CN104503078A - 一种快速精密短程光学延时系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速精密短程光学延时测试系统及方法，其系统包括电压控制电压源、压电陶瓷片堆， 被压电陶瓷驱动的反射镜阵列和一个固定反射镜阵列以及一些固定件；其方法为：利用压电陶瓷快速精密控制反射镜阵列的运动，光束在反射镜阵列间的多次反射放大了压电陶瓷的运动对入射光程的影响。压电陶瓷可以在纳米量级精密控制光程的运动，同时有比较高的来回频率；反射镜阵列几何级数形式放大了光程的变化，这样实现了对光程的精密控制，并实现了对光程的高速调制。

Description

一种快速精密短程光学延时系统及方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，特别是一种快速精密短程光学延时系统及方法，用于控制飞秒脉冲光在光路中的光程，从而达到不同的光学脉冲以高精度时间顺序到达测量或操纵的目标。

背景技术

目前脉冲激光器产生的激光脉冲的时间宽度主要在10飞秒到100飞秒的量级，短的可以达亚飞秒量级。这些光脉冲具有时间短，瞬时功率强的特点，使其有可能来同步一些原来随机的超快物理现象。利用其中一个脉冲同步物理过程，另一个脉冲测量动态过程的特性已经非常常见。在这种测量中，控制两个脉冲间的时间顺序是关键技术之一。 在经典的方案中，这种控制由一个丝杠控制一维的平移台和直角反射镜来完成的。但是由于光脉冲越来越短，这种方案的精度难以达到超高时间分辨率的要求，所以有必要发展一种能在高精度控制时间顺序的设备来控制脉时序。而压电陶瓷能在纳米范围内控制其长度运动，换算成时间为0.001飞秒。同时其来回的重复频率也相当快。但是压电陶瓷的伸缩范围很小，一般在1微米，即使用压电陶瓷片堆达到几十微米，换成时间即为几百飞秒，时间长途太小。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种快速精密短程光学延时系统及方法，使其有飞秒量级的精度控制，同时又能达到皮秒量级的总时间延时。

为实现上述发明目的，本发明采用以下具体技术方案：

    一种快速精密短程光学延时方法，该方法是：采用压电陶瓷片堆作为驱动元件，将入射的光束在压电陶瓷片堆驱动的反射镜列阵和一个固定的反射镜列阵之间进行多次来回反射后出射；通过控制压电陶瓷片堆上的电压变化，使压电陶瓷片堆的长度发生变化从而光束的延后时间发生变化；其中：所述驱动反射镜列阵和固定反射镜列阵均为数个相邻镜面互相垂直的镜面组或一组回复反射镜。

一种快速精密短程光学延时系统，该系统包括：

固定件，为两件，其相互垂直设置；

压电陶瓷片堆，为驱动元件，一端与垂直的固定件固定，另一端与驱动反射镜阵列固定，用于驱动反射镜阵列；

电压源，连接压电陶瓷片堆，给压电陶瓷片堆提供可控电压；

驱动反射镜阵列，与压电陶瓷片堆的一端固定，并设置于平面固定件上，被压电陶瓷片堆驱动；

固定反射镜阵列，用于激光束来回反射，其固定于平面固定件上，与驱动反射镜阵列对面设置。

所述驱动反射镜列阵和固定反射镜列阵均为数个相邻镜面互相垂直的镜面组或一组回复反射镜。

所述驱动反射镜阵列和固定反射镜阵列由金属或工程塑料加工成相邻面互相垂直的多面结构，并将相互垂直的面抛光镀膜成反射率镜子或在相互垂直的面上安装反射镜。

所述驱动反射镜阵列与压电陶瓷片堆之间的连接由环氧树脂胶合。

本发明中若压电陶瓷的最大伸缩长度是s，光束的来回反射次数为n， 则其最大的光束延时量为ns/c， 其中c为光速。通过控制压电陶瓷上的电压变化，使压电陶瓷的长度发生变化从而光束的延后时间可以发生变化。在精密控制压电陶瓷的电压的条件下，可以精密控制光束的延时效果，同时由于压电陶瓷驱动的反射镜列阵可以很轻，这样来回的频率也可以很快。

本发明电压源可以以小于10V的电压输入，输出电压高达50伏到500伏。

本发明实现了对光程的精密控制，并实现了对光程的高速调制，在超快光学中可以用做延时器或调制器。

附图说明

    图1为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

参阅图1，本发明的系统包括电压可控电压源100、压电陶瓷片堆200、驱动反射镜阵列300、固定反射镜阵列400、垂直固定件502及平面固定件503，压电陶瓷片堆200与其控制的驱动反射镜阵列300用环氧树脂固定，压电陶瓷片堆200的另一端固定在垂直固定件502上，水平固定件501和固定件502相互垂直固定。固定反射镜阵列400直接固定在固定件501上。本实施例中驱动反射镜阵列300和固定反射镜阵列400直接用铝加工成相邻面相互垂直的结构， 然后将这些平面抛光，镀高反膜。驱动反射镜阵列300比固定反射镜阵列400多两个面，为6个面。

当激光束以45度的入射角入射到驱动反射镜阵列300的第一个反射镜面， 激光束会反射到第二个镜面，然后到固定反射镜阵列400的第一反射镜面、第二个反射镜面，再回到驱动反射镜阵列300的第三、第四镜面，再到固定反射镜阵列400的第三反射镜面、第四反射镜面，然后回到驱动反射镜阵列300的第五，第六镜面， 然后出射，出射光和入射光反平行。

本实施例中压电陶瓷片堆的伸缩最大长度为75微米，经过这样6次到驱动反射镜阵列300的镜面，压电陶瓷伸缩过程可以让光程改变450微米，即1.5皮秒，压电陶瓷驱动的反射镜阵列和固定的反射镜阵列的距离设在5厘米。

Claims (5)

1.一种快速精密短程光学延时方法，其特征在于该方法是：采用压电陶瓷片堆作为驱动元件，将入射的光束在压电陶瓷片堆驱动的反射镜列阵和一个固定的反射镜列阵之间进行多次来回反射后出射；通过控制压电陶瓷上的电压变化，使压电陶瓷的长度发生变化从而光束的延后时间发生变化；其中：所述驱动反射镜列阵和固定反射镜列阵均为数个相邻镜面互相垂直的镜面组或一组回复反射镜。

2.一种快速精密短程光学延时系统，其特征在于它包括：

固定件，为两件，其相互垂直设置；

压电陶瓷片堆，为驱动元件，一端与垂直的固定件固定，另一端与驱动反射镜阵列固定，用于驱动反射镜阵列；电压源，连接压电陶瓷片堆，给压电陶瓷片堆提供可控电压；驱动反射镜阵列，与压电陶瓷片堆的一端固定，并设置于平面固定件上，被压电陶瓷片堆驱动；固定反射镜阵列，用于激光束来回反射，其固定于平面固定件上，与驱动反射镜阵列对面设置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述驱动反射镜阵列和固定反射镜阵列均为数个相邻镜面互相垂直的镜面组或一组回复反射镜。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述驱动反射镜阵列和固定反射镜阵列由金属或工程塑料加工成相邻面互相垂直的多面结构，并将相互垂直的面抛光镀膜成反射率镜子或在相互垂直的面上安装反射镜。

5.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于所述驱动反射镜阵列与压电陶瓷片堆之间的连接由环氧树脂胶合。