位移测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种位移测量系统，主要包括：一激光器，用以输出双频激光；一数据采集及处理单元，用以接收激光器输出的干涉激光并进行数据处理；其中，进一步包括一回馈单元，所述回馈单元包括一第一反射镜及第二反射镜相对且间隔设置，所述第一反射镜具有一第一表面以直接接收入射激光，所述第一表面具有多个沿同一方向并排延伸的第一凹槽；所述第二反射镜具有与所述第一表面面对的第二表面，所述第二表面包括多个沿同一方向延伸的第二凹槽；一第三反射镜，所述激光器输出的激光在所述多个第一凹槽及多个第二凹槽之间多次反射后，入射至所述第三反射镜，经过所述第三反射镜反射后沿原光路返回激光器中形成激光回馈。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于位移测量
，尤其是关于一种基于直角棱镜回馈的纳米级位移测量系统。
技术介绍
纳米测量是纳米科学发展的基础，而纳米科学主要是研究、发现和加工结构尺寸小于100纳米的材料、器件和系统，以获得所需要的功能和性能，并已经在材料、化学、生物、能源和医药卫生等领域得到广泛应用。随着纳米时代的到来，对纳米尺度的产品进行检测的需求日益增大，同时也对纳米测量技术提出了更高的标准。纳米测量需要在毫米级的测量范围内达到纳米级的分辨率，同时需要综合考虑环境条件、系统复杂程度及溯源性等方面的要求。纳米测量技术按照量程、分辨率和测量不确定度的标准，可以分为两大类:一类是激光干涉仪技术，其特点是量程大，可达几十米，但对小于半个光波长的位移需要用电子鉴相等细分方法来实现；另一类是差拍法布里-拍罗(Fabry-Perot,F-P)干涉仪技术、X射线干涉仪技术、光学+X射线干涉仪技术、频率测量技术和光频梳技术等，他们的特点是分辨率和测量不确定度低，可达亚纳米甚至皮米量级。然而激光干涉仪技术由于电子噪声等非线性误差的影响，半波长以内的位移测量并不可靠，因此难以满足高分辨率的要求。而差拍法布里-珀罗干涉仪技术等的量程小，一般在微米量级，限制了其应用范围。基于激光回馈的位移测量方法具有结构简单、自准直和性价比高的优点。然而，传统的利用激光回馈测量位移的测量装置中，由于采用非准直的外腔回馈，激光束在回馈外腔中的回馈阶次和分辨率并不能直接获得，而是需要干涉仪标定后才能知道该装置的分辨率，在实现纳米级的位移测量分辨率的时候，无法实现分辨率的自标定。
技术实现思路
综上所述，确有必要提供一种具有纳米级分辨率且能够直接获得分辨率的位移测量系统。一种位移测量系统，主要包括:一激光器，用以输出双频激光；一数据采集及处理单元，用以接收激光器输出的干涉激光并进行数据处理；其中，进一步包括一回馈单元，所述回馈单元包括:一第一反射镜，所述第一反射镜具有一第一表面以直接接收入射激光，所述第一表面具有多个沿第一方向延伸的第一凹槽，每一第一凹槽包括垂直的一第一侧面以及一第二侧面；一第二反射镜与所述第一反射镜相对且间隔设置，所述第二反射镜具有与所述第一表面面对的第二表面，所述第二表面包括多个沿第一方向延伸的第二凹槽，每一第二凹槽包括垂直的一第三侧面以及一第四侧面；以及一第三反射镜设置在所述第一反射镜一侧，且面对所述第二反射镜设置，激光器输出的激光直接入射至所述第一反射镜，经过所述第一反射镜的多个第一凹槽及第二反射镜的多个第二凹槽之间多次反射后，入射至所述第三反射镜，经过所述第三反射镜反射后沿原光路返回激光器中形成激光回馈。—种位移测量系统，主要包括:一激光器，用以输出沿Z方向的双频激光；一数据采集及处理单元，用以接收激光器输出的干涉激光并进行数据处理；其中，进一步包括一回馈单元，所述回馈单元包括一第一反射镜、第二反射镜以及一第三反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜相对且间隔设置，所述第一反射镜具有一第一表面，所述第一表面包括一入射区、第一反射区、第一引导区、第二引导区；所述入射区具有多个沿X方向延伸的第三凹槽；所述第一反射区具有多个沿X方向延伸的第四凹槽，所述第四凹槽与所述第三凹槽并排设置；所述第一引导区、第一反射区以及所述第二引导区沿Y方向依次设置，所述第一引导区具有多个沿Y方向延伸的第五凹槽；所述第二引导区具有多个沿Y方向延伸的第六凹槽，所述第六凹槽与所述第五凹槽交错对应设置；所述第二反射镜具有一第二表面与所述第一表面面对设置，所述第二表面具有多个沿X方向延伸的第二凹槽；其中，激光器输出激光的方向为Z方向，与Z方向垂直的方向为相互垂直的X方向与Y方向；激光器入射的激光直接入射至所述入射区的第三凹槽，并经过第二凹槽的反射至所述第四凹槽，在所述第四凹槽与所述第二凹槽之间多次反射后入射至一第五凹槽，经过第五凹槽反射后再次入射至第四凹槽，并经过第四凹槽与第二凹槽的反射后入射至所述第六凹槽，经过一第六凹槽反射后入射至所述第二凹槽；所述第三反射镜反射从所述第二反射镜中所述第二凹槽入射的激光，并使所述激光经过所述第三反射镜反射后沿原光路返回激光器中形成激光回馈。与现有技术相比较，本专利技术提供的位移测量系统，通过在回馈单元中设置第二反射镜与第一反射镜形成回馈单元，利用激光在第一反射镜及第二反射镜之间往返的单重高阶弱回馈效应，一方面具有高阶倍频效应，能够达到纳米级的位移测量分辨率；另一方面，所述位移测量系统的分辨率同时可根据回馈单元中的反射光点数得到，而无需其他装置进行标定，因此方法更加简单，因此具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的位移测量系统的结构示意图。图2为图1所述位移测量系统中回馈单元的结构示意图。图3为图2所示回馈单元中第一反射镜及第二反射镜的结构示意图。图4为图2所示回馈单元中第二反射镜的结构示意图。图5为回馈单元中的光路图。图6为本专利技术第二实施例提供的位移测量系统的结构示意图。图7为图6所示位移测量系统中回馈单元的结构示意图。图8为图7所示回馈单元中第一反射镜的结构示意图。图9为图8所示的第一反射镜沿Y-Z面的结构示意图。图10为图8所示的第一反射镜沿X-Z面的结构示意图。图11为图8所示的第一反射镜沿X-Z面的结构示意图。图12为传统位移测量系统的回馈光强调制曲线。图13为本专利技术第二实施例提供的位移测量系统的回馈光强调制曲线。主要元件符号说明权利要求1.一种位移测量系统,主要包括: 一激光器，用以输出双频激光； 一数据采集及处理单元，用以接收激光器输出的干涉激光并进行数据处理； 其特征在于，进一步包括一回馈单元，所述回馈单元包括: 一第一反射镜，所述第一反射镜具有一第一表面以直接接收入射激光，所述第一表面具有多个沿第一方向延伸的第一凹槽，每一第一凹槽包括垂直的一第一侧面以及一第二侧面； 一第二反射镜与所述第一反射镜相对且间隔设置，所述第二反射镜具有与所述第一表面面对的第二表面，所述第二表面包括多个沿第一方向延伸的第二凹槽，每一第二凹槽包括垂直的一第三侧面以及一第四侧面；以及 一第三反射镜设置在所述第一反射镜一侧，且面对所述第二反射镜设置，激光器输出的激光直接入射至所述第一反射镜，经过所述第一反射镜的多个第一凹槽及第二反射镜的多个第二凹槽之间多次反射后，入射至所述第三反射镜，经过所述第三反射镜反射后沿原光路返回激光器中形成激光回馈。2.如权利要求1所述的位移测量系统，其特征在于，所述第一反射镜的多个第一凹槽与第二反射镜的多个第二凹槽交错对应设置。3.如权利要求2所述的位移测量系统，其特征在于，所述第二凹槽的第三侧面与所述第一凹槽的第二侧面平行且面对设置，所述第二凹槽的第四侧面与所述第一凹槽的第二侧面平行且面对设置。4.如权利要 求1所述的位移测量系统，其特征在于，在所述第三反射镜为一平面镜，所述激光的入射光路与反射光路重合。5.如权利要求1所述的位移测量系统，其特征在于，所述第三反射镜与所述第一反射镜一体成型。6.一种位移测量系统，主要包括: 一激光器，用以输出沿Z方向的双频激光； 一数据采集及处理单元，用以接收激光器输出的干涉激光并进行数据处理； 其特征在于，进一步包括一回馈单元，所述回馈单元包括一第一反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位移测量系统，主要包括：一激光器，用以输出双频激光；一数据采集及处理单元，用以接收激光器输出的干涉激光并进行数据处理；其特征在于，进一步包括一回馈单元，所述回馈单元包括：一第一反射镜，所述第一反射镜具有一第一表面以直接接收入射激光，所述第一表面具有多个沿第一方向延伸的第一凹槽，每一第一凹槽包括垂直的一第一侧面以及一第二侧面；一第二反射镜与所述第一反射镜相对且间隔设置，所述第二反射镜具有与所述第一表面面对的第二表面，所述第二表面包括多个沿第一方向延伸的第二凹槽，每一第二凹槽包括垂直的一第三侧面以及一第四侧面；以及一第三反射镜设置在所述第一反射镜一侧，且面对所述第二反射镜设置，激光器输出的激光直接入射至所述第一反射镜，经过所述第一反射镜的多个第一凹槽及第二反射镜的多个第二凹槽之间多次反射后，入射至所述第三反射镜，经过所述第三反射镜反射后沿原光路返回激光器中形成激光回馈。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张书练，曾召利，李岩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：