一种基于光谱色散原理调节激光相干长度的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种基于光谱色散原理调节激光相干长度的方法和装置。
【背景技术】
[0002]相干长度是针对光源的时间相干性定义的，它是衡量光源时间相干性能的物理量，定义为光源光能够实现相干的最大光程差；光源的时间相干性又体现为其单色性，具体数值指标为谱线宽度(简称线宽)。可见，激光相干长度(L。)与激光线宽(Λ λ)是两个紧密联系的物理量，二者近似满足下式丄。~ λ 2/Λ λ。于是，调节激光相干长度也即反比例的调节激光线宽。
[0003]自1960年美国科学家Τ.H.Maiman使用红宝石晶体实现了世界上第一台激光器以来，激光以其良好的相干性被广泛应用于各种光学测量技术中，如被人们熟知的相干光纤通讯、激光雷达、量子频标、全息摄影等领域。另一方面，宽谱、低相干的高亮度光源也有很大的应用空间，如相干层析、彩虹测量、微小物体扫描等精密测量技术应用。
[0004]通常使用的激光器，其相干长度是固定不变的，若采用某些措施实现激光相干长度的连续调节，可极大地扩展其应用范围，提高测量精度并方便装调。以高精度面型检测为例，利用点衍射干涉仪进行反射元件面型的误差检测时，在粗调阶段增大光源相干长度(如?cm量级)，便于等光程位置的粗略确定；在精调阶段减小光源相干长度(如?_量级)，便于更精确地确定等光程位置，减小环境因素以及光源频率稳定性对测量结果的影响，消除相干噪声，提高测量精度。
[0005]现有的调节激光相干长度的技术多是通过调整激光腔本身的参数(如:腔长、损耗等)从而实现输出激光相干长度的调节，属于腔内调节。例如:调节谐振腔腔长技术，这种技术是通过控制激光器腔内同时振荡的纵模数目从而调节激光的相干长度。这种方法在腔长拉伸过程中，易造成激光腔失谐，且腔长过长将导致系统体积过大。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]本发明旨在解决现有的调节激光相干长度的技术易造成激光腔失谐和系统体积过大的问题。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]为解决上述技术问题，本发明提出一种调节激光相干长度的装置，包括激光光源单元、光谱色散单元和光谱控制单元，其中，所述激光光源单元发出的激光入射到光谱色散单元；所述光谱色散单元对所述激光进行色散分光后使之入射到所述光谱控制单元；所述光谱控制单元用于调节所述色散分光后的激光的光谱成分，从而控制输出激光的相干长度。
[0010]根据本发明的【具体实施方式】，所述装置还包括光谱检测单元，其用于测量经调节光谱成分后的输出激光的相干长度。
[0011]根据本发明的【具体实施方式】，所述光谱色散单元包括光栅、棱镜、F-P标准具。
[0012]根据本发明的【具体实施方式】，所述光谱控制单元是光束聚焦元件与狭缝的组合，或者光束聚焦元件与光阑的组合。
[0013]根据本发明的【具体实施方式】，所述狭缝和光阑是固定通光尺寸的，或者可调节通光尺寸的。
[0014]本发明还提出一种调节激光相干长度的方法，包括如下步骤:使激光光源单元发出的激光入射到光谱色散单元；使用所述光谱色散单元对所述激光进行色散分光后使之入射到所述光谱控制单元；使用所述光谱控制单元调节所述色散分光后的激光的光谱成分，从而控制输出激光的相干长度。
[0015]根据本发明的【具体实施方式】，该方法还包括使用光谱检测单元测量经调节光谱成分后的输出激光的相干长度的步骤。
[0016]根据本发明的【具体实施方式】，所述光谱色散单元包括光栅、棱镜、F-P标准具。
[0017]根据本发明的【具体实施方式】，所述光谱控制单元是光束聚焦元件与狭缝的组合，或者光束聚焦元件与光阑的组合。
[0018]根据本发明的【具体实施方式】，所述狭缝和光阑是固定通光尺寸的，或者可调节通光尺寸的。
[0019](三)有益效果
[0020]本发明利用光谱色散原理调节激光相干长度，一切调控均在激光腔外进行，操作简单方便，对激光系统本身稳定性等不会产生影响，操作简单、方便、可靠性高，能够很好地应用于各种干涉测量等相关领域。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的基于光谱色散原理调节激光相干长度的装置的光路结构原理图；
[0022]图2是本发明的基于光谱色散原理调节激光相干长度的装置的第一实施例的光路不意图；
[0023]图3是本发明的基于光谱色散原理调节激光相干长度的装置的第二实施例的光路不意图。
【具体实施方式】
[0024]图1是本发明的基于光谱色散原理调节激光相干长度的装置的光路结构原理图。如图1所示，所述装置包括激光光源单元1、光谱色散单元2、光谱控制单元3。
[0025]其中，由激光光源单元I发出的激光SI入射到光谱色散单元2，经其色散分光后，再入射到光谱控制单元3。光谱控制单元3可以调节色散分光后输出激光的光谱成分，从而控制输出激光的相干长度。
[0026]所述装置还可以包括光谱检测单元4，经调节后的激光S2作为输出激光，进入光谱检测单元4以测量其相干长度。
[0027]所述的激光光源单元I可以包括任意波长的激光光源，也可以包括脉冲激光或连续激光光源。所述的光谱色散单元2可以包括光栅、棱镜、F-P标准具等或它们的各种组合。所述的光谱控制单元3可以是各种光束聚焦元件与狭缝、光阑等的组合。所述的狭缝、光阑可以是固定通光尺寸的或者可调节通光尺寸的。所述的光谱检测单元4可以包括光谱仪、迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗干涉仪等光谱检测仪器。
[0028]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0029]图2是本发明的基于光谱色散原理调节激光相干长度的装置的第一实施例的光路示意图。如图2所示，该实施例的装置包括有:激光光源11、准直镜12、衍射光栅21、聚焦镜31、出射狭缝32、迈克尔逊干涉仪41。其中，激光光源11和准直镜12构成激光光源单元I，衍射光栅21为光谱色散元件，构成光谱色散单元2，聚焦镜31和出射狭缝32构成光谱控制单元3，迈克尔逊干涉仪41构成光谱检测单元4。
[0030]所述的激光源11发出的激光经准直镜12准直后以一定角度入射到衍射光栅21上。衍射光栅21会将入射激光进行色散分光，根据光栅方程(d(sin Θ iisin Θ o) =mA,m=0，±1，±2，…)，会形成很多衍射级次的出射激光，而各衍射级次(m# O)激光内都对应一系列不同出射角度的相应波长的激光。取能量较高的衍射分光级次，使之入射到聚焦透镜31，由于各入射波长激光都对应不同的入射角度，所以在聚焦透镜31焦平面处，各波长激光在空间上将分开排列。出射狭缝32的通光尺寸可以通过机械方式连续调节，置于聚焦透镜31的焦平面上，狭缝中心位于聚焦光斑的中心。通过调节出射狭缝32的大小即可控制输出激光的光谱成分多少，从而控制输出激光的线宽和相干长度。最后利用迈克尔逊干涉仪41测量调控后激光的相干长度。
[0031]所述的衍射光栅对相应光源的激光波段有较高的衍射效率。<