本文研究并实验了光纤单波长激光器、光纤双波长激光器、以及光纤三波长激光器, 分别发出单波长、双波长、以及三波长激光, 分别用于对位移、台阶高度、绝对距离等参量的高精度干涉测量。利用光纤光栅只反射布拉格波长的特性, 将光纤光栅作为光纤激光谐振腔的反射镜和波长选择元件, 可以使光纤激光器具有单个或者多个独立的但光程重叠的激光谐振腔, 每个激光谐振腔有掺铒光纤作为增益介质。980 nm激光的泵浦下, 光纤多波长激光器分别发出单波长、双波长、以及三波长激光, 每个波长值可以根据需要确定, 两个波长之间的间隔也可以根据需要确定。光纤多波长激光器发出的多波长之间无模式竞争, 每个波长的功率和频率都稳定。每个波长的稳定度达10-7, 能够满足对位移、台阶高度、绝对距离进行高精度干涉测量的要求。

研究了一种基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统.系统中的光纤激光器包含三个独立的激光谐振腔, 每个激光谐振腔都有作为增益介质的掺铒光纤, 三个激光谐振腔利用光纤光栅作为反射镜及波长选择元件, 光纤激光器能同时发出无模竞争的频率和功率都稳定的三波长激光.利用三波长激光的自混合干涉, 以及干涉信号的相位小数重合方法, 实现绝对距离测量.为实现绝对距离测量, 三个波长中两相邻波长间距应为相等.实验中, 两相邻波长间距约为10 nm.系统对公称高度为11 mm 修正值不大于2.7 μm的台阶高度进行测量, 测量结果为11.000 059 mm.对13.000 090 mm 绝对距离重复测量20次的标准差为4.4 nm.

研究了一种复合光纤马赫-曾德尔外差干涉测量系统,并采用该系统对位移进行在线测量。基于光纤光栅只反射布拉格波长的特性,构建了两个独立但光程几乎重合的光纤马赫-曾德尔干涉仪。其中的一个马赫-曾德尔干涉仪用于完成测量工作,另一个马赫-曾德尔干涉仪用于监测环境干扰,补偿环境干扰对测量结果的影响,使测量系统适合用于在线测量。位于马赫-曾德尔干涉仪参考臂的声光调制器组可对参考光进行移频,当参考光与测量光会合时形成外差干涉信号,实现外差干涉测量。实验中,该系统对100 μm位移进行10次重复测量的标准差为6 nm。

提出一种基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统。由宽带光源发出的光通过光纤迈克耳孙干涉仪获取被测量信息，色散光栅将宽谱干涉光束色散成波长在空间连续分布的光片，由线阵CCD 探测。将线阵CCD 的各个像元探测到的各个波长干涉信号转换成对应的波数干涉信号。对于波数干涉信号，相邻两个干涉信号峰值之间的波数变化量与干涉仪光程差的绝对值呈正比。因此，利用此测量系统可实现对台阶高度等物理量的绝对测量。利用缩短测量系统中光纤迈克耳孙干涉仪的两个干涉臂的长度减小环境干扰对测量系统的影响，获得高测量精度。本测量系统的测量分辨率为6.03 nm。对一个高度为50 μm 的台阶重复10次测量，测量结果的标准差为6.8 nm。