專利名稱：偏振激光波長計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波長計，特別是一種偏振激光波長計。
背景技術(shù)：
激光波長/頻率測量儀器即波長計，可用來測量調(diào)諧激光器的輸出波長值，或者用于測量未知激光的波長值，在光頻標研究領(lǐng)域有著重要的作用。現(xiàn)有的激光波長測量系統(tǒng)中，占主流的主要是邁克爾遜干涉儀型波長計，該類型的波長計雖然具有精度高的特點，但對運動部件的行程要求較高，如要達到IO^量級的精度，對于633nm波長來說，運動部件的行程應大約在15毫米，這樣測量系統(tǒng)易受機械震動的影響，不宜在環(huán)境復雜的工作場所運用。
費索激光干涉儀波長計也是常用的激光波長測量系統(tǒng)，中國發(fā)明專利公開號為CN1077530A的專利公開的費索激光波長計，其測量精度可達到,可該發(fā)明的光學系統(tǒng)需要耦合技術(shù)較多的光學元件，光學調(diào)諧和光路對準的難度較高。中國發(fā)明專利公開號為CN102155997A的專利公開的光纖型激光波長計利用Fe透明空心陰極燈的光電偶效應校準波長的精度可達O. Olpm,該波長測量裝置使用光柵單色儀、高靈敏度CCD光接收器、波長校準裝置和波長精測裝置等，結(jié)構(gòu)相對復雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種偏振激光波長計，該波長計結(jié)構(gòu)簡單，能便捷、精確地測量激光波長，對于運動部件微米級行程的位移量，其測量精度可達到10_6。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案
本發(fā)明由被測激光源、第一機械光學快門、標準激光器、第二機械光學快門、第一激光偏振干涉儀鏡組、第二激光偏振干涉儀鏡組、壓電陶瓷、相位計、偏振計、濾波整形電路、相移信號發(fā)生器、PLL鎖相回路和PC機組成，上述各部分的連接關(guān)系如下
參考激光和被測激光分別通過第一機械快門和第二機械快門入射至第一激光偏振干涉儀鏡組和第二激光偏振干涉儀鏡組，參考激光和第一激光偏振干涉儀鏡組、被測激光和第二激光偏振干涉儀鏡組分別構(gòu)成各自的激光偏振干涉儀，激光偏振干涉儀測量固定于壓電陶瓷上的移動鏡的位移并輸出線性偏振激光束；激光偏振干涉儀輸出的線性偏振激光束被發(fā)送至偏振計，偏振計內(nèi)的光電接收器將該線性偏振激光束轉(zhuǎn)化為電信號，該電信號與偏振計的電機脈沖輸出信號同步，這兩個信號經(jīng)過濾波整形電路后成為同頻率的TTL信號，這兩個TTL信號發(fā)送至相位計測量相位，該相位計與PC機通過GPIB線連接，PC機實時讀取相位測量值，同時通過計算已知波長的參考光束與未知波長的被測光束的相位差比值，得出被測激光的波長值；相移信號發(fā)生器、PLL鎖相回路和壓電陶瓷構(gòu)成壓電陶瓷伺服回路，使壓電陶瓷在閉環(huán)狀態(tài)下，按量化的步距值被一步一步推進。本發(fā)明的有益效果在于
I.本發(fā)明的運動部件一壓電陶瓷處于閉環(huán)工作狀態(tài)，有效地減小了環(huán)境機械振動對測量結(jié)果的影響，可用于工作環(huán)境較為復雜的場所。2.本發(fā)明的波長計結(jié)構(gòu)簡單、體積小，所用的偏振干涉儀光路設(shè)置簡潔，光學調(diào)節(jié)和光路對準操作簡單。3.本發(fā)明的波長測量精度可達104 ,所需的運動部件的位移行程為微米級，而同樣量級精度的邁克爾遜干涉型波長計所需的位移行程為厘米級，運動部件行程的縮減有效地減小了環(huán)境溫度、波長漂移、空氣折射率對測量精度的影響。


圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)框 圖2為本發(fā)明中激光偏振干涉儀光路 圖3為本發(fā)明中濾波整形電路原理框圖； 圖4為本發(fā)明中PLL鎖相回路原理框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。如圖I所示，帶有第一機械光學快門Γ的標準激光源I和帶有第二機械光學快門iT的被測激光源2輸出的激光束入射至偏振干涉儀鏡組3。第一機械快門和第二機械快門均為光學機械快門，用于確保在一定時間范圍內(nèi)只有參考激光束和被測激光束的其中一束光束進入偏振激光干涉儀。參考激光源I和偏振干涉儀鏡組3、被測激光源2和偏振干涉儀鏡組3分別組成各自的激光偏振干涉儀，偏振干涉儀鏡組3為共用部分。激光偏振干涉儀測量固定于壓電陶瓷9上的移動鏡3-7的位移并輸出線性偏振激光束；激光偏振干涉儀輸出的線性偏振激光束被發(fā)送至偏振計4，偏振計內(nèi)的光電接收器將該線性偏振激光束轉(zhuǎn)化為電信號，該電信號與偏振計的電機脈沖輸出信號同步，這兩個信號經(jīng)過濾波整形電路5后成為同頻率的TTL信號，這兩個TTL信號發(fā)送至相位計6測量相位，該相位計與PC機通過GPIB線連接，PC機上開發(fā)的Labview程序?qū)崟r讀取相位測量值，同時通過計算已知波長的參考光束與未知波長的被測光束的相位差比值，得出被測激光的波長值。相移信號發(fā)生器7、PLL鎖相回路8和壓電陶瓷9構(gòu)成壓電陶瓷伺服回路，使壓電陶瓷在閉環(huán)狀態(tài)下，按量化的步距值被一步一步推進。本發(fā)明偏振波長計的一個顯著特點就是利用了激光偏振干涉儀。光路如圖2所不。由參考光源構(gòu)成的激光偏振干涉儀的光路為參考光源I輸出一線性偏振激光束光，
該線性偏振光依次入射到第一偏振片3-1和第一 y玻片3-2,第一偏振片3-1和第一 y玻
片3-2組合調(diào)整的作用是使線性偏振激光束對光軸的偏轉(zhuǎn)角調(diào)整為45°，其目的是經(jīng)偏振分光鏡3-4后能得到倆等光強的光束。然后，該偏振角為45°的線性偏振激光束經(jīng)分光鏡3-3后有50%光強的光束入射至偏振分光鏡3-4的分光面上,偏振分光鏡3-4的分光面將45°角偏振光分別成兩束偏振光，分別為偏振方向平行于紙面的光束一和偏振方向垂直于
紙面的光束二。光束一經(jīng)依次入射到第一 I玻片3-5、第一平面鏡3-6和置于壓電陶瓷9上的立方反射鏡3-7，在立方反射鏡3-7發(fā)生反射后再次入射至第一平面鏡3-6和第一 *玻片3-5，然后變成振動方向垂直于紙面的激光束再次入射至偏振分光鏡3-4的分光面處，經(jīng)偏振分光鏡3-4的分光面投射后入射至第二 #玻片3-14，此時激光束的偏振態(tài)變成為左旋
4
圓偏振光。同時光束二經(jīng)依次入射到第三 玻片3-10、第三平面鏡3-19、第二平面鏡3-8
和置于壓電陶瓷9上的立方反射鏡3-7，在立方反射鏡3-7發(fā)生反射后再次入射至第二平
面鏡3-8、第三平面鏡3-9和第三f玻片3-10，然后變成振動方向平行于紙面的激光束再次
4
入射至偏振分光鏡3-4的分光面處,經(jīng)偏振分光鏡3-4的分光面反射后入射至第二了 玻片
4
3-14,此時激光束的偏振態(tài)變成為右旋圓偏振光。最后,左旋圓偏振光光束一和右旋圓偏振光光束二混合成一線性偏振光入射至偏振計4。由被測光源構(gòu)成的激光偏振干涉儀的光路為被測光源2輸出一線性偏振激光束光，該線性偏振光依次入射到第四平面鏡3-13、第二偏振片3-12和第二*玻片3-11，第二
偏振片3-12和第二 I玻片3-11的組合調(diào)整作用是使線性偏振激光束對光軸的偏轉(zhuǎn)角調(diào)整
為45°，其目的是經(jīng)偏振分光鏡3-4后能得到倆等光強的光束。然后，該偏振角為45°的線性偏振激光束經(jīng)分光鏡3-3后有50%光強的光束入射至偏振分光鏡3-4的分光面上,經(jīng)分光鏡3-4的光路與參考光源構(gòu)成的激光偏振干涉儀的光路完全相同。最后，被測激光束經(jīng)偏振干涉儀后也成為線性偏振光入射至偏振計4。本發(fā)明使用的偏振計4為玻片機械旋轉(zhuǎn)式偏振計，由電機帶動旋轉(zhuǎn)的*玻片、線
性偏振片和光電探測器組成。對由光電探測器測得的偏振干涉儀輸出激光束的光強信號進行傅里葉分析，得到四次諧波分量的相移信號與壓電陶瓷的位移量和激光波長有關(guān)。其理論分析推導過程如下
偏振干涉儀出射光的左旋圓偏振光光束一和右旋圓偏振光光束二的光場分量
分別為
⑴
⑵
也就是說，光束一和光束二的相位差為土 _，相位差的值取決于壓電陶瓷9的位移量值及方向。偏振計4混合這兩束圓偏振光，得到線偏振光
權(quán)利要求
1.偏振激光波長計，其特征在于該波長計由被測激光源、第一機械光學快門、標準激光器、第二機械光學快門、第一激光偏振干涉儀鏡組、第二激光偏振干涉儀鏡組、壓電陶瓷、相位計、偏振計、濾波整形電路、相移信號發(fā)生器、PLL鎖相回路和PC機組成，上述各部分的連接關(guān)系如下 參考激光和被測激光分別通過第一機械快門和第二機械快門入射至第一激光偏振干涉儀鏡組和第二激光偏振干涉儀鏡組，參考激光和第一激光偏振干涉儀鏡組、被測激光和第二激光偏振干涉儀鏡組分別構(gòu)成各自的激光偏振干涉儀，激光偏振干涉儀測量固定于壓電陶瓷上的移動鏡的位移并輸出線性偏振激光束；激光偏振干涉儀輸出的線性偏振激光束被發(fā)送至偏振計，偏振計內(nèi)的光電接收器將該線性偏振激光束轉(zhuǎn)化為電信號，該電信號與偏振計的電機脈沖輸出信號同步，這兩個信號經(jīng)過濾波整形電路后成為同頻率的TTL信號，這兩個TTL信號發(fā)送至相位計測量相位，該相位計與PC機通過GPIB線連接，PC機實時讀取相位測量值，同時通過計算已知波長的參考光束與未知波長的被測光束的相位差比值，得出被測激光的波長值；相移信號發(fā)生器、PLL鎖相回路和壓電陶瓷構(gòu)成壓電陶瓷伺服回路，使壓電陶瓷在閉環(huán)狀態(tài)下，按量化的步距值被一步一步推進。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振激光波長計，其特征在于所述的第一激光偏振干涉儀鏡組由第一偏振片、第一 j玻片、分光鏡、偏振分光鏡、第一 j玻片、第一平面鏡、立方反射鏡、第二平面鏡、第三平面鏡、第二#玻片、第三4玻片組成。
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3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振激光波長計，其特征在于所述的第二激光偏振干涉儀鏡組由第四平面鏡、第二偏振片、第二 τ玻片、分光鏡、偏振分光鏡、第一 j玻片、第一平面鏡、立方反射鏡、第二平面鏡、第三平面鏡、第二 j玻片、第三I玻片組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振激光波長計，其特征在于所述的第一機械快門或第二機械快門為光學機械快門，用于確保在一定時間范圍內(nèi)只有參考激光束和被測激光束的其中一束光束進入激光偏振干涉儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振激光波長計，其特征在于所述的偏振計為商用偏振計，由電機帶動旋轉(zhuǎn)的I玻片、線性偏振片和光電探測器組成；由光電探測器測得激光偏振干涉儀輸出激光束的光強信號，該光強信號經(jīng)傅里葉分析后，其四次諧波分量的相移信號與壓電陶瓷的位移量和激光波長有關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振激光波長計，其特征在于所述的濾波整形電路包括高階濾波、分頻和波形轉(zhuǎn)換三部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振激光波長計，其特征在于所述的PLL鎖相回路包括相移信號發(fā)生器、偏振干涉儀、異或電路、低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振激光波長計?，F(xiàn)有的波長計存在結(jié)構(gòu)復雜或成本較高等問題。本發(fā)明中的參考激光和被測激光分別通過第一機械快門和第二機械快門入射至激光偏振干涉儀鏡組，并分別構(gòu)成各自的激光偏振干涉儀，激光偏振干涉儀測量固定于壓電陶瓷上的移動鏡的位移并輸出線性偏振激光束；線性偏振激光束被發(fā)送至偏振計，偏振計內(nèi)的兩個信號經(jīng)過濾波整形電路后成為同頻率的TTL信號，這兩個TTL信號發(fā)送至相位計測量相位，該相位計與PC機通過GPIB線連接。本發(fā)明有效地減小了環(huán)境機械振動對測量結(jié)果的影響，可用于工作環(huán)境較為復雜的場所，同時本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小，所用的偏振干涉儀光路設(shè)置簡潔，光學調(diào)節(jié)和光路對準操作簡單。
文檔編號G01J9/04GK102829883SQ20121030708
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者許素安, 陳樂 , 孫堅, 鐘紹俊, 富雅瓊, 黃艷巖, 謝敏 申請人:中國計量學院