專利名稱：可調(diào)f-p干涉儀極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及物理測(cè)量，特別是一種用于高功率激光系統(tǒng)的可調(diào)F-P干涉儀 極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在高功率激光系統(tǒng)中，為了解決寬頻譜激光傳輸過程中的幅度調(diào)制效應(yīng)(FM-AM) 問題，采用可調(diào)法布里一珀羅干涉儀(以下簡稱可調(diào)F—P干涉儀)對(duì)幅度調(diào)制效 應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。F-P干涉儀可調(diào)，是指構(gòu)成F-P干涉儀的兩塊玻璃平板的間距可調(diào)， 從而對(duì)干涉儀的自由光譜范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，其工作原理是把可調(diào)F-P干涉儀的一塊 玻璃平板固定，另一塊玻璃平板安裝在由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器7驅(qū)動(dòng)的微位移平臺(tái)8上， 由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器7實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃平板間距的精細(xì)調(diào)諧。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)器固有的遲滯和蠕變性，其蠕變量在幾個(gè)小時(shí)后累計(jì)可以達(dá)到幾微米， 從而造成玻璃平板的間距隨時(shí)間而變化，嚴(yán)重影響可調(diào)F-P干涉儀對(duì)幅度調(diào)制效應(yīng) 的補(bǔ)償功能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)可調(diào)F-P干涉儀的兩玻璃平板的間距調(diào)整到理想位 置后，幅度調(diào)制效應(yīng)的調(diào)制深度小于4%，這是理想的工作狀態(tài)，在開環(huán)狀態(tài)下，3 個(gè)小時(shí)后，幅度調(diào)制效應(yīng)的調(diào)制深度增加到10%，平均玻璃板間距每增加500nm, 調(diào)制深度增加將近2%，這對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行是不利的。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)幅度調(diào)制效應(yīng)補(bǔ)償裝置的技術(shù)要求，當(dāng)可調(diào)F-P干涉儀的極間距調(diào)整好后， 要求其極間距穩(wěn)定度優(yōu)于25nm/h，這樣才能保證幅度調(diào)制效應(yīng)的調(diào)制深度始終保持 在4%以內(nèi)。本實(shí)用新型的目的在于克服上述可調(diào)F-P干涉儀的極間距隨時(shí)間變化的 問題，提供一種可調(diào)F-P干涉儀極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)能保障所述的 F-P干涉儀的極間距的穩(wěn)定度優(yōu)于25nm/h，具有測(cè)量性能穩(wěn)定、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、 操作方便等特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是
一種可調(diào)F-P干涉儀極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)，該可調(diào)F-P干涉儀的一玻璃平板安
裝在固定平臺(tái)上，另一塊玻璃平板安裝在相對(duì)該固定平臺(tái)微位移的微位移平臺(tái)上， 該在線監(jiān)控系統(tǒng)包括 一電容傳感器，該電容傳感器第一極板安裝在所述固定平臺(tái) 上，與所述可調(diào)f-p干^^儀的一玻璃平板的位置相對(duì)應(yīng)，電容傳感器第二極板安裝
在由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的所述微位移平臺(tái)上，與所述可調(diào)f-p干涉儀的另一玻璃 平板的位置相對(duì)應(yīng)，則該電容傳感器兩極板的間距變化量和所述可調(diào)f-p干涉儀的 兩玻璃板間距變化量始終保持一致，為防止虛假信號(hào)產(chǎn)生，電容傳感器第二極板需 要可靠接地，所述電容傳感器第一極板經(jīng)傳感器測(cè)量電路、A/D轉(zhuǎn)換器與主控制器 的輸入端相連，該主控制器的輸出端經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器相連。
由于壓電陶瓷存在的固有的遲滯和蠕變特性，將使微位移平臺(tái)在一段時(shí)間后偏 離某一初始預(yù)設(shè)位置，此時(shí)可調(diào)f-p干涉儀的兩塊玻璃平板間距與電容傳感器極板 間距產(chǎn)生同樣變化量，因此只需測(cè)量傳感器極板的間距變化量，即可同時(shí)求得可調(diào) f-p干涉儀的極間距變化量。
傳感器測(cè)量電路在線檢測(cè)電容傳感器的極板間距，該間距作為在線監(jiān)控系統(tǒng)的 反饋值，經(jīng)由a/d轉(zhuǎn)換后輸入到主控制器，由主控制器對(duì)反饋值進(jìn)行處理，求得壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)器所需要的驅(qū)動(dòng)電壓，經(jīng)由d/a轉(zhuǎn)換后將驅(qū)動(dòng)電壓加在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器 上，驅(qū)動(dòng)微位移平臺(tái)改變兩玻璃板的間距，調(diào)節(jié)并穩(wěn)定可調(diào)f-p干涉儀的極間距， 最終實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)f-p干涉儀極間距的閉環(huán)位移控制。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 測(cè)量穩(wěn)定性好，本實(shí)用新型使可調(diào)f-p干涉儀的極間距穩(wěn)定度始終保持在 15rWh以內(nèi)；
2、 成本低，比光柵檢測(cè)成本要低50%;
3、 結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，需要的空間??；
4、 具有好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和很高的靈敏度。


圖1為本實(shí)用新型可調(diào)f-p干涉儀極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新
···
型的保護(hù)范圍。
請(qǐng)參閱圖1，圖1為本實(shí)用新型可調(diào)F-P干涉儀極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖，由圖可見，本實(shí)用新型由電容傳感器的第一極板l、第二極板2、傳感器 測(cè)量電路3、 A/D轉(zhuǎn)換器4、主控制器5、 D/A轉(zhuǎn)換器6、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器7、微位移 平臺(tái)8、固定平臺(tái)9構(gòu)成。所述的電容傳感器的第一極板1固定于固定平臺(tái)9上， 與所述可調(diào)F-P干涉儀10的一玻璃平板的位置相對(duì)應(yīng),該電容傳感器的第二極板2 安裝在由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器7驅(qū)動(dòng)的微位移平臺(tái)8上，構(gòu)成可動(dòng)極板，與所述可調(diào)F-P
干涉儀10的另一玻璃平板的位置相對(duì)應(yīng)，兩個(gè)極板之間的初始間距設(shè)為丄。，則該
電容傳感器兩極板的間距變化量厶￡和所述可調(diào)F-P干涉儀的兩玻璃板間距變化量 將始終保持一致。由于壓電陶瓷固有的遲滯、蠕變等特性，將使微位移平臺(tái)8在一 段時(shí)間后偏離某一初始預(yù)設(shè)位置，此時(shí)可調(diào)F-P干涉儀10的兩玻璃板間距與電容 傳感器兩極板的間距￡產(chǎn)生同樣變化量，因此我們只需測(cè)量電容傳感器第一極板1 和電容傳感器第二極板2的間距變化量厶￡ ，即可同時(shí)得到可調(diào)F-P干涉儀10的極 間距變化量厶丄。
傳感器測(cè)量電路3在線檢測(cè)電容傳感器的第一極板1和第二極板2的實(shí)時(shí)間距 丄，首先將檢測(cè)到的微弱模擬電信號(hào)進(jìn)行放大、去除噪聲，最終轉(zhuǎn)換成模擬電壓值， 將其作為在線監(jiān)控系統(tǒng)的反饋值，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳輸給主控 制器5，通過主控制器5對(duì)反饋值進(jìn)行處理，得到間距反饋值丄與電容傳感器極板
初始間距丄。之間的偏差A(yù) ￡ ，根據(jù)偏差A(yù) Z求得壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器7所需要的驅(qū)動(dòng)電
壓，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)換后將驅(qū)動(dòng)電壓加在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器7上，驅(qū)動(dòng)微位移平 臺(tái)8以改變兩塊玻璃板的間距，從而調(diào)節(jié)并穩(wěn)定可調(diào)F-P干涉儀10的極間距，最 終實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)F-P干涉儀10極間距的閉環(huán)位移控制。
為防止虛假信號(hào)產(chǎn)生，可運(yùn)動(dòng)的電容傳感器第二極板2需要可靠的接地。 主控制器5采用LABVIEW軟件編程，首先對(duì)傳感器測(cè)量電路3輸出的反映電容 傳感器兩極板l、 2間距變化的電壓值進(jìn)行運(yùn)算處理，求得電容傳感器兩極板的實(shí) 時(shí)間距￡，并與電容傳感器兩極板的初始間距丄。進(jìn)行比較，得到兩者之間的偏差
厶丄，該偏差即為可調(diào)F-P干涉儀10的兩玻璃板間距的變化量；接著對(duì)偏差A(yù)丄進(jìn) 行運(yùn)算，求得壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器7所需要的驅(qū)動(dòng)電壓，并對(duì)所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器7
施加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)微位移平臺(tái)8的位移控制，使兩玻璃板間距恢復(fù)到初 始值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)F-P干涉儀極間距的閉環(huán)位移控制。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本實(shí)用新型可調(diào)F-P干涉儀極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)能保障可調(diào) F-P干涉儀的極間距的穩(wěn)定度保持在15nm/h以內(nèi)，幅度調(diào)制效應(yīng)的調(diào)制深度始終優(yōu)
于4%，能夠滿足幅度調(diào)制效應(yīng)補(bǔ)償裝置的技術(shù)要求。
權(quán)利要求1、一種可調(diào)F-P干涉儀極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)，該可調(diào)F-P干涉儀(10)的一玻璃平板安裝在固定平臺(tái)(9)上，另一塊玻璃平板安裝在相對(duì)該固定平臺(tái)(9)微位移的微位移平臺(tái)(8)上，其特征在于該在線監(jiān)控系統(tǒng)包括一電容傳感器，該電容傳感器第一極板(1)安裝在所述固定平臺(tái)(9)上，與所述可調(diào)F-P干涉儀(10)的一玻璃平板的位置相對(duì)應(yīng)，該電容傳感器第二極板(2)可靠接地，且安裝在由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(7)驅(qū)動(dòng)的所述微位移平臺(tái)(8)上，與所述可調(diào)F-P干涉儀(10)的另一玻璃平板的位置相對(duì)應(yīng)，所述電容傳感器的第一極板(1)經(jīng)傳感器測(cè)量電路(3)、A/D轉(zhuǎn)換器(4)與主控制器(5)的輸入端相連，該主控制器(5)的輸出端經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器(6)與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(7)相連。
專利摘要一種用于高功率激光系統(tǒng)的可調(diào)F-P干涉儀極間距的在線監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)包括一電容傳感器，該電容傳感器第一極板安裝在所述固定平臺(tái)上，電容傳感器第二極板可靠接地，且安裝在由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的所述微位移平臺(tái)上，所述電容傳感器第一極板經(jīng)傳感器測(cè)量電路、A/D轉(zhuǎn)換器與主控制器的輸入端相連，該主控制器的輸出端經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器相連。本實(shí)用新型使F-P干涉儀的間距穩(wěn)定度保持在15nm/h以內(nèi)，幅度調(diào)制效應(yīng)的調(diào)制深度始終優(yōu)于4％，能夠很好地滿足幅度調(diào)制效應(yīng)補(bǔ)償裝置的技術(shù)要求。
文檔編號(hào)G01B7/14GK201003945SQ20072006660
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者師樹恒, 朱健強(qiáng), 斌 王 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所