CN116222632B - 一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件 - Google Patents

一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件 Download PDF

Info

Publication number
CN116222632B
CN116222632B CN202310520974.1A CN202310520974A CN116222632B CN 116222632 B CN116222632 B CN 116222632B CN 202310520974 A CN202310520974 A CN 202310520974A CN 116222632 B CN116222632 B CN 116222632B
Authority
CN
China
Prior art keywords
birefringent crystal
crystal
polarization
birefringent
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310520974.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116222632A (zh
Inventor
刘洋
孙晓杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Rayzer Photoelectric Technology Co ltd
Original Assignee
Wuhan Rayzer Photoelectric Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Rayzer Photoelectric Technology Co ltd filed Critical Wuhan Rayzer Photoelectric Technology Co ltd
Priority to CN202310520974.1A priority Critical patent/CN116222632B/zh
Publication of CN116222632A publication Critical patent/CN116222632A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116222632B publication Critical patent/CN116222632B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G02B27/285—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining comprising arrays of elements, e.g. microprisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/266—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0305—Constructional arrangements
    • G02F1/0311—Structural association of optical elements, e.g. lenses, polarizers, phase plates, with the crystal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

本发明提供一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，包括通过光路依次连接的线偏振光产生模块、双折射晶体组和偏振反射镜组，双折射晶体组包括电光晶体，线偏振光产生模块调整输入激光光束的偏振态，输出与双折射晶体组的寻常光偏振态相同、且偏振方向旋转45°的线偏振光；双折射晶体组将线偏振光分为寻常光和非寻常光，其中寻常光的偏振态与输入的线偏振光的偏振态相同；还将相位调制后的非寻常光和寻常光合束输出；电光晶体通过电信号对其传输的光进行相位调制；偏振反射镜组将合束后的激光光束偏振方向旋转45°、并滤除偏振误差，将过滤后的激光进行原路反射，以得到扫频干涉信号。本发明器件调谐方便、稳定性高，利于实现器件的集成与小型化。

Description

一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件
技术领域
本发明涉及激光雷达和相干激光传感技术领域，更具体地，涉及一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件。
背景技术
扫描频率干涉测量法（以下简称扫频干涉）是一种高度灵敏、高精度的激光测量方法，已经广泛用于工业和科学领域，例如生物医学成像、分布式传感、光纤表征和集成光子器件测量等方面。扫描频率干涉测量法是线性光谱干涉测量法的一种特殊形式，其中被测目标的信息通过一个不平衡的干涉仪提取。扫频干涉的一个关键优势是它受益于快速连续可调谐激光器的快速发展。在扫频干涉中，光谱信息是在实时采样示波器或模数转换器单元的帮助下在时域中捕获的。激光扫描速度超过10000nm/s，可以快速捕获超宽带宽，频率分辨率从根本上受激光瞬时线宽限制。然而，激光的扫频线性度受限于激光波长与干涉仪的色散关系，无法真正及时地实现线性调谐。因此，需要额外的设置来帮助其将时间轴校准为光频率。这些设置通常是受环境扰动影响的辅助干涉仪，它们固有的色散会在用于扫频干涉的可调谐激光器的频率校准中引入系统误差。现在广泛使用的空间结构干涉仪因为体积庞大难以小型化，限制了该技术的使用环境。而使用延迟光纤组建干涉仪又会造成激光频率受到光纤色散的影响。因此，发展一种小型化、信号稳定、误差小、调谐方便的干涉器件有助于扫频干涉技术的进一步实用化和推广。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，其通过利用双折射晶体光轴对入射光束偏振态敏感的特性，在晶体内构造稳定的干涉光路，并设计光轴垂直交叉放置的方式，实现光束重合，在两个晶体内组成稳定、调谐方便的干涉仪结构。这一发明能够避免干涉对空间光路的依赖，利于实现器件的集成与小型化，提高器件的稳定性。
根据本发明的第一方面，提供了一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，包括通过光路依次连接的线偏振光产生模块、双折射晶体组和偏振反射镜组，所述双折射晶体组中包括电光晶体，
所述线偏振光产生模块用于调整输入的激光光束的偏振态，以输出与双折射晶体组的寻常光的偏振态相同、且偏振方向旋转45°的线偏振光；
所述双折射晶体组用于将输入的线偏振光分束为偏振态不同的寻常光和非寻常光，其中寻常光的偏振态与输入的线偏振光的偏振态相同；还用于将相位调制后的非寻常光和寻常光合束输出；
所述电光晶体用于通过电信号对双折射晶体组中传输的光进行相位调制；
所述偏振反射镜组用于将合束后的激光光束偏振方向旋转45°、并进行偏振误差滤除，以及将滤除偏振误差后的激光光束进行原路反射，以得到扫频干涉信号。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，所述线偏振光产生模块包括依次设置的光纤准直器、第一偏振分光棱镜和第一λ/2波片，
所述光纤准直器的输入端连接光纤，其输出端连接第一偏振分光棱镜的原激光光束输入端，用于将需要产生扫频干涉信号的原激光光束进行准直；
所述第一偏振分光棱镜的输出端连接第一λ/2波片的输入端，用于将输入激光转换为与双折射晶体组的寻常光的偏振方向相同的线偏振光；
所述第一λ/2波片的输出端连接双折射晶体组的输入端，用于将第一偏振分光棱镜输出的线偏振光的偏振角进一步调节，使其与双折射晶体组的寻常光的偏振方向夹角呈45°。
可选的，所述双折射晶体组包括依次设置的第一双折射晶体、电光晶体和第二双折射晶体，第一双折射晶体的晶轴切向与第二双折射晶体的晶轴切向垂直；
所述第一双折射晶体输出的寻常光沿第一双折射晶体的寻常光轴传输，第一双折射晶体输出的非寻常光沿第一双折射晶体的非寻常光轴传输；
所述第二双折射晶体的寻常光轴与第一双折射晶体的寻常光轴同轴设置，第一双折射晶体输出的寻常光进入第二双折射晶体的寻常光轴；所述第二双折射晶体用于将寻常光轴与非寻常光轴中传输的光进行合束输出；
所述电光晶体设置在第一双折射晶体和第二双折射晶体之间、且其两端分别与第一双折射晶体的非寻常光轴和第二双折射晶体的非寻常光轴相对接，用于将第一双折射晶体输出的非寻常光进行相位调制后送入第二双折射晶体的非寻常光轴。
可选的，所述电光晶体上设有第一电极，所述第一电极布置在电光晶体的光路两侧，用于为电光晶体提供相位调制的电信号，所述第一电极的电压差与电信号频率可调。
可选的，所述第一双折射晶体和第二双折射晶体的材料与尺寸相一致，所述第一双折射晶体和第二双折射晶体的材料为VYO4、YAG、BBO、LiTaO2、LiNbO2中的任意一种。
可选的，所述双折射晶体组包括依次设置的第一双折射晶体和双折射电光晶体，第一双折射晶体的晶轴切向与双折射电光晶体的晶轴切向垂直；
所述第一双折射晶体输出的寻常光沿第一双折射晶体的寻常光轴传输、并输入双折射电光晶体的寻常光轴，第一双折射晶体输出的非寻常光沿第一双折射晶体的非寻常光轴传输、并输入双折射电光晶体的非寻常光轴；
所述双折射电光晶体将其寻常光轴与非寻常光轴中传输的光进行相位调制后、重合输出。
可选的，所述双折射电光晶体上设有第二电极，所述第二电极布置在双折射电光晶体的光路两侧，用于为双折射电光晶体提供相位调制的电信号，所述第二电极的电压差与电信号频率可调。
可选的，所述双折射电光晶体的材料为BBO、LiTaO2、LiNbO2中的任意一种。
可选的，所述偏振反射镜组包括沿光路依次设置的第二λ/2波片、第二偏振分光棱镜和反射镜，
所述第二λ/2波片用于将所述双折射晶体组输出的光的偏振角进行调节，使其与双折射晶体组的寻常光的偏振方向夹角呈90°；
所述第二偏振分光棱镜用于滤除光路校准和相位调制过程中产生的偏振误差；
所述反射镜用于将滤除误差后的激光光束进行原路反射，以形成稳定的干涉激光信号。
本发明提供的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，通过利用双折射晶体光轴对入射光束偏振态敏感的特性，在双折射晶体组内构造稳定的干涉光路，通过对双折射晶体传输的光的相位进行电光调节，将相位调节后的光束重合输出，然后根据光路可逆原理将相位调节后的干涉光原路反射输出，以得到扫频干涉信号，将扫频干涉信号重新耦合至光纤内形成干涉。本发明在两个晶体内组成稳定的干涉仪结构，能够避免干涉对空间光路的依赖，提高器件的稳定性，也利于实现器件的集成与小型化。
附图说明
图1为本发明某一实施例提供的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件组成结构示意图；
图2为本发明又一实施例提供的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件组成结构示意图；
图3为本发明再一实施例提供的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件组成结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、线偏振光产生模块，101、光纤准直器，102、第一偏振分光棱镜，103、第一λ/2波片，2、双折射晶体组，201、第一双折射晶体，202、电光晶体，203、第二双折射晶体，204、第一电极，205、双折射电光晶体，206、第二电极，3、偏振反射镜组，301、第二λ/2波片，302、第二偏振分光棱镜，303、反射镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为本发明提供的第一实施例中一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件结构示意图，如图1所示，该器件包括通过光路依次连接的线偏振光产生模块1、双折射晶体组2和偏振反射镜组3，所述双折射晶体组2中包括电光晶体；其中，
所述线偏振光产生模块1用于调整输入的激光光束的偏振态，以输出与双折射晶体组2的寻常光的偏振态相同、且偏振方向旋转45°的线偏振光；
所述双折射晶体组2用于将输入的线偏振光分束为偏振态不同的寻常光和非寻常光，其中寻常光的偏振态与输入的线偏振光的偏振态相同；还用于将相位调制后的非寻常光和寻常光合束输出；
所述电光晶体用于通过电信号对双折射晶体组2中传输的光进行相位调制；
所述偏振反射镜组3用于将合束后的激光光束偏振方向旋转45°、并进行偏振误差滤除，以及将滤除偏振误差后的激光光束进行原路反射，以得到扫频干涉信号。
可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明实施例提出了一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件。
首先介绍本发明的物理内涵。使用分光束路径的干涉产生方法，组建的迈克尔逊干涉仪或马赫曾德干涉仪，其技术核心是使用不同的传输路径，实现两个激光的干涉，频率或波长扫描机制依赖于改变延迟量。而本发明实施例利用双折射晶体的偏振传输特性，即双折射晶体寻常光轴和非寻常光轴存在一定的夹角，线偏振光根据不同偏振态将沿不同的光轴传输，形成稳定的延迟量。从双折射晶体出射后呈平行光束在自由空间中传输。由于两个光轴的折射率不同，沿不同光轴传输经过的光程也不相同，导致光束间存在恒定的相位差。这一相位差只与晶体的长度和折射率相关。因此利用该特性能够产生恒定的相位差的干涉信号。同时，分离的传输路径中放置相位调制器件，可以快速改变某一路激光的相位，根据调制信号的不同可以实现某一光轴上的频率扫描。相较机械干涉仪或光纤延迟干涉仪而言，具有更强的鲁棒特性，也便于集成为单个器件。
在本实施例中，线偏振光产生模块1用于准直光纤输入的需要产生扫频干涉信号的激光，并调节获得与寻常光偏振方向成45°角的线偏振光，以防止未经相位调节的光反向传播回到光纤中。线偏振光产生模块1输出的线偏振光经过双折射晶体组2，在双折射晶体组2中沿不同光轴传输，并在双折射晶体组2的出射面再次重合。线偏振光在双折射晶体组2中传播的过程中，通过改变双折射晶体组2中电光晶体的电信号可改变其折射率，由于电光晶体的折射率影响其光程，通过电光晶体对沿非寻常光轴传输的光进行调制，从而实现双折射晶体组2的出射光的相位调节。相位调节后的光输入偏振反射镜组3中，偏振反射镜组3对合束后的激光光束偏振方向在原方向基础上继续旋转45°，达到累加旋转角度90°。偏振反射镜组3还对合束后的激光光束滤除在光路校准和相位调制过程中产生的偏振变化，根据光路可逆原理，然后将相位调制后的激光沿原光路反射、使其重新耦合进入光纤。偏振反射镜组3的偏振变化过滤作用保证返回到电光晶体中的激光分束与原激光光束具有相同的偏振态。在激光反射耦合到光纤中时，调制后的激光的旋转方向累加旋转180°，使得相位调制后的激光周期延迟π，生成与原激光光束方向相反的回返光，从而与原激光光束形成干涉。因此，输入光纤的激光光束，在经过该器件后，将产生稳定的干涉信号。
在一种可能的实施例方式中，如图2及图3所示，所述线偏振光产生模块1包括依次设置的光纤准直器101、第一偏振分光棱镜102和第一λ/2波片103，其中，
所述光纤准直器101的输入端连接光纤，其输出端连接第一偏振分光棱镜102的原激光光束输入端，用于将光纤提供的需要产生扫频干涉信号的原激光光束进行准直；
所述第一偏振分光棱镜102的输出端连接第一λ/2波片103的输入端，用于将输入激光转换为与双折射晶体组2的寻常光的偏振方向相同的线偏振光；
所述第一λ/2波片103的输出端连接双折射晶体组2的输入端，用于将第一偏振分光棱镜102输出的线偏振光的偏振角进一步调节，使其与双折射晶体组2的寻常光的偏振方向夹角呈45°。
可以理解的是，光纤准直器101的作用在于将输入的激光进行准直，第一偏振分光棱镜102的作用是将准直后的原激光光束分束为线偏振光，第一λ/2波片103将从第一偏振分光棱镜102得到的线偏振光旋转45°，一是起到防反的作用，防止相位调制前的激光返回光纤，二是将激光周期延迟π/4，根据光路可逆原理，在干涉信号光生成的整个流程中，通过周期延迟次数的叠加，可将相位调制后的激光周期总共延迟π，形成与原激光光束干涉的回返光。
在一种可能的实施例方式中，如图2所示，所述双折射晶体组2包括依次设置的第一双折射晶体201、电光晶体202和第二双折射晶体203，第一双折射晶体201的晶轴切向与第二双折射晶体203的晶轴切向垂直；
所述第一双折射晶体201输出的寻常光沿第一双折射晶体201的寻常光轴传输，第一双折射晶体201输出的非寻常光沿第一双折射晶体201的非寻常光轴传输；
所述第二双折射晶体203的寻常光轴与第一双折射晶体201的寻常光轴同轴设置，第一双折射晶体201输出的寻常光进入第二双折射晶体203的寻常光轴；所述第二双折射晶体203用于将寻常光轴与非寻常光轴中传输的光进行合束输出；
所述电光晶体202设置在第一双折射晶体201和第二双折射晶体203之间、且其两端分别与第一双折射晶体201的非寻常光轴和第二双折射晶体203的非寻常光轴相对接，用于将第一双折射晶体201输出的非寻常光进行相位调制后送入第二双折射晶体203的非寻常光轴。
为了对电光晶体202的电信号进行调节，所述电光晶体202上设有第一电极204，所述第一电极204布置在电光晶体202的光路两侧，用于为电光晶体202提供相位调制的电信号，所述第一电极204的电压差与电信号频率可调。
可以理解的是，第一双折射晶体201的晶轴切向与第二双折射晶体203的晶轴切向垂直，即设计第一双折射晶体201与第二双折射晶体203的光轴垂直交叉放置的方式，以实现光束重合。具体的，所述线偏振光产生模块1输出的线偏振光经过第一双折射晶体201后，分为两束，一束沿寻常光轴传输，一束沿非寻常光轴传输；在第一双折射晶体201中沿寻常光轴传输的光进入第二双折射晶体203的寻常光轴、沿非寻常光轴传输的光进入电光晶体202，通过在电光晶体202两侧的电极对电光晶体202中经过的光进行调制，调制后的非寻常光进入第二双折射晶体203，经过第二双折射晶体203的寻常光束和非寻常光束在第二双折射晶体203的出射表面再次重合、并朝向所述偏振反射镜组3输出。在激光扫频时，通过调节第一电极204两端的电压差和电信号频率，可以快速改变电光晶体202的折射率，起到改变激光相位的目的，实现激光扫频干涉。
在一种可能的实施例方式中，所述第一双折射晶体201和第二双折射晶体203的材料与尺寸相一致，所述第一双折射晶体201和第二双折射晶体203的材料为VYO4、YAG、BBO、LiTaO2、LiNbO2中的任意一种。
与图2所示实施例不同的另一实施例中，如图3所示，所述双折射晶体组2包括依次设置的第一双折射晶体201和双折射电光晶体205，第一双折射晶体201的晶轴切向与双折射电光晶体205的晶轴切向垂直；
所述第一双折射晶体201输出的寻常光沿第一双折射晶体201的寻常光轴传输、并输入双折射电光晶体205的寻常光轴，第一双折射晶体201输出的非寻常光沿第一双折射晶体201的非寻常光轴传输、并输入双折射电光晶体205的非寻常光轴；
所述双折射电光晶体205将其寻常光轴与非寻常光轴中传输的光进行相位调制后、重合输出。所述双折射电光晶体205的材料为BBO、LiTaO2、LiNbO2中的任意一种。
所述双折射电光晶体205上设有第二电极206，所述第二电极206布置在双折射电光晶体205的光路两侧，用于为双折射电光晶体205提供相位调制的电信号，所述第二电极206的电压差与电信号频率可调。
可以理解的是，本实施例中，第一双折射晶体201与工作原理与图2实施例中的第一双折射晶体201一致，差异在于，图3所示的实施例中，采用双折射电光晶体205替代了图2实施例中的电光晶体202和第二双折射晶体203，将二者的功能合二为一。相比图2所示实施例的结构，本实施例凭借部分电光晶体具有双折射效应的原理，更清楚地表达本发明的思想。
具体的，所述线偏振光产生模块1输出的线偏振光经过第一双折射晶体201后，分为两束，一束沿寻常光轴传输，一束沿非寻常光轴传输；在第一双折射晶体201中沿寻常光轴传输的光进入双折射电光晶体205的寻常光轴、沿非寻常光轴传输的光进入双折射电光晶体205的非寻常光轴，通过在双折射电光晶体205两侧的电极发出的电信号对双折射电光晶体205的折射率进行调节，以调整双折射电光晶体205中寻常光与非寻常光的光程差，从而调整输出激光的相位。调制后的寻常光束与非寻常光束在第二双折射晶体203的出射表面再次重合、并朝向所述偏振反射镜组3输出。在激光扫频时，通过调节第二电极206两端的电压差和电信号频率，可以快速改变双折射电光晶体205的折射率，起到改变激光相位的目的，实现激光扫频干涉。
在一种可能的实施例方式中，如图2及图3的实施例所示，所述偏振反射镜组3包括沿光路依次设置的第二λ/2波片301、第二偏振分光棱镜302和反射镜303，其中，
所述第二λ/2波片301用于将所述双折射晶体组2输出的光的偏振角进行调节，使其与双折射晶体组2的寻常光的偏振方向夹角呈90°；
所述第二偏振分光棱镜302用于滤除光路校准和相位调制过程中产生的偏振误差；
所述反射镜303用于将滤除误差后的激光光束进行原路反射，以形成稳定的干涉激光信号。
可以理解的是，在第一λ/2波片103已经将线偏振光的偏振角度旋转45°的基础上，第二λ/2波片301将经过的线偏振光再次旋转45°，使得线偏振光的累加旋转角度为90°。第二偏振分光棱镜302滤除光路中各个元件进行光路校准以及相位调制过程中产生的偏振误差，保证后续反射返回到双折射晶体组2中的激光分束与双折射晶体组2的出射光束具有相同的偏振态。反射镜303用于将滤除误差后的激光光束进行原路反射，根据光路可逆原理，反射光再次完整地经过反射前的光路，最终耦合回到光纤中。由于两次完整地经过前述相位调制光路，反射回到光纤中的光旋转角度累加为180°，即反射光形成了相比于原激光光束周期延迟π的回返光，此回返光形成稳定的干涉激光信号。
本发明实施例提供的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，根据双折射晶体的偏振特性，偏振光经过特定切割角度的双折射晶体后会均匀地分为两束，分别沿两个光轴（即前述寻常光轴与非寻常光轴）传输，从晶体出射后呈平行光束在自由空间中传输。由于两个光轴的折射率不同，沿不同光轴传输经过的光程也不相同，导致光束间存在恒定的相位差。这一相位差只与晶体的长度和折射率相关，因此本发明利用该特性能够产生恒定的相位差的干涉信号。相较机械干涉仪或光纤延迟干涉仪而言，本发明的方案具有更强的鲁棒特性，也便于集成为单个器件。同时，沿光轴传输产生的线偏振光，更有利于对单个光束进行相位调制，从而实现激光相干扫频测量。本发明在两个双折射晶体内组成稳定的干涉仪结构，能够避免干涉对空间光路的依赖，提高器件的稳定性，也利于实现器件的集成与小型化。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，其特征在于，包括通过光路依次连接的线偏振光产生模块（1）、双折射晶体组（2）和偏振反射镜组（3），所述双折射晶体组（2）中包括电光晶体，
所述线偏振光产生模块（1）用于调整输入的激光光束的偏振态，以输出与双折射晶体组（2）的寻常光的偏振态相同、且偏振方向旋转45°的线偏振光；
所述双折射晶体组（2）用于将输入的线偏振光分束为偏振态不同的寻常光和非寻常光，其中寻常光的偏振态与输入的线偏振光的偏振态相同；还用于将相位调制后的非寻常光和寻常光合束输出；
所述电光晶体用于通过电信号对双折射晶体组（2）中传输的非寻常光进行相位调制；
具体的，所述双折射晶体组（2）包括依次设置的第一双折射晶体（201）、电光晶体（202）和第二双折射晶体（203），第一双折射晶体（201）的晶轴切向与第二双折射晶体（203）的晶轴切向垂直；
所述第一双折射晶体（201）输出的寻常光沿第一双折射晶体（201）的寻常光轴传输，第一双折射晶体（201）输出的非寻常光沿第一双折射晶体（201）的非寻常光轴传输；
所述第二双折射晶体（203）的寻常光轴与第一双折射晶体（201）的寻常光轴同轴设置，第一双折射晶体（201）输出的寻常光进入第二双折射晶体（203）的寻常光轴；所述第二双折射晶体（203）用于将寻常光轴与非寻常光轴中传输的光进行合束输出；
所述电光晶体（202）设置在第一双折射晶体（201）和第二双折射晶体（203）之间、且其两端分别与第一双折射晶体（201）的非寻常光轴和第二双折射晶体（203）的非寻常光轴相对接，用于将第一双折射晶体（201）输出的非寻常光进行相位调制后送入第二双折射晶体（203）的非寻常光轴；
所述偏振反射镜组（3）用于将合束后的激光光束偏振方向旋转45°、并进行偏振误差滤除，以及将滤除偏振误差后的激光光束进行原路反射，以得到扫频干涉信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，其特征在于，所述线偏振光产生模块（1）包括依次设置的光纤准直器（101）、第一偏振分光棱镜（102）和第一λ/2波片（103），
所述光纤准直器（101）的输入端连接光纤，其输出端连接第一偏振分光棱镜（102）的原激光光束输入端，用于将需要产生扫频干涉信号的原激光光束进行准直；
所述第一偏振分光棱镜（102）的输出端连接第一λ/2波片（103）的输入端，用于将输入激光转换为与双折射晶体组（2）的寻常光的偏振方向相同的线偏振光；
所述第一λ/2波片（103）的输出端连接双折射晶体组（2）的输入端，用于将第一偏振分光棱镜（102）输出的线偏振光的偏振角进一步调节，使其与双折射晶体组（2）的寻常光的偏振方向夹角呈45°。
3.根据权利要求1所述的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，其特征在于，所述电光晶体（202）上设有第一电极（204），所述第一电极（204）布置在电光晶体（202）的光路两侧，用于为电光晶体（202）提供相位调制的电信号，所述第一电极（204）的电压差与电信号频率可调。
4.根据权利要求1所述的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，其特征在于，所述第一双折射晶体（201）和第二双折射晶体（203）的材料与尺寸相一致，所述第一双折射晶体（201）和第二双折射晶体（203）的材料为VYO4、YAG、BBO、LiTaO2、LiNbO2中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件，其特征在于，所述偏振反射镜组（3）包括沿光路依次设置的第二λ/2波片（301）、第二偏振分光棱镜（302）和反射镜（303），
所述第二λ/2波片（301）用于将所述双折射晶体组（2）输出的光的偏振角进行调节，使其与双折射晶体组（2）的寻常光的偏振方向夹角呈90°；
所述第二偏振分光棱镜（302）用于滤除光路校准和相位调制过程中产生的偏振误差；
所述反射镜（303）用于将滤除误差后的激光光束进行原路反射，以形成稳定的干涉激光信号。
CN202310520974.1A 2023-05-10 2023-05-10 一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件 Active CN116222632B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310520974.1A CN116222632B (zh) 2023-05-10 2023-05-10 一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310520974.1A CN116222632B (zh) 2023-05-10 2023-05-10 一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116222632A CN116222632A (zh) 2023-06-06
CN116222632B true CN116222632B (zh) 2023-07-25

Family

ID=86573577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310520974.1A Active CN116222632B (zh) 2023-05-10 2023-05-10 一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116222632B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62272159A (ja) * 1986-05-20 1987-11-26 Fujitsu Ltd 光電圧センサ
JPH06160775A (ja) * 1992-11-24 1994-06-07 Namiki Precision Jewel Co Ltd 光アイソレータ
CN101796448A (zh) * 2007-08-28 2010-08-04 摩托罗拉公司 用于使用液晶自适应光学装置进行自动聚焦的方法和装置
CN102033334A (zh) * 2010-12-14 2011-04-27 江汉大学 一种基于γ51的电光调制器及实现方法
JP2013003490A (ja) * 2011-06-21 2013-01-07 Smm Precision Co Ltd 偏波無依存型光アイソレータ
CN104242044A (zh) * 2014-09-29 2014-12-24 西安理工大学 电光双折射双腔双频Nd:YAG激光器及频差调谐方法
CN111106932A (zh) * 2018-10-26 2020-05-05 科大国盾量子技术股份有限公司 基于直波导调制器的偏振控制系统、方法及量子密钥分发系统
US11143556B1 (en) * 2020-06-07 2021-10-12 Evgueni Vladimirovich Ivanov Birefringent interferometer and fourier transform spectrometer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3684350A (en) * 1970-08-17 1972-08-15 Westinghouse Electric Corp Light beam polarization modulator
US6747797B2 (en) * 2001-07-05 2004-06-08 Oplink Communications, Inc. Loop optical circulator
CN101216616A (zh) * 2008-01-09 2008-07-09 南京航空航天大学 高热稳定性电光调制器
CN107065212B (zh) * 2017-01-24 2023-05-23 四川光陆通信技术有限公司 法拉第旋转镜及光纤干涉仪
CN108593105A (zh) * 2017-12-14 2018-09-28 南京理工大学 双折射偏振干涉型的高光谱成像装置及其成像方法
CN115685231B (zh) * 2023-01-04 2023-05-16 武汉中科锐择光电科技有限公司 用于提高相干探测距离的调频激光雷达系统及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62272159A (ja) * 1986-05-20 1987-11-26 Fujitsu Ltd 光電圧センサ
JPH06160775A (ja) * 1992-11-24 1994-06-07 Namiki Precision Jewel Co Ltd 光アイソレータ
CN101796448A (zh) * 2007-08-28 2010-08-04 摩托罗拉公司 用于使用液晶自适应光学装置进行自动聚焦的方法和装置
CN102033334A (zh) * 2010-12-14 2011-04-27 江汉大学 一种基于γ51的电光调制器及实现方法
JP2013003490A (ja) * 2011-06-21 2013-01-07 Smm Precision Co Ltd 偏波無依存型光アイソレータ
CN104242044A (zh) * 2014-09-29 2014-12-24 西安理工大学 电光双折射双腔双频Nd:YAG激光器及频差调谐方法
CN111106932A (zh) * 2018-10-26 2020-05-05 科大国盾量子技术股份有限公司 基于直波导调制器的偏振控制系统、方法及量子密钥分发系统
US11143556B1 (en) * 2020-06-07 2021-10-12 Evgueni Vladimirovich Ivanov Birefringent interferometer and fourier transform spectrometer

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2X4集成结构90°空间光学桥接器;宋哲等;激光与光电子学进展;第112302-1至6页 *
Observation of Frequency Tunable Cross-Phase Modulation Instabilities in Highly Birefringent Photonic Crystal Fiber;A. Tonello等;2006 Conference on Lasers and Electro-Optics and 2006 Quantum Electronics and Laser Science Conference;第1-2页 *
基于双折射基片的微纳光纤起偏器研究;孔凡磊等;南开大学学报;第46卷(第1期);第12-15页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116222632A (zh) 2023-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Réhault et al. Two-dimensional electronic spectroscopy with birefringent wedges
AU2009307933B2 (en) Fourier domain mode locking
CN109839644B (zh) 基于单腔双飞秒光梳互相关分析的实时绝对测距方法及系统
CN102780153B (zh) 一种基于声光偏转器的声光扫频激光器
Réhault et al. 2D IR spectroscopy with phase-locked pulse pairs from a birefringent delay line
EP2078944A2 (en) Apparatus for measuring residual stress of optical fiber
JP6134773B2 (ja) 光共振装置及び共振器において一周時間を調節する方法
NL1032008C2 (nl) Actieve sturing en detectie van twee nagenoeg orthogonale polarisaties in een vezel voor heterodyne interferometrie.
CN116222632B (zh) 一种基于双折射晶体的光纤扫频干涉器件
JP4643126B2 (ja) 光スペクトル測定方法及びその装置
Zhou et al. Revealing the behavior of photons in a birefringent interferometer
CN102545015A (zh) 双频激光器
CN100451581C (zh) 利用外差干涉法对激光波长进行测量的方法及装置
JP2004163384A (ja) 時間分解・非線形複素感受率測定装置
NL1026613C2 (nl) Verbeterd polarisatiestuurorgaan gebruikmakend van ruimtelijke filtering.
JP2002277329A (ja) 光サンプリング波形測定装置
CN113064291A (zh) 一种提高相位调制量的方法及设备
CN103424195A (zh) 旋转晶体平板的移相剪切干涉仪
JPH05302810A (ja) ヘテロダイン２波長変位干渉計
AU2013211513B2 (en) Fourier domain mode locking
JPS63241305A (ja) 縞走査法
Colice et al. Holographic method of cohering fiber tapped delay lines
US20230318716A1 (en) Optical apparatus for quantum computing, system, method and storage medium
Pawong et al. Measurement of phase retardation in a liquid crystal variable wave retarder using a polarizing triangular interferometer
JPH02166426A (ja) 直交偏波２周波発生光源

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant