一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統的製作方法
2023-10-06 07:53:09
專利名稱：一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電信號檢測技術領域，具體涉及一種實時進行中頻信號相位及振幅 測量的正交解調系統。
背景技術：
傳統的外差幹涉儀系統中最終要獲取的物理量基本上是有關相位的信息。少數的 幹涉儀系統在獲取相位信息的同時，對信號強度也進行了處理。對於相位的獲取就是計算 出幹涉系統當中參考信號和待測信號之間的相位差。這個相位差一般受到某一種物理量的 調製，因此，獲得了相位差也就獲得了待測樣品的物理量信息(厚度起伏信息)。早期的幹 涉儀基本上都是通過目視或者是對參考光束和測試光束所形成的幹涉條紋進行拍照的方 法。隨著雷射器和電子技術的迅速發展，各種新型的幹涉儀也應運而生，而獲取相位信息的 方法也隨之發生著變化。現在通常的方法是把參考信號和測試信號同時輸入到相位檢測儀 器當中，比如鎖定放大器當中來進行對參考信號和測試信號之間的相位差的測量。雖然這 種方法完全能夠滿足相位差的測量，但是它僅僅能夠單次測量，不能連續測量，不具有連續 數據採集和存儲的功能。另外，鎖定放大器內部的噪聲也會對相位的高精度測量帶來影響。
發明內容
為了解決現有的相位測量方法僅能單次測量而無法完成對待測物體物理量信息 (厚度起伏信息)進行連續測量的問題，本發明提供一種實時進行中頻信號相位及振幅測 量的正交解調系統。本發明的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，所述正交解調 系統包括偏振正交雷射發射系統、分束稜鏡、檢偏器、第一光電探測器、第一偏振分束稜鏡、 第二偏振分束稜鏡、1/4波片、掃描系統、光合束稜鏡、第二光電探測器、90度倒相器、第一 乘法器、第二乘法器、A/D數據採集卡和計算機處理系統，
所述偏振正交雷射發射系統輸出偏振正交的雙頻雷射束至分束稜鏡的信號接收端， 所述分束稜鏡將輸入的雙頻雷射束的一部分反射輸出至檢偏器的信號接收端，所述檢 偏器使接收的反射雙頻雷射束的偏振方向相同進而發生幹涉後輸出至第一光電探測器的 信號接收端，所述第一光電探測器將接收的幹涉後產生的光電信號作為參考中頻電信號輸 出至第一乘法器的一個信號接收端和第二乘法器的一個信號接收端；
所述分束稜鏡還將輸入的雙頻雷射束的其他部分透射輸出至第一偏振分束稜鏡的信 號接收端，所述第一偏振分束稜鏡將接收的透射雙頻雷射束的線偏振P光透射輸出至第二 偏振分束稜鏡的信號接收端，所述第二偏振分束稜鏡將接收的線偏振P光透射輸出至1/4 波片的信號接收端，所述1/4波片將接收的線偏振P光變換為右旋圓偏振P光後輸出至掃 描系統的信號接收端，所述掃描系統將輸入的右旋圓偏振P光變換為載有待測物體實時厚 度起伏信息的右旋圓偏振S光後輸入至所述1/4波片，所述1/4波片將輸入的右旋圓偏振S 光變換為線偏振S光後輸出至所述第二偏振分束稜鏡，所述第二偏振分束稜鏡將輸入的線偏振S光反射輸出至光合束稜鏡的一個信號接收端；所述第一偏振分束稜鏡還將接收的透 射雙頻雷射束的線偏振S光反射輸出至光合束稜鏡的另一個信號接收端；所述光合束稜鏡 使接收的兩路線偏振S光幹涉後作為測量中頻信號輸出至第二光電探測器的信號接收端， 所述第二光電探測器將接收的測量中頻信號變換為測量中頻電信號輸出至90度倒相器的 信號接收端，所述90度倒相器將接收的測量中頻電信號移相90度後輸出至第一乘法器的 另一個信號接收端，所述第二光電探測器還將測量中頻電信號輸出至第二乘法器的另一個 信號接收端；
所述第一乘法器將接收的參考中頻電信號和移相90度的測量中頻電信號相乘後輸出 I路信號至A/D數據採集卡的一個信號接收端，所述第二乘法器將接收的參考中頻電信號 和測量中頻電信號相乘後輸出Q路信號至A/D數據採集卡的另一個信號接收端，所述A/D 數據採集卡對所述I路信號和Q路信號進行實時相位及振幅採樣後輸出待測物體的厚度起 伏信息至計算機處理系統實時顯示。本發明的有益效果為本發明提供了一種能夠連續實時進行中頻信號的相位及振 幅測量的正交解調系統，該正交解調系統通過掃描系統實時的對待測物體的掃描進而完成 了相位及振幅測量的解調，獲得了待測物體的厚度起伏信息。
圖1是本發明的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統的結構 示意圖，圖2是本發明的偏振正交雷射發射系統1的結構示意圖，圖3是本發明的掃描系統 8的結構示意圖；圖4是具體實施方式
十中參考中頻信號的時域示意圖；圖5是具體實施 方式十中測試中頻信號的時域示意圖；圖6是具體實施方式
十中參考中頻信號的頻域示意 圖，圖7是具體實施方式
十中測試中頻信號的頻域示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一根據說明書附圖1和3具體說明本實施方式，本實施方式所述的 一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，所述正交解調系統包括偏振正交 雷射發射系統1、分束稜鏡2、檢偏器3、第一光電探測器4、第一偏振分束稜鏡5、第二偏振分 束稜鏡6、1/4波片7、掃描系統8、光合束稜鏡9、第二光電探測器10、90度倒相器11、第一 乘法器12、第二乘法器13、A/D數據採集卡14和計算機處理系統15，
所述偏振正交雷射發射系統1輸出偏振正交的雙頻雷射束至分束稜鏡2的信號接收
端，
所述分束稜鏡2將輸入的雙頻雷射束的一部分反射輸出至檢偏器3的信號接收端，所 述檢偏器3使接收的反射雙頻雷射束的偏振方向相同進而發生幹涉後輸出至第一光電探 測器4的信號接收端，所述第一光電探測器4將接收的幹涉後產生的光電信號作為參考中 頻電信號輸出至第一乘法器12的一個信號接收端和第二乘法器13的一個信號接收端；
所述分束稜鏡2還將輸入的雙頻雷射束的其他部分透射輸出至第一偏振分束稜鏡5的 信號接收端，所述第一偏振分束稜鏡5將接收的透射雙頻雷射束的線偏振P光透射輸出至 第二偏振分束稜鏡6的信號接收端，所述第二偏振分束稜鏡6將接收的線偏振P光透射輸 出至1/4波片7的信號接收端，所述1/4波片7將接收的線偏振P光變換為右旋圓偏振P光
6後輸出至掃描系統8的信號接收端，所述掃描系統8將輸入的右旋圓偏振P光變換為載有 待測物體U厚度起伏信息的右旋圓偏振S光後輸入至所述1/4波片7，所述1/4波片7將輸 入的右旋圓偏振S光變換為線偏振S光後輸出至所述第二偏振分束稜鏡6，所述第二偏振分 束稜鏡6將輸入的線偏振S光反射輸出至光合束稜鏡9的一個信號接收端；所述第一偏振 分束稜鏡5還將接收的透射雙頻雷射束的線偏振S光反射輸出至光合束稜鏡9的另一個信 號接收端；所述光合束稜鏡9使接收的兩路線偏振S光幹涉後作為測量中頻信號輸出至第 二光電探測器10的信號接收端，所述第二光電探測器10將接收的測量中頻信號變換為測 量中頻電信號輸出至90度倒相器11的信號接收端，所述90度倒相器11將接收的測量中 頻電信號移相90度後輸出至第一乘法器的另一個信號接收端，所述第二光電探測器10還 將測量中頻電信號輸出至第二乘法器13的另一個信號接收端；
所述第一乘法器12將接收的參考中頻電信號和移相90度的測量中頻電信號相乘後輸 出I路信號至A/D數據採集卡14的一個信號接收端，所述第二乘法器13將接收的參考中 頻電信號和測量中頻電信號相乘後輸出Q路信號至A/D數據採集卡14的另一個信號接收 端，所述A/D數據採集卡14對所述I路信號和Q路信號進行實時相位及振幅採樣後輸出待 測物體U的厚度起伏信息至計算機處理系統15實時顯示。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同之處在於本實施方式所 述正交解調系統還包括七根光纖第一光纖16-1、第二光纖16-2、第三光纖16-3、第四光纖 16-4、第五光纖16-5、第六光纖16-6和第七光纖16_7，偏振正交雷射發射系統1輸出的偏 振正交的雙頻雷射束通過第一光纖16-1輸入至分束稜鏡2的信號接收端，經所述分束稜鏡 2反射輸出的雙頻雷射束通過第二光纖16-2輸入至檢偏器3的信號接收端，經所述分束稜 鏡2透射輸出的雙頻雷射束通過第三光纖16-3輸入至第一偏振分束稜鏡5的信號接收端， 經所述第一偏振分束稜鏡5反射輸出的線偏振S光通過第四光纖16-4輸入至光合束稜鏡9 的一個信號接收端，經所述第一偏振分束稜鏡5透射輸出的線偏振P光通過第五光纖16-5 輸入至第二偏振分束稜鏡6，經所述第二偏振分束稜鏡6透射輸出的線偏振P光通過第六光 纖16-6輸入至1/4波片7的信號接收端，經所述第二偏振分束稜鏡6反射的線偏振S光通 過第七光纖16-7輸入至光合束稜鏡9的另一個信號接收端。
具體實施方式
三本實施方式是對具體實施方式
一或二的進一步說明，具體實施 方式一或二中所述的所述正交解調系統中的分束稜鏡2的分束比為50 :50。
具體實施方式
四根據說明書附圖2具體說明本實施方式，本實施方式是對具體 實施方式一、二或三的進一步說明，具體實施方式
一、二或三中所述偏振正交雷射發射系統 1包括2/Λ雷射器1-1、光纖分束器1-2、第一偏振片1-3、第二偏振片1-4、第一聲光移頻器 1-5、第二聲光移頻器1-6和偏振分束稜鏡，
所述2興《雷射器1-1輸出波長為2βΜ的雷射至光纖分束器1-2的信號接收端，所述光 纖分束器1-2將所述雷射按照分束比x:y分成兩束，其中，
一束雷射輸入至第一偏振片1-3的信號接收端，所述第一偏振片1-3將輸入的雷射變 換為偏振方向與偏振分束稜鏡1-7的光軸方向相同的線偏振光輸出至第一聲光移頻器1-5 的信號接收端，所述第一聲光移頻器1-5將接收的所述線偏振光移頻uMHZ後輸出至偏振分 束稜鏡1-7的一個信號接收端，所述偏振分束稜鏡1-7將所述被移頻uMHZ的線偏振光的P 光透射輸出至所述偏振分束稜鏡1-7的出射埠，另一束雷射輸入至第二偏振片1-4的信號接收端，所述第二偏振片1-4將輸入的雷射 變換為偏振方向與所述偏振分束稜鏡1-7的光軸方向垂直的線偏振光輸出至第二聲光移 頻器1-6的信號接收端，所述第二聲光移頻器1-6將接收的所述線偏振光移頻vMHZ後輸出 至所述偏振分束稜鏡1-7的另一個信號接收端，所述偏振分束稜鏡1-7將所述被移頻vMHZ 的線偏振光的S光反射輸出至所述偏振分束稜鏡1-7的出射埠，
所述P光和S光在所述出射埠形成振動方向相互垂直且頻率差為MHZ的正交 偏振光束髮射，且0.05< |a-v| <0.2。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四的不同之處在於本實施方式中 —-v| =0. 1。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四或五的不同之處在於本實施方 式中 K = 100 , V = 99.9。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四、五或六的不同之處在於本實 施方式中的偏振正交雷射發射系統1還包括兩根光纖第八光纖1-8和第九光纖1-9，經第 一聲光移頻器1-5移頻uMHZ的線偏振光通過第八光纖1-8輸入至偏振分束稜鏡1-7的一 個信號接收端，經第二聲光移頻器移頻vMHz的線偏振光通過第九光纖1-9輸入至所述偏振 分束稜鏡1-7的另一個信號接收端。
具體實施方式
八根據說明書附圖3具體說明本實施方式，本實施方式中的掃描 系統8包括雙軸MEMS反射振鏡8-1、三片式F-Theta透鏡組8_2和高反射鏡8_3，所述高反 射鏡8-3的反射率為969Γ100%，所述雙軸MEMS反射振鏡8_1位於所述三片式F-Theta透鏡 組8-2的系統焦距處，
經1/4波片7輸出的右旋圓偏振P光輸入至雙軸MEMS反射振鏡8-1的有效反射單元， 所述雙軸MEMS反射振鏡8-1將輸入的右旋圓偏振P光反射輸出至三片式F-Theta透鏡組 8-2，所述三片式F-Theta透鏡組8_2輸出右旋圓偏振平行P光至待測物體U,經所述待測物 體U透射的右旋圓偏振平行P光輸入至高反射鏡8-3的反射端面，所述高反射鏡8-3將輸 入的右旋圓偏振平行P光反射輸出右旋圓偏振平行S光，所述右旋圓偏振平行S光按原光 路返回至雙軸MEMS反射振鏡8-1的有效反射單元，經所述雙軸MEMS反射振鏡8_1反射回 載有待測物體U厚度起伏信息的右旋圓偏振S光。
具體實施方式
九本實施方式是對具體實施方式
八的進一步說明，具體實施方式
八中掃描系統8中的三片式F-Theta透鏡組8_2由共軸排列的三片透鏡組合而成，所述三 片透鏡依次為材料為SFll的第一透鏡、材料為SFll的第二透鏡和材料為ΒΚ7的第三透 鏡，所述三片式F-Theta透鏡組8-2的系統焦距為430mm，其筒長為280mm，其前工作距離為 242. 24mm，其後工作距離為328. 50mm，所述前工作距離為雙軸MEMS反射振鏡8_1的有效反 射單元與材料為SFll的第一透鏡之間的距離，所述後工作距離為材料為BK7的第三透鏡與 待測物體U之間的距離。
具體實施方式
十本實施方式是對具體實施方式
九的進一步說明，具體實施方式
九中三片式F-Theta透鏡組8-2中三個透鏡的具體參數為
8 本實施方式中，從偏振正交雷射發射系統1輸出的偏振正交的雙頻雷射束經過分 束稜鏡2的反射後，再經檢偏器3後在第一光電探測器4上形成的參考中頻電信號的表達 式是
式⑴中，R表示的是第一光電探測器4的響應率，盡表示的是第一光電探測器4所 探測到的光信號功率，Δω表示的是偏振正交雷射發射系統ι所發射的偏振正交的雙頻激
光束之間的頻率差，這裡等於lOOKHz, (Ph表示的是P光和S光之間的系統初始相位差。本實施方式中，在第二探測器10上所形成的測試中頻電信號的表達式是 Vjgfii (x,y) 二 RAi (λ, cos(Ae)i - φ7η (x,y) - φ{})⑵
式中，R代表的是光電探測器的響應率，Δω代表的是偏振正交光源系統發射的偏振 正交光束之間的頻率差，等於lOOKHz，％代表的是測試中頻光的初始相位，該初始相位包
括參與掃描過程的光束所走過的光程以及系統自身存在的相位誤差，這些相位在測試的過 程中相對於待測物體υ表面的厚度起伏是固定不變的。確定了參考中頻電信號和測試中頻電信號的光電流表達式後，再分別將這兩 個電流信號輸入兩個乘法器中，這兩個乘法器僅僅是對所輸入的兩路信號做數學上的相 乘，其中，使測試中頻電信號在進入第一乘法器12之前先通過90度倒相器11做90度的移 相處理。對於式(1)中來說分成了
對於測試中頻電信號來講，同樣也被分成了以下兩部分，
經過兩個乘法器的作用，得到以下的光電流表達式， 1 2
G(Xj)4— φ餓{x,y) — ft —辦)—cos( -φ0 + 私)]
兩路電信號輸入到A/D數據採集卡14後，信號輸出為 1 9
即得到了包含有待測物體厚度信息的相位函數表達式⑶和(4)，(3)和(4)式中 的禮(U)就是某一掃描時刻待測物體(x,y)處的受到厚度起伏調製的相位信息。並且
iI(U)可以通過下式來求出 而(3)和(4)式信號中的振幅部分可以由下式獲得
隨著掃描系統8實時的掃描，我們根據相位值就得到了待測物體的厚度起伏信息。當 掃描系統工作時，參考中頻信號的時域信息如圖4所示，測試中頻信號的時域信息如圖5所 示，所述參考中頻信號的頻域信息如圖6所示，所述測試中頻信號的頻域信息均如圖7所 示，由圖4可以看出，由於參考中頻信號沒有經過掃描系統8，因此，這條曲線的振幅是等值 穩定的，由圖5可以看出，由於掃描系統8正常工作，因此，測試中頻信號的振幅和相位信息 會受待測物體自身的調製，由圖6和圖7可以看出，參考中頻信號和測試中頻信號的頻域信 息是相同的，同時不管雙軸MEMS反射振鏡8-1工作與否，測試中頻信號的頻域信號始終存 在，這裡的頻率值就等於偏振正交光束的頻率差ΙΟΟΚΗζ。通過採用A/D數據採集卡14對這兩路電信號實時的進行數據採集，從而得到了有 關待測物體U表面厚度起伏信息，並通過計算機處理系統15實時顯示。本實施方式中，各光纖為單模保偏光纖，長度為半米，採用光纖傳輸光束，使光束 不易受大氣擾動，同時可以在一定程度上縮小系統結構，使系統結構更加緊湊。本實施方式中，P光為垂直紙面的光，S光為平行紙面的光。本實施方式避免了應用鎖定放大器所帶來的內部噪聲，能夠提高測量精度。
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權利要求
一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，其特徵在於所述正交解調系統包括偏振正交雷射發射系統(1)、分束稜鏡(2)、檢偏器(3)、第一光電探測器(4)、第一偏振分束稜鏡(5)、第二偏振分束稜鏡(6)、1/4波片(7)、掃描系統(8)、光合束稜鏡(9)、第二光電探測器(10)、90度倒相器(11)、第一乘法器(12)、第二乘法器(13)、A/D數據採集卡(14)和計算機處理系統(15)，所述偏振正交雷射發射系統(1)輸出偏振正交的雙頻雷射束至分束稜鏡(2)的信號接收端，所述分束稜鏡(2)將輸入的雙頻雷射束的一部分反射輸出至檢偏器(3)的信號接收端，所述檢偏器(3)使接收的反射雙頻雷射束的偏振方向相同進而發生幹涉後輸出至第一光電探測器(4)的信號接收端，所述第一光電探測器(4)將接收的幹涉後產生的光電信號作為參考中頻電信號輸出至第一乘法器(12)的一個信號接收端和第二乘法器(13)的一個信號接收端；所述分束稜鏡(2)還將輸入的雙頻雷射束的其他部分透射輸出至第一偏振分束稜鏡(5)的信號接收端，所述第一偏振分束稜鏡(5)將接收的透射雙頻雷射束的線偏振P光透射輸出至第二偏振分束稜鏡(6)的信號接收端，所述第二偏振分束稜鏡(6)將接收的線偏振P光透射輸出至1/4波片(7)的信號接收端，所述1/4波片(7)將接收的線偏振P光變換為右旋圓偏振P光後輸出至掃描系統(8)的信號接收端，所述掃描系統(8)將輸入的右旋圓偏振P光變換為載有待測物體(U)厚度起伏信息的右旋圓偏振S光後輸入至所述1/4波片(7)，所述1/4波片(7)將輸入的右旋圓偏振S光變換為線偏振S光後輸出至所述第二偏振分束稜鏡(6)，所述第二偏振分束稜鏡(6)將輸入的線偏振S光反射輸出至光合束稜鏡(9)的一個信號接收端；所述第一偏振分束稜鏡(5)還將接收的透射雙頻雷射束的線偏振S光反射輸出至光合束稜鏡(9)的另一個信號接收端；所述光合束稜鏡(9)使接收的兩路線偏振S光幹涉後作為測量中頻信號輸出至第二光電探測器(10)的信號接收端，所述第二光電探測器(10)將接收的測量中頻信號變換為測量中頻電信號輸出至90度倒相器(11)的信號接收端，所述90度倒相器(11)將接收的測量中頻電信號移相90度後輸出至第一乘法器的另一個信號接收端，所述第二光電探測器(10)還將測量中頻電信號輸出至第二乘法器(13)的另一個信號接收端；所述第一乘法器(12)將接收的參考中頻電信號和移相90度的測量中頻電信號相乘後輸出I路信號至A/D數據採集卡(14)的一個信號接收端，所述第二乘法器(13)將接收的參考中頻電信號和測量中頻電信號相乘後輸出Q路信號至A/D數據採集卡(14)的另一個信號接收端，所述A/D數據採集卡(14)對所述I路信號和Q路信號進行實時相位及振幅採樣後輸出待測物體(U)的厚度起伏信息至計算機處理系統(15)實時顯示。
2.根據權利要求1所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，其 特徵在於所述正交解調系統還包括七根光纖第一光纖(16-1)、第二光纖(16-2)、第三光 纖(16-3)、第四光纖(16-4)、第五光纖(16-5)、第六光纖(16-6)和第七光纖(16_7)，偏振 正交雷射發射系統(1)輸出的偏振正交的雙頻雷射束通過第一光纖(16-1)輸入至分束稜 鏡(2)的信號接收端，經所述分束稜鏡(2)反射輸出的雙頻雷射束通過第二光纖(16-2)輸 入至檢偏器(3)的信號接收端，經所述分束稜鏡(2)透射輸出的雙頻雷射束通過第三光纖 (16-3)輸入至第一偏振分束稜鏡(5)的信號接收端，經所述第一偏振分束稜鏡(5)反射輸出的線偏振S光通過第四光纖(16-4)輸入至光合束稜鏡(9)的一個信號接收端，經所述第 一偏振分束稜鏡(5)透射輸出的線偏振P光通過第五光纖(16-5)輸入至第二偏振分束稜 鏡(6)，經所述第二偏振分束稜鏡(6)透射輸出的線偏振P光通過第六光纖(16-6)輸入至 1/4波片(7)的信號接收端，經所述第二偏振分束稜鏡(6)反射的線偏振S光通過第七光纖 (16-7)輸入至光合束稜鏡(9)的另一個信號接收端。
3.根據權利要求1所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，其 特徵在於所述正交解調系統中的分束稜鏡(2)的分束比為50 :50。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正 交解調系統，其特徵在於所述正交解調系統中的偏振正交雷射發射系統(1)包括" 雷射器(1-1)、光纖分束器(1-2)、第一偏振片(1-3)、第二偏振片(1-4)、第一聲光移 頻器(1-5)、第二聲光移頻器(1-6)和偏振分束稜鏡，所述雷射器(1-1)輸出波長為的雷射至光纖分束器(1-2)的信號接收端，所 述光纖分束器(1-2)將所述雷射按照分束比x:y分成兩束，其中，一束雷射輸入至第一偏振片(1-3)的信號接收端，所述第一偏振片(1-3)將輸入的激 光變換為偏振方向與偏振分束稜鏡(1-7)的光軸方向相同的線偏振光輸出至第一聲光移 頻器(1-5)的信號接收端，所述第一聲光移頻器(1-5)將接收的所述線偏振光移頻uMHZ 後輸出至偏振分束稜鏡(1-7)的一個信號接收端，所述偏振分束稜鏡(1-7)將所述被移頻 uMHZ的線偏振光的P光透射輸出至所述偏振分束稜鏡(1-7)的出射埠，另一束雷射輸入至第二偏振片(1-4)的信號接收端，所述第二偏振片(1-4)將輸入的 雷射變換為偏振方向與所述偏振分束稜鏡(1-7)的光軸方向垂直的線偏振光輸出至第二 聲光移頻器(1-6)的信號接收端，所述第二聲光移頻器(1-6)將接收的所述線偏振光移頻 vMHZ後輸出至所述偏振分束稜鏡(1-7)的另一個信號接收端，所述偏振分束稜鏡(1-7)將 所述被移頻vMHZ的線偏振光的S光反射輸出至所述偏振分束稜鏡(1-7)的出射埠，所述P光和S光在所述出射埠形成振動方向相互垂直且頻率差為MHZ的正交偏振光束髮射，且0.05< <0.2。
5.根據權利要求4所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，其 特徵在於一-ν| =0. 1。
6.根據權利要求5所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，其 特徵在於K = 100 ,V = 99.9。
7.根據權利要求4所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統， 其特徵在於所述正交解調系統中的偏振正交雷射發射系統(1)還包括兩根光纖第八光 纖(1-8)和第九光纖(1-9)，經第一聲光移頻器(1-5)移頻uMHZ的線偏振光通過第八光纖 (1-8)輸入至偏振分束稜鏡(1-7)的一個信號接收端，經第二聲光移頻器移頻vMHz的線偏 振光通過第九光纖(1-9)輸入至所述偏振分束稜鏡(1-7)的另一個信號接收端。
8.根據權利要求1、2或3所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系 統，其特徵在於所述正交解調系統中的掃描系統(8)包括雙軸MEMS反射振鏡(8-1)、三片式 F-Theta透鏡組(8-2)和高反射鏡(8_3)，所述高反射鏡(8_3)的反射率為96°/Γ 00%，所述 雙軸MEMS反射振鏡(8-1)位於所述三片式F-Theta透鏡組(8_2)的系統焦距處，經1/4波片(7)輸出的右旋圓偏振P光輸入至雙軸MEMS反射振鏡(8-1)的有效反射 單元，所述雙軸MEMS反射振鏡(8-1)將輸入的右旋圓偏振P光反射輸出至三片式F-Theta 透鏡組(8-2)，所述三片式F-Theta透鏡組(8_2)輸出右旋圓偏振平行P光至待測物體(U)， 經所述待測物體(U)透射的右旋圓偏振平行P光輸入至高反射鏡(8-3)的反射端面，所述 高反射鏡(8-3)將輸入的右旋圓偏振平行P光反射輸出右旋圓偏振平行S光，所述右旋圓 偏振平行S光按原光路返回至雙軸MEMS反射振鏡(8-1)的有效反射單元，經所述雙軸MEMS 反射振鏡(8-1)反射回載有待測物體(U)厚度起伏信息的右旋圓偏振S光。
9.根據權利要求8所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，其 特徵在於掃描系統(8)中的三片式F-Theta透鏡組(8_2)由共軸排列的三片透鏡組合而 成，所述三片透鏡依次為材料為SFll的第一透鏡、材料為SFll的第二透鏡和材料為BK7 的第三透鏡，所述三片式F-Theta透鏡組(8-2)的系統焦距為430mm，其筒長為280mm，其 前工作距離為242. 24mm，其後工作距離為328. 50mm，所述前工作距離為雙軸MEMS反射振 鏡(8-1)的有效反射單元與材料為SFll的第一透鏡之間的距離，所述後工作距離為材料為 BK7的第三透鏡與待測物體(U)之間的距離。
10.根據權利要求9所述的一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統， 其特徵在於三片式F-Theta透鏡組(8-2)中三個透鏡的具體參數為
全文摘要
一種實時進行中頻信號相位及振幅測量的正交解調系統，它涉及光電信號檢測技術領域。它解決了現有的相位測量方法僅能單次測量而無法完成對待測物體物理量信息(厚度起伏信息)進行連續測量的問題，本發明包括偏振正交雷射發射系統、分束稜鏡、檢偏器、第一光電探測器、第一偏振分束稜鏡、第二偏振分束稜鏡、1/4波片、掃描系統、光合束稜鏡、第二光電探測器、90度倒相器、第一乘法器、第二乘法器、A/D數據採集卡和計算機處理系統。本發明適用於信號檢測。
文檔編號G02B27/28GK101915549SQ20101024604
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月5日 優先權日2010年8月5日
發明者叢海芳, 曲楊, 李彥超, 王春暉, 高龍 申請人:哈爾濱工業大學