CN113804315B - 一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法 - Google Patents

一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113804315B
CN113804315B CN202110904239.1A CN202110904239A CN113804315B CN 113804315 B CN113804315 B CN 113804315B CN 202110904239 A CN202110904239 A CN 202110904239A CN 113804315 B CN113804315 B CN 113804315B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
delayed
optical fiber
light beam
delay
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
CN202110904239.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113804315A (zh
Inventor
靳刚
成永杰
刘星汛
黄承祖
彭博
付子豪
康宁
代明珍
齐万泉
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.)
Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Original Assignee
Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
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 Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement filed Critical Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority to CN202110904239.1A priority Critical patent/CN113804315B/zh
Publication of CN113804315A publication Critical patent/CN113804315A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113804315B publication Critical patent/CN113804315B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J2009/028—Types
    • G01J2009/0288—Machzehnder

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本申请公开了一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法，所述激光扫描频率带宽标定装置包括激光分束组件、光学延时组件、合束干涉组件和光学干涉探测组件；所述激光分束组件用于将光源激光分成待延时光束和原始光束两路激光光束；所述光学延时组件用于将所述待延时光束进行光学延时形成延时光束；所述合束干涉组件用于将所述延时光束与所述原始光束合束且干涉；所述光学干涉探测用于根据光学探测得到的干涉条纹，推得激光扫描频率范围；其依据马赫曾德尔光学干涉原理，通过干涉的高分辨能力将激光的扫描频率转换为激光的强度信息，在时域上即可测量激光的频率调谐范围；且由于干涉条纹与激光扫描频率严格呈正比关系，则使得测试稳定性强。

Description

一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法
技术领域
本申请涉及激光扫描频率标定技术领域，涉及基于激光干涉方案实现的激光扫描频率标定方案，尤其涉及一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法。
背景技术
基于激光的光学材料分析测量、原子分子光谱分析等在精密测量领域应用广泛，传统的激光频率测量有基于碘分子、碱金属原子、钙、镱以及稀土材料等光谱在特定频率范围的可分辨吸收光谱，以实现激光频率的绝对频率扫描范围测量；也可以依据标准具或者光学谐振腔的光学干涉方案，实现激光扫描频率范围测量。前者可以根据光谱结构的固有吸收峰间隔实现频率轴的标定，后者需要根据干涉透射峰对应的自由光谱区间隔实现频率轴的标定。但前者可标定的测量范围有限，只在特定有吸收光谱的区间的激光波长段可以实现激光频率的标定，后者一般自由光谱区间在百兆～十吉赫兹区间，难以实现精密的MHz量级的频率标定。
发明内容
本申请提出一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法，其通过采用光学延时干涉实现对激光扫描频率的标定，可以实现低于100MHz的高精度间隔标定，且标定范围极广。
本申请提供一种激光扫描频率带宽标定装置，所述激光扫描频率范围标定装置包括激光分束组件、光学延时组件、合束干涉组件和光学干涉探测组件；所述激光分束组件用于将光源激光分成待延时光束和原始光束两路激光光束；所述光学延时组件用于将所述待延时光束进行光学延时形成延时光束；所述合束干涉组件用于将所述延时光束与所述原始光束合束且干涉；所述光学干涉探测组件用于光学探测得到干涉条纹。
具体的，所述激光分束组件包括第一偏振件，所述合束干涉组件包括分束镜，所述光学延时组件包括延时光纤，所述光学干涉探测组件包括探测器；分束镜用于将所述光源激光分成所述待延时光束和所述原始光束两路激光光束，所述待延时光束经过延时光纤进行光学延时形成所述延时光束，所述延时光束和所述原始光束经分束镜合束且干涉；探测器用于探测接收所述干涉条纹。
具体的，分束镜为偏振分束棱镜，所述激光分束组件还包括第一偏振件，第一偏振件为第一二分之一波片，第一二分之一波片和所述偏振分束棱镜沿着所述光源激光传播方向依次布置；第一二分之一波片用于调节所述光源激光的偏振方向；所述第一二分之一波片可以设置有角度旋转结构，通过旋转所述第一二分之一波片的角度，调节所述光源激光的光束偏振方向，以调节其功率。
具体的，所述光学延时组件还包括光纤聚焦耦合组件，所述光纤聚焦耦合组件包括第一45°倾斜反射镜、第二45°倾斜反射镜和第一光纤耦合头7，第一光纤耦合头7内设置有聚焦透镜，第一45°倾斜反射镜、第二45°倾斜反射镜、第一光纤耦合头7和延时光纤沿所述待延时光束传播方向依次布置，所述待延时光束依次经第一45°倾斜反射镜、第二45°倾斜反射镜反射后，进入第一光纤耦合头7内，被所述聚焦透镜汇聚到其焦点处、并进入延时光纤。
具体的，所述光学延时组件还包括第二光纤耦合头，第二光纤耦合头、延时光纤和光纤准直耦合件沿所述待延时光束传播方向依次布置；第二光纤耦合头用于对经延时光纤出射的所述延时光束准直后，使得所述延时光束进入所述偏振分束棱镜，且与所述原始光束合束并干涉。
具体的，所述光纤准直耦合件与分束镜之间设置有反射件，所述反射件为第三45°倾斜反射镜和第四45°倾斜反射镜，第三45°倾斜反射镜和第四45°倾斜反射镜沿所述延时光束传播方向依次布置，所述延时光束依次经第三45°倾斜反射镜和第四45°倾斜反射镜反射后，使得所述延时光束和所述原始光束重合，且经分束镜合束干涉。
具体的，所述光纤准直耦合件与分束镜之间设置有第二偏振件，第二偏振件为第二二分之一波片，所述第二二分之一波片设置在第三45°倾斜反射镜和第四45°倾斜反射镜之间，第三45°倾斜反射镜、所述第二二分之一波片和第四45°倾斜反射镜沿所述延时光束传播方向依次布置，所述延时光束依次经第三45°倾斜反射镜反射、再经所述第二二分之一波片调节偏振方向、再经第四45°倾斜反射镜反射后，使得所述延时光束和所述原始光束重合，且经分束镜合束干涉。
具体的，所述延时光束和所述原始光束重合的合束光束方向上设置有分光镜，所述合束光束经分光镜分成两路，一路为出射合束光，另一路为探测合束光，所述探测合束光进入探测器用于探测接收所述干涉条纹；分光镜为50/50分光镜，所述50/50分光镜用于使得所述出射合束光与所述探测合束光的功率相等。
本发明另一方面提供一种如本发明一个方面任一项所述的激光扫描频率带宽标定装置的激光扫描频率标定方法，包括以下步骤：
将光源激光分成包括待延时光束和原始光束的两路激光光束；
将所述待延时光束进行光学延时，形成延时光束；
将所述延时光束与所述原始光束合束且干涉；
将光学探测得到的干涉条纹推得激光扫描频率范围，如式1～2所示。
具体地，光学延时时，将所述待延时光束经过延时光纤进行光学延时，形成延时光束；调节延时光纤的长度随所述光源激光的波长扫描速度的加快而缩短，得到所需的所述干涉条纹间距；选用适用波长范围在所述光源激光波长范围内的延时光纤类型，实现提高传输激光的效率。
本申请的激光扫描频率带宽标定装置和标定方法能够达到以下有益效果：
本申请的激光扫描频率带宽标定装置和标定方法，依据马赫曾德尔光学干涉的原理，实现激光在空间上干涉，根据激光干涉的时域强度信息，通过干涉的高分辨能力将激光的扫描频率范围转换为激光的强度信息，提取干涉极强值和极弱值，利用干涉光路上激光的有效光程差推算得到的干涉条纹间距，换算成激光频率移动差值，在时域上即可测量激光的频率调谐范围，进而标定被测激光的频率扫描范围。其可以采用光纤代替传统的空间光路延时，既可以实现此模块空间的有效利用，同时利用光纤传输避免恶化光斑质量，便于集成化和保证光学干涉质量。其还可以根据激光扫描的快慢程度，合理的选择更换延时光纤的长度，使得本申请的激光扫描频率带宽标定装置和标定方法更具普适性。其可以采用干涉条纹的峰峰间距得出激光扫描频率范围，而由于干涉条纹的峰峰间距与激光扫描频率严格呈正比关系，则使得测试稳定性强。
本申请的激光扫描频率带宽标定装置和标定方法，能够广泛应用于激光光谱测量、光学频率校准、精密波长测试等领域；其相比于传统的原子分子光谱和光学标准具标定激光频率扫描范围，其可测激光的波长范围更广，可测扫描范围更宽，测量精度更有保障。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的激光扫描频率带宽标定方法的一个实施例的流程图；
图2为本申请的激光扫描频率带宽标定装置的一个实施例的结构图；
图3为本申请的激光扫描频率带宽标定方法的另一个实施例的流程图。
图2中，1为分束镜，2为延时光纤，3为探测器，4为第一偏振件，5为第一45°倾斜反射镜，6为第二45°倾斜反射镜，7为第一光纤耦合头，8为第二光纤耦合头，9为第三45°倾斜反射镜，10为第四45°倾斜反射镜，11为第二偏振件，12为分光镜，13为第一孔径光阑，14为第二孔径光阑，15为示波器。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
实施例1
一种激光扫描频率带宽标定装置，所述激光扫描频率范围标定装置包括激光分束组件、光学延时组件、合束干涉组件和光学干涉探测组件；所述激光分束组件用于将光源激光分成待延时光束和原始光束两路激光光束；所述光学延时组件用于将所述待延时光束进行光学延时形成延时光束；所述合束干涉组件用于将所述延时光束与所述原始光束合束且干涉；所述光学干涉探测组件用于将光学探测得到的干涉条纹推得激光扫描频率范围。
如图1所示，本实施例的激光扫描频率带宽标定装置，其激光扫描频率标定方法，可以包括以下步骤：
步骤S01：将光源激光分成包括待延时光束和原始光束的两路激光光束；
步骤S02：将所述待延时光束进行光学延时，形成延时光束；
步骤S03：将所述延时光束与所述原始光束合束且干涉；
步骤S04：将光学探测得到的干涉条纹推得激光扫描频率范围，
其中，所述干涉条纹的正弦周期的个数可以通过示波器15直接测量读取。
本实施例的激光扫描频率带宽标定装置，及其激光扫描频率标定方法，采用马赫曾德尔干涉原理，实现激光在空间上干涉。将激光干涉的时域强度信息，提取干涉极强值和极弱值，通过示波器15直接测量读取相邻激光光谱峰峰值内经过的所述干涉条纹正弦周期的个数，进而得到激光扫描频率范围内的带宽。
上述激光扫描频率带宽标定装置，可以具体的，所述激光分束组件包括第一偏振件4，所述合束干涉组件包括分束镜1，所述光学延时组件包括延时光纤2，所述光学干涉探测组件包括探测器3；分束镜1用于将所述光源激光分成所述待延时光束和所述原始光束两路激光光束，所述待延时光束经过延时光纤2进行光学延时形成所述延时光束，所述延时光束和所述原始光束经分束镜1合束且干涉；探测器3用于探测接收所述干涉条纹。
如图2所示，上述激光扫描频率带宽标定装置，可以具体的，第一偏振件4为第一二分之一波片，分束镜1为偏振分束棱镜。
还可以具体的，第一偏振件4和所述偏振分束棱镜沿着所述光源激光传播方向依次布置；第一偏振件4用于调节所述光源激光的偏振方向。第一偏振件4可以设置有角度旋转结构，通过调节第一偏振件4的角度，调节所述光源激光的光束偏振方向，以调节其功率。第一偏振件4可以为第一二分之一波片，第一二分之一波片和所述偏振分束棱镜沿着所述光源激光传播方向依次布置；第一二分之一波片用于调节所述光源激光的偏振方向。所述第一二分之一波片可以设置有角度旋转结构，通过旋转所述第一二分之一波片的角度，调节所述光源激光的光束偏振方向，以调节其功率。
还可以更为具体的，所述偏振分束棱镜的透射光束为所述待延时光束，所述偏振分束棱镜的反射光束为所述原始光束。
还可以具体的，所述光学延时组件还包括光纤聚焦耦合组件，所述光纤聚焦耦合件和延时光纤2沿所述待延时光束传播方向依次布置，所述光纤聚焦耦合件用于对所述待延时光束聚焦后，使得所述待延时光束进入延时光纤2。所述光纤聚焦耦合组件包括第一45°倾斜反射镜5、第二45°倾斜反射镜6和第一光纤耦合头7，第一光纤耦合头7内设置有聚焦透镜，第一45°倾斜反射镜5、第二45°倾斜反射镜6、第一光纤耦合头7和延时光纤2沿所述待延时光束传播方向依次布置，所述待延时光束依次经第一45°倾斜反射镜5、第二45°倾斜反射镜6反射后，进入第一光纤耦合头7内，被所述聚焦透镜汇聚到其焦点处、并进入延时光纤2。
还可以具体的，所述光学延时组件还包括光纤准直耦合件，所述光纤聚焦耦合件、延时光纤2和所述光纤准直耦合件沿所述待延时光束传播方向依次布置；所述光纤准直耦合件用于对经延时光纤2出射的所述延时光束准直后，使得所述延时光束进入所述偏振分束棱镜，且与所述原始光束合束并干涉。所述光纤准直耦合件为第二光纤耦合头8。
还可以具体的，所述光纤准直耦合件与分束镜1之间设置有反射件，所述反射件用于使得所述延时光束和所述原始光束重合，且经分束镜1合束干涉。所述反射件为第三45°倾斜反射镜9和第四45°倾斜反射镜10，第三45°倾斜反射镜9和第四45°倾斜反射镜10沿所述延时光束传播方向依次布置，所述延时光束依次经第三45°倾斜反射镜9和第四45°倾斜反射镜10反射后，使得所述延时光束和所述原始光束重合，且经分束镜1合束干涉。
还可以具体的，所述光纤准直耦合件与分束镜1之间设置有第二偏振件11，第二偏振件11用于调节所述延时光束的偏振方向。第二偏振件11可以设置有角度旋转结构，通过调节第二偏振件11的角度，调节所述延时光束的偏振方向，以调节其功率。第二偏振件11可以为第二二分之一波片，第二二分之一波片和所述偏振分束棱镜沿着所述延时光束传播方向依次布置；第二二分之一波片用于调节所述延时光束的偏振方向。所述第二二分之一波片可以设置有角度旋转结构，通过旋转所述第二二分之一波片的角度，调节所述延时光束的光束偏振方向，以调节其功率。
还可以具体的，第二偏振件11设置在第三45°倾斜反射镜9和第四45°倾斜反射镜10之间，第三45°倾斜反射镜9、第二偏振件11和第四45°倾斜反射镜10沿所述延时光束传播方向依次布置，所述延时光束依次经第三45°倾斜反射镜9反射、再经第二偏振件11调节偏振方向、再经第四45°倾斜反射镜10反射后，使得所述延时光束和所述原始光束重合，且经分束镜1合束干涉。即所述第二二分之一波片设置在第三45°倾斜反射镜9和第四45°倾斜反射镜10之间，第三45°倾斜反射镜9、所述第二二分之一波片和第四45°倾斜反射镜10沿所述延时光束传播方向依次布置，所述延时光束依次经第三45°倾斜反射镜9反射、再经所述第二二分之一波片调节偏振方向、再经第四45°倾斜反射镜10反射后，使得所述延时光束和所述原始光束重合，且经分束镜1合束干涉。
还可以具体的，所述延时光束和所述原始光束重合的合束光束方向上设置有分光镜12，所述合束光束经分光镜12分成两路，一路为出射合束光，另一路为探测合束光，所述探测合束光进入探测器3用于探测接收所述干涉条纹。分光镜12可以为50/50分光镜，所述50/50分光镜用于使得所述出射合束光与所述探测合束光的功率相等。所述光源激光的传播方向上可以设置有第一孔径光阑13，第一孔径光阑13和第一偏振件4沿所述光源激光的传播方向依次布置，即第一孔径光阑13和所述第一二分之一波片沿所述光源激光的传播方向依次布置。所述出射合束光的传播方向上可以设置有第二孔径光阑14，分光镜12和第二孔径光阑14沿所述出射合束光的传播方向依次布置，即所述50/50分光镜12和第二孔径光阑14沿所述出射合束光的传播方向依次布置。其中，所述合束光束经分光镜12的透射部分为所述出射合束光，反射部分为所述探测合束光。所述光学干涉探测组件包括探测器3和示波器15，探测器3为光电探测器。探测器3，即光电探测器，包括光敏芯片，所述探测合束光进入所述光敏芯片上。示波器15与所述光电探测器3采用线缆连接，所述光电探测器3用于将所述干涉条纹的光强信号转换成电压信号输出，示波器15用于读取和显示所述电压信号。
本实施例的激光扫描频率带宽标定装置，具体结构请参见图2，输入的光源激光经过第一孔径光阑13后，经过第一二分之一波片后，在偏振分束棱镜上分成透射和反射两路激光。旋转第一二分之一波片可以改变光源激光的偏振方向，从而改变偏振分束棱镜之后的反射激光和透射激光的功率比例，其中反射激光经过50/50分光镜可以分成功率相等的两部分，其中反射激光作为原始光束进入光电探测器，用于监视干涉光强信息；偏振分束棱镜透射激光作为待延时光束经过第一45°倾斜反射镜5和第二45°倾斜反射镜6进入第一光纤耦合头7，第一光纤耦合头7内可以设置有聚焦透镜，第一45°倾斜反射镜5和第二45°倾斜反射镜6用于调整待延时光束的传播方向，改变待延时光束的激光经过第一光纤耦合头7内聚焦透镜之后的焦点位置，保证待延时光束以高效率进入至第一光纤耦合头7。延时光纤2可以为单模保偏延时光纤，待延时光束进入延时光纤2后，经过长度为L的距离的传输，其中L可以为延时光纤2的长度，neff为延时光纤2的有效折射率。待延时光束经过在延时光纤2中传输延时后从第二光纤耦合头8输出，形成延时光束；其中，第一光纤耦合头7将空间传输的待延时光束的激光耦合进入至延时光纤2的纤芯内，第二光纤耦合头8用于将延时光纤2输出的作为延时光束的发散光准直为空间传输的平行光；然后延时光束依次经过第三45°倾斜反射镜9、第二二分之一波片和第四45°倾斜反射镜10之后，再次在偏振分束棱镜透射，即此时，延时光束作为偏光分光镜的透射部分与之前作为原始光束的偏振分束棱镜的反射激光重合，此时，延时光束和原始光束合束干涉。需要说明的是，第三45°倾斜反射镜9和第四45°倾斜反射镜10用于调节延时光束的传播方向，使得在偏振分束棱镜透射的延时光束与作为原始光束的反射激光完全重合。另外需要说明的是，第二二分之一波片可以通过旋转角度，改变经过第二二分之一波片的延时光束的偏振方向，进而改变偏振分束棱镜上延时光束的透过功率，以尽可能地使得延时光束的全部功率透过偏振分束棱镜，并与偏振分束棱镜上作为原始光束的反射激光重合实现干涉。同时可以调整第一二分之一波片的旋转角度，保证在偏振分束棱镜上的作为待延时光束的透射激光和作为原始光束的反光激光功率相等。延时光束和原始光束合束之后激光的合束光束，在50/50分光镜上分成透射部分和反射部分两部分，透射部分作为出射合束光经过第二孔径光阑14后输出，反射部分作为探测合束光进入光电探测的光敏芯片上，光电探测器用于将光强信号转换成电压信号输出，并采用示波器15读取。一般地，在探测器的额定饱和功率之内，输出的电压信号幅值与光强的大小成正比。
本实施例的激光扫描频率带宽标定装置，可以作为一个独立的模块，应用于被测激光系统中，结合第一孔径光阑13和第二孔径光阑14的限位作用，可以通过调整进入此模块的光路，将入射进入此模块的光束依次经过第一孔径光阑13和第二孔径光阑14，即可实现此模块的光路对准。
可见，被测激光只需要提供一路输入激光，即提供一路光源激光，本实施例的激光扫描频率带宽标定装置，作为独立的模块能够重新将光源激光的激光功率按比例进行功率分束。分束之后选择其中一路激光，作为待延时光束，耦合进入延时光纤2中，采用具有一定长度距离的延时光纤2进行延时。光学延时之后将延时光束和原始光束两路激光在空间上合束，实现光学干涉。其光学干涉类型为曾德尔干涉方案。其可以采用第一二分之一波片和偏振分束棱镜组合实现光源激光的分束，通过旋转第一二分之一波片的角度，最终结合光路中的损耗，实现用于合束的延时光束和原始光束两路激光功率趋近相等。
第二二分之一波片也可以旋转角度，使得从第二光纤耦合头8出射的延时光束的激光经过偏振分束棱镜的透射部分达到最大功率。
上述激光扫描频率标定方法，还可以具体地，光学延时时，将所述待延时光束经过延时光纤进行光学延时，形成延时光束；调节延时光纤的长度随所述光源激光的波长扫描速度的加快而缩短，得到所需的所述干涉条纹间距；选用适用波长范围在所述光源激光波长范围内的延时光纤2类型，实现提高传输激光的效率。
上述激光扫描频率标定方法，还可以具体地，激光分束时，通过调节所述待延时光束和所述原始光束的功率，得到需要的所述干涉条纹。
上述激光扫描频率标定方法，还可以具体地，激光分束时，调节所述待延时光束和所述原始光束的功率相等。
调节延时光纤2的长度随所述光源激光的波长扫描速度的加快而缩短，得到所需的所述干涉条纹间距；同时可以结合本实施例的激光扫描频率带宽标定装置其目标激光标尺间隔精确度，调节延时光纤2的长度随所述精确度提高而增长。
选用适用波长范围在所述光源激光波长范围内的延时光纤2类型，实现高效传输激光。
典型的，所述光源激光的波长扫描速度越快，延时光纤2的长度可越短，即可在短时间延时上，实现延时光束和原始光束的频差相差达到几十兆赫兹。
图3所示为本申请的激光扫描频率带宽标定方法的实施例的另一流程图。作为示波器15直接测量读取相邻激光光谱峰峰值内经过的所述干涉条纹正弦周期的个数的检验方案，可以利用干涉光路上激光的有效光程差推算得到的干涉条纹间距，换算成激光频率移动差值，进而标定被测激光的频率扫描范围。
相邻的干涉条纹间距所表示的激光频率变化量为：
Figure GDA0004029486980000111
公式(1)中，c为光速，L为光纤的等效延时长度，neff为对应延时光纤2在被测激光波长处的有效折射率，频率f表示为激光频率变化量。典型的峰值个数可以通过示波器15存储得到干涉条纹数据后，处理读取峰值个数。
激光器扫描频率带宽为：
fw＝N×f(2)
公式(2)中，fw为所述激光扫描频率带宽，N为所述干涉条纹正弦周期的个数，f为干涉条纹间距的频率表示，即公式(1)的激光频率变化量。
一般地，当被测激光扫描频率带宽一定时，可以通过增加延时光纤2长度，得到较大的N和较小的f，以便于读取峰值更加精确。所述激光扫描频率带宽是指最大频率值和最小频率值的差。所述激光扫描频率带宽可以达到几十兆，其数量与所述干涉条纹的数量成正比；可以通过测量所述干涉条纹的数量，再计算出所述激光扫描频率带宽。
所述光源激光的波长扫描速度越快，表明所述光源激光波长变化越快，不同场景的光源激光波长扫描快慢不同，同激光扫描频率的结果有关。同时光源激光波长扫描越快，则对于示波器15和探测器3响应速度、可显示量程的要求也越高。否则可能导致光源激光波长的扫描范围很大，例如有几十吉赫兹或几百吉赫兹，则会出现一千个到上万个峰值，导致在示波器15上显示不清晰，峰值选取数据量大难以分辨。其适用于低于100MHz的高精度间隔标定，并且标定范围极广。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种激光扫描频率带宽标定装置，包括激光分束组件、光学延时组件、合束干涉组件和光学干涉探测组件；其特征在于，所述激光分束组件包括第一偏振件，所述合束干涉组件包括分束镜，所述光学延时组件包括延时光纤，所述光学干涉探测组件包括探测器；分束镜用于将光源激光分成待延时光束和原始光束两路激光光束，所述待延时光束经过延时光纤进行光学延时形成延时光束，所述延时光束和所述原始光束经分束镜合束且干涉；探测器用于探测接收干涉条纹；
所述分束镜为偏振分束棱镜，所述第一偏振件和所述偏振分束棱镜沿着所述光源激光传播方向依次布置；
所述光学延时组件还包括光纤聚焦耦合组件、延时光纤和光纤准直耦合件沿所述待延时光束传播方向依次布置；所述光纤准直耦合件用于对经延时光纤出射的所述延时光束准直后，使得所述延时光束进入所述偏振分束棱镜，且与所述原始光束合束并干涉；
所述延时光束和所述原始光束重合的合束光束方向上设置有分光镜，所述合束光束经分光镜分成两路，一路为出射合束光，另一路为探测合束光，所述探测合束光进入探测器用于探测接收所述干涉条纹。
2.如权利要求1所述的激光扫描频率带宽标定装置，其特征在于，所述第一偏振件为第一二分之一波片，所述第一二分之一波片和所述偏振分束棱镜沿着所述光源激光传播方向依次布置；所述第一二分之一波片用于调节所述光源激光的偏振方向；所述第一二分之一波片设置有角度旋转结构，通过旋转所述第一二分之一波片的角度，调节所述光源激光的光束偏振方向，以调节其功率。
3.如权利要求1所述的激光扫描频率带宽标定装置，其特征在于，所述光纤聚焦耦合组件包括第一45°倾斜反射镜、第二45°倾斜反射镜和第一光纤耦合头，第一光纤耦合头内设置有聚焦透镜，第一45°倾斜反射镜、第二45°倾斜反射镜、第一光纤耦合头和延时光纤沿所述待延时光束传播方向依次布置，所述待延时光束依次经第一45°倾斜反射镜、第二45°倾斜反射镜反射后，进入第一光纤耦合头内，被所述聚焦透镜汇聚到其焦点处、并进入延时光纤。
4.如权利要求1所述的激光扫描频率带宽标定装置，其特征在于，所述光纤准直耦合件与分束镜之间设置有反射件，所述反射件为第三45°倾斜反射镜和第四45°倾斜反射镜，第三45°倾斜反射镜和第四45°倾斜反射镜沿所述延时光束传播方向依次布置，所述延时光束依次经第三45°倾斜反射镜和第四45°倾斜反射镜反射后，使得所述延时光束和所述原始光束重合，且经分束镜合束干涉。
5.如权利要求1所述的激光扫描频率带宽标定装置，其特征在于，所述光纤准直耦合件与分束镜之间设置有第二偏振件，第二偏振件为第二二分之一波片，所述第二二分之一波片设置在第三45°倾斜反射镜和第四45°倾斜反射镜之间，第三45°倾斜反射镜、所述第二二分之一波片和第四45°倾斜反射镜沿所述延时光束传播方向依次布置，所述延时光束依次经第三45°倾斜反射镜反射、再经所述第二二分之一波片调节偏振方向、再经第四45°倾斜反射镜反射后，使得所述延时光束和所述原始光束重合，且经分束镜合束干涉。
6.如权利要求1所述的激光扫描频率带宽标定装置，其特征在于，分光镜为50/50分光镜，所述50/50分光镜用于使得所述出射合束光与所述探测合束光的功率相等。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的激光扫描频率带宽标定装置的激光扫描频率标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
将光源激光分成包括待延时光束和原始光束的两路激光光束；
将所述待延时光束进行光学延时，形成延时光束；
将所述延时光束与所述原始光束合束且干涉；
用光学探测得到的干涉条纹推得激光扫描频率带宽：
f w=N×f
f w为所述激光扫描频率带宽，N为干涉条纹正弦周期的个数，f为干涉条纹间距的频率表示。
8.如权利要求7所述的激光扫描频率带宽标定装置的激光扫描频率标定方法，其特征在于，光学延时时，将所述待延时光束经过延时光纤进行光学延时，形成延时光束；调节延时光纤的长度随所述光源激光的波长扫描速度的加快而缩短，得到所需的干涉条纹间距；选用适用波长范围在所述光源激光波长范围内的延时光纤类型，实现提高传输激光的效率。
CN202110904239.1A 2021-08-06 2021-08-06 一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法 Active CN113804315B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110904239.1A CN113804315B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110904239.1A CN113804315B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113804315A CN113804315A (zh) 2021-12-17
CN113804315B true CN113804315B (zh) 2023-05-12

Family

ID=78942953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110904239.1A Active CN113804315B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113804315B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2208122A1 (en) * 1996-07-08 1998-01-08 Corning Incorporated Mach-zehnder interferometric devices with composite fibers
DE10020951C2 (de) * 2000-04-28 2002-10-10 Siemens Ag Dispersionskompensator, optische Signalstrecke und Verfahren zur Dispersionskompensation
JP3849019B2 (ja) * 2002-10-30 2006-11-22 独立行政法人産業技術総合研究所 光パルスのタイミングジッター低減方法および装置
CN100552376C (zh) * 2007-04-13 2009-10-21 南京师范大学 光学干涉测量中分光、成像及同步移相的方法和装置
CN101340245B (zh) * 2008-08-14 2012-03-21 上海交通大学 可同时接收二进制幅移键控和二进制相移键控两种码型的光接收机
CN103929175B (zh) * 2013-11-15 2017-01-18 北京无线电计量测试研究所 一种cpt原子频标的量子系统装置
CN106643522A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 西南交通大学 基于光电振荡器的光纤低相干干涉位移解调设备及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113804315A (zh) 2021-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112484648B (zh) 外差光纤干涉仪位移测量系统及方法
CN113503901B (zh) 消除白光干涉仪测量信号抖动的装置及方法
US20050030548A1 (en) Interferometric optical apparatus and method for measurements
CN1844868A (zh) 利用外差干涉法对激光波长进行测量的方法及装置
CN104634370B (zh) 一种基于激光器的传感器
US4929077A (en) Interferometric range finder
CN104914443A (zh) 一种快速扫描的高精度激光测距方法
CN113804315B (zh) 一种激光扫描频率带宽标定装置和标定方法
CN105092032B (zh) 基于f-p标准具的瞬态高分辨率光谱仪
CN114894123B (zh) 一种高精密光楔角度测量装置及其测量方法
CN100451581C (zh) 利用外差干涉法对激光波长进行测量的方法及装置
CN116026244A (zh) 透镜组镜面间距和折射率的测量系统
JPH0695114B2 (ja) 電圧検出装置
CN101825435A (zh) 一种全光纤位移测量方法及装置
CN110006356B (zh) 基于ss-oct间距测量系统中的实时标定装置和方法
Yao et al. Fast optical frequency detection techniques for coherent distributed sensing and communication systems
CN106646183B (zh) Sld光源测试系统
CN113804413B (zh) 一种全光纤式的激光调谐频率测量方法和测量装置
CN113804295B (zh) 一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置
CN110702230B (zh) 一种傅里叶变换光谱仪
CN216900213U (zh) 一种飞点扫描白光光谱分光干涉仪
RU2141621C1 (ru) Интерферометрическое устройство для измерения физических параметров прозрачных слоев (варианты)
RU2643677C1 (ru) Способ исследования микрообъектов и ближнепольный оптический микроскоп для его реализации
JPS60173429A (ja) 偏波分散測定方法および装置
CN118111491A (zh) 外差激光干涉仪信号处理环节分辨力的通用测试装置及其测试方法

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