和垂直自混合干涉信号计算多纵模激光发射器的fsr，获取多纵模激光发射器的fsr测量结果；
8、所述供电模块分别为多纵模激光发射器、信号传输模块和信号处理模块供电。
9、优选地，所述多纵模激光自混合干涉光路模块还包括光衰减器，所述多纵模激光发射器发射出的激光依次经过光衰减器和分束器后获取第一光束和第二光束。
10、优选地，所述多纵模激光自混合干涉光路模块还包括线性位移平台，所述反射目标设置于线性位移平台上，反射目标在线性位移平台上沿所述直线水平移动；
11、所述线性位移平台的控制端与信号处理模块电连接，线性位移平台还与供电模块电连接。
12、优选地，所述信号传输模块包括第一光电探测器和第二光电探测器；所述第一光电探测器和第二光电探测器均分别与信号处理模块和供电模块电连接；
13、所述第一光电探测器和第二光电探测器分别接收平行偏振光和垂直偏振光，分别对应产生水平自混合干涉信号和垂直自混合干涉信号并传输至信号处理模块。
14、优选地，所述信号传输模块还包括数据采集卡，第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别与数据采集卡的输入端电连接，数据采集卡的输出端与信号处理模块的输入端电连接，数据采集卡还与供电模块电连接。
15、优选地，所述偏振分光棱镜具体为沃拉斯顿棱镜。
16、优选地，所述信号处理模块具体为计算机，所述计算机内部设置有labview程序，所述labview程序用于根据水平自混合干涉信号和垂直自混合干涉信号构建李萨如图形。
17、本专利技术还提供一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量方法，基于上述的fsr测量装置，包括以下步骤：
18、所述多纵模激光发射器作为待测fsr的激光光源，多纵模激光发射器发射出激光，经过分束器后获取第一光束和第二光束；
19、所述第一光束入射至反射目标的反射面，并由所述反射面反射回多纵模激光发射器的谐振腔内，实现自混合干涉；所述第二光束经过偏振分光棱镜后获取平行偏振光和垂直偏振光；所述反射目标的反射面与第一光束位于同一直线；
20、所述信号传输模块接收平行偏振光和垂直偏振光，分别对应产生水平自混合干涉信号和垂直自混合干涉信号并传输至信号处理模块；
21、所述信号处理模块根据水平自混合干涉信号和垂直自混合干涉信号构建李萨如图形；
22、改变反射目标的位置，使反射目标沿所述直线的同一方向水平移动，记录第一位置和第二位置，并获取第一位置和第二位置之间的距离δl0；所述第一位置为使得信号处理模块中的李萨如图形为椭圆的一个位置；所述第二位置为使得信号处理模块中的李萨如图形为椭圆的另一个位置；...
【技术保护点】
1.一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量装置，其特征在于，包括：多纵模激光自混合干涉光路模块(1)、信号传输模块(2)、信号处理模块(3)和供电模块(4)；
2.根据权利要求1所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量装置，其特征在于，所述多纵模激光自混合干涉光路模块(1)还包括光衰减器(15)，所述多纵模激光发射器(11)发射出的激光依次经过光衰减器(15)和分束器(12)后获取第一光束和第二光束。
3.根据权利要求1所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量装置，其特征在于，所述多纵模激光自混合干涉光路模块(1)还包括线性位移平台(16)，所述反射目标(14)设置于线性位移平台(16)上，反射目标(14)在线性位移平台(16)上沿所述直线水平移动；
4.根据权利要求1所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量装置，其特征在于，所述信号传输模块(2)包括第一光电探测器(21)和第二光电探测器(22)；所述第一光电探测器(21)和第二光电探测器(22)均分别与信号处理模块(3)和供电模块(4)电连接；
5.根据权利要
6.根据权利要求1～5任意一项中所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量装置，其特征在于，所述偏振分光棱镜(13)具体为沃拉斯顿棱镜。
7.根据权利要求1～5任意一项中所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量装置，其特征在于，所述信号处理模块(3)具体为计算机，所述计算机内部设置有LabVIEW程序，所述LabVIEW程序用于根据水平自混合干涉信号和垂直自混合干涉信号构建李萨如图形。
8.一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量方法，基于权利要求1～7任意一项中所述的FSR测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量方法，其特征在于，所述信号处理模块(3)利用预设的椭圆拟合度检测算法，根据第一位置和第二位置之间的距离ΔL0计算多纵模激光发射器(11)的FSR，具体为：
10.根据权利要求8所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的FSR测量方法，其特征在于，利用李萨如图形的椭圆拟合度J确定第一位置和第二位置；
...【技术特征摘要】
1.一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量装置，其特征在于，包括：多纵模激光自混合干涉光路模块(1)、信号传输模块(2)、信号处理模块(3)和供电模块(4)；
2.根据权利要求1所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量装置，其特征在于，所述多纵模激光自混合干涉光路模块(1)还包括光衰减器(15)，所述多纵模激光发射器(11)发射出的激光依次经过光衰减器(15)和分束器(12)后获取第一光束和第二光束。
3.根据权利要求1所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量装置，其特征在于，所述多纵模激光自混合干涉光路模块(1)还包括线性位移平台(16)，所述反射目标(14)设置于线性位移平台(16)上，反射目标(14)在线性位移平台(16)上沿所述直线水平移动；
4.根据权利要求1所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量装置，其特征在于，所述信号传输模块(2)包括第一光电探测器(21)和第二光电探测器(22)；所述第一光电探测器(21)和第二光电探测器(22)均分别与信号处理模块(3)和供电模块(4)电连接；
5.根据权利要求4所述的一种基于多纵模激光自混合干涉的fsr测量装置，其特征在于，所述信号传输模块(2)还包括数据采集卡(23)，第一光电探测器(2...
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