一種基于光譜色散原理調(diào)節(jié)激光相干長度的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光譜色散原理調(diào)節(jié)激光相干長度的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相干長度是針對(duì)光源的時(shí)間相干性定義的，它是衡量光源時(shí)間相干性能的物理量，定義為光源光能夠?qū)崿F(xiàn)相干的最大光程差；光源的時(shí)間相干性又體現(xiàn)為其單色性，具體數(shù)值指標(biāo)為譜線寬度(簡稱線寬)?？梢?，激光相干長度(L。)與激光線寬(Λ λ)是兩個(gè)緊密聯(lián)系的物理量，二者近似滿足下式丄。~ λ 2/Λ λ。于是，調(diào)節(jié)激光相干長度也即反比例的調(diào)節(jié)激光線寬。
[0003]自1960年美國科學(xué)家Τ.H.Maiman使用紅寶石晶體實(shí)現(xiàn)了世界上第一臺(tái)激光器以來，激光以其良好的相干性被廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)測(cè)量技術(shù)中，如被人們熟知的相干光纖通訊、激光雷達(dá)、量子頻標(biāo)、全息攝影等領(lǐng)域。另一方面，寬譜、低相干的高亮度光源也有很大的應(yīng)用空間，如相干層析、彩虹測(cè)量、微小物體掃描等精密測(cè)量技術(shù)應(yīng)用。
[0004]通常使用的激光器，其相干長度是固定不變的，若采用某些措施實(shí)現(xiàn)激光相干長度的連續(xù)調(diào)節(jié)，可極大地?cái)U(kuò)展其應(yīng)用范圍，提高測(cè)量精度并方便裝調(diào)。以高精度面型檢測(cè)為例，利用點(diǎn)衍射干涉儀進(jìn)行反射元件面型的誤差檢測(cè)時(shí)，在粗調(diào)階段增大光源相干長度(如?cm量級(jí))，便于等光程位置的粗略確定；在精調(diào)階段減小光源相干長度(如?_量級(jí))，便于更精確地確定等光程位置，減小環(huán)境因素以及光源頻率穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，消除相干噪聲，提高測(cè)量精度。
[0005]現(xiàn)有的調(diào)節(jié)激光相干長度的技術(shù)多是通過調(diào)整激光腔本身的參數(shù)(如:腔長、損耗等)從而實(shí)現(xiàn)輸出激光相干長度的調(diào)節(jié)，屬于腔內(nèi)調(diào)節(jié)。例如:調(diào)節(jié)諧振腔腔長技術(shù)，這種技術(shù)是通過控制激光器腔內(nèi)同時(shí)振蕩的縱模數(shù)目從而調(diào)節(jié)激光的相干長度。這種方法在腔長拉伸過程中，易造成激光腔失諧，且腔長過長將導(dǎo)致系統(tǒng)體積過大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有的調(diào)節(jié)激光相干長度的技術(shù)易造成激光腔失諧和系統(tǒng)體積過大的問題。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種調(diào)節(jié)激光相干長度的裝置，包括激光光源單元、光譜色散單元和光譜控制單元，其中，所述激光光源單元發(fā)出的激光入射到光譜色散單元；所述光譜色散單元對(duì)所述激光進(jìn)行色散分光后使之入射到所述光譜控制單元；所述光譜控制單元用于調(diào)節(jié)所述色散分光后的激光的光譜成分，從而控制輸出激光的相干長度。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述裝置還包括光譜檢測(cè)單元，其用于測(cè)量經(jīng)調(diào)節(jié)光譜成分后的輸出激光的相干長度。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述光譜色散單元包括光柵、棱鏡、F-P標(biāo)準(zhǔn)具。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述光譜控制單元是光束聚焦元件與狹縫的組合，或者光束聚焦元件與光闌的組合。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述狹縫和光闌是固定通光尺寸的，或者可調(diào)節(jié)通光尺寸的。
[0014]本發(fā)明還提出一種調(diào)節(jié)激光相干長度的方法，包括如下步驟:使激光光源單元發(fā)出的激光入射到光譜色散單元；使用所述光譜色散單元對(duì)所述激光進(jìn)行色散分光后使之入射到所述光譜控制單元；使用所述光譜控制單元調(diào)節(jié)所述色散分光后的激光的光譜成分，從而控制輸出激光的相干長度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，該方法還包括使用光譜檢測(cè)單元測(cè)量經(jīng)調(diào)節(jié)光譜成分后的輸出激光的相干長度的步驟。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述光譜色散單元包括光柵、棱鏡、F-P標(biāo)準(zhǔn)具。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述光譜控制單元是光束聚焦元件與狹縫的組合，或者光束聚焦元件與光闌的組合。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述狹縫和光闌是固定通光尺寸的，或者可調(diào)節(jié)通光尺寸的。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明利用光譜色散原理調(diào)節(jié)激光相干長度，一切調(diào)控均在激光腔外進(jìn)行，操作簡單方便，對(duì)激光系統(tǒng)本身穩(wěn)定性等不會(huì)產(chǎn)生影響，操作簡單、方便、可靠性高，能夠很好地應(yīng)用于各種干涉測(cè)量等相關(guān)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的基于光譜色散原理調(diào)節(jié)激光相干長度的裝置的光路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的基于光譜色散原理調(diào)節(jié)激光相干長度的裝置的第一實(shí)施例的光路不意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的基于光譜色散原理調(diào)節(jié)激光相干長度的裝置的第二實(shí)施例的光路不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1是本發(fā)明的基于光譜色散原理調(diào)節(jié)激光相干長度的裝置的光路結(jié)構(gòu)原理圖。如圖1所示，所述裝置包括激光光源單元1、光譜色散單元2、光譜控制單元3。
[0025]其中，由激光光源單元I發(fā)出的激光SI入射到光譜色散單元2，經(jīng)其色散分光后，再入射到光譜控制單元3。光譜控制單元3可以調(diào)節(jié)色散分光后輸出激光的光譜成分，從而控制輸出激光的相干長度。
[0026]所述裝置還可以包括光譜檢測(cè)單元4，經(jīng)調(diào)節(jié)后的激光S2作為輸出激光，進(jìn)入光譜檢測(cè)單元4以測(cè)量其相干長度。
[0027]所述的激光光源單元I可以包括任意波長的激光光源，也可以包括脈沖激光或連續(xù)激光光源。所述的光譜色散單元2可以包括光柵、棱鏡、F-P標(biāo)準(zhǔn)具等或它們的各種組合。所述的光譜控制單元3可以是各種光束聚焦元件與狹縫、光闌等的組合。所述的狹縫、光闌可以是固定通光尺寸的或者可調(diào)節(jié)通光尺寸的。所述的光譜檢測(cè)單元4可以包括光譜儀、邁克爾遜干涉儀、法布里-珀羅干涉儀等光譜檢測(cè)儀器。
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0029]圖2是本發(fā)明的基于光譜色散原理調(diào)節(jié)激光相干長度的裝置的第一實(shí)施例的光路示意圖。如圖2所示，該實(shí)施例的裝置包括有:激光光源11、準(zhǔn)直鏡12、衍射光柵21、聚焦鏡31、出射狹縫32、邁克爾遜干涉儀41。其中，激光光源11和準(zhǔn)直鏡12構(gòu)成激光光源單元I，衍射光柵21為光譜色散元件，構(gòu)成光譜色散單元2，聚焦鏡31和出射狹縫32構(gòu)成光譜控制單元3，邁克爾遜干涉儀41構(gòu)成光譜檢測(cè)單元4。
[0030]所述的激光源11發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直鏡12準(zhǔn)直后以一定角度入射到衍射光柵21上。衍射光柵21會(huì)將入射激光進(jìn)行色散分光，根據(jù)光柵方程(d(sin Θ iisin Θ o) =mA,m=0，±1，±2，…)，會(huì)形成很多衍射級(jí)次的出射激光，而各衍射級(jí)次(m# O)激光內(nèi)都對(duì)應(yīng)一系列不同出射角度的相應(yīng)波長的激光。取能量較高的衍射分光級(jí)次，使之入射到聚焦透鏡31，由于各入射波長激光都對(duì)應(yīng)不同的入射角度，所以在聚焦透鏡31焦平面處，各波長激光在空間上將分開排列。出射狹縫32的通光尺寸可以通過機(jī)械方式連續(xù)調(diào)節(jié)，置于聚焦透鏡31的焦平面上，狹縫中心位于聚焦光斑的中心。通過調(diào)節(jié)出射狹縫32的大小即可控制輸出激光的光譜成分多少，從而控制輸出激光的線寬和相干長度。最后利用邁克爾遜干涉儀41測(cè)量調(diào)控后激光的相干長度。
[0031]所述的衍射光柵對(duì)相應(yīng)光源的激光波段有較高的衍射效率。<