一种产生光学延迟线的串联摆动平行平面反射镜结构的制作方法

本发明涉及一种产生光学延迟线的串联摆动平行平面反射镜结构，属于光学材料分析领域。

背景技术：

随着医疗技术的不断发展，人类的生活质量、健康水平不断提高，光学相干层析成像这种全新的生物医学光学成像技术应运而生。光学延迟线是光学相干层析成像中的重要组成部分，它决定了整个系统的扫描速度、影响整个系统的信噪比和分辨率。是光学相干层析成像技术中的一个至关重要的决定因素。

目前常用的光学延迟线装置大多是利用步进电机驱动线性微位移平台上的光学反射镜产生，但是此类光学延迟线存在较长延迟时间，同事由于采用机械手段产生的延迟，不能实现快速扫描；也有利用电动驱动旋转立方体来改变光程，但它受表面形状的限制，存在扫描不均匀，线性度差，旋转过程中扫描范围不确定等不可克服的缺点。近几年来，随着光学技术的发展，利用回转螺旋面反射镜实现的全反射式周强性扫描装置被广泛的应用于产生光学延迟线，扫描频率和延迟时间较之前有了大大的提高。

本发明提出了一种新的产生光学延迟线的装置，具有无色散、重量轻、延迟量可灵活改变、延迟量大、扫描频率高、线性度和平稳性好等优点，可广泛应用于光信息处理系统和时间分辨光学系统中，尤其对光学相干层析成像技术的提升起到非常重要的作用。

技术实现要素：

本发明提供了一种新的产生光学延迟线的串联摆动平行平面反射镜结构，不仅在扫描频率上较之前的电动步进马达方法有了明显的提高，延迟时间也缩短至皮秒量级。

为了实现所述目的，本发明采用的技术方案是：

一种产生光学延迟线的串联摆动平行平面反射镜结构，包括：:激光器1、波片2、分光器件3、聚焦透镜4、CCD5、第一平行平面反射镜6、第二平行平面反射镜7、第一反射镜8、第三平行平面反射镜9、第四平行平面反射镜10、第二反射镜11、缺角直角棱镜12，其特征在于，

由所述激光器1发出激光束，在经过位于激光器1左侧的波片2之后变成具有不同偏振方向的激光束，再经过波片左侧的分光器件3，将激光束分为激光束A与激光束B，激光束A沿与激光光源发出的激光束相同的方向进行传输；

激光束B经过分光器件3之后沿竖直方向进入第一平行平面反射镜6，再反射至第二平行平面反射镜7，经过多次反射后出射，已发生延迟和位移后的激光束B进入串联平行平面反射镜装置中的第三平行平面反射镜9，反射至第四平行平面反射镜10，多次反射后，出射进入第一反射镜8，再经第二反射镜11反射进入缺角直角棱镜12，与激光束A经由聚焦透镜4汇合至CCD5中。

为了更为清晰的阐明本发明可产生的光学延迟线过程，特将理论推导明确如下：

如图1所示，激光束B垂直入射可电控平行平面摆动装置中的第一平行平面反射镜，而此时的可电控平行平面摆动装置以与水平方向夹角为θ置于光路中。定义第一平行平面反射镜、第二平行平面反射镜、第三平行平面反射镜和第四平行平面反射镜的长度为L；定义第一平行平面反射镜与第二平行平面反射镜之间的距离和第三平行平面反射镜与第四平行平面反射镜之间的距离相等为d；定义第一平行平面反射镜与第二平行平面反射镜之间的错距和第三平行平面反射镜与第四平行平面反射镜之间的错距相等为D；定义光束在可电控第一组平行平面摆动装置中的反射次数为N1，第二组平行平面摆动装置中的反射次数为N2。

定义入射光线1入射到第一平行平面反射镜上的入射角为θ1，其反射角为θ2；定义入射光线1入射到第三平行平面反射镜上的入射角为θ3；其反射角为θ4；定义符号△为激光束B通过串联可电控平行平面摆动装置后产生的光程差；定义经过串联平行平面摆动装置后出射光线相对入射光纤所产生的位移差为x。

如图2所示，激光束B为入射光线1，经过第一平行平面反射镜反射，进入第二平行平面反射镜，在第一平行平面反射镜与第二平行平面反射镜多次反射后由第二平行平面反射镜反射出射，出射光线5同时也是入射光线2进入第三平行平面反射镜，经过多次反射后，由第四平行平面反射镜反射出射，出射光束8。

对于任意一个摆动角度θ，当满足后续的条件时，

根据光的反射定律有：

θ₁＝θ₂ (1)

再根据三角函数关系式，当激光束B通过平行平面反射镜1反射一次所产生的光程差为：

当激光束B通过平行平面反射镜2再反射一次所产生的光程差为：

……

当激光束B在可电控平行平面摆动装置中反射N1次后所产生的光程差为：

而同时，激光束B在经过第一组摆动平行平面反射装置时，单次反射后出射光线相对入射光线产生的位移差为：

X′₁＝dtanθ (5)

……

N1次反射后产生总的位移差为

x₁＝N₁dtanθ (6)

同理，当光束经过串联装置中第二组平行平面反射装置所产生的光程差为：

经过第二组平行平面反射装置所产生的位移差为

x₂＝N₂dtanθ (8)

特别地，对于该装置有如下规定：

可电控平行平面摆动装置摆动角度θ介于0°-90°之间；

反射次数N由可电控平行平面摆动装置中平行平面反射镜的长度L与两个平行平面反射镜之间的距离d决定。

且N为整数。

两组中两对平行平面反射镜沿水平方向上有一个D的错距。

0≤D≤dtanθ (10)

串联的两组平行平面反射镜的相对位置如图，关系互补；

因此采用本发明装置后，激光束B所产生的总的光程差为：

由于串联装置位置的特殊性，激光束B在经过整体装置后，所产生的位移量为0。

本发明的优点在于：

1)本发明具有无色散、重量轻、延迟量可灵活改变、延迟量大、扫描频率高、线性度和平稳性好等优点，可广泛应用于光信息处理系统和时间分辨光学系统中，尤其对光学相干层析成像技术的提升起到非常重要的作用。

2)本发明提供了一种新的产生光学延迟线的串联摆动平行平面反射镜结构，不仅在扫描频率上较之前的电动步进马达方法有了明显的提高，延迟时间也缩短至皮秒量级。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明平行平面反射镜结构的局部理论推导示意图；

图中：1:激光器、2：波片、3：分光器件、4：聚焦透镜、5：CCD、6：平行平面反射镜1、7：平行平面反射镜2、8：第一反射镜、9：平行平面反射镜3、10：平行平面反射镜4、11：第二反射镜、12：缺角直角棱镜；21：入射光线；22：第一平行平面反射镜、23：辅助参考线、24：第二平行平面反射镜、25：出射光线及入射光线、26：第三平行平面反射镜、27：第四平行平面反射镜、28：出射光线、29：法线及参考线。

具体实施方式

如图1所示的一种产生光学延迟线的串联摆动平行平面反射镜结构，包括：:激光器1、波片2、分光器件3、聚焦透镜4、CCD5、第一平行平面反射镜6、第二平行平面反射镜7、第一反射镜8、第三平行平面反射镜9、第四平行平面反射镜10、第二反射镜11、缺角直角棱镜12。

由所述激光器1发出激光束，在经过位于激光器1左侧的波片2之后变成具有不同偏振方向的激光束，此时经过波片左侧的分光器件3，将激光束分为激光束A与激光束B，激光束A沿与激光光源发出的激光束相同的方向进行传输；激光束B经过分光器件3之后沿竖直方向进入第一平行平面反射镜6，再反射至第二平行平面反射镜7，经过多次反射后出射，已发生延迟和位移后的激光束B进入串联平行平面反射镜装置中的第三平行平面反射镜9，反射至第四平行平面反射镜10，多次反射后，出射进入第一反射镜8，再经第二反射镜11反射进入缺角直角棱镜12，与激光束A经由聚焦透镜4汇合至CCD 5中。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。