CN106979825B - 干涉位移测量辅助的自相关测量仪 - Google Patents

干涉位移测量辅助的自相关测量仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种干涉位移测量辅助的自相关测量仪，包括自相关信号光路和红光的矫正光路，其中的可变延迟的反射装置由两个与一个位移元件相连的全反射镜构成；通过自相关信号光路和红光的矫正光路产生自相关信号和红光干涉信号，同步记录后根据红光干涉信号来确定位移元件的位移量，从而矫正自相关信号。红光的矫正光路是：矫正用的红光入射后，45°射到一个半透半反镜上并被分成两束，其中一束依次经过两个全反射镜反射后射向另一个半透半反镜，另一束依次经过两外两个全反射镜反射后射向该半透半反镜；两束光在该半透半反镜上重新合成，随后射入光电二极管，从而产生红光干涉信号。本发明可以矫正自相关信号，精确的测量位移元件的形变。

Description

干涉位移测量辅助的自相关测量仪
技术领域
本发明涉及一种超短脉冲测量，尤其涉及一种可以矫正自相关信号的自相关测量仪。
背景技术
超短激光脉冲的时域脉冲宽度和相位信息是超短激光脉冲的重要参数。由于飞秒激光极窄的时域脉冲宽度，电子器件的响应速度完全不足，要测量脉冲的时域宽度和相位信息就要借助光学方法。
对于脉冲宽度的测量，根据光速c＝3×108m/s，可以计算出光在1飞秒内传播0.3微米，这意味着时间宽度为几飞秒的超短脉冲在空间上有微米量级的长度。而微米量级的长度以现有的技术在空间上是可分辨的，所以将飞秒脉冲的时域测量转变为对空间长度的测量是可行的，其中最为常见的方法就是自相关法。
自相关法测量脉冲宽度的实验装置，主要是基于一个迈克尔逊干涉仪。入射的脉冲信号经一个半透半反镜分成两束，其中一束经两个固定的全反射镜返回，另一束则通过一个可变延迟的反射装置上的全反射镜返回，然后经半透半反镜6两束光合束后利用双光子二极管，如图1所示；有些自相关则是两束光合束后通过一个倍频晶体进行倍频，该倍频利用光电二极管接收倍频信号；最后在接收装置上能获得一个与光强平方成正比的信号，这个信号对可变延迟的函数就称为自相关信号，这其中就包含着脉冲的相关信息。自相关法又包括强度自相关和干涉自相关，上述指出的是干涉自相关，根据所测量脉冲的脉冲宽度，可以进行针对性的选择。
基于迈克尔逊干涉仪的脉冲测量都是利用精密的空间位移控制元件来突破电学时间测量的极限，这就使得空间位移元件的精度对于超短脉冲的时间测量有这非常大的影响。
通常用于可变延迟控制的精密位移元件是步进电机和压电陶瓷。步进电机行程较长，但是精度比较低，通常在微米量级，但是可见光、近红外的光学周期为1到3微米，对于只有几个光学周期的超短脉冲而言，步进电机的精度显得不足，如果采用高精度的步进电机会造成成本的明显上升。压电陶瓷的精度非常高，通过微小的调节电压，可以使得压电陶瓷的形变量在，是进行精密位移控制的好选择，但是压电陶瓷的形变并不是线性的，这使得需要延迟运动均匀的自相关测量结果变得不准确。
发明内容
迈克尔逊干涉仪配合连续激光是测量微小位移的传统方法，而许多自相关仪是基于迈克尔逊干涉仪的，这就使得可以利用连续光来提高自相关的位移精度，继而提高它们的时间测量精度，本发明提出一种干涉位移测量辅助的自相关测量仪，可以矫正自相关信号，精确的测量位移元件的形变。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种干涉位移测量辅助的自相关测量仪，所用光学器件包括一个可变延迟的反射装置、两个固定的全反射镜、两个半透半反镜、一个双光子二极管和一个光电二极管，所述可变延迟的反射装置由第一全反射镜和第二全反射镜构成，两个固定的全反射镜分别记为第三全反射镜和第四全反射镜，两个半透半反镜分别记为第一半透半反镜和第二半透半反镜，所述可变延迟的反射装置与一个位移元件相连，同时入射脉冲信号和矫正用的红光，通过自相关信号光路和红光的矫正光路，产生自相关信号和红光干涉信号，同步记录后，根据红光干涉信号来确定所述位移元件的位移量，从而矫正自相关信号；所述自相关信号光路是：入射的脉冲信号光入射后，45°射到所述第一半透半反镜的A点上并分成两束，其中一束依次经过第一全反射镜和第二全反射镜的反射后射向第二半透半反镜的B点，另一束依次经过第三全反射镜和第四全反射镜反射后射向所述第二半透半反镜的B点；两束光在所述第二半透半反镜的B点重新合成，随后射入所述双光子二极管，从而产生自相关信号；所述红光的矫正光路是：矫正用的红光入射后，45°射到第二半透半反镜的B点上并被分成两束，其中一束依次经过第二全反射镜和第一全反射镜的反射后射向第一半透半反镜的A点，另一束依次经过第四全反射镜和第三全反射镜的反射后射向第一半透半反镜的A点；两束光在第一半透半反镜的A点重新合成，随后射入所述光电二极管，从而产生红光干涉信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用本发明自相关测量仪，通过同时入射的脉冲信号和矫正用的红光，同时产生自相关信号和红光干涉信号，根据红光干涉信号来确定所述位移元件的位移量，从而矫正自相关信号。
附图说明
图1是传统的共线自相关仪的基本构成示意图；
图2是本发明利用红光校正的自相关测量仪构成示意图。
图中：
1、2、3、4均为全反射镜，5、6均为半透半反镜，7为双光子二极管，8为光电二极管，9为同步记录。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明的设计思路是，通过在信号光相同的位置反方向的入射一束激光二极管产生的658nm红光，就可以利用红光的干涉条纹的明暗变化来确定迈克尔逊干涉仪动臂的位移。此外，红光激光二极管的成本非常低廉，这就避免了使用高级精密位移元件引起的大量成本代价。
如图2所示，本发明提出的一种干涉位移测量辅助的自相关测量仪，所用光学器件包括一个可变延迟的反射装置、两个固定的全反射镜、两个半透半反镜、一个双光子二极管7和一个光电二极管8，所述可变延迟的反射装置由第一全反射镜1和第二全反射镜2构成，两个固定的全反射镜分别记为第三全反射镜3和第四全反射镜4，两个半透半反镜分别记为第一半透半反镜5和第二半透半反镜6，其中，第三全反射镜3、第四全反射镜4、第一半透半反镜5和第二半透半反镜6为固定元件。
所述可变延迟的反射装置即第一全反射镜1和第二全反射镜2与一个位移元件(如压电陶瓷)相连，同时入射脉冲信号和矫正用的红光，通过自相关信号光路和红光的矫正光路同时产生自相关信号和红光干涉信号，同步记录9后，根据红光干涉信号来确定所述位移元件的位移量，从而矫正自相关信号。
利用自相关信号光路产生自相关信号的过程是：入射的脉冲信号光入射后，45°射到所述第一半透半反镜5的A点上并分成两束。其中一束依次经过第一全反射镜1和第二全反射镜2的反射后，从图2的左侧射向第二半透半反镜6的B点，另一束依次经过第三全反射镜3和第四全反射镜4反射后，从图2的下侧射向所述第二半透半反镜6的B点；两束光在所述第二半透半反镜6的B点重新合成，随后射入所述双光子二极管7，从而产生自相关信号。
红光的矫正光路产生红光干涉信号的过程是：在上述入射脉冲信号光的同时，矫正用的红光入射后，45°射到第二半透半反镜6的B点上并被分成两束，其中一束依次经过第二全反射镜2和第一全反射镜1的反射后，从图2的左侧射向第一半透半反镜5的A点，另一束依次经过第四全反射镜4和第三全反射镜3的反射后，从图2的下侧射向第一半透半反镜5的A点；两束光在第一半透半反镜5的A点重新合成，随后射入所述光电二极管8，从而产生红光干涉信号。之后自相关信号同红光干涉信号同步记录，用于位移的矫正。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种干涉位移测量辅助的自相关测量仪，所用光学器件包括一个可变延迟的反射装置、两个固定的全反射镜、两个半透半反镜、一个双光子二极管和一个光电二极管，所述可变延迟的反射装置由第一全反射镜(1)和第二全反射镜(2)构成，两个固定的全反射镜分别记为第三全反射镜(3)和第四全反射镜(4)，两个半透半反镜分别记为第一半透半反镜(5)和第二半透半反镜(6)，其特征在于：
所述可变延迟的反射装置与一个位移元件相连，同时入射脉冲信号和矫正用的红光，通过自相关信号光路和红光的矫正光路，产生自相关信号和红光干涉信号，同步记录(9)后，根据红光干涉信号来确定所述位移元件的位移量，从而矫正自相关信号；
所述自相关信号光路是：入射的脉冲信号光入射后，45°射到所述第一半透半反镜(5)的A点上并分成两束，其中一束依次经过第一全反射镜(1)和第二全反射镜(2)的反射后射向第二半透半反镜(6)的B点，另一束依次经过第三全反射镜(3)和第四全反射镜(4)反射后射向所述第二半透半反镜(6)的B点；两束光在所述第二半透半反镜(6)的B点重新合成，随后射入所述双光子二极管(7)，从而产生自相关信号；
所述红光的矫正光路是：矫正用的红光入射后，45°射到第二半透半反镜(6)的B点上并被分成两束，其中一束依次经过第二全反射镜(2)和第一全反射镜(1)的反射后射向第一半透半反镜(5)的A点，另一束依次经过第四全反射镜(4)和第三全反射镜(3)的反射后射向第一半透半反镜(5)的A点；两束光在第一半透半反镜(5)的A点重新合成，随后射入所述光电二极管(8)，从而产生红光干涉信号； 之后自相关信号同红光干涉信号同步记录，用于位移的矫正。
2.根据权利要求1所述干涉位移测量辅助的自相关测量仪，其特征在于，所述位移元件为压电陶瓷。
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