一种数字式主动相位锁定、扫描干涉仪及光束干涉方法

本发明涉及光学，更具体地，涉及一种数字式主动相位锁定、扫描干涉仪及光束干涉方法。

背景技术：

1、激光束相干合成在大功率激光输出，超短脉冲产生，傅里叶光谱检测，超快二维相干光谱等技术邻域具有重要的应用前景。参照图2所示，在光束相干合成的过程中，由于环境因素，如温度，抖动等的影响，会导致光束合成相位出现漂移而不稳定。因此必须要进行光学相位锁定(简称锁相)。锁相是使被控振动器的相位受标准信号和外来信号控制的一种技术，用来实现与外来信号相位同步，或跟踪外来信号的频率或相位。锁相含义是表示两个信号的之间的相位同步。通过对各光束的相位进行调节，是光束间的相位差恒定且晃动达到最小，实现最好的效果。

2、现有技术中，光束相干合成的相位锁定主要是基于mach-zehnder干涉光路的搭建并通过实时反馈实现长时间的相位稳定。其基本原理为：以一个光电探测器探测由干涉仪输出的连续激光信号作为误差信号输入给一个高速伺服控制器(即反馈电路系统)，再将其输出的相应的反馈信号经过电压放大后驱动一个压电促动器，该压电促动器控制着干涉仪其中一臂中的一个反射镜作出相应的位移以补偿干涉仪两臂间相对光程差的晃动，使最终得到的误差信号被稳定在一个预先设定好的锁定值附近。反馈电路系统会分析误差信号的大小和方向，并根据设定的锁定值生成相应的反馈信号。该反馈信号经过电压放大后驱动压电促动器，使其施加力或压力来控制干涉仪中的反射镜的位置，以实现对相对光程差的稳定控制。通过不断的反馈和调整，相位锁定系统能够将干涉仪两臂间的相对光程差保持在一个固定的值附近，从而实现光束的稳定合成。

3、当前，相位锁定主要是通过模拟电路实现，而相位扫描是基于高精度的机械位移台。这使得相位扫描系统反应较慢，易受干扰且价格昂贵。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种数字式主动相位锁定、扫描干涉仪及合成方法，能够对光干涉过程中的两束光的相位进行控制和锁定，并且实现了对光程的波长量级的扫描改变。

2、第一方面，本发明提供一种数字式主动相位锁定、扫描干涉仪，包括：基座和设置于所述基座上的激光器、第一分束镜、第二分束镜、光电探测器、示波器和数字处理模块；

3、所述基座上形成的光线路径包括第一光路和第二光路；

4、所述第一分束镜位于所述激光器发出光束的一侧，且位于所述第一光路和所述第二光路的起点处；沿所述第一光路，设有相位调节组件；沿所述第二光路，依次设有扫描组件和主动锁相组件；所述第一光路和所述第二光路的终点处设置所述第二分束镜；所述第一光路和所述第二光路的光束经所述第二分束镜后合并，并发射至所述光电探测器；

5、所述示波器与所述光电探测器、所述扫描组件和所述主动锁相组件均电连接；

6、所述数字处理模块与所述光电探测器、所述扫描组件和所述主动锁相组件均电连接。

7、在一种可能的实现方式中，所述基座包括相交的第一方向和第二方向，所述激光器发出的光束与所述第一方向平行；

8、所述激光器和所述第一分束镜之间设有第一反射镜，且所述第一反射镜的反射面与所述第一方向和/或所述第二方向呈45v夹角。

9、在一种可能的实现方式中，所述相位调节组件包括：位移台和设置于所述位移台上的第二反射镜和第三反射镜；

10、所述第二反射镜的反射面和所述第三反射镜的反射面相对设置，且与所述第一方向和/或所述第二方向呈45°夹角；

11、所述位移台用于带动所述第二反射镜和所述第三反射镜沿所述第一方向移动。

12、在一种可能的实现方式中，所述第三反射镜和所述第二分束镜之间设有第四反射镜，所述第四反射镜的反射面与所述第三反射镜的反射面相平行。

13、在一种可能的实现方式中，所述第一分束镜和所述第二分束镜相平行，且与所述第一方向和/或所述第二方向呈45°夹角；

14、所述第一分束镜和所述第二分束镜的反射与透射的分光比为50：50。

15、在一种可能的实现方式中，所述扫描组件包括第五反射镜、第六反射镜、第一压电陶瓷促动片和电路扫描系统；

16、所述第五反射镜的反射面和所述第六反射镜的反射面相平行，且所述第二光路的光束与所述第五反射镜的反射面呈75°入射角；

17、所述第一压电陶瓷促动片设置于所述第五反射镜的背部，并与所述电路扫描系统电连接；

18、所述电路扫描系统还与所述示波器电连接。

19、在一种可能的实现方式中，所述扫描组件与所述主动锁相组件之间设有第七反射镜、第八反射镜和第一滤光片；

20、所述第七反射镜的反射面和所述第八反射镜的反射面相对设置，且与所述第一方向和/或所述第二方向呈45°夹角；

21、所述第一滤光片的进光面与所述第一方向相平行。

22、在一种可能的实现方式中，所述主动锁相组件包括第九反射镜、第二压电陶瓷促动片和电路反馈系统；

23、所述第九反射镜的反射面与所述第一方向和/或所述第二方向呈45°

24、夹角；

25、所述第二压电陶瓷促动片设置于所述第九反射镜的背部，并与所述电路反馈系统电连接；

26、所述电路反馈系统还与所述示波器电连接。

27、在一种可能的实现方式中，所述第二分束镜与所述光电探测器之间设有小孔光阑和第二滤光片；

28、所述小孔光阑的进光面和所述第二滤光片的进光面均与所述第一方向相平行。

29、第二方面，本发明提供一种光束干涉方法，使用如第一方面所述的数字式主动相位锁定、扫描干涉仪，包括：

30、激光器发出的光束，到达第一分束镜；

31、所述第一分束镜将光束反射和透射为第一光束和第二光束；

32、所述第一光束沿第一光路到达相位调节组件，经所述相位调节组件改变光程后的所述第一光束，进入第二分束镜中；

33、所述第二光束沿第二光路到达扫描组件，所述扫描组件根据数字处理模块输出的扫描参数动作，经所述扫描组件扫描后的所述第二光束到达主动锁相组件，所述主动锁相组件根据所述数字处理模块输出的锁相参数动作，经所述主动锁相组件锁相后的所述第二光束，进入所述第二分束镜中；

34、经调相后的所述第一光束，与经扫描和锁相的所述第二光束在所述第二分束镜中合并，并进行干涉；

35、所述第一光束和所述第二光束的干涉光，到达光电探测器；

36、所述光电探测器将获取的干涉信号传输给示波器和所述主动锁相组件；

37、所述主动锁相组件根据干涉信号，对所述第二光束进行锁相修正，直到所述第一光束和所述第二光束的相对光程差满足预设值。

38、与现有技术相比，本发明提供的，至少实现了如下的有益效果：

39、在本发明所提供的实施例中，通过设置干涉光线的光线路径，尤其是在其中设置相位调节组件和扫描组件，实现了干涉光线的光程调节范围广、精度大、速度快，且价格低廉。还通过设置主动锁相组件，提高了干涉信号的稳定性。

40、当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

41、通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。