專利名稱：一種偏振激光波長計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種偏振激光波長計(jì)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種波長計(jì)，特別是一種偏振激光波長計(jì)。
背景技術(shù)：
[0002]激光波長/頻率測量儀器即波長計(jì)，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(biāo)研究領(lǐng)域有著重要的作用。[0003]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(jì)， 該類型的波長計(jì)雖然具有精度高的特點(diǎn)，但對運(yùn)動部件的行程要求較高，如要達(dá)到 IO^量級的精度，對于633nm波長來說，運(yùn)動部件的行程應(yīng)大約在15毫米，這樣測量系統(tǒng)易受機(jī)械震動的影響，不宜在環(huán)境復(fù)雜的工作場所運(yùn)用。[0004]費(fèi)索激光干涉儀波長計(jì)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(fèi)索激光波長計(jì)，其測量精度可達(dá)到,可該發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)需要耦合技術(shù)較多的光學(xué)元件，光學(xué)調(diào)諧和光路對準(zhǔn)的難度較高。[0005]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(jì)利用Fe透明空心陰極燈的光電偶效應(yīng)校準(zhǔn)波長的精度可達(dá)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(zhǔn)裝置和波長精測裝置等，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，成本高。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種偏振激光波長計(jì)，該波長計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，能便捷、精確地測量激光波長，對于運(yùn)動部件微米級行程的位移量，其測量精度可達(dá)到10_6。[0007]本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案[0008]本實(shí)用新型由被測激光源、第一機(jī)械光學(xué)快門、標(biāo)準(zhǔn)激光器、第二機(jī)械光學(xué)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(jì)、偏振計(jì)、濾波整形電路、相移信號發(fā)生器、PLL鎖相回路和PC機(jī)組成，上述各部分的連接關(guān)系如下[0009]參考激光和被測激光分別通過第一機(jī)械快門和第二機(jī)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(jì)，偏振計(jì)輸出信號至濾波整形電路，濾波整形電路輸出信號至相位計(jì)測量相位，該相位計(jì)與PC機(jī)通過GPIB線連接；相移信號發(fā)生器由PC機(jī)控制，相移信號發(fā)生器的輸出連接至PLL鎖相回路的一個(gè)輸出入端，PLL鎖相回路的另一個(gè)輸出入端還與濾波整形電路連接，PLL鎖相回路的輸出驅(qū)動壓電陶瓷，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。[0010]本實(shí)用新型的有益效果在于[0011]I.本實(shí)用新型的運(yùn)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(jī)械振動對測量結(jié)果的影響，可用于工作環(huán)境較為復(fù)雜的場所。[0012]2.本實(shí)用新型的波長計(jì)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(xué)調(diào)節(jié)和光路對準(zhǔn)操作簡單。[0013]3.本實(shí)用新型的波長測量精度可達(dá)104 ,所需的運(yùn)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(jì)所需的位移行程為厘米級，運(yùn)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。


[0014]圖I為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；[0015]圖2為本實(shí)用新型中激光偏振干涉儀光路圖；[0016]圖3為本實(shí)用新型中濾波整形電路原理框圖；[0017]圖4為本實(shí)用新型中PLL鎖相回路原理框圖。
具體實(shí)施方式
[0018]
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。[0019]如圖I所示，帶有第一機(jī)械光學(xué)快門Γ的標(biāo)準(zhǔn)激光源I和帶有第二機(jī)械光學(xué)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(jī)械快門和第二機(jī)械快門均為光學(xué)機(jī)械快門，用于確保在一定時(shí)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(jìn)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(jì)4，偏振計(jì)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(jì)的電機(jī)脈沖輸出信號同步，這兩個(gè)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(gè)TTL信號發(fā)送至 相位計(jì)6測量相位，該相位計(jì)與PC機(jī)通過GPIB線連接，PC機(jī)上開發(fā)的Labview程序?qū)崟r(shí)讀取相位測量值，同時(shí)通過計(jì)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(jìn)。[0020]本實(shí)用新型偏振波長計(jì)的一個(gè)顯著特點(diǎn)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 77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(qiáng)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(qiáng)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(shí)激光束的偏振態(tài)變成為左旋圓偏振光。同時(shí)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 玻片3-10，然后變成振動方向平行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的分光面反射后入射至第二 i玻片3-14,此時(shí)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(jì)4。[0021]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 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(qiáng)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(qiáng)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(jì)4。[0022]本實(shí)用新型使用的偏振計(jì)4為玻片機(jī)械旋轉(zhuǎn)式偏振計(jì)，由電機(jī)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(qiáng)信號進(jìn)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(dǎo)過程如下[0023]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 Sp7Es分別為 [。。24] ⑴[0025]E1 = 士 —聞〔:(2)[0026]也就是說，光束一和光束二的相位差為土 I相位差的值取決于壓電陶瓷9的位移量值及方向。偏振計(jì)4混合這兩束圓偏振光，得到線偏振光——*r ~r {COS^ \ {CQSU/^!,、[0027]E= Ep +Ms = , I= .(3)rsm盧 JJ[0028]偏振方位角#的值與壓電陶瓷9的位移量d以及激光波長I的關(guān)系
權(quán)利要求1.一種偏振激光波長計(jì)，其特征在于該波長計(jì)由被測激光源、第一機(jī)械光學(xué)快門、標(biāo)準(zhǔn)激光器、第二機(jī)械光學(xué)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(jì)、偏振計(jì)、濾波整形電路、相移信號發(fā)生器、PLL鎖相回路和PC機(jī)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(jī)械快門和第二機(jī)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(jì)，偏振計(jì)輸出信號至濾波整形電路，濾波整形電路輸出信號至相位計(jì)測量相位，該相位計(jì)與PC機(jī)通過GPIB線連接；相移信號發(fā)生器由PC機(jī)控制，相移信號發(fā)生器的輸出連接至PLL鎖相回路的一個(gè)輸出入端，PLL鎖相回路的另一個(gè)輸出入端還與濾波整形電路連接，PLL鎖相回路的輸出驅(qū)動壓電陶瓷，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。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種偏振激光波長計(jì)?，F(xiàn)有的波長計(jì)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜或成本較高等問題。本實(shí)用新型中的參考激光和被測激光分別通過第一機(jī)械快門和第二機(jī)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(jì)，偏振計(jì)內(nèi)的兩個(gè)信號經(jīng)過濾波整形電路后成為同頻率的TTL信號，這兩個(gè)TTL信號發(fā)送至相位計(jì)測量相位，該相位計(jì)與PC機(jī)通過GPIB線連接。本實(shí)用新型結(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(xué)調(diào)節(jié)和光路對準(zhǔn)操作簡單。
文檔編號G01J9/00GK202793602SQ20122042637
公開日2013年3月13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(jiān), 鐘紹俊, 富雅瓊, 黃艷巖, 謝敏 申請人:中國計(jì)量學(xué)院