專利名稱：一種連續調節激光相干長度的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于激光技術領域，具體涉及是一種連續調節激光相干長度的方法和裝置。
背景技術：
相干長度是衡量光源相干性能的物理量，定義為光源光能夠實現相干的最大光程差。激光以其良好的相干性被廣泛應用于各種光學測量技術中，如相干光纖通訊、激光測距、激光雷達等領域，但是對一些精密測量技術，如高速、超高分辨率成像、精密檢測等應用，高相干光源反而會因為多表面反射或透射產生各種光學噪聲，降低測量精度。例如，在利用其檢測雙拋光透明平行平板面形時，將會出現三表面干涉現象，導致測量誤差較大。因此具有良好光束特性的低相干光源成為這些測量系統的最佳光源。低相干光可以通過在超輻射發光二極管輸出端加入特定帶寬的帶通濾光片，從而獲得準單色光的白光光源來實現，但它們的光亮度有待進一步提高。飛秒激光器雖可產生高亮度、短相干長度的脈沖激光，但其體型巨大，且價格昂貴。另一方面，為了測量不同尺寸的微觀物體表面形貌，則需要具有不同相干長度的高亮度光源。在相干和非相干測量應用中，要求對光源激光的相干長度進行有效調控。雖然通過調節激光腔腔長可以在一定程度上改變輸出激光的相干長度，但是由于腔長調節范圍有限，所以相干長度的調節范圍也很小。現有技術中，光柵和棱鏡組合曾被用于壓縮激光線寬，例如申請號為200910052119.2的中國發明專利中提到了一種含光束整形與波長轉動調諧的線寬壓縮裝置，通過調節第一個和最后一個棱鏡而使光束入射到光柵上的角度發生變化，從而光柵選擇不同的衍射波長輸出，但這種裝置目標是調節激光波長，而壓縮后的激光線寬和相干長度是固定不變的。
發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明所要解決的技術問題是提出一種能夠連續調節激光相干長度的方法和裝置，以克服現有的相干長度調節裝置調節范圍小、不夠穩定的缺點。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本發明提出一種連續調節激光相干長度的方法，該方法提供激光諧振腔，使泵浦激光入射到在該激光諧振腔中，激光在激光諧振腔內多次往返振蕩后輸出，該方法還包括提供激光擴束/縮束裝置和光柵，使激光通過激光擴束/縮束裝置入射到所述光柵上，其中，該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的，且光柵的位置和角度也是連續可調的；連續調節該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證激光在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出激光的相干長度。根據本發明的一種優選實施方式，所述激光擴束/縮束裝置和光柵設置于所述激光諧振腔內。根據本發明的一種優選實施方式，所述激光擴束/縮束裝置和光柵設置于所述激光諧振腔外，從激光諧振腔出射的激光通過所述激光擴束/縮束裝置和光柵后輸出。根據本發明的一種優選實施方式，所述激光擴束/縮束裝置的有效色散為零。本發明還提出一種連續調節激光相干長度的裝置，包括激光諧振腔，激光在激光諧振腔內多次往返振蕩后輸出，該裝置還包括激光擴束/縮束裝置和光柵，激光在輸出之前通過該激光擴束/縮束裝置和光柵，其中所述激光擴束/縮束裝置對激光進行擴束或縮束，并使通過該激光擴束/縮束裝置的激光入射到所述光柵上，該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的；所述光柵用于利用其衍射特性進行激光波長選擇，且其位置和角度也是連續可調的，以保證激光在光柵的入射面的入射角不變。根據本發明的一種優選實施方式，所述激光擴束/縮束裝置的有效色散為零。根據本發明的一種優選實施方式，所述激光擴束/縮束裝置是由三個棱鏡組成的棱鏡組，棱鏡組中的棱鏡放置方式為“上-上-下”或者“下-下-上”，其中，“上”表示棱鏡的頂角朝上，“下”表示棱鏡的頂角朝下，所述頂角是指棱鏡的三個角中最小的角。根據本發明的一種 優選實施方式，所述棱鏡組中的每個棱鏡均安裝于棱鏡轉動平移臺上，該棱鏡轉動平移臺可在平行于激光光路的平面內轉動和平動，通過轉動棱鏡轉動平移臺，可改變激光光束的擴束/縮束倍數；所述光柵安裝于光柵轉動平移臺上，該光柵轉動平移臺可在平行于激光光路的平面內轉動或平動，通過轉動和平動光柵轉動平移臺，可以相應地調整光柵的激光入射角度，保證經棱鏡組出射的激光束始終以相同的入射角入射到該光柵上。根據本發明的一種優選實施方式，所述光柵是Littoow自準直結構放置的閃耀光柵，或者是Littman-Metcalf掠入射結構放置的閃耀光柵。根據本發明的一種優選實施方式，所述光柵是其偏離Littoow自準直結構的角度不大于10度的閃耀光柵。(三)有益效果本發明采用棱鏡組與光柵結合的裝置，通過轉動各棱鏡的角度改變激光的擴束/縮束倍數，并相應調整光柵位置及其角度，由此連續調節激光相干長度，因此本發明具有結構緊湊、性能穩定、簡單實用的特點，能夠很好地應用于干涉測量等應用領域。
圖1為本發明的連續調節激光相干長度的裝置的第一實施例的結構示意圖；圖2為本發明的連續調節激光相干長度的裝置的第二實施例的結構示意圖；圖3為本發明的連續調節激光相干長度的裝置的第三實施例的結構示意圖；圖4為本發明的連續調節激光相干長度的裝置的第四實施例的結構示意圖。
具體實施例方式本發明的裝置提供一個激光諧振腔，使泵浦激光入射到在該激光諧振腔中，激光在激光諧振腔內多次往返振蕩后輸出。根據本發明的一種實施方式，在所述激光諧振腔中設置激光擴束/縮束裝置和光柵，使通過激光擴束/縮束裝置的激光入射到光柵上，其中，該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的，且光柵的位置和角度也是連續可調的；連續調節該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證激光在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出激光的相干長度。根據本發明的另一種實施方式，在所述激光諧振腔外設置激光擴束/縮束裝置和光柵，使從激光諧振腔出射的激光通過所述激光擴束/縮束裝置和光柵后輸出，其中，該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的，且光柵的位置和角度也是連續可調的；連續調節該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證激光在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出激光的相干長度。進一步來說，根據本發明的優選實施方式，所述激光擴束/縮束裝置是由三個棱鏡組成的棱鏡組。并且，所述棱鏡組中的每個棱鏡均安裝于一棱鏡轉動平移臺上，該棱鏡轉動平移臺可在平行于激光光路的平面內轉動和平動。通過轉動棱鏡轉動平移臺，可改變激光光束的擴束/縮束倍數。同時，所述光柵安裝于一光柵轉動平移臺上，同樣，該光柵轉動平移臺既可在平行于激光光路的平面內轉動，也可在平行于激光光路的平面內平動。通過轉動和平動光柵轉動平移臺，可以相應地調整光柵的激光入射角度，保證經棱鏡組出射的激光束始終以相同的入射角入射到光柵上。下面對本發明的原理進行說明。利用光學元件的自身特點和基本光學原理知識分析，激光擴束/縮束裝置主要用于對激光進行擴束或縮束，同時對通過該激光擴束/縮束裝置的激光的發散角進行連續調節。光柵作為典型的衍射光學元件，利用它的衍射特性可實現有效的波長選擇。在激光的輸出光路加入棱鏡組和光柵后，激光相干長度一般表達式為
權利要求
1.一種連續調節激光相干長度的方法，該方法提供激光諧振腔，使泵浦激光入射到在該激光諧振腔中，激光在激光諧振腔內多次往返振蕩后輸出，其特征在于，該方法還包括提供激光擴束/縮束裝置和光柵，使激光通過激光擴束/縮束裝置入射到所述光柵上， 其中，該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的，且光柵的位置和角度也是連續可調的；連續調節該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證激光在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出激光的相干長度。
2.如權利要求1所述的連續調節激光相干長度的方法，其特征在于，所述激光擴束/縮束裝置和光柵設置于所述激光諧振腔內。
3.如權利要求1所述的連續調節激光相干長度的方法，其特征在于，所述激光擴束/縮束裝置和光柵設置于所述激光諧振腔外，從激光諧振腔出射的激光通過所述激光擴束/縮束裝置和光柵后輸出。
4.如權利要求1-3中任一項所述的連續調節激光相干長度的方法，其特征在于，所述激光擴束/縮束裝置的有效色散為零。
5.一種連續調節激光相干長度的裝置，包括激光諧振腔，激光在激光諧振腔內多次往返振蕩后輸出，其特征在于，該裝置還包括激光擴束/縮束裝置和光柵，激光在輸出之前通過該激光擴束/縮束裝置和光柵，其中所述激光擴束/縮束裝置對激光進行擴束或縮束，并使通過該激光擴束/縮束裝置的激光入射到所述光柵上，該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數是連續可調的；所述光柵用于利用其衍射特性進行激光波長選擇，且其位置和角度也是連續可調的， 以保證激光在光柵的入射面的入射角不變。
6.如權利要求5所述的連續調節激光相干長度的裝置，其特征在于，所述激光擴束/縮束裝置的有效色散為零。
7.如權利要求6所述的連續調節激光相干長度的裝置，其特征在于，所述激光擴束 /縮束裝置是由三個棱鏡組成的棱鏡組，棱鏡組中的棱鏡放置方式為“上-上-下”或者 “下-下-上”，其中，“上”表示棱鏡的頂角朝上，“下”表示棱鏡的頂角朝下，所述頂角是指棱鏡的三個角中最小的角。
8.如權利要求7所述的連續調節激光相干長度的裝置，其特征在于，所述棱鏡組中的每個棱鏡均安裝于棱鏡轉動平移臺上，該棱鏡轉動平移臺可在平行于激光光路的平面內轉動和平動，通過轉動棱鏡轉動平移臺，可改變激光光束的擴束/縮束倍數；所述光柵安裝于光柵轉動平移臺上，該光柵轉動平移臺可在平行于激光光路的平面內轉動或平動，通過轉動和平動光柵轉動平移臺，可以相應地調整光柵的激光入射角度，保證經棱鏡組出射的激光束始終以相同的入射角入射到該光柵上。
9.如權利要求5-8中任一項所述的連續調節激光相干長度的裝置，其特征在于，所述光柵是Littrow自準直結構放置的閃耀光柵,或者是Littman-Metcalf掠入射結構放置的閃耀光柵。
10.如權利要求5-8中任一項所述的連續調節激光相干長度的裝置，其特征在于，所述光柵是其偏離LittiOW自準直結構的角度不大于10度的閃耀光柵。
全文摘要
本發明屬于激光技術領域，具體涉及一種連續調節激光相干長度的方法和裝置，其中方法包括提供一個激光諧振腔，泵浦激光入射到該激光諧振腔中，激光在激光諧振腔內多次往返振蕩后輸出；在激光諧振腔內部或外部提供激光擴束/縮束裝置和光柵，使激光通過激光擴束/縮束裝置入射到所述光柵上，連續調節該激光擴束/縮束裝置的擴束/縮束倍數，同時相應地調節光柵的位置和角度，以保證激光在光柵的入射面的入射角不變，由此來調節所述輸出激光的相干長度。本發明具有結構緊湊、性能穩定、簡單實用的優點，能夠很好地應用于干涉測量等應用領域。
文檔編號H01S3/106GK103036143SQ20121055204
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者周翊, 范元媛, 宋興亮, 王倩, 翟曄, 鮑洋, 崔惠絨, 王宇 申請人:中國科學院光電研究院