专利名称：一种可调谐分光合光器及光学应用系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学技术领域，尤其涉及一种可调谐分光合光器及光学应用系统。
背景技术：
光纤超连续谱光源相当于一个宽带激光光源，可输出光谱带宽为几百到一千多纳米的强光，在光学相干成像、光谱学等方面具有重要的应用。在某些应用中，并不是光源的整个光谱范围都是需要的，需要的仅是全光谱中的一个波段，其余的光谱波段进入系统后会对其产生不利的影响，因此需要将这部分对系统产生不利影响的光谱波段消除；在另外一些应用中，输出光谱的不同波段成分具有不同的用途，因此需要一个可以将连续谱按光谱分成几部分的分光器，特别需要的是可以对输出光谱进行可调谐分光，以满足不同的使用需求。当前国际上最大的超连续谱光源生产商——NKT Photonics公司研制了一种光谱分割器，但其输出的两部分光谱是固定的，不可以实现可调谐分光，因此这样一台分光器难以满足可调谐分光的多用途应用。此外，在一些应用中需要将几个光谱波段的光合成一束，比如对超宽带超连续谱的需求中需要将几个超连续谱光源的光谱进行合光应用；有些光纤激光器中需要将泵浦光耦合到种子激光光路中实现种子激光的放大。当前不同波长激光的分光和合光是利用光波分复用器，光波分复用器主要采用拉锥和镀膜两种技术来制作。但是利用这两种技术研制的波分复用器都仅限于低功率激光的传输，而且复用和解复用的光谱带宽为几十纳米或几纳米，难以实现宽带复用和解复用，特别是其分光范围是固定的，同样难以实现多用途应用。
实用新型内容本实用新型实施例的目的在于提供一种可调谐分光合光器，旨在解决现有分光合光器未能实现可调谐分光合光的问题。本实用新型实施例是这样实现的，一种可调谐分光合光器，包括将宽带光谱分为按光谱分布的平行光的第一棱镜对，将所述平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改变各子光束光谱分布的分束组件以及将处于同一高度的子光束合为一束光输出的第二棱镜对。本实用新型实施例的另一目的在于提供光学应用系统，所述光学应用系统包括上述可调谐分光合光器。本实用新型实施例对色散后的带宽光谱进行调整使其成为平行光，将该平行光分成多束不同高度的子光束，使处于同一高度的子光束合为一束光输出，由分束组件调整各子光束的光谱分布，既实现了以入射光谱任意波长为界限的两个光谱波段的分光和合光， 又实现入射光谱中间波段与两侧波段的分光和合光，易于调谐。
图1是本实用新型实施例提供的可调谐分光合光器的俯视图；图2是本实用新型实施例提供的可调谐分光合光器的侧视图；图3是本实用新型实施例提供的一种分束组件的结构图；图4是本实用新型实施例提供的另一种分束组件的结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型实施例对色散后的带宽光谱进行调整使其成为平行光，将该平行光分成多束不同高度的子光束，使处于同一高度的子光束合为一束光输出，由分束组件调整各子光束的光谱分布，实现了以入射光谱任意波长为界限的两个光谱波段的分光和合光；又实现入射光谱中间波段与两侧波段的分光和合光，易于调谐。本实用新型实施例提供的可调谐分光合光器包括将宽带光谱分为按光谱分布的平行光的第一棱镜对，将所述平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改变各子光束光谱分布的分束组件以及将处于同一高度的子光束合为一束光输出的第二棱镜对。本实用新型实施例提供的光学应用系统包括上述可调谐分光合光器。以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细描述。如图1、2所示，本可调谐分光合光器包括将宽带光谱分为按光谱分布的平行光的第一棱镜对，将平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改变各子光束光谱分布的分束组件2以及将处于同一高度的子光束合为一束光输出的第二棱镜对。具体地，本可调谐分光合光器包括使宽带光谱成为发散光谱的第一三棱镜11、将该发散光谱转成平行光谱的第二三棱镜12、与第二三棱镜12对称放置的第三三棱镜13和与第一三棱镜11对称放置的第四三棱镜14。第一三棱镜11和第二三棱镜12组成第一棱镜对，第三三棱镜13和第四三棱镜14组成第二三棱镜对；第一棱镜对与第二棱镜对对称放置。第一三棱镜11、第二三棱镜12、第三三棱镜13和第四三棱镜14组成四棱镜系统。各三棱镜材料相同，优选高色散、低损耗材料，以利于提高系统分辨率。各三棱镜中对应顶角相等，以进行色散分光和光路可逆的光谱合光。通过设计三棱镜的顶角，使待分光的宽带平行光束以布儒斯特角投射至三棱镜表面，棱镜分光出射表面镀宽带光谱增透膜。本实用新型实施例中靠近准直系统31的两个棱镜即第一三棱镜11和第四三棱镜14大小相同，但尺寸较小，进行第一级分光或合光；中间两个棱镜即第二三棱镜12和第三三棱镜13大小相同，但尺寸较大，进行第二级分光或合光。分束组件2将按光谱分布的平行光分成多束不同高度的子光束，因而第三三棱镜13和第四三棱镜14较第一三棱镜11 和第二三棱镜12厚。此外，光纤及其准直系统31具有可选性，是否存在代表的是全光纤输入输出和自由空间输入输出。为便于说明，第三三棱镜13和第四三棱镜14均可分为上、下叠置的两个三棱镜，如第三三棱镜13可分为上、下叠置的两个三棱镜，第四三棱镜14可分为上、下叠置的两个三棱镜。[0021]通常，第一三棱镜11对宽带光谱进行色散分光，分束组件2接收由第二三棱镜12 输出的平行光，第三三棱镜13接收由分束组件2分成的多束子光束，第四三棱镜14将处于同一高度的子光束合束输出。如图3所示，分束组件2由一上层反射镜21和与该上层反射镜21平行的下层反射镜22构成；该下层反射镜22较小、可横向移动，上层反射镜21较大、一般固定放置。移动下层反射镜22，使上述平行光其中一侧波段的子光束41投射于下层反射镜22，该侧波段的子光束41由下层反射镜22反射至上层反射镜21，再由上层反射镜21反射至第三三棱镜13，该平行光另一侧波段的子光束42沿原方向传播至第三三棱镜13 ；经上层反射镜21 反射的子光束平行于沿原方向传播的子光束，只是高度不同而已。经上层反射镜21反射的子光束投射于第三三棱镜13的上部，而沿原方向传播的子光束投射于第三三棱镜13的下部。根据光路可逆原理，与第一棱镜对对称放置的第二棱镜对将经上层反射镜21反射的子光束合为一束光输出，由第二棱镜对将沿原方向传播的子光束合为另一束光输出，从而将上述平行光分成不同高度的两束光输出。只要调节下层反射镜22的位置，就可以实现以入射光谱任意波长为界限的两个光谱波段的分光，如果各光束反向传输就可以实现两束不同波段光的合光，实现可调谐分光和合光。接着横向移动下层反射镜22，使上述平行光中间波段的子光束投射于下层反射镜 22，该中间波段的子光束由下层反射镜22反射至上层反射镜21，再由上层反射镜21反射至第三三棱镜13，上述平行光两侧波段的子光束沿原方向传播至第三三棱镜13 ；经上层反射镜21反射的子光束平行于沿原方向传播的子光束，只是高度不同而已。经上层反射镜21反射的子光束投射于第三三棱镜13的上部，而沿原方向传播的子光束投射于第三三棱镜13 的下部。根据光路可逆原理，与第一棱镜对对称放置的第二棱镜对将经上层反射镜21反射的子光束合为一束光输出，由第二棱镜对将沿原方向传播的子光束合为另一束光输出，从而将上述平行光分成不同高度的两束光输出。只要调节下层反射镜22的位置，就可以实现入射光谱中间波段与两侧光谱波段的分光；如果各光束反向传输就可以实现两束不同波段光的合光，实现可调谐分光和合光。但中间波段的光谱范围不变。作为本实用新型的一个实施例，分束组件2由一上层反射镜21以及多个与该上层反射镜21平行的下层反射镜构成，各下层反射镜均可横向移动，相邻下层反射镜间设有宽度可调的狭缝。如图4所示，为便于说明，上述下层反射镜包括第一下层反射镜23和横向位置相对第一下层反射镜23移动的第二下层反射镜24，该第一下层反射镜23和第二下层反射镜 24间设宽度可变的狭缝25。首先使平行光中间波段的子光束沈穿过狭缝25沿原方向传播至第三三棱镜13 ；平行光两侧波段的子光束27分别投射至第一下层反射镜23和第二下层反射镜24，该两侧波段的子光束27分别由第一下层反射镜23和第二下层反射镜M反射至上层反射镜21，再由上层反射镜21反射至第三三棱镜13 ；经上层反射镜21反射的子光束平行于沿原方向传播的子光束。经上层反射镜21反射的两束子光束处于同一高度，由第二棱镜对合为一束光输出；穿过狭缝25沿原方向传播的子光束由第二棱镜对合为另一束光输出。只要调节第一下层反射镜23和/或第二下层反射镜M的位置，改变狭缝25的宽度，则可以实现入射光谱中间波段与两侧光谱波段的分光；如果各光束反向传输就可以实
5现两束不同波段光的合光，实现可调谐分光和合光。中间波段的光谱分布和光谱范围可调节变化。由此可知，下层反射镜和上层反射镜构成一可将部分平行光进行竖直位置拔高的拔高镜。因下层反射镜的位置可调整，实现可调谐的分光和合光。当然，上述反射镜均可用全反射棱镜代替。本实用新型实施例对色散后的带宽光谱进行调整使其成为平行光，将该平行光分成多束不同高度的子光束，使处于同一高度的子光束合为一束光输出，由分束组件调整各子光束的光谱分布，既实现了以入射光谱任意波长为界限的两个光谱波段的分光和合光， 又实现入射光谱中间波段与两侧波段的分光和合光，易于调谐。同时，宽带光谱以布儒斯特角入射于第一三棱镜，利于减小光损耗。此外，分束组件的上层反射镜和下层反射镜与水平面的夹角均为45°，便于横向调节上、下层反射镜。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种可调谐分光合光器，其特征在于，所述可调谐分光合光器包括将宽带光谱分为按光谱分布的平行光的第一棱镜对，将所述平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改变各子光束光谱分布的分束组件以及将处于同一高度的子光束合为一束光输出的第二棱镜对。
2.如权利要求1所述的可调谐分光合光器，其特征在于，所述第一棱镜对包括第一三棱镜和第二三棱镜，所述第一三棱镜对所述宽带光谱色散分光，所述分束组件接收由所述第二三棱镜输出的平行光；所述第二棱镜对包括第三三棱镜和第四三棱镜，所述第三三棱镜接收由所述分束组件分成的多束子光束，所述第四三棱镜将处于同一高度的子光束合为一束光输出；所述第一棱镜对与第二棱镜对对称放置。
3.如权利要求2所述的可调谐分光合光器，其特征在于，所述分束组件由一上层反射镜和与所述上层反射镜平行的下层反射镜构成，使所述平行光其中一侧波段的子光束投射于所述下层反射镜，该侧波段的子光束由所述下层反射镜反射至所述上层反射镜，再由所述上层反射镜反射至所述第三三棱镜；所述平行光另一侧波段的子光束沿原方向传播至第三三棱镜；经所述上层反射镜反射的子光束平行于沿原方向传播的子光束。
4.如权利要求2所述的可调谐分光合光器，其特征在于，所述分束组件由一上层反射镜和与所述上层反射镜平行的下层反射镜构成，使所述平行光中间波段的子光束投射至所述下层反射镜，该中间波段的子光束由所述下层反射镜反射至所述上层反射镜，再由所述上层反射镜反射至所述第三三棱镜，所述平行光两侧波段的子光束沿原方向传播至所述第三三棱镜；经所述上层反射镜反射的子光束平行于沿原方向传播的子光束。
5.如权利要求1或2所述的可调谐分光合光器，其特征在于，所述分束组件由一上层反射镜以及多个与所述上层反射镜平行的下层反射镜构成，相邻下层反射镜间设宽度可调的狭缝。
6.如权利要求5所述的可调谐分光合光器，其特征在于，所述下层反射镜包括第一下层反射镜和相对所述第一下层反射镜横向移动的第二下层反射镜，所述第一下层反射镜与第二下层反射镜间设宽度可变的狭缝；使所述平行光中间波段的子光束穿过所述狭缝沿原方向传播至所述第三三棱镜；所述平行光两侧波段的子光束分别投射至所述第一下层反射镜和第二下层反射镜，该两侧波段的子光束分别由所述第一下层反射镜和第二下层反射镜反射至所述上层反射镜，再由所述上层反射镜反射至所述第三三棱镜；经所述上层反射镜反射的子光束平行于沿原方向传播的子光束。
7.如权利要求2、3、4或6所述的可调谐分光合光器，其特征在于，所述宽带光谱以布儒斯特角入射于所述第一三棱镜。
8.如权利要求3、4或6所述的可调谐分光合光器，其特征在于，所述上层反射镜和下层反射镜与水平面的夹角均为45°。
9.如权利要求2、3、4或6所述的可调谐分光合光器，其特征在于，所述第三三棱镜和第四三棱镜均由上、下叠置的两个三棱镜构成。
10.一种光学应用系统，其特征在于，所述光学应用系统包括如权利要求1 9中任一项所述的可调谐分光合光器。
专利摘要本实用新型适用于光学技术领域，提供了一种可调谐分光合光器及光学应用系统，所述可调谐分光合光器包括将宽带光谱分为按光谱分布的平行光的第一棱镜对，将所述平行光分成多束不同高度的子光束、且用于改变各子光束光谱分布的分束组件以及将处于同一高度的子光束合为一束光输出的第二棱镜对。本实用新型对色散后的带宽光谱进行调整使其成为平行光，将该平行光分成多束不同高度的子光束，使处于同一高度的子光束合为一束光输出，由分束组件调整各子光束的光谱分布，既实现了以入射光谱任意波长为界限的两个光谱波段的分光和合光，又实现入射光谱中间波段与两侧波段的分光和合光，易于调谐。
文档编号G02B17/06GK202093251SQ201120028608
公开日2011年12月28日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者潘尔明, 郭春雨, 闫培光, 阮双琛, 陈祖聪 申请人:深圳大学, 郭春雨, 阮双琛