一种新的高精度测相方法

　　引言

　　目前大多数市售的相位式激光测距仪，是用光电接收元件作为解调器件，把光信号转换成电信号再进行测相(高频直接测相或差频后测相)。从而根据测 距方程就可求出被测距离的真值.在调制频率为几十兆赫时一般测距精度为毫米或厘米的量级。为了提高测距精度，在其它条件不变时采用超高频(500一 60OMHz)或微波频率(3GHz以上)对光进行调制。为了实现解调制，采用普通光电倍增管或光电二极管就难于胜任。因为这些器件的上升时间为10^-5一10^-7秒，唯一可行、有效而又较经济的办法是采用电光晶体作无误差的解调器件。利用可变光路来检测出光相位差(图2)。这样的测量精度可达0.05一0.lmm。

　　1超高频光调制与解调原理

　　假定在同轴型谐振腔中(该腔工作在TLM长)的高温区的适当位置放进两块z切割的KDP或DKDP晶体(图1中的I，11)。当谐振腔共振频率 为叽时，则偏振光沿着晶体I的z轴通过后变为椭圆偏振光，可以认为是两个等振幅和在互相垂直的平面内振动(与入射平面波倾斜45^。的平面波组成，具有位相差

　　2试验与结论

　　根据公式(4)，我们在实验室内利用自己设计制作的超高频光调制器和两台光具座及相应的光学系统建立一套实验装置，实现了无误差的解调及模拟可变光路测相的试验，图2为此装置的示意图。

　　首先令入射激光(He一Ne，632.snm单模)通过起偏器PI按某一方向进入调制腔内的第一个晶体(DKDP晶体I)，从此晶体射出的光是 被超高频场进行偏振调制了的椭圆偏振光，经过转向棱镜A，B后，在空间传播遇到远方反射器(图2中棱镜C)返回到晶体I，其椭圆偏振度不是增强就是相消 (见公式4)，这仅仅取决于反射光场矢量相对于超高频场的旋转方向，因此当棱镜C相对于晶体在导轨上连续地移动(移动方向平行于光轴)。则返回晶体n的反 射光之间循环地发生变化。当移动距离d~(2N十l)弋/4时出现极小值。两个极小值之间有一个极大值(图3中曲线)。当移动腔体的阻抗调谐装置时，其谐 振频率从540MHz一0MHz范围内变化，很容易利用图2所描述的装置，移动棱镜C就可以直接测出调制波长的大小，或者已知调制频率测出实际距离d的 值.这样，很直接地测出超高频光调制的相位分布及精度，由图3可看到实验与理论值十分接近。利用此法可直接检查和鉴别超高频光调制器或微波光调制器中被调 制光场的相位特性，这对研制和检查超高精度激光测距仪提供了一种新的测相方法，它是一种精度高、实用性强的一种方法。