CN117895327A - 一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源及干涉仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源及干涉仪，包括基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源、保偏光纤、PBS、1/4波片、准直镜、标准镜、测试镜、CMOS相机。可调谐干涉光源采用高增益长轴偏振波导，配合高精度数模转换控制器，在实现高精度、大范围无跳模调谐的同时，缩短干涉仪的曝光时间，增强干涉仪在光学车间的抗振能力；本发明可根据光源实际波长进行波段更改，通过标定高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的步进调谐电压进行干涉测量，最终实现振动环境下低曝光快速解算待测元件面形。
Description
技术领域
本发明属于光学测量领域，具体涉及一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源及干涉仪。
背景技术
激光干涉仪是国际上测量光学元件面形偏差或者光学系统波像差的标准仪器。因为具有非接触、高精度、可溯源等优点，激光干涉仪已广泛用于航空侦查、高能激光、半导体检测和天文光学等领域。
干涉光源是激光干涉仪的核心模块之一。配合干涉仪的扩束、标准镜及成像等模块形成稳定且对比度高的干涉条纹是干涉光源的主要功能。干涉光源的进步拓展了干涉仪的测量功能，促进了现代光学制造水平的提高。例如，现有技术中提出了一种波长调谐干涉光源，解决了PZT移相器承载不足、大口径干涉仪高精度移相的难题，使干涉仪的测量口径达到米量级，为大口径光学元件和平行平板的光学参数检测提供了切实可行的手段，该光源也是目前国际上最常用的大口径干涉仪光源方案。随着光学制造技术的发展，大口径干涉仪已从传统的实验室校准仪器发展为可用于车间加工和装调的检测设备，可调谐干涉光源也面临新的技术挑战。一方面，车间环境下干涉条纹极易受环境振动干扰，希望可调谐干涉光源能提供更大的输出功率，由此在更短的曝光时间内冻结干涉条纹，实现干涉面形或者波像差的精确解调。另一方面，光学系统常需要在镀膜前装调，低反射率光学系统难以形成一定强度的测试光束，形成有效干涉条纹，因此需要更高功率的可调谐干涉光源。
当前，主流大口径干涉仪使用的可调谐光源波段为633 nm，主要为兼容常用氦氖光源激光干涉仪功能模块的工作波长。Littman型外腔可调谐激光器相干性好，配合高精度数模转换，可实现fm量级的波长调谐分辨率，是波长调谐干涉光源的理想选择。国内对Littman型可调谐激光器的研究大多集中于近红外波段，偏离633nm波段过多，难以用作主流大口径干涉仪的干涉光源。例如，现有技术中提出的基于星形柔性铰链调谐的780 nm波段Littman型可调谐激光器、TLB-6804系列激光器、TEC-500-0635系列激光器，它们虽然均能输出匹配常用干涉仪的633 nm激光，但其波长调谐光源采用张应变GaInP量子阱结构，其异质结的电子势垒较小，有源区载流子容易泄露，在室温下难以实现高功率输出。现有技术中还提出通过设计具有弯曲波导的增益芯片降低激光器内腔反馈，通过在准直透镜后安装分立的1/2波片的方法提高外腔耦合效率，但其并没有解决激光器光电转换效率低的问题，同时该方案本身还需在Littman外腔光路中添加半波片固定调节件，增大了外腔激光器的装调难度。
发明内容
本发明提出一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源及干涉仪。相对于传统可调谐干涉光源，本发明特点主要包括：干涉光源工作在AlGaInP/GaInP半导体的高增益谱区，提高干涉光源光电转换效率和激光器特征温度，降低了热损耗；干涉光源增益波导采用弯曲波导结构，减弱干涉光源增益波导输出端反馈，提升激光稳定性与单纵模运转功率；干涉光源波导输出光场极化方向与光斑长轴直接平行化，无需在增益芯片封装外设置分立的半波片，从而提高外腔衍射效率，降低谐振腔损耗，减小激光阈值，提升输出功率。在此基础上，本发明提出能兼容传统光源和本发明光源的干涉仪结构，提升干涉仪的工作波长适应范围。
实现本发明的技术解决方案为：一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，包括高增益长轴偏振波导、准直透镜、全息光栅、反射棱镜、PZT 、NTC热敏电阻、TEC 、恒流驱动电源和温控器、数模转换器；所述高增益长轴偏振波导、准直透镜、全息光栅、反射棱镜共同构成了Littman外腔光路结构，数模转换器通过步进电压控制PZT 推动反射棱镜旋转，改变外腔滤波作用的中心波长实现波长调谐，NTC热敏电阻紧贴高增益长轴偏振波导，实时读取其温度，TEC 依据NTC热敏电阻读取的温度值进行温控；所述恒流驱动电源和温控器分别与NTC热敏电阻、高增益长轴偏振波导和TEC 连接，以提供高精度的温度控制和增益芯片的直流驱动，保障可调谐干涉光源的高功率稳定输出。
一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪，包括可调谐干涉光源，以及保偏光纤、PBS 、1/4波片、准直镜、标准镜、测试镜、CMOS相机；可调谐干涉光源经保偏光纤输出P偏振态线偏光，P偏振态线偏光由PBS 透射进入1/4波片，变为圆偏振光，最后通过准直镜形成准直光束，准直光束分别依次经过标准镜和测试镜的反射后，第二次经过1/4波片成为S偏振态，再经PBS反射后进入CMOS相机，通过CMOS相机获取干涉图；外接上位机通过控制可调谐干涉光源的步进电压实现对可调谐干涉光源的波长调谐功能，并最终解算出待测元件面形。
与现有波长调谐干涉光源及干涉仪相比，其显著优点在于：
（1）本发明首次提出一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源。该波导优化了可调谐干涉光源增益谱中心波长，采用压应变GaInP量子阱和AlGaInP势垒有源区设计，有效抑制有源区载流子泄露，具有更高的光电转换效率和接近室温的特征温度，提升了干涉光源的输出功率。
（2）本发明优化了一种一端弯曲的单角度面增益波导结构，有效减弱增益波导输出端反馈强度，提升激光稳定性与单纵模运转功率，拓宽了干涉光源的无跳模波长调谐范围。
（3）本发明通过在增益波导端面封装半波片的方式，使增益芯片自身能输出长轴偏振光，无需使用分立的半波片元件。增益芯片输出光场极化方向与光斑长轴平行化，提升了外腔衍射效率，降低了激光阈值，提升了输出激光效率和功率。
（4）本发明通过基于角谱传输理论的外腔滤波模型对外腔光路参数进行计算优化，在保证干涉光源输出功率和稳定性的同时，尽量减小光路体积，提升了干涉光源的鲁棒性。
（5）本发明对斐索干涉光路进行改进，采用零级波片与偏振控制元件，兼容传统干涉光源和本发明所述干涉光源波段，解决了因窄带延迟器件对波长敏感导致的干涉图对比度不均匀问题。
（6）本发明通过驱动数模转换器，实现可调谐干涉光源的高分辨、大范围无跳模调谐。同时，可根据光源实际波长进行波段更改，保证了不同波段光源测量结果的一致性。
（7）本发明提出一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪，有效缩短了干涉仪的曝光时间，增强干涉仪在光学车间的抗振能力和不镀膜光学系统测量的测量能力。
附图说明
图1为基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源及干涉仪示意图。
图2为高增益长轴偏振波导示意图。
图3（a）为AlGaInP/GaInP量子阱光荧光谱。
图3（b）为干涉仪CMOS相机光谱响应曲线。
图4为基于高增益长轴偏振波导的Littman型外腔光路偏振态示意图。
图5为光栅被照刻线数对可调谐干涉光源输出纵模影响的示意图。
图6为基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源示意图。
图7为数模转换器工作流程示意图。
图8为高增益长轴偏振波导功率和3dB带宽特性测试结果。
图9为数模转换器步进电压精度测试结果。
图10为可调谐干涉光源功率输出特性测试结果。
图11（a）为可调谐干涉光源波长稳定性测试结果。
图11（b）为可调谐干涉光源波长调谐特性测试结果。
图12为干涉图，其中（a）图为干涉仪使用低级（4级）波片的干涉图，（b）图为干涉仪使用零级波片的干涉图。
图13（a）为基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪对标准平晶面形的测试结果。
图13（b）为基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪对标准平晶面形的重复性测试结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的详细描述。
结合图1，本发明所述的一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪包括可调谐干涉光源1、保偏光纤2、PBS 3、1/4波片4、准直镜5、标准镜6、测试镜7、CMOS相机8和外接上位机9。
结合图1，所述可调谐干涉光源1经保偏光纤2输出P偏振态线偏光，输入到斐索干涉仪主机。在主机内，P偏振光由PBS 3透射，再经1/4波片4变为圆偏振光，最后通过准直镜5形成准直光束分别经过标准镜6和测试镜7的反射后，第二次经过1/4波片4成为S偏振态，经PBS 3反射后进入CMOS相机8，通过CMOS相机8获取干涉图。外接上位机9通过控制可调谐干涉光源1的步进电压实现干涉光源的波长调谐功能，并最终解算出待测元件面形。
结合图2，所述高增益长轴偏振波导10包括半波片10-1、增益芯片10-2和管座10-3，增益芯片10-2倾斜放置以保证光束自管座10-3前端面垂直输出。高增益长轴偏振波导10输出端面采用单角度面弯曲波导结构，波导倾斜且同端面具有一定夹角，用以降低内腔反馈。高增益长轴偏振波导10通过在管座10-3的输出端面封装半波片10-1的方式，输出长轴偏振光，提升可调谐干涉光源1的输出效率，同时避免在增益芯片10-2封装外设置分立的半波片，降低了外腔光路的装调难度。
所述高增益长轴偏振波导10可以实现高功率输出，其采用的应变量子阱光增益系数可以简单表述为：
，
其中，表示价带的光子能量，/>表示导带的光子能量，/>表示量子阱激光器基本激射能量，/>表示与量子阱结构和材料有关的增益常数，/>表示导带的电子占有率，/>表示价带的电子占有率，/>表示以Lorentz线形函数表示的谱线展宽效应。结合图3（a）所示的AlGaInP/GaInP量子阱光荧光谱，传统的干涉光源波长远离了荧光谱中心波长，需要采用张应变GaInP量子阱结构实现该波段激射，但张应变GaInP和AlGaInP异质结的电子势垒较小，有源区载流子容易泄露，同时，张应变GaInP比压应变晶体缺陷更多，最终导致激光器难以在室温下实现高功率输出。通过采用压应变GaInP量子阱和AlGaInP势垒有源区设计，优化了波长调谐干涉光源增益谱中心波长，使干涉光源中心波长处在不同载流子浓度的量子阱材料最大增益波段处。同时通过平衡GaInP量子阱宽度和数量，使半导体激光器既可以通过加大压应变，加大对有源区载流子的限制，提高半导体器件性能，又避免因量子阱数量过多，导致阈值电流增加。结合图3（b）所示干涉仪使用的CMOS相机8光谱响应曲线，基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源使用波段的量子效率与633 nm波段相比，差距小于3%。因此，就探测器方面来说，不会对干涉仪的光源利用效率产生显著影响。该波导提升了干涉光源的输出功率，可以有效减少干涉条纹曝光冻结时间，提升激光干涉仪测量速度和抗干扰能力。
所述高增益长轴偏振波导10采用单角度面弯曲波导结构，根据基于多光束干涉理论的外腔增益模型、高增益长轴偏振波导10的结构以及掺杂材料的要求，波导输出端的反馈强度应降低至10-5量级，从而在提升干涉光源的稳定性和单纵模运转功率的同时，拓宽干涉光源的无跳模调谐范围。为达成10-5量级弱反馈强度，使用单角度面波导是一种行之有效的方法。对于输出端同法线夹角为的波导来说，其端面反馈强度R表述为：
，
式中，表示倾斜波导与端面法线的夹角即入射角，/>表示传播常数，/>表示与入射角度有关的菲涅尔反射率，/>表示输出端面入射光场的相位因子，/>表示波导TE基模光场的y分量，/>表示光场角频率，/>表示真空磁导率，/>表示导波模式功率，i表示虚数，x表示自变量。仿真结果表明，倾斜波导与端面法线的夹角/>在设计取值时，为保证输出端面反射率小于/>，除了需要考虑抑制内腔起振，倾斜波导同法线的夹角/>应大于4.5度，以避免干涉光源在高功率工作下，输出稳定性变差，还需避免因倾角过大而增大内腔损耗，带来不必要功率损失。
所述高增益长轴偏振波导10的输出端面封装有一块半波片10-1，使其自身能输出长轴偏振光，无需使用分立的半波片元件，从而避免因外部装调而引入系统误差。结合图4，高增益长轴偏振波导10的输出光场经由输出端面封装的半波片10-1进行偏振控制，自身能够输出长轴偏振光，经过准直透镜11准直后，直接以掠入射方式入射到全息光栅12。其中，光场极化方向同光斑长轴和反射棱镜13棱线方向平行，同全息光栅12刻线方向垂直。根据基于多光束干涉理论的外腔增益模型，外腔增益函数为：
，
光栅反馈函数表达式为：
，
其中为高增益长轴偏振波导10输入端反射率，/>为高增益长轴偏振波导10输出端反射率，G为高增益长轴偏振波导10内部等效单程增益， />为全息光栅12的等效反射率，/>为反射棱镜13的等效反射率，/>为高增益长轴偏振波导10输出端透射率，/>为可调谐干涉光源1等效外腔长度，/>为全息光栅12的一级衍射效率，N为光栅被照刻线数。由内外腔增益共同决定的复合腔增益函数/>为：
，
结合图5，当输出光场极化方向与光场强度长轴方向一致时，全息光栅12表面被照刻线数N增加，可调谐干涉光源的边模抑制比得到提升，外腔反馈强度增加，谐振腔损耗降至最低。可调谐干涉光源1的增益阈值为：
，
式中，为可调谐干涉光源1的内腔损耗，/>为可调谐干涉光源1外腔输入端反射率，/>为可调谐干涉光源1外腔输出端反射率，L为可调谐干涉光源1外腔腔长。高增益长轴偏振波导10输出的长轴偏振光，在外腔传输中具有较高的衍射效率，有效降低了可调谐干涉光源1外腔镜面损耗，从而最终降低可调谐干涉光源1的起振阈值，提升可调谐干涉光源1的输出功率。
结合图6，所述基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源包括高增益长轴偏振波导10、准直透镜11、全息光栅12、反射棱镜13、PZT 14、NTC热敏电阻15、TEC 16、恒流驱动电源和温控器17、数模转换器18。所述高增益长轴偏振波导10、准直透镜11、全息光栅12、反射棱镜13共同构成了Littman外腔光路结构，数模转换器18通过步进电压控制PZT 14推动反射棱镜13旋转，改变外腔滤波作用的中心波长实现波长调谐；所述恒流驱动电源和温控器17分别与NTC热敏电阻15、高增益长轴偏振波导10和TEC 16连接，以提供高精度的温度控制和增益芯片10-2的直流驱动，保障可调谐干涉光源1的高功率稳定输出。
所述基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，其外腔光路参数由基于角谱传输理论的外腔滤波模型计算优化得到，在保证可调谐干涉光源1输出功率和稳定性的同时，尽量减小光路体积，提升可调谐干涉光源1的鲁棒性。由于全息光栅12的色散效应的存在，不同波长的光在外腔中传输路径不同，拥有不同的外腔耦合效率。根据角谱传输理论和光场重叠积分公式，由波长决定的外腔耦合效率为：
，
式中是增益芯片10-2出射光场，/>是经外腔传输后的返回光场；/>由角谱理论得到，其表达式为：
，
式中为傅里叶变换，/>为傅里叶逆变换， />为外腔传输函数，其表达式为：
，
式中为准直透镜11的焦距，/>为输出光自准直透镜11到全息光栅12衍射点的传输距离，/>为全息光栅12衍射点到反射棱镜13的传输距离，/>为返回光自全息光栅12到准直透镜11的传输距离，/>为返回反射棱镜13到全息光栅12的传输距离，为自由空间传递函数，/>为x轴方向空间频率，/>为y轴方向空间频率，为准直透镜11的传递函数，/>为外腔相位函数。
通过基于角谱传输理论的外腔滤波模型，计算外腔中不同波长传输光的耦合效率，得到了外腔的滤波包络。仿真结果表明，随着准直透镜11焦距增加，或者全息光栅12的光栅周期减小，外腔滤波带宽也随之减小。在保证窄带滤波和光学元件结构紧凑的前提下，通过尽量增大准直透镜11焦距和减小全息光栅12周期，可以有效提高可调谐干涉光源1的相干性和外腔耦合效率，以及其高功率输出稳定性；同时，来自高增益长轴偏振波导10的长轴偏振光场在外腔传输中具有较高的衍射效率，有效降低了可调谐干涉光源1的镜面损耗，降低起振阈值的同时提升了可调谐干涉光源1的输出效率。
结合图6，所述基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源由数模转换器18进行高精度步进电压控制，实现不低于0.1nm的无跳模调谐范围，和精度可达0.1pm的调谐分辨率，以满足干涉仪在不同腔长下测量的需求。结合图7，计算机通过串口对微处理器发出控制信号，信号解码后输入数模转换器18，产生所需的调制电流，经低噪声仪表运放转换成调制电压，提供给干涉光源。数模转换器18具有高位自校准功能，在电压工作范围内，其输出电压分辨率满足波长调谐电压精度和范围的需求，同时实现长干涉腔和短干涉腔下高精度波长调谐干涉测量。根据波长移相干涉测量的移相量计算公式：
，
式中为波长调谐干涉仪移相量，h为波长调谐干涉仪腔长，为可调谐干涉
光源1波长步进量，为可调谐干涉光源1中心波长。根据计算，在电压范围为0-5V时，数模
转换器18输出电压分辨率5/V（约为19μV），满足高分辨波长调谐需求。
结合图1，所述基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪，其特征包括：对传统斐索干涉光路进行改进，斐索干涉仪主机中的1/4波片4采用零级波片。相较于传统斐索干涉仪使用的低级次波片，采用零级波片后，不同波段激光的延迟量差异大大减小，有效改善干涉条纹对比度不均匀的问题；外接上位机9可根据光源实际波长进行波段更改，保证不同波段光源测量结果的一致性；使用基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，根据被测系统反射率调整曝光时间和增益系数，实现抗振干涉测量与低反射率系统的干涉测量。
实施例1
本实施例采用的高增益长轴偏振波导10通过采用压应变GaInP量子阱和AlGaInP势垒有源区设计，优化其增益谱中心波长为650nm，有效抑制有源区载流子泄露，使其具有更高的光电转换效率和接近室温的特征温度，提升了可调谐干涉光源1的输出功率；该波导第一端面镀反射率大于99％的高反膜，第二端面的倾斜波导同端面法线夹角5度，芯片输出端反馈强度小于0.05%，实现内腔弱反馈；该波导输出端面封装有一块半波片10-1，可以调整芯片输出光的偏振态，使输出光场偏振方向与光场强度长轴方向夹角为0度，从而提高外腔传输的衍射效率，有效降低可调谐干涉光源1外腔镜面损耗，提升其输出功率。
测试图2所示高增益长轴偏振波导10的输出特性，其包含功率-电流特性和3dB带宽特性，以验证其具有高功率、弱内腔反馈的特点。结合图8，图中实线表示高增益长轴偏振波导10的P-I曲线，其输出功率随电流迅速增加，并在69mA时达到14.8mW，曲线较为平滑，该波导没有产生激射现象。图中虚线体现该波导的3dB带宽，随着泵浦电流增加，3dB带宽始终在8nm附近，这表明高增益长轴偏振波导10内部始终是自发辐射占据主导，体现其弱内腔反馈的特点。高增益长轴偏振波导10具有高功率、弱反馈的特点，符合可调谐干涉光源1对波导的核心要求。
本实施例采用的数模转换器18选用高位的具有自校准功能的16/18位数模转换器，在电压范围0-5V时，其输出电压分辨率为V，即19µV，理论上满足波长调谐电压精度需求。结合图9，在对0-5V电压范围内25个等间隔点进行高精度电压测试，测试结果表明，数模转换器18输出电压误差在20µV以内，从硬件上保证了可调谐干涉光源1能够实现高精度的波长调谐。
本实例对如图6所示的基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的功率特性、波长稳定性、无跳模调谐范围等基本特性和参数进行测试。将可调谐干涉光源1放置在水平台上，恒流驱动电源和温控器17分别控制可调谐干涉光源1的驱动电流和温度。改变恒流驱动电源的输出电流大小，测量可调谐干涉光源1的功率-电流曲线。结合图10，根据图中实线，在增加外腔后，该干涉光源产生明显的激射现象。激光功率在69mA时达到15.9mW。
将可调谐干涉光源1经光纤耦合器耦合入保偏光纤中，并接入高精度波长计, 利用高精度波长计测试其中心波长的稳定性和波长调谐特性。测试在0-60V的驱动电压范围内，基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的输出波长特性。恒流驱动电源和温控器17同时控制可调谐干涉光源1的驱动电流和温度。测试结果如下：
结合图11（a），在可调谐干涉光源1开启的一个小时内，其波长漂移量低于0.4pm，且前30 min漂移0.3 pm，后30 min漂移约0.1 pm，这表明随着开启时间延长，可调谐干涉光源1内部逐渐达到热平衡，波长漂移斜率逐渐减小；结合图11（b），结果表明在0-60V的PZT14驱动电压范围内，可调谐干涉光源1的无跳模调谐范围大于100pm，波长调谐精度为0.1pm。其波长调谐特性满足波长移相干涉仪在不同腔长下的工作要求。
本实施例对干涉仪斐索干涉光路进行改进，采用PBS 3与1/4波片（零级波片）4，兼容传统干涉光源和本发明所述干涉光源波段，有效改善干涉条纹对比度不均匀的问题。结合图12中的（a）图，当发散光路中采用低级次波片（4级）时，不同波段激光的延迟量差异会使光束偏振分布不均匀，导致干涉图对比度不均匀；结合图12中的（b）图，当发散光路采用零级波片后，不同波段激光的延迟量差异大大减小，能有效改善干涉条纹对比度不均匀的问题。
本实施例利用基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪对标准平晶进行波长移相干涉测试，结合图13（a），测得的波面峰谷值小于0.1 λ (λ = 650 nm) ，波面RMS值达到0.0147。结合图13（b），对标准平晶的面形进行了多次测量，统计了每次测量波长结果的PV和RMS值。其中，波面PV值的均值为0.096 λ，标准差小于0.001 λ，波面RMS值的均值为0.015 λ，标准差小于0.0001 λ。这表明，使用基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，干涉仪的精度和重复性能够得到良好保证。
Claims (9)
1.一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，其特征在于：包括高增益长轴偏振波导（10）、准直透镜（11）、全息光栅（12）、反射棱镜（13）、PZT （14）、NTC热敏电阻（15）、TEC （16）、恒流驱动电源和温控器（17）、数模转换器（18）；所述高增益长轴偏振波导（10）、准直透镜（11）、全息光栅（12）、反射棱镜（13）共同构成了Littman外腔光路结构，数模转换器（18）通过步进电压控制PZT （14）推动反射棱镜（13）旋转，改变外腔滤波作用的中心波长实现波长调谐，NTC热敏电阻（15）紧贴高增益长轴偏振波导（10），实时读取其温度，TEC（16）依据NTC热敏电阻（15）读取的温度值进行温控；所述恒流驱动电源和温控器（17）分别与高增益长轴偏振波导（10）、NTC热敏电阻（15）和TEC （16）连接，为增益芯片提供直流驱动和高精度的温度控制，保障可调谐干涉光源的高功率稳定输出。
2.根据权利要求1所述的基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，其特征在于：高增益长轴偏振波导（10）包括半波片（10-1）、增益芯片（10-2）和管座（10-3），增益芯片（10-2）倾斜放置在管座（10-3）内，以保证光束自管座（10-3）的输出端垂直输出；高增益长轴偏振波导（10）采用弯曲波导结构，用以降低增益芯片（10-2）的内腔反馈，管座（10-3）的输出端封装有一块半波片（10-1），用以输出长轴偏振光，提升可调谐干涉光源的输出效率。
3.根据权利要求2所述的基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，其特征在于：高增益长轴偏振波导（10）采用压应变GaInP量子阱和AlGaInP势垒有源区设计，其应变量子阱光增益系数表述为：
，
其中，表示价带的光子能量，/>表示导带的光子能量，/>表示量子阱激光器基本激射能量，/>表示与量子阱结构和材料有关的增益常数，/>表示导带的电子占有率，/>表示价带的电子占有率，/>表示以Lorentz线形函数表示的谱线展宽效应；通过优化可调谐干涉光源增益谱中心波长，使可调谐干涉光源的中心波长处在不同载流子浓度的量子阱材料最大增益波段处；同时平衡GaInP量子阱宽度和数量，使高增益长轴偏振波导（10）既能够通过加大压应变，加大对有源区载流子的限制，提高半导体器件性能，又避免因量子阱数量过多，导致阈值电流增加。
4.根据权利要求3所述的基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，其特征在于：根据基于多光束干涉理论的外腔增益模型、高增益长轴偏振波导（10）的结构以及掺杂材料要求，高增益长轴偏振波导（10）的输出端反馈强度应控制在0.05%以下，以增加干涉光源无跳模调谐范围；为实现反馈强度在0.05%以下的内腔弱反馈，高增益长轴偏振波导（10）采用弯曲波导结构；对于输出端同法线夹角为的波导来说，/>值由输出端面反馈强度R决定，R表述为：
，
式中，表示倾斜波导与端面法线的夹角即入射角，/>表示传播常数，/>表示与入射角度有关的菲涅尔反射率，/>表示输出端面入射光场的相位因子，其中i表示虚数，x表示自变量，/>表示波导TE基模光场的y分量，/>表示光场角频率，/>表示真空磁导率，/>表示导波模式功率。
5.根据权利要求2所述的基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，其特征在于：高增益长轴偏振波导（10）输出光场极化方向与光斑长轴平行，同时垂直于全息光栅（12）刻线方向；
根据基于多光束干涉理论的外腔增益模型，可调谐干涉光源总增益函数为：
，
式中，表示内腔增益函数，/>表示外腔增益函数，/>表示全息光栅（12）透过率，/>表示光栅反馈函数，其表达式为：
，
式中，为全息光栅（12）入射光波长，/>为全息光栅（12）一级衍射光波长，/>为全息光栅（12）的一级衍射效率，N为全息光栅（12）的被照刻线数；
当输出光场极化方向与光场强度长轴方向一致时，全息光栅（12）表面被照刻线数N增加，可调谐干涉光源的边模抑制比得到提升，外腔反馈强度增加，谐振腔外腔损耗降至最低，可调谐干涉光源的增益阈值降低，从而提升可调谐干涉光源输出功率；可调谐干涉光源的增益阈值/>表达式为：
，
式中，为可调谐干涉光源的内腔损耗，/>为可调谐干涉光源外腔输入端反射率，/>为可调谐干涉光源外腔输出端反射率，L为可调谐干涉光源外腔腔长。
6.根据权利要求1所述的基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源，其特征在于：所述可调谐干涉光源的外腔光路参数由基于角谱传输理论的外腔滤波模型计算优化得到，在保证可调谐干涉光源输出功率和稳定性的同时，尽量减小光路体积，提升干涉光源鲁棒性；根据角谱传输理论和光场重叠积分公式，由波长决定的外腔耦合效率为：
，
式中是增益芯片（10-2）出射光场，/>是经外腔传输后的返回光场；
由角谱理论得到，其表达式为：
，
式中为傅里叶变换，/>为傅里叶逆变换， />为外腔传输函数，其表达式为：
，
式中为准直透镜（11）的焦距，/>为输出光自准直透镜（11）到全息光栅（12）衍射点的传输距离，/>为全息光栅（12）衍射点到反射棱镜（13）的传输距离，/>为返回光自全息光栅（12）到准直透镜（11）的传输距离，/>为返回反射棱镜（13）到全息光栅（12）的传输距离，/>为自由空间传递函数，/>为x轴方向空间频率，/>为y轴方向空间频率，为准直透镜（11）的传递函数，/>为外腔相位函数。
7.一种基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪，其特征在于：包括如权利要求1~6任意一项所述的可调谐干涉光源（1），以及保偏光纤（2）、PBS （3）、1/4波片（4）、准直镜（5）、标准镜（6）、测试镜（7）、CMOS相机（8）；可调谐干涉光源（1）经保偏光纤（2）输出P偏振态线偏光，P偏振态线偏光由PBS （3）透射进入1/4波片（4），变为圆偏振光，最后通过准直镜（5）形成准直光束，准直光束分别依次经过标准镜（6）和测试镜（7）的反射后，第二次经过1/4波片（4）成为S偏振态，再经PBS（3）反射后进入CMOS相机（8），通过CMOS相机（8）获取干涉图；外接上位机（9）通过控制可调谐干涉光源（1）的步进电压实现对可调谐干涉光源（1）的波长调谐功能，并最终解算出待测元件面形。
8.根据权利要求7所述的基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪，其特征在于：可调谐干涉光源（1）由数模转换器（18）实现不低于0.1nm的无跳模调谐范围，以及精度可达0.1pm的调谐分辨率，以满足干涉仪在不同腔长下测量的需求；根据波长移相干涉测量的移相量计算公式：
，
式中为波长调谐干涉仪移相量，h为波长调谐干涉仪腔长，/>为可调谐干涉光源（1）波长步进量，/>为可调谐干涉光源（1）中心波长；外接上位机（9）通过计算机串口向微处理器发出控制信号，信号解码后输入数模转换器（18），产生的调制电流经低噪运放转换成调制电压，提供给可调谐干涉光源（1）；在电压范围为0-5V时，数模转换器（18）输出电压分辨率5//>V，满足高分辨波长调谐需求。
9.根据权利要求7所述的基于高增益长轴偏振波导的可调谐干涉光源的干涉仪，其特征在于：对传统斐索干涉光路进行改进，斐索干涉仪主机中的1/4波片（4）采用零级波片，改善干涉条纹对比度不均匀的问题；外接上位机（9）根据可调谐干涉光源（1）实际波长进行波段更改，保证不同波段光源测量结果的一致性；使用可调谐干涉光源（1），并根据被测系统反射率调整曝光时间和增益系数，实现抗振干涉测量与低反射率系统的干涉测量。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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