一種用于產生光學延遲線的串聯旋轉鏡裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于產生光學延遲線的串聯旋轉鏡裝置，其解決了現有光學延遲線裝置延遲時間長、掃描頻率低、線性度和平穩性差的技術問題，其包括激光器、波片、分光器、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、透鏡、第一旋轉平面透射鏡、第二旋轉平面透射鏡、第四反射鏡和第五反射鏡，激光器發出的激光經過波片后被分光器分為兩束激光，分別為激光束一和激光束二；激光束一平行通過分光器繼續傳輸，依次經過第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡后進入透鏡；激光束二依次經過第一旋轉平面透射鏡、第二旋轉平面透射鏡、第四反射鏡、第五反射鏡后與激光束一匯合進入透鏡。本發明廣泛應用于光信息處理系統和時間分辨光學系統中。
【專利說明】
一種用于產生光學延遲線的串聯旋轉鏡裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及一種光學延遲線裝置，特別是涉及一種用于產生光學延遲線的串聯旋 轉鏡裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著太赫茲時域光譜技術、超快時間分辨率光譜技術、光學相干層析成像技術以 及光學栗浦-探測技術等光學探測領域的蓬勃發展，在研究材料的特性中起到了異常重要 的作用。而光學延遲線在上述技術中具有廣泛的應用前景。目前常用的光學延遲線裝置大 多是利用步進電機驅動線性微位移平臺上的光學反射鏡產生，但是此類光學延遲線存在較 長延遲時間，同時由于采用機械手段產生的延遲，不能實現快速掃描;也有利用電動驅動旋 轉立方體來改變光程，但它受表面形狀的限制，存在掃描不均勻，線性度差，旋轉過程中掃 描范圍不確定等不可克服的缺點。
[0003] 近幾年來，隨著光學技術的發展，利用回轉螺旋面反射鏡實現的全反射式周強性 掃描裝置被廣泛的應用于產生光學延遲線，掃描頻率和延遲時間較之前有了大大的提高。
【發明內容】
[0004] 本發明為了解決現有光學延遲線裝置延遲時間長、掃描頻率低、線性度和平穩性 差的技術問題，提供一種延遲距離大、掃描頻率高、線性度和平穩性好的用于產生光學延遲 線的串聯旋轉鏡裝置。
[0005] 本發明的技術方案是，包括激光器、波片、分光器、第一反射鏡、第二反射鏡、第三 反射鏡、透鏡、第一旋轉平面透射鏡、第二旋轉平面透射鏡、第四反射鏡和第五反射鏡，激光 器發出的激光經過波片后被分光器分為兩束激光，分別為激光束一和激光束二;激光束一 平行通過分光器繼續傳輸，依次經過第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡后進入透鏡；
[0006] 激光束二沿與激光器發出激光的傳輸方向垂直的方向傳輸，依次經過第一旋轉平 面透射鏡、第二旋轉平面透射鏡，然后再依次經過第四反射鏡、第五反射鏡后與激光束一匯 合進入透鏡。
[0007] 優選地，第一旋轉平面透射鏡和第二旋轉平面透射鏡的放置角度互余。
[0008] 優選地，第一旋轉平面透射鏡和第二旋轉平面透射鏡分別連接有旋轉軸。
[0009] 優選地，還包括(XD傳感器，激光束一和激光束二匯合進入透鏡后射出，并進入CCD 傳感器。
[0010] 本發明的有益效果是，能夠產生快速光學延遲線，不僅在掃描頻率上較現有的使 用電動步進馬達方法有了明顯的提高，延遲時間也縮短至皮秒量級，線性度和平穩性更好。 [0011]本發明進一步的特征，將在以下【具體實施方式】的描述中，得以清楚地記載。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的結構示意圖；
[0013]圖2是延遲部分的結構示意圖。
[0014]附圖符號說明：
[0015] 1.激光器，2 .波片，3.分光器，4.第一反射鏡，5.第二反射鏡，6.第三反射鏡，7.透 鏡，8.第一旋轉平面透射鏡，9.第二旋轉平面透射鏡，10 .第四反射鏡，11.第一旋轉軸，12. 第二旋轉軸，13.第五反射鏡，14. CCD傳感器。圖中虛線表示激光束。15.第一法線，16.入射 光線，17.第一輔助線，18.第一折射光線，19.第二法線，20.出射光線，21.第二輔助線，22. 第二折射光線。
[0016] 圖1中第一旋轉平面透射鏡8和第二旋轉平面透射鏡9的旋轉箭頭指的是兩個平面 透射鏡同時順時針方向或同時逆時針方向。
【具體實施方式】
[0017] 如圖1所示，激光器1發出一束激光源，該激光源經過一個波片2之后變成具有偏振 方向的激光再通過一個分光器3，使得激光束分為相互垂直的兩束激光，分別為激光束A與 激光束B，激光束A作為參考光平行通過分光器3繼續傳輸，在經過第一反射鏡4反射后傳輸 至第二反射鏡5,經由第二反射鏡5再次反射至第三反射鏡6,經過第三反射鏡6反射后沿與 激光光源發出的激光束相同的方向進入透鏡7,之后在CCD傳感器14上成像。
[0018]波片2和透鏡7相對平行設置。
[0019] 激光束B由分光器3分出來之后作為延遲信號光沿垂直方向傳輸，經過第一旋轉平 面透射鏡8,且第一旋轉平面透射鏡8以第一旋轉軸11為中心沿圖示箭頭方向高速旋轉，再 經過第二旋轉平面透射鏡9,且第二旋轉平面透射鏡9以第二旋轉軸12為中心沿圖示箭頭方 向高速旋轉。激光束B在經過第一旋轉平面透射鏡8和第二旋轉平面透射鏡9之后產生一定 的光程差(經過第一旋轉平面透射鏡8之后的激光束B產生位移量與光程差，經過與第一旋 轉平面透射鏡8放置角度互余的第二旋轉平面透射鏡9之后也會產生位移量與光程差。），但 由于第一旋轉平面透射鏡8與第二旋轉平面透射鏡9的特殊角度配合使得激光束B在最終通 過第二旋轉平面透射鏡9后傳播方向未發生改變。經過第二旋轉平面透射鏡9后的激光束B 傳輸至第四反射鏡10反射至第五反射鏡13,第五反射鏡13接收并改變激光束B的傳輸方向， 最終與激光束A匯合進入透鏡7(第五反射鏡13反射出的激光束B與激光束A的傳輸方向垂 直），最終通過C⑶傳感器14成像。
[0020] 波片2與激光器1發出的激光的傳輸方向垂直。波片2只是傳輸激光的，激光器1發 出的激光只是通過波片2傳輸，傳輸方向不發生改變，分光器3是用來分光的。
[0021] 為了更為清晰的闡明產生的光學延遲線過程，特將理論推導明確如下：
[0022]如圖2所示，入射光線16(即激光束B)以入射角為0的角度入射進入第一旋轉平面 透射鏡8,第一旋轉平面透射鏡8的折射率定義為n，第一旋轉平面透射鏡8的厚度定義為L， 定義符號八:為激光束B通過第一旋轉平面透射鏡8所產生的光程差，定義激光束B通過第一 旋轉平面透射鏡8之后相對與激光束B入射到第一旋轉平面透射鏡8的方向所產生的位移差 為Xi〇
[0023]第二旋轉平面透射鏡9的折射率與第一旋轉平面透射鏡8的折射率相同，第二旋轉 平面透射鏡9的厚度與第一旋轉平面透射鏡8的厚度相同，從第一旋轉平面透射鏡8出射的 激光束B以與激光束B入射到第一旋轉平面透射鏡8的入射角角度相同，定義符號A 2為激光 束B通過第二旋轉平面透射鏡9所產生的光程差。定義A為激光束B通過第一旋轉平面透射 鏡8與第二旋轉平面透射鏡9所產生的總的光程差。
[0024] 定義激光束B通過第二旋轉平面透射鏡9之后相對與激光束B入射到第一旋轉平面 透射鏡8的方向所產生的位移差為X2。
[0025] 激光束B經過第一旋轉平面透射鏡8,以入射角為0的角度折射進入第一旋轉平面 透射鏡8,出射光線20相對入射光線16產生位移量心，在由第一法線15與第一輔助線17所組 成的三角關系中，得到入射光線16在出射后所產生的光程差。
[0026]根據光的折射定律有：
[0027] sin0=nsin0' (1)
[0028] 根據三角函數關系式，當激光束B通過第一旋轉平面透射鏡8時，相對與無旋轉透 鏡所產生的光程差為：
[0030]而此時激光束B再通過第一旋轉平面透射鏡8之后，出射光線相對于入射光線存在 一個位移差，根據三角函數關系式，該位移差為：
[0032]該位移的方向如圖2所示。
[0033]同理，當從第一旋轉平面透射鏡8出射后的激光束再經過第二旋轉平面透射鏡9 后，所產生的光程差為：
[0035]激光束所產生的位移量為：
[0037]但是當激光束B通過第二旋轉平面透射鏡9之后，由于第二旋轉平面透射鏡9相對 與第一旋轉平面透射鏡8特殊的位置關系，使得其此時所產生的位移方向與激光束B通過第 一旋轉平面透射鏡8后的方向相反，同時由于第二旋轉平面透射鏡9的參數與第一旋轉平面 透射鏡8的參數完全相同，因此相對于入射激光束B，此時出射光束與其位移量為零。激光束 B的傳輸方向未發生改變。在經過兩次旋轉透射鏡之后，激光束B所產生的總的光程差為：
[0039]將公式（1)及三角函數關系式帶入式(6)，并根據數學三角函數公式簡化得：
[0041 ] 公式(7)中sin0和sin0/n總是小于1的，對公式(7)中根號部分做泰勒展開得：
[0044] 其中:n = 2,3,4,…，R(x#PRn(x)分別為相應展開式的余項。
[0045] 用高階近似時所產生的誤差以及余項的收斂性知識，將(8)、（9)式代人(7)式整理 得：
[0046] A =(2n+l)Lsin29(10)
[0047]以上所述僅對本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡是在本發明的權利要求限定范圍內，所做的 任何修改、等同替換、改進等，均應在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種用于產生光學延遲線的串聯旋轉鏡裝置，其特征是，包括激光器、波片、分光器、 第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、透鏡、第一旋轉平面透射鏡、第二旋轉平面透射鏡、 第四反射鏡和第五反射鏡，所述激光器發出的激光經過所述波片后被分光器分為兩束激 光，分別為激光束一和激光束二;所述激光束一平行通過分光器繼續傳輸，依次經過所述第 一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡后進入所述透鏡； 所述激光束二沿與所述激光器發出激光的傳輸方向垂直的方向傳輸，依次經過所述第 一旋轉平面透射鏡、第二旋轉平面透射鏡，然后再依次經過第四反射鏡、第五反射鏡后與激 光束一匯合進入所述透鏡。2. 根據權利要求1所述的用于產生光學延遲線的串聯旋轉鏡裝置，其特征是，所述第一 旋轉平面透射鏡和第二旋轉平面透射鏡的放置角度互余。3. 根據權利要求2所述的用于產生光學延遲線的串聯旋轉鏡裝置，其特征是，所述第一 旋轉平面透射鏡和第二旋轉平面透射鏡分別連接有旋轉軸。4. 根據權利要求3所述的用于產生光學延遲線的串聯旋轉鏡裝置，其特征是，還包括 CXD傳感器，所述激光束一和所述激光束二匯合進入透鏡后射出，并進入所述C⑶傳感器。
【文檔編號】G02B26/10GK105892047SQ201610205812
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月5日
【發明人】孫詩明, 程光華, 唐大偉, 孫方遠, 孫靜, 張國婷
【申請人】北京長城牡丹模具制造有限公司