CN113624449A - 一种双光束相位差调制方法及调制装置 - Google Patents

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张健
余霞
陈坚
周海峰
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Abstract

本发明公开了一种双光束相位差调制方法及调制装置，基于光学斩波器调制激光束原理，通过控制光学斩波器的位移量，来获得双光束的相位差。本发明采用机械式位移控制激光束相位差，且不受激光波长的影响，可控制任意波长分束后双光束的相位差。本发明调制装置可在不改变原光路的前提下，作为部分光路添加于光路中，且方法简单快速，克服了多波长激光束相位差控制难、成本高的问题。

Description

一种双光束相位差调制方法及调制装置
技术领域
本发明涉及光学检测领域，具体是一种双光束相位差调制方法及调制装置。
背景技术
近年来，光束相位调制和光束整形等问题成为当今学者们的研究热点，其主要应用于光束传输变换、光通信及光学微操控等领域。通过对激光光束加载不同的相位，来获得不同特殊性质的调制光束，利用这些调制光束的特性，可以更好的应用于各个领域。
用于调制激光束相位的光学器件有电光相位调制器、空间光调制器、数字微镜器件、光学快门、光弹调制器等。这些光学器件的优点是调制精度高、调制频率高、光学响应时间快，其应用在精密仪器研究中越来越广泛。但这些激光相位调制器件一般只应用于特定波长或者特定窄波段范围内，当仪器设备中需要进行相位调制的激光束波段较宽时，所需要的激光相位调制器件数量就会随之增加，这就大大增加了仪器设备的成本和调制难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种双光束相位差调制方法及调制装置，基于光学斩波器调制激光束技术，可以对双光束的相位差进行精确控制，克服了多波长激光束相位差控制难、成本高的问题。
本发明的技术方案为：
一种双光束相位差调制方法，首先在光学斩波器的斩波片上建立XY轴坐标系，斩波片的圆心即为XY轴坐标系的中点，然后将双光束同时入射到斩波片上，双光束入射到斩波片上的光斑A和B位于斩波片沿X轴延伸的径线上且沿斩波片的圆心对称，光斑点A和B距离斩波片圆心的距离均为α，然后带动光学斩波器沿Y轴平移，即斩波片同时沿Y轴平移，平移的位移量为δy，此时双光束入射到斩波片上的光斑由A和B变换为C和D，光斑C的相位角为θ1，光斑D的相位角为θ2，得到方程：
Figure BDA0003169725670000021
光斑D和光斑C的相位差为：θ2-θ1＝180°-2arctan(δy/α)，通过带动光学斩波器沿Y轴平移不同的位移量δy,即得到双光束不同的相位差值；其中，所述的双光束入射的同时，光学斩波器的斩波片始终处于持续旋转的过程，保证双光束正常穿过斩波片。
所述的双光束垂直入射到斩波片上，形成光斑A和B或光斑C和D。
所述的双光束进行相位差调制时，斩波片沿Y轴正向平移位移量δy或反向平移位移量δy。
所述的双光束是由任意波长的激光束分束后形成。
一种双光束相位差调制装置，包括有激光光源、分束调节装置、光学斩波器、Y轴平移装置、两个激光准直装置、两个光电信号转换装置和电信号波形显示装置，所述的光学斩波器固定于Y轴平移装置上由Y轴平移装置驱动光学斩波器沿Y轴进行平移，所述的激光光源发出的激光束进入到分束调节装置，分束调节装置输出的双光束入射到光学斩波器的斩波片上，且光束入射到斩波片上的光斑A和B位于斩波片沿X轴延伸的径线上且沿斩波片的圆心对称，双光束穿过斩波片后，再分别从两个激光准直装置穿过进入到对应的光电信号转换装置内，双光束转换后的电信号波形由电信号波形显示装置显示，从电信号波形即可观测到双光束的参数信息。
所述的分束调节装置包括有分束镜、反射镜和两个激光聚焦透镜，激光光源发出的激光束投射到分束镜上，分束镜将激光束分为双光束，一部分透射至其中一个激光聚焦透镜上，另一部分反射至反射镜上，经反射镜反射到另一个激光聚焦透镜上，分别透过两个激光聚焦透镜的双光束入射到光学斩波器的斩波片上。
本发明的优点：
由于光学斩波器的斩波片宽度不一，可将入射激光聚焦于斩波片上以提高调制精度，本发明基于光学斩波器调制激光束技术，即当两束相同的激光同时从斩波片的不同位置穿过，会被调制成同一频率，不同相位的两束激光束，本发明利用这一特点，可对双光束的相位差进行快速调节，且机械式调节，操作简单、相位差调制精度高，克服了多波长激光束相位差控制难、成本高的问题。
附图说明
图1是本发明双光束相位差调制方法的原理图。
图2是本发明双光束相位差调制装置的结构示意图。
其中，1-激光光源、2-分束镜、3-反射镜、4-激光聚焦透镜、5-光学斩波器、51-斩波片、6-Y轴平移装置、7-激光准直装置、8-光电信号转换装置、9-电信号波形显示装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，一种双光束相位差调制方法，首先在光学斩波器5的斩波片51上建立XY轴坐标系，斩波片51的圆心即为XY轴坐标系的中点，然后将双光束同时垂直入射到斩波片51上，双光束是由任意波长的激光束分束后形成，双光束入射到斩波片51上的光斑A和B位于斩波片51沿X轴延伸的径线上且沿斩波片51的圆心对称，光斑点A和B距离斩波片51圆心的距离均为α，然后带动光学斩波器沿Y轴平移，即斩波片51同时沿Y轴平移，平移的位移量为δy，此时双光束垂直入射到斩波片51上的光斑由A和B变换为C和D，光斑C的相位角为θ1，光斑D的相位角为θ2，得到方程：
Figure BDA0003169725670000031
Figure BDA0003169725670000041
光斑D和光斑C的相位差为：θ2-θ1＝180°-2arctan(δy/α)，通过带动光学斩波器沿Y轴平移不同的位移量δy,即得到双光束不同的相位差值；其中，双光束入射的同时，光学斩波器的斩波片51始终处于持续旋转的过程，保证双光束正常穿过斩波片51。
其中，双光束进行相位差调制时，斩波片沿Y轴正向平移位移量δy或反向平移位移量δy，其相位差的计算公式均为θ2-θ1＝180°-2arctan(δy/α)。
见图2，一种双光束相位差调制装置，包括有激光光源1、分束镜2、反射镜3、两个激光聚焦透镜4、光学斩波器5、Y轴平移装置6、两个激光准直装置7、两个光电信号转换装置8和电信号波形显示装置9，光学斩波器5固定于Y轴平移装置6上，激光光源1发出的激光束投射到分束镜2上，分束镜2将激光束分为双光束，一部分透射至其中一个激光聚焦透镜4上，另一部分反射至反射镜3上，经反射镜3反射到另一个激光聚焦透镜4上，分别透过两个激光聚焦透镜4的双光束入射到光学斩波器5的斩波片上，且光束入射到斩波片上的光斑A和B位于斩波片沿X轴延伸的径线上且沿斩波片的圆心对称，双光束穿过斩波片后，再分别从两个激光准直装置7穿过进入到对应的光电信号转换装置8内，双光束转换后的电信号波形由电信号波形显示装置9显示，从电信号波形即可观测到双光束的参数信息(相位、振幅、频率等信息)，调制双光束的相位差时，由Y轴平移装置7驱动光学斩波器5沿Y轴进行平移即可。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种双光束相位差调制方法，其特征在于：首先在光学斩波器的斩波片上建立XY轴坐标系，斩波片的圆心即为XY轴坐标系的中点，然后将双光束同时入射到斩波片上，双光束入射到斩波片上的光斑A和B位于斩波片沿X轴延伸的径线上且沿斩波片的圆心对称，光斑点A和B距离斩波片圆心的距离均为α，然后带动光学斩波器沿Y轴平移，即斩波片同时沿Y轴平移，平移的位移量为δy，此时双光束入射到斩波片上的光斑由A和B变换为C和D，光斑C的相位角为θ1，光斑D的相位角为θ2，得到方程：
Figure FDA0003169725660000011
Figure FDA0003169725660000012
光斑D和光斑C的相位差为：θ2-θ1＝180°-2arctan(δy/α)，通过带动光学斩波器沿Y轴平移不同的位移量δy,即得到双光束不同的相位差值；其中，所述的双光束入射的同时，光学斩波器的斩波片始终处于持续旋转的过程，保证双光束正常穿过斩波片。
2.根据权利要求1所述的一种双光束相位差调制方法，其特征在于：所述的双光束垂直入射到斩波片上，形成光斑A和B或光斑C和D。
3.根据权利要求1所述的一种双光束相位差调制方法，其特征在于：所述的双光束进行相位差调制时，斩波片沿Y轴正向平移位移量δy或反向平移位移量δy。
4.根据权利要求1所述的一种双光束相位差调制方法，其特征在于：所述的双光束是由任意波长的激光束分束后形成。
5.应用于权利要求1所述的一种双光束相位差调制方法的调制装置，其特征在于：包括有激光光源、分束调节装置、光学斩波器、Y轴平移装置、两个激光准直装置、两个光电信号转换装置和电信号波形显示装置，所述的光学斩波器固定于Y轴平移装置上由Y轴平移装置驱动光学斩波器沿Y轴进行平移，所述的激光光源发出的激光束进入到分束调节装置，分束调节装置输出的双光束入射到光学斩波器的斩波片上，且光束入射到斩波片上的光斑A和B位于斩波片沿X轴延伸的径线上且沿斩波片的圆心对称，双光束穿过斩波片后，再分别从两个激光准直装置穿过进入到对应的光电信号转换装置内，双光束转换后的电信号波形由电信号波形显示装置显示，从电信号波形即可观测到双光束的参数信息。
6.根据权利要求5所述的调制装置，其特征在于：所述的分束调节装置包括有分束镜、反射镜和两个激光聚焦透镜，激光光源发出的激光束投射到分束镜上，分束镜将激光束分为双光束，一部分透射至其中一个激光聚焦透镜上，另一部分反射至反射镜上，经反射镜反射到另一个激光聚焦透镜上，分别透过两个激光聚焦透镜的双光束入射到光学斩波器的斩波片上。
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CN114486197A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种适用于光学镜头传递函数检测的目标发生器
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