一種連續調節雷射相干長度的方法和裝置的製作方法

2023-06-12 17:18:56

專利名稱：一種連續調節雷射相干長度的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於雷射技術領域，具體涉及是一種連續調節雷射相干長度的方法和裝置。
背景技術：
相干長度是衡量光源相干性能的物理量，定義為光源光能夠實現相干的最大光程差。雷射以其良好的相干性被廣泛應用於各種光學測量技術中，如相干光纖通訊、雷射測距、雷射雷達等領域，但是對一些精密測量技術，如高速、超高解析度成像、精密檢測等應用，高相干光源反而會因為多表面反射或透射產生各種光學噪聲，降低測量精度。例如，在利用其檢測雙拋光透明平行平板面形時，將會出現三表面幹涉現象，導致測量誤差較大。因此具有良好光束特性的低相干光源成為這些測量系統的最佳光源。低相干光可以通過在超輻射發光二極體輸出端加入特定帶寬的帶通濾光片，從而獲得準單色光的白光光源來實現，但它們的光亮度有待進一步提高。飛秒雷射器雖可產生高亮度、短相干長度的脈衝雷射，但其體型巨大，且價格昂貴。另一方面，為了測量不同尺寸的微觀物體表面形貌，則需要具有不同相干長度的高亮度光源。在相干和非相干測量應用中，要求對光源雷射的相干長度進行有效調控。雖然通過調節雷射腔腔長可以在一定程度上改變輸出雷射的相干長度，但是由於腔長調節範圍有限，所以相干長度的調節範圍也很小。現有技術中，光柵和稜鏡組合曾被用於壓縮雷射線寬，例如申請號為200910052119.2的中國發明專利中提到了一種含光束整形與波長轉動調諧的線寬壓縮裝置，通過調節第一個和最後一個稜鏡而使光束入射到光柵上的角度發生變化，從而光柵選擇不同的衍射波長輸出，但這種裝置目標是調節雷射波長，而壓縮後的雷射線寬和相干長度是固定不變的。

發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明所要解決的技術問題是提出一種能夠連續調節雷射相干長度的方法和裝置，以克服現有的相干長度調節裝置調節範圍小、不夠穩定的缺點。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本發明提出一種連續調節雷射相干長度的方法，該方法提供雷射諧振腔，使泵浦雷射入射到在該雷射諧振腔中，雷射在雷射諧振腔內多次往返振蕩後輸出，該方法還包括提供雷射擴束/縮束裝置和光柵，使雷射通過雷射擴束/縮束裝置入射到所述光柵上，其中，該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的，且光柵的位置和角度也是連續可調的；連續調節該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證雷射在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出雷射的相干長度。根據本發明的一種優選實施方式，所述雷射擴束/縮束裝置和光柵設置於所述雷射諧振腔內。根據本發明的一種優選實施方式，所述雷射擴束/縮束裝置和光柵設置於所述雷射諧振腔外，從雷射諧振腔出射的雷射通過所述雷射擴束/縮束裝置和光柵後輸出。根據本發明的一種優選實施方式，所述雷射擴束/縮束裝置的有效色散為零。本發明還提出一種連續調節雷射相干長度的裝置，包括雷射諧振腔，雷射在雷射諧振腔內多次往返振蕩後輸出，該裝置還包括雷射擴束/縮束裝置和光柵，雷射在輸出之前通過該雷射擴束/縮束裝置和光柵，其中所述雷射擴束/縮束裝置對雷射進行擴束或縮束，並使通過該雷射擴束/縮束裝置的雷射入射到所述光柵上，該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的；所述光柵用於利用其衍射特性進行雷射波長選擇，且其位置和角度也是連續可調的，以保證雷射在光柵的入射面的入射角不變。根據本發明的一種優選實施方式，所述雷射擴束/縮束裝置的有效色散為零。根據本發明的一種優選實施方式，所述雷射擴束/縮束裝置是由三個稜鏡組成的稜鏡組，稜鏡組中的稜鏡放置方式為「上-上-下」或者「下-下-上」，其中，「上」表示稜鏡的頂角朝上，「下」表示稜鏡的頂角朝下，所述頂角是指稜鏡的三個角中最小的角。根據本發明的一種 優選實施方式，所述稜鏡組中的每個稜鏡均安裝於稜鏡轉動平移臺上，該稜鏡轉動平移臺可在平行於雷射光路的平面內轉動和平動，通過轉動稜鏡轉動平移臺，可改變雷射光束的擴束/縮束倍數；所述光柵安裝於光柵轉動平移臺上，該光柵轉動平移臺可在平行於雷射光路的平面內轉動或平動，通過轉動和平動光柵轉動平移臺，可以相應地調整光柵的雷射入射角度，保證經稜鏡組出射的雷射束始終以相同的入射角入射到該光柵上。根據本發明的一種優選實施方式，所述光柵是Littoow自準直結構放置的閃耀光柵，或者是Littman-Metcalf掠入射結構放置的閃耀光柵。根據本發明的一種優選實施方式，所述光柵是其偏離Littoow自準直結構的角度不大於10度的閃耀光柵。(三)有益效果本發明採用稜鏡組與光柵結合的裝置，通過轉動各稜鏡的角度改變雷射的擴束/縮束倍數，並相應調整光柵位置及其角度，由此連續調節雷射相干長度，因此本發明具有結構緊湊、性能穩定、簡單實用的特點，能夠很好地應用於幹涉測量等應用領域。


圖1為本發明的連續調節雷射相干長度的裝置的第一實施例的結構示意圖；圖2為本發明的連續調節雷射相干長度的裝置的第二實施例的結構示意圖；圖3為本發明的連續調節雷射相干長度的裝置的第三實施例的結構示意圖；圖4為本發明的連續調節雷射相干長度的裝置的第四實施例的結構示意圖。
具體實施例方式本發明的裝置提供一個雷射諧振腔，使泵浦雷射入射到在該雷射諧振腔中，雷射在雷射諧振腔內多次往返振蕩後輸出。根據本發明的一種實施方式，在所述雷射諧振腔中設置雷射擴束/縮束裝置和光柵，使通過雷射擴束/縮束裝置的雷射入射到光柵上，其中，該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的，且光柵的位置和角度也是連續可調的；連續調節該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證雷射在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出雷射的相干長度。根據本發明的另一種實施方式，在所述雷射諧振腔外設置雷射擴束/縮束裝置和光柵，使從雷射諧振腔出射的雷射通過所述雷射擴束/縮束裝置和光柵後輸出，其中，該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的，且光柵的位置和角度也是連續可調的；連續調節該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證雷射在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出雷射的相干長度。進一步來說，根據本發明的優選實施方式，所述雷射擴束/縮束裝置是由三個稜鏡組成的稜鏡組。並且，所述稜鏡組中的每個稜鏡均安裝於一稜鏡轉動平移臺上，該稜鏡轉動平移臺可在平行於雷射光路的平面內轉動和平動。通過轉動稜鏡轉動平移臺，可改變雷射光束的擴束/縮束倍數。同時，所述光柵安裝於一光柵轉動平移臺上，同樣，該光柵轉動平移臺既可在平行於雷射光路的平面內轉動，也可在平行於雷射光路的平面內平動。通過轉動和平動光柵轉動平移臺，可以相應地調整光柵的雷射入射角度，保證經稜鏡組出射的雷射束始終以相同的入射角入射到光柵上。下面對本發明的原理進行說明。利用光學元件的自身特點和基本光學原理知識分析，雷射擴束/縮束裝置主要用於對雷射進行擴束或縮束，同時對通過該雷射擴束/縮束裝置的雷射的發散角進行連續調節。光柵作為典型的衍射光學元件，利用它的衍射特性可實現有效的波長選擇。在雷射的輸出光路加入稜鏡組和光柵後，雷射相干長度一般表達式為
權利要求
1.一種連續調節雷射相干長度的方法，該方法提供雷射諧振腔，使泵浦雷射入射到在該雷射諧振腔中，雷射在雷射諧振腔內多次往返振蕩後輸出，其特徵在於，該方法還包括提供雷射擴束/縮束裝置和光柵，使雷射通過雷射擴束/縮束裝置入射到所述光柵上， 其中，該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的，且光柵的位置和角度也是連續可調的；連續調節該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證雷射在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出雷射的相干長度。
2.如權利要求1所述的連續調節雷射相干長度的方法，其特徵在於，所述雷射擴束/縮束裝置和光柵設置於所述雷射諧振腔內。
3.如權利要求1所述的連續調節雷射相干長度的方法，其特徵在於，所述雷射擴束/縮束裝置和光柵設置於所述雷射諧振腔外，從雷射諧振腔出射的雷射通過所述雷射擴束/縮束裝置和光柵後輸出。
4.如權利要求1-3中任一項所述的連續調節雷射相干長度的方法，其特徵在於，所述雷射擴束/縮束裝置的有效色散為零。
5.一種連續調節雷射相干長度的裝置，包括雷射諧振腔，雷射在雷射諧振腔內多次往返振蕩後輸出，其特徵在於，該裝置還包括雷射擴束/縮束裝置和光柵，雷射在輸出之前通過該雷射擴束/縮束裝置和光柵，其中所述雷射擴束/縮束裝置對雷射進行擴束或縮束，並使通過該雷射擴束/縮束裝置的雷射入射到所述光柵上，該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的；所述光柵用於利用其衍射特性進行雷射波長選擇，且其位置和角度也是連續可調的， 以保證雷射在光柵的入射面的入射角不變。
6.如權利要求5所述的連續調節雷射相干長度的裝置，其特徵在於，所述雷射擴束/縮束裝置的有效色散為零。
7.如權利要求6所述的連續調節雷射相干長度的裝置，其特徵在於，所述雷射擴束 /縮束裝置是由三個稜鏡組成的稜鏡組，稜鏡組中的稜鏡放置方式為「上-上-下」或者 「下-下-上」，其中，「上」表示稜鏡的頂角朝上，「下」表示稜鏡的頂角朝下，所述頂角是指稜鏡的三個角中最小的角。
8.如權利要求7所述的連續調節雷射相干長度的裝置，其特徵在於，所述稜鏡組中的每個稜鏡均安裝於稜鏡轉動平移臺上，該稜鏡轉動平移臺可在平行於雷射光路的平面內轉動和平動，通過轉動稜鏡轉動平移臺，可改變雷射光束的擴束/縮束倍數；所述光柵安裝於光柵轉動平移臺上，該光柵轉動平移臺可在平行於雷射光路的平面內轉動或平動，通過轉動和平動光柵轉動平移臺，可以相應地調整光柵的雷射入射角度，保證經稜鏡組出射的雷射束始終以相同的入射角入射到該光柵上。
9.如權利要求5-8中任一項所述的連續調節雷射相干長度的裝置，其特徵在於，所述光柵是Littrow自準直結構放置的閃耀光柵,或者是Littman-Metcalf掠入射結構放置的閃耀光柵。
10.如權利要求5-8中任一項所述的連續調節雷射相干長度的裝置，其特徵在於，所述光柵是其偏離LittiOW自準直結構的角度不大於10度的閃耀光柵。
全文摘要
本發明屬於雷射技術領域，具體涉及一種連續調節雷射相干長度的方法和裝置，其中方法包括提供一個雷射諧振腔，泵浦雷射入射到該雷射諧振腔中，雷射在雷射諧振腔內多次往返振蕩後輸出；在雷射諧振腔內部或外部提供雷射擴束/縮束裝置和光柵，使雷射通過雷射擴束/縮束裝置入射到所述光柵上，連續調節該雷射擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證雷射在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出雷射的相干長度。本發明具有結構緊湊、性能穩定、簡單實用的優點，能夠很好地應用於幹涉測量等應用領域。
文檔編號H01S3/106GK103036143SQ20121055204
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者周翊, 範元媛, 宋興亮, 王倩, 翟曄, 鮑洋, 崔惠絨, 王宇 申請人:中國科學院光電研究院