CN219608217U - 一种高速光程扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高速光程扫描装置，包括：壳体，所述壳体内设有发射准直器、分光棱镜、四叶曲面反射镜、接收准直器，所述发射准直器、所述四叶曲面反射镜、所述接收准直器沿所述分光棱镜周向设置，所述壳体内还设有旋转电机，所述旋转电机与所述四叶曲面反射镜传动连接，用于驱使所述四叶曲面反射镜转动；其中，所述四叶曲面反射镜包括基圆和四个反射曲面，四个所述反射曲面为所述基圆的渐开线的外曲面。本实用新型新型尺寸小，结构简单，实现了太赫兹时域光谱系统快速扫描、小型化和集成化的需求，能够提供较大的延迟距离和较高的扫描频率，同时具有线性度好、平稳性好等优点，满足快速光学延迟线的使用要求。

Description

一种高速光程扫描装置

技术领域

本实用新型涉及光学探测的技术领域，尤其涉及一种高速光程扫描装置。

背景技术

光学延迟线一种是通过改变光传输路程的变化，实现光程延迟的装置，它在太赫兹时域光谱技术、光学泵浦－探测技术、光学相干层析成像技术以及超快时间分辨率光谱技术等光学探测领域有着广泛的应用前景，目前市面上应用较多的光学延迟线装置有步进电机驱动线性微位移平台上的光学背向反射镜实现光程延迟；利用压电陶瓷驱动反射镜来改变光束的光程变化量；针对市场需求，利用衍射光栅式扫描、光脉冲时间延迟、压电陶瓷驱动反射镜、旋转阵列反射镜及光波导光学延迟线阵列装置也陆续开发并投入市场。

现有光学延迟线装置可以通过步进电机带动微位移平台上的反射镜来实现光学延迟，这种技术的特点是在低成本时保证了可靠性，但该方法的THz脉冲重建速度极慢，单个信号扫描时间达数秒，这阻碍了TH-TDS在现实生活中的推广，且压电陶瓷驱动反射镜延迟光程，虽然可以实现kHz以上的高速光程改变，但其位移量为微米量级，扫描范围极短，无法实现较大光程改变。

发明内容

针对现有的光学延迟线装置存在的上述问题，现旨在提供一种体积小、结构简单、扫描快且能提供较大的延迟距离和较高的扫描频的高速光程扫描装置。

具体技术方案如下：

一种高速光程扫描装置，包括：壳体，所述壳体内设有发射准直器、分光棱镜、四叶曲面反射镜、接收准直器，所述发射准直器、所述四叶曲面反射镜、所述接收准直器沿所述分光棱镜周向设置，所述壳体内还设有旋转电机，所述旋转电机与所述四叶曲面反射镜传动连接，用于驱使所述四叶曲面反射镜转动；

其中，所述四叶曲面反射镜包括基圆和四个反射曲面，四个所述反射曲面为所述基圆的渐开线的外曲面，且四个所述反射曲面沿所述基圆的圆周方向等间距固定在所述基圆的外表面上。

作为本方案的进一步改进以及优化，所述旋转电机的输出轴与所述基圆同轴连接。

作为本方案的进一步改进以及优化，所述反射曲面的厚度略大于入射光斑的直径。

作为本方案的进一步改进以及优化，所述壳体包括：底板和外壳，所述外壳为底部开口结构，且所述外壳的开口端安装在所述底板上，并与所述底板之间形成安装腔，所述发射准直器、所述分光棱镜、所述四叶曲面反射镜、所述接收准直器、所述旋转电机均设于所述安装腔内。

作为本方案的进一步改进以及优化，所述发射准直器通过第一支架安装在所述底板上。

作为本方案的进一步改进以及优化，所述分光棱镜通过第二支架安装在所述底板上。

作为本方案的进一步改进以及优化，所述接收准直器通过第三支架安装在所述底板上。

作为本方案的进一步改进以及优化，所述旋转电机安装在所述底板上，且所述旋转电机的输出端朝上设置，并与所述四叶曲面反射镜传动连接。

作为本方案的进一步改进以及优化，所述底板为矩形板体结构，所述底部的底部设有四个支腿，四个所述支腿分别位于所述底板的四个边角处，并呈矩形结构分布。

上述技术方案与现有技术相比具有的积极效果是：

本实用新型尺寸小，结构简单，实现了太赫兹时域光谱系统快速扫描、小型化和集成化的需求，能够提供较大的延迟距离和较高的扫描频率，同时具有线性度好、平稳性好等优点，满足快速光学延迟线的使用要求。

附图说明

图1为本实用新型一种高速光程扫描装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种高速光程扫描装置的爆炸图；

图3为本实用新型一种高速光程扫描装置的光路图；

图4为本实用新型一种高速光程扫描装置的四叶曲面反射镜的结构示意图；

图5为本实用新型一种高速光程扫描装置的反射曲面与基圆之间的光束反射原理图；

图6为本实用新型一种高速光程扫描装置的反射曲面与基圆之间的光束反射原理图；

附图中：1、四叶曲面反射镜；2、旋转电机；3、分光棱镜；4、发射准直器；5、第一支架；6、接收准直器；7、第三支架；8、壳体；9、第二支架；11、基圆；12、反射曲面；81、外壳；82、底板；83、支腿。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

图1为本实用新型一种高速光程扫描装置的结构示意图，图2为本实用新型一种高速光程扫描装置的爆炸图，图3为本实用新型一种高速光程扫描装置的光路图，图4为本实用新型一种高速光程扫描装置的四叶曲面反射镜的结构示意图，图5为本实用新型一种高速光程扫描装置的反射曲面与基圆之间的光束反射原理图，图6为本实用新型一种高速光程扫描装置的反射曲面与基圆之间的光束反射原理图，如图1-6所示，示出了一种较佳实施例的一种高速光程扫描装置，包括：壳体8，壳体8内设有发射准直器4、分光棱镜3、四叶曲面反射镜1、接收准直器6，发射准直器4、四叶曲面反射镜1、接收准直器6沿分光棱镜3周向设置，壳体8内还设有旋转电机2，旋转电机2与四叶曲面反射镜1传动连接，用于驱使四叶曲面反射镜1转动；其中，四叶曲面反射镜1包括基圆11和四个反射曲面12，四个反射曲面12为基圆11的渐开线的外曲面，且四个反射曲面12沿基圆11的圆周方向等间距固定在基圆11的外表面上，以使四叶曲面反射镜1起到一个周期性延迟的作用。

基于渐开线原理的快速光程扫描装置原理为，渐开线有如下两个特性：1、渐开线上任意一点的法线与渐开线的基圆相切；2、法线与基圆的切点到渐开线上此点的距离，等于切点到渐开线与基圆起始交点的圆弧长度，因此，光束入射到渐开线曲面上的位置改变会产生位移变化量，引起光程差。

如图5所示，基于上述原理，从A点入射的光束，与基圆D相切于B点，到达渐开线C点后一定会返回A点；因此，若在B点处放置一片与纸面成45度的反射镜，光束垂直于纸面入射到达B点后入射至C点(光束入射方向及反射镜角度可根据实际情况自行确认)，光束也会返回A点；此时渐开线E绕基圆旋转，由于入射光与基圆相切，因此，反射光束也会返回A点。

如图6所示，通过上述理论可知渐开线绕基圆转动不会影响反射光束方向，同理，将入射光束由OC入射，入射光束与渐开线交于C点，入射光束与基圆相切于B点，因此OC为渐开线法线，入射光束经C点返回O点。

本实施例中实际操作中，激光经光纤由发射准直器4出射，出射光垂直入射分光棱镜3，出射光经分光棱镜3的中心出射，出射光沿四叶曲面反射镜1基圆11的切线方向入射至反射曲面12，由于入射方向为曲面法线方向，因此反射光束原光路反射至分光棱镜3，分光棱镜3将出射光反射至接收准直器6。

具体的，本实施例中发射准直器4、分光棱镜3、接收准直器6，发射准直器4均为现有常规技术，本领域普通技术人员可根据需求进行适当的选型，本文在此不再对其原理进行赘述。

本实施例尺寸小，结构简单，实现了太赫兹时域光谱系统快速扫描、小型化和集成化的需求，能够提供较大的延迟距离和较高的扫描频率，同时具有线性度好、平稳性好等优点，满足快速光学延迟线的使用要求。

进一步的，作为一种较佳的实施例，旋转电机2的输出轴与基圆11同轴连接。

进一步的，作为一种较佳的实施例，反射曲面12的厚度略大于入射光斑的直径。

具体的，本实施例中四叶曲面反射镜1是首先利用数控铣床(CNC)加工出四叶曲面反射镜1的基本形状，其次利用抛光技术对曲线反射曲面12进行抛光，由于于选用的材料抛光可能会造成边缘钝化，为避免影响光线的传输，因此实体反射曲面12的厚度应稍大于入射光斑直径，以保证中间区域作为有效反射区以满足光线能全部反射。

进一步的，作为一种较佳的实施例，壳体8包括：底板82和外壳81，外壳81为底部开口结构，且外壳81的开口端安装在底板82上，并与底板82之间形成安装腔，发射准直器4、分光棱镜3、四叶曲面反射镜1、接收准直器6、旋转电机2均设于安装腔内。

进一步的，作为一种较佳的实施例，发射准直器4通过第一支架5安装在底板82上。

进一步的，作为一种较佳的实施例，分光棱镜3通过第二支架9安装在底板82上。

进一步的，作为一种较佳的实施例，接收准直器6通过第三支架7安装在底板82上。

进一步的，作为一种较佳的实施例，旋转电机2安装在底板82上，且旋转电机2的输出端朝上设置，并与四叶曲面反射镜1传动连接。

进一步的，作为一种较佳的实施例，底板82为矩形板体结构，底部的底部设有四个支腿83，四个支腿83分别位于底板82的四个边角处，并呈矩形结构分布。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高速光程扫描装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体内设有发射准直器、分光棱镜、四叶曲面反射镜、接收准直器，所述发射准直器、所述四叶曲面反射镜、所述接收准直器沿所述分光棱镜周向设置，所述壳体内还设有旋转电机，所述旋转电机与所述四叶曲面反射镜传动连接，用于驱使所述四叶曲面反射镜转动；

其中，所述四叶曲面反射镜包括基圆和四个反射曲面，四个所述反射曲面为所述基圆的渐开线的外曲面，且四个所述反射曲面沿所述基圆的圆周方向等间距固定在所述基圆的外表面上。

2.根据权利要求1所述高速光程扫描装置，其特征在于，所述旋转电机的输出轴与所述基圆同轴连接。

3.根据权利要求1所述高速光程扫描装置，其特征在于，所述反射曲面的厚度略大于入射光斑的直径。

4.根据权利要求1所述高速光程扫描装置，其特征在于，所述壳体包括：底板和外壳，所述外壳为底部开口结构，且所述外壳的开口端安装在所述底板上，并与所述底板之间形成安装腔，所述发射准直器、所述分光棱镜、所述四叶曲面反射镜、所述接收准直器、所述旋转电机均设于所述安装腔内。

5.根据权利要求4所述高速光程扫描装置，其特征在于，所述发射准直器通过第一支架安装在所述底板上。

6.根据权利要求5所述高速光程扫描装置，其特征在于，所述分光棱镜通过第二支架安装在所述底板上。

7.根据权利要求6所述高速光程扫描装置，其特征在于，所述接收准直器通过第三支架安装在所述底板上。

8.根据权利要求7所述高速光程扫描装置，其特征在于，所述旋转电机安装在所述底板上，且所述旋转电机的输出端朝上设置，并与所述四叶曲面反射镜传动连接。

9.根据权利要求8所述高速光程扫描装置，其特征在于，所述底板为矩形板体结构，所述底部的底部设有四个支腿，四个所述支腿分别位于所述底板的四个边角处，并呈矩形结构分布。