一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統的製作方法

2023-05-08 07:57:51 1

專利名稱：一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學檢測與儀器和光學技術領域，具體涉及的一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統。
背景技術：
幹涉儀對系統照明光源的空間相干性和時間相干性以及輸出功率都有一定的要求。以前幹涉儀通常使用原子光譜燈(鈉光燈、水銀燈等)來照明，但這類光源不能較好滿足以上要求。雷射的出現解決了這些問題，由於雷射高度的空間相干性和時間相干性性，幹涉儀有了很寬的空間相干區域和很長的相干長度，參考面和測試面的光程不用再匹配；同時雷射高度集中的能量密度可以使幹涉條紋有很好的亮度和對比度，因此雷射已經成為幹涉測量領域的常用光源。然而，雷射的這些特性也給幹涉儀帶來了一些問題。普通幹涉儀的光源通常採用由單波長氦氖雷射器和擴束器組成的擴束光學系統，由於雷射具有高度的時間和空間相干性，光源擴束器和幹涉儀中光學元件的微觀缺陷等瑕疵(傷痕、凹陷等)和表面汙染(灰塵等)都會導致散射光的相干疊加，在幹涉圖中形成牛頓環或靶心，形成相干噪聲。另外，雷射器與擴束器的裝配好壞會對出射雷射的均勻性產生很大的影響。為此，一些學者採用低相干光源為幹涉儀照明，或者在幹涉儀系統中加旋轉的毛玻璃來消除相干噪聲。但這些方法抑制相干噪聲的同時也減少了被測件的中高頻表面信息，降低了幹涉儀測量的空間頻率範圍和解析度。另外，將旋轉毛玻璃安裝在幹涉儀中，其振動也會影響測量精度。環形光源雖然能有效地抑制相干噪聲，保持較高的空間解析度，但其結構複雜，使用不方便。

發明內容
本發明的目的在於提供一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統，它能夠提高幹涉儀的照明系統的均勻性，抑制相干噪聲，提高幹涉儀測量的空間頻率測量範圍和精度。實現本發明目的的技術解決方案為:一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統，由雷射光源、I禹合透鏡、光纖、圓盤、雷射出射埠依次順序組成；由雷射光源出射的雷射光束經過耦合透鏡匯聚到光纖的前端面，光纖固定在耦合調整架，圓盤的邊緣沿外徑方向開有一圈凹槽，光纖在凹槽內繞圈，經過光纖傳輸後的雷射從雷射出射埠出射，形成一個點光源。在稱合透鏡和光纖前端面之間可插入一個旋轉毛玻璃系統，旋轉毛玻璃系統由毛玻璃和驅動電機組成，毛玻璃中心開有一小孔，驅動電機的電機轉軸插入上述小孔中並固定，毛玻璃一面光滑，另一面經過磨砂加工，其光滑面和耦合透鏡相對。耦合透鏡光軸與雷射光軸重合；光纖的前端面垂直於光軸且位於匯聚焦點處。所述的雷射光源採用半導體雷射器。所述的耦合方式採用分離透鏡耦合。所述的光纖輸出端採用FC標準接口，方便與不同類型的幹涉儀相連。光纖端面可選擇UPC或APC類型，根據幹涉儀的測量要求可選擇不同類型的出射端面。
本發明與現有技術相比，其顯著優點:(I)本發明的雷射光源是和幹涉儀分離的，能夠通過光纖為不同類型的幹涉儀提供照明。(2)本發明沒有傳統幹涉儀光源的擴束系統，消除了由擴束系統帶來的相干噪聲，提高了幹涉圖的均勻性和信噪比。(3)本發明可根據需要自由安裝旋轉磨玻璃系統，並且由於光源和幹涉儀是分離的，電機產生的振動不會對測量精度產生影響。


圖1是本發明的光源系統的原理示意圖。圖2是本發明的光源用於斐索幹涉儀上的原理示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。如圖1所示，一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統是由雷射光源1、耦合透鏡2、光纖6、圓盤7、雷射出射埠 8依次順序組成。由雷射光源I出射的雷射光束經過耦合透鏡2匯聚到光纖6的前端面。其中，保證耦合透鏡2光軸與雷射光軸重合；光纖6的前端面垂直於光軸且位於匯聚焦點處。光纖6通過耦合調整架5上的通用接口固定在耦合調整架5上。通過耦合調整架5，可對光纖6的前端面的位置進行微小的移動，改變耦合效率，使耦合導入光纖6的雷射能量最大。光纖6採用單模光纖，由於只傳輸基模，可以避免模式色散，而且纖芯較小，能夠保證出射波前基本在同一位相面上。圓盤7直徑為4釐米，圓盤的邊緣沿外徑方向開有一圈凹槽，通過將光纖6在凹槽內繞2 3圈，濾除光纖中的高頻成分，增強出射光的均勻性。經過光纖傳輸後的雷射從雷射出射埠 8出射，形成一個點光源。光纖輸出端8採用FC標準接口，方便固定在不同類型的幹涉儀光源處，其光纖端面可選擇UPC或APC類型，減少雷射的端面反射；UPC端面為光滑圓弧狀，出射雷射波面質量較好；APC端面則磨成一定角度，可防止幹涉儀反射回出射端面的雷射再進入幹涉儀造成幹擾，但出射雷射波面不如UPC型，根據幹涉儀的測量要求可選擇不同類型的出射端面。在耦合透鏡2和光纖6端面之間可插入一個旋轉毛玻璃系統以降低光源的相干性，抑制幹涉系統產生的相干噪聲，該系統由一片毛玻璃3和一個驅動電機4組成。毛玻璃3為一片直徑為60_、厚度為3_的磨砂玻璃，其中心開有一直徑為2_的小孔，恰好可以插如驅動電機4的電機轉軸，由此將毛玻璃3和驅動電機4固定在一起。毛玻璃3 —面光滑，另一面經過磨砂加工，其光滑面和耦合透鏡2相對。此時，雷射光束由雷射光源I射出，經過耦合透鏡2匯聚，驅動電機4帶動毛玻璃3轉動，匯聚後的光束穿過毛玻璃3的光滑面和磨砂面，再匯聚到光纖6的前端面上，經過圓盤7濾波從雷射出射埠 8射出。所述的光纖6採用單模光纖，外徑為125μπι，內徑為4μπι，其數值孔徑NA=0.15 ± 0.05。本發明可用於多種類型的幹涉儀，以應用在結構較為簡單的斐索幹涉儀斐索幹涉儀為例進行說明，如圖2所示。光纖導出式幹涉儀雷射光源系統和斐索幹涉儀是分離獨立的，其通過光纖導入的方式為幹涉儀照明。在光纖端面8出射的雷射光束經過分光鏡10入射到準直鏡11形成平行光束併入射到放置在後面的參考鏡12和測試鏡13上；參考鏡後表面和測試鏡前表面反射回來的光通過準直鏡11和分光鏡10的反射，進入成像鏡14，最終成ο |-=rlI I Λ/7^ ·-~τ~ ΓΛ T J=ItL ；νΛ NlXf '~Γ\.\0^\
權利要求
1.一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統，其特徵在於:由雷射光源(I)、I禹合透鏡(2)、光纖(6)、圓盤7、雷射出射埠(8)依次順序組成，由雷射光源(I)出射的雷射光束經過耦合透鏡(2)匯聚到光纖(6)—端的端面，光纖(6)另一端連接雷射出射埠(8)，圓盤7的邊緣沿外徑方向開有一圈凹槽，光纖(6)在上述凹槽內繞圈，經過光纖傳輸後的雷射從雷射出射埠(8)出射,形成一個點光源。
2.根據權利要求1所述的一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統，其特徵在於:在耦合透鏡(2)和光纖(6)靠近稱合透鏡(2)的一端端面之間插入一個旋轉毛玻璃系統，旋轉毛玻璃系統由毛玻璃(3)和驅動電機(4)組成，毛玻璃(3)中心開有一小孔，驅動電機(4)的電機轉軸插入上述小孔中並固定，毛玻璃(3)—面光滑，另一面經過磨砂加工，其光滑面和耦合透鏡(2 )相對，雷射光束由雷射光源(I)射出，經過耦合透鏡(2 )匯聚，驅動電機(4 )驅動毛玻璃(3)轉動，經過耦合透鏡(2)匯聚後光束穿過毛玻璃(3)的光滑面和磨砂面，再匯聚到光纖(6)的前端面上，經過圓盤(7)濾波後從雷射出射埠(8)射出。
3.根據權利要求1所述的一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統，其特徵在於:耦合透鏡(2)光軸與雷射光軸重合；光纖(6)靠近耦合透鏡(2)的端面垂直於光軸且位於匯聚焦點處，耦合方式採用分離透鏡耦合，雷射出射埠(8)採用FC標準接口。
4.根據權利要求1所述的一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統，其特徵在於:所述的光纖(6)通過耦合調整架(5)上的通用接口固定在耦合調整架(5)上，光纖(6)採用單模光纖，雷射光源(I)是一個半導體雷射光源。
5.根據權利要求1所述的一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統，其特徵在於:光纖(6)靠近耦合透鏡(2)的端面可選擇UPC或APC類型，減少雷射的端面反射；UPC端面為光滑圓弧狀，出射雷射波面質量較好;APC端面則磨成一定角度，可防止幹涉儀反射回出射端面的雷射再進入幹涉儀造成幹擾，根據幹涉儀的測量要求可選擇不同類型的出射端面。
全文摘要
一種光纖導出式的幹涉儀雷射光源系統包括雷射光源、耦合透鏡、耦合調整系統、光纖、光纖濾波系統、雷射出射埠。從雷射器出來的光束入射到耦合透鏡上，產生的匯聚光束耦合導入光纖，或者先通過一個由電機驅動的旋轉毛玻璃後再耦合導入光纖；雷射經光纖濾波系統傳輸後，在光纖端面形成一個點光源，通過耦合調整系統可以改變耦合效率，調節出射光的亮度。本發明可以作為不同類型幹涉儀的照明系統，提高幹涉圖的均勻性和抑制相干噪聲，提高了幹涉儀在中高頻段的測量精度。
文檔編號G02B6/32GK103197382SQ20131006600
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者朱日宏, 王小鋒, 李建欣, 季榮, 陳磊, 何勇, 郭仁慧, 沈華, 馬駿, 陳日清 申請人:南京理工大學