專利名稱：一種可調(diào)諧分光合光器及光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可調(diào)諧分光合光器及光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖超連續(xù)譜光源相當(dāng)于一個(gè)寬帶激光光源，可輸出光譜帶寬為幾百到一千多納米的強(qiáng)光，在光學(xué)相干成像、光譜學(xué)等方面具有重要的應(yīng)用。在某些應(yīng)用中，并不是光源的整個(gè)光譜范圍都是需要的，需要的僅是全光譜中的一個(gè)波段，其余的光譜波段進(jìn)入系統(tǒng)后會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不利的影響，因此需要將這部分對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的光譜波段消除；在另外一些應(yīng)用中，輸出光譜的不同波段成分具有不同的用途，因此需要一個(gè)可以將連續(xù)譜按光譜分成幾部分的分光器，特別需要的是可以對(duì)輸出光譜進(jìn)行可調(diào)諧分光，以滿足不同的使用需求。當(dāng)前國際上最大的超連續(xù)譜光源生產(chǎn)商——NKT Photonics公司研制了一種光譜分割器，但其輸出的兩部分光譜是固定的，不可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧分光，因此這樣一臺(tái)分光器難以滿足可調(diào)諧分光的多用途應(yīng)用。此外，在一些應(yīng)用中需要將幾個(gè)光譜波段的光合成一束，比如對(duì)超寬帶超連續(xù)譜的需求中需要將幾個(gè)超連續(xù)譜光源的光譜進(jìn)行合光應(yīng)用；有些光纖激光器中需要將泵浦光耦合到種子激光光路中實(shí)現(xiàn)種子激光的放大。當(dāng)前不同波長激光的分光和合光是利用光波分復(fù)用器，光波分復(fù)用器主要采用拉錐和鍍膜兩種技術(shù)來制作。但是利用這兩種技術(shù)研制的波分復(fù)用器都僅限于低功率激光的傳輸，而且復(fù)用和解復(fù)用的光譜帶寬為幾十納米或幾納米，難以實(shí)現(xiàn)寬帶復(fù)用和解復(fù)用，特別是其分光范圍是固定的，同樣難以實(shí)現(xiàn)多用途應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種可調(diào)諧分光合光器，旨在解決現(xiàn)有分光合光器未能實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧分光合光的問題。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種可調(diào)諧分光合光器，包括將寬帶光譜分為按光譜分布的平行光的第一棱鏡對(duì)，將所述平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改變各子光束光譜分布的分束組件以及將處于同一高度的子光束合為一束光輸出的第二棱鏡對(duì)。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，所述光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)包括上述可調(diào)諧分光合光器。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)色散后的帶寬光譜進(jìn)行調(diào)整使其成為平行光，將該平行光分成多束不同高度的子光束，使處于同一高度的子光束合為一束光輸出，由分束組件調(diào)整各子光束的光譜分布，既實(shí)現(xiàn)了以入射光譜任意波長為界限的兩個(gè)光譜波段的分光和合光，又實(shí)現(xiàn)入射光譜中間波段與兩側(cè)波段的分光和合光，易于調(diào)諧。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的可調(diào)諧分光合光器的俯視圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的可調(diào)諧分光合光器的側(cè)視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分束組件的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種分束組件的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)色散后的帶寬光譜進(jìn)行調(diào)整使其成為平行光，將該平行光分成多束不同高度的子光束，使處于同一高度的子光束合為一束光輸出，由分束組件調(diào)整各子光束的光譜分布，實(shí)現(xiàn)了以入射光譜任意波長為界限的兩個(gè)光譜波段的分光和合光；又實(shí)現(xiàn)入射光譜中間波段與兩側(cè)波段的分光和合光，易于調(diào)諧。本發(fā)明實(shí)施例提供的可調(diào)諧分光合光器包括將寬帶光譜分為按光譜分布的平行光的第一棱鏡對(duì)，將所述平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改變各子光束光譜分布的分束組件以及將處于同一高度的子光束合為一束光輸出的第二棱鏡對(duì)。本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)包括上述可調(diào)諧分光合光器。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1、2所示，本可調(diào)諧分光合光器包括將寬帶光譜分為按光譜分布的平行光的第一棱鏡對(duì)，將平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改變各子光束光譜分布的分束組件2以及將處于同一高度的子光束合為一束光輸出的第二棱鏡對(duì)。具體地，本可調(diào)諧分光合光器包括使寬帶光譜成為發(fā)散光譜的第一三棱鏡11、將該發(fā)散光譜轉(zhuǎn)成平行光譜的第二三棱鏡12、與第二三棱鏡12對(duì)稱放置的第三三棱鏡13和與第一三棱鏡11對(duì)稱放置的第四三棱鏡14。第一三棱鏡11和第二三棱鏡12組成第一棱鏡對(duì)，第三三棱鏡13和第四三棱鏡14組成第二三棱鏡對(duì)；第一棱鏡對(duì)與第二棱鏡對(duì)對(duì)稱放置。第一三棱鏡11、第二三棱鏡12、第三三棱鏡13和第四三棱鏡14組成四棱鏡系統(tǒng)。各三棱鏡材料相同，優(yōu)選高色散、低損耗材料，以利于提高系統(tǒng)分辨率。各三棱鏡中對(duì)應(yīng)頂角相等，以進(jìn)行色散分光和光路可逆的光譜合光。通過設(shè)計(jì)三棱鏡的頂角，使待分光的寬帶平行光束以布儒斯特角投射至三棱鏡表面，棱鏡分光出射表面鍍寬帶光譜增透膜。本發(fā)明實(shí)施例中靠近準(zhǔn)直系統(tǒng)31的兩個(gè)棱鏡即第一三棱鏡11和第四三棱鏡14 大小相同，但尺寸較小，進(jìn)行第一級(jí)分光或合光；中間兩個(gè)棱鏡即第二三棱鏡12和第三三棱鏡13大小相同，但尺寸較大，進(jìn)行第二級(jí)分光或合光。分束組件2將按光譜分布的平行光分成多束不同高度的子光束，因而第三三棱鏡13和第四三棱鏡14較第一三棱鏡11和第二三棱鏡12厚。此外，光纖及其準(zhǔn)直系統(tǒng)31具有可選性，是否存在代表的是全光纖輸入輸出和自由空間輸入輸出。為便于說明，第三三棱鏡13和第四三棱鏡14均可分為上、下疊置的兩個(gè)三棱鏡，如第三三棱鏡13可分為上、下疊置的兩個(gè)三棱鏡，第四三棱鏡14可分為上、下疊置的兩個(gè)三棱鏡。通常，第一三棱鏡11對(duì)寬帶光譜進(jìn)行色散分光，分束組件2接收由第二三棱鏡12 輸出的平行光，第三三棱鏡13接收由分束組件2分成的多束子光束，第四三棱鏡14將處于同一高度的子光束合束輸出。如圖3所示，分束組件2由一上層反射鏡21和與該上層反射鏡21平行的下層反射鏡22構(gòu)成；該下層反射鏡22較小、可橫向移動(dòng)，上層反射鏡21較大、一般固定放置。移動(dòng)下層反射鏡22，使上述平行光其中一側(cè)波段的子光束41投射于下層反射鏡22，該側(cè)波段的子光束41由下層反射鏡22反射至上層反射鏡21，再由上層反射鏡21反射至第三三棱鏡13，該平行光另一側(cè)波段的子光束42沿原方向傳播至第三三棱鏡13 ；經(jīng)上層反射鏡21 反射的子光束平行于沿原方向傳播的子光束，只是高度不同而已。經(jīng)上層反射鏡21反射的子光束投射于第三三棱鏡13的上部，而沿原方向傳播的子光束投射于第三三棱鏡13的下部。根據(jù)光路可逆原理，與第一棱鏡對(duì)對(duì)稱放置的第二棱鏡對(duì)將經(jīng)上層反射鏡21反射的子光束合為一束光輸出，由第二棱鏡對(duì)將沿原方向傳播的子光束合為另一束光輸出，從而將上述平行光分成不同高度的兩束光輸出。只要調(diào)節(jié)下層反射鏡22的位置，就可以實(shí)現(xiàn)以入射光譜任意波長為界限的兩個(gè)光譜波段的分光，如果各光束反向傳輸就可以實(shí)現(xiàn)兩束不同波段光的合光，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧分光和合光。接著橫向移動(dòng)下層反射鏡22，使上述平行光中間波段的子光束投射于下層反射鏡 22，該中間波段的子光束由下層反射鏡22反射至上層反射鏡21，再由上層反射鏡21反射至第三三棱鏡13，上述平行光兩側(cè)波段的子光束沿原方向傳播至第三三棱鏡13 ；經(jīng)上層反射鏡21反射的子光束平行于沿原方向傳播的子光束，只是高度不同而已。經(jīng)上層反射鏡21反射的子光束投射于第三三棱鏡13的上部，而沿原方向傳播的子光束投射于第三三棱鏡13 的下部。根據(jù)光路可逆原理，與第一棱鏡對(duì)對(duì)稱放置的第二棱鏡對(duì)將經(jīng)上層反射鏡21反射的子光束合為一束光輸出，由第二棱鏡對(duì)將沿原方向傳播的子光束合為另一束光輸出，從而將上述平行光分成不同高度的兩束光輸出。只要調(diào)節(jié)下層反射鏡22的位置，就可以實(shí)現(xiàn)入射光譜中間波段與兩側(cè)光譜波段的分光；如果各光束反向傳輸就可以實(shí)現(xiàn)兩束不同波段光的合光，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧分光和合光。但中間波段的光譜范圍不變。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，分束組件2由一上層反射鏡21以及多個(gè)與該上層反射鏡21平行的下層反射鏡構(gòu)成，各下層反射鏡均可橫向移動(dòng)，相鄰下層反射鏡間設(shè)有寬度可調(diào)的狹縫。如圖4所示，為便于說明，上述下層反射鏡包括第一下層反射鏡23和橫向位置相對(duì)第一下層反射鏡23移動(dòng)的第二下層反射鏡24，該第一下層反射鏡23和第二下層反射鏡 24間設(shè)寬度可變的狹縫25。首先使平行光中間波段的子光束沈穿過狹縫25沿原方向傳播至第三三棱鏡13 ；平行光兩側(cè)波段的子光束27分別投射至第一下層反射鏡23和第二下層反射鏡24，該兩側(cè)波段的子光束27分別由第一下層反射鏡23和第二下層反射鏡M反射至上層反射鏡21，再由上層反射鏡21反射至第三三棱鏡13 ；經(jīng)上層反射鏡21反射的子光束平行于沿原方向傳播的子光束。經(jīng)上層反射鏡21反射的兩束子光束處于同一高度，由第二棱鏡對(duì)合為一束光輸出；穿過狹縫25沿原方向傳播的子光束由第二棱鏡對(duì)合為另一束光輸出。只要調(diào)節(jié)第一下層反射鏡23和/或第二下層反射鏡M的位置，改變狹縫25的寬度，則可以實(shí)現(xiàn)入射光譜中間波段與兩側(cè)光譜波段的分光；如果各光束反向傳輸就可以實(shí)現(xiàn)兩束不同波段光的合光，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧分光和合光。中間波段的光譜分布和光譜范圍可調(diào)節(jié)變化。
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由此可知，下層反射鏡和上層反射鏡構(gòu)成一可將部分平行光進(jìn)行豎直位置拔高的拔高鏡。因下層反射鏡的位置可調(diào)整，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的分光和合光。當(dāng)然，上述反射鏡均可用全反射棱鏡代替。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)色散后的帶寬光譜進(jìn)行調(diào)整使其成為平行光，將該平行光分成多束不同高度的子光束，使處于同一高度的子光束合為一束光輸出，由分束組件調(diào)整各子光束的光譜分布，既實(shí)現(xiàn)了以入射光譜任意波長為界限的兩個(gè)光譜波段的分光和合光，又實(shí)現(xiàn)入射光譜中間波段與兩側(cè)波段的分光和合光，易于調(diào)諧。同時(shí)，寬帶光譜以布儒斯特角入射于第一三棱鏡，利于減小光損耗。此外，分束組件的上層反射鏡和下層反射鏡與水平面的夾角均為45°，便于橫向調(diào)節(jié)上、下層反射鏡。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述可調(diào)諧分光合光器包括將寬帶光譜分為按光譜分布的平行光的第一棱鏡對(duì)，將所述平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改變各子光束光譜分布的分束組件以及將處于同一高度的子光束合為一束光輸出的第二棱鏡對(duì)。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述第一棱鏡對(duì)包括第一三棱鏡和第二三棱鏡，所述第一三棱鏡對(duì)所述寬帶光譜色散分光，所述分束組件接收由所述第二三棱鏡輸出的平行光；所述第二棱鏡對(duì)包括第三三棱鏡和第四三棱鏡，所述第三三棱鏡接收由所述分束組件分成的多束子光束，所述第四三棱鏡將處于同一高度的子光束合為一束光輸出；所述第一棱鏡對(duì)與第二棱鏡對(duì)對(duì)稱放置。
3.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述分束組件由一上層反射鏡和與所述上層反射鏡平行的下層反射鏡構(gòu)成，使所述平行光其中一側(cè)波段的子光束投射于所述下層反射鏡，該側(cè)波段的子光束由所述下層反射鏡反射至所述上層反射鏡，再由所述上層反射鏡反射至所述第三三棱鏡；所述平行光另一側(cè)波段的子光束沿原方向傳播至第三三棱鏡；經(jīng)所述上層反射鏡反射的子光束平行于沿原方向傳播的子光束。
4.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述分束組件由一上層反射鏡和與所述上層反射鏡平行的下層反射鏡構(gòu)成，使所述平行光中間波段的子光束投射至所述下層反射鏡，該中間波段的子光束由所述下層反射鏡反射至所述上層反射鏡，再由所述上層反射鏡反射至所述第三三棱鏡，所述平行光兩側(cè)波段的子光束沿原方向傳播至所述第三三棱鏡；經(jīng)所述上層反射鏡反射的子光束平行于沿原方向傳播的子光束。
5.如權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述分束組件由一上層反射鏡以及多個(gè)與所述上層反射鏡平行的下層反射鏡構(gòu)成，相鄰下層反射鏡間設(shè)寬度可調(diào)的狹縫。
6.如權(quán)利要求5所述的可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述下層反射鏡包括第一下層反射鏡和相對(duì)所述第一下層反射鏡橫向移動(dòng)的第二下層反射鏡，所述第一下層反射鏡與第二下層反射鏡間設(shè)寬度可變的狹縫；使所述平行光中間波段的子光束穿過所述狹縫沿原方向傳播至所述第三三棱鏡；所述平行光兩側(cè)波段的子光束分別投射至所述第一下層反射鏡和第二下層反射鏡，該兩側(cè)波段的子光束分別由所述第一下層反射鏡和第二下層反射鏡反射至所述上層反射鏡，再由所述上層反射鏡反射至所述第三三棱鏡；經(jīng)所述上層反射鏡反射的子光束平行于沿原方向傳播的子光束。
7.如權(quán)利要求2、3、4或6所述的可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述寬帶光譜以布儒斯特角入射于所述第一三棱鏡。
8.如權(quán)利要求3、4或6所述的可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述上層反射鏡和下層反射鏡與水平面的夾角均為45°。
9.如權(quán)利要求2、3、4或6所述的可調(diào)諧分光合光器，其特征在于，所述第三三棱鏡和第四三棱鏡均由上、下疊置的兩個(gè)三棱鏡構(gòu)成。
10.一種光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的可調(diào)諧分光合光器。
全文摘要
本發(fā)明適用于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種可調(diào)諧分光合光器及光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，所述可調(diào)諧分光合光器包括將寬帶光譜分為按光譜分布的平行光的第一棱鏡對(duì)，將所述平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改變各子光束光譜分布的分束組件以及將處于同一高度的子光束合為一束光輸出的第二棱鏡對(duì)。本發(fā)明對(duì)色散后的帶寬光譜進(jìn)行調(diào)整使其成為平行光，將該平行光分成多束不同高度的子光束，使處于同一高度的子光束合為一束光輸出，由分束組件調(diào)整各子光束的光譜分布，既實(shí)現(xiàn)了以入射光譜任意波長為界限的兩個(gè)光譜波段的分光和合光，又實(shí)現(xiàn)入射光譜中間波段與兩側(cè)波段的分光和合光，易于調(diào)諧。
文檔編號(hào)G02B17/06GK102169233SQ20111002996
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者潘爾明, 郭春雨, 閆培光, 阮雙琛, 陳祖聰 申請(qǐng)人:深圳大學(xué), 郭春雨, 阮雙琛