专利名称：一种连续调节激光相干长度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于激光技术领域，具体涉及是一种连续调节激光相干长度的方法和装置。
背景技术：
相干长度是衡量光源相干性能的物理量，定义为光源光能够实现相干的最大光程差。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，如相干光纤通讯、激光测距、激光雷达等领域，但是对一些精密测量技术，如高速、超高分辨率成像、精密检测等应用，高相干光源反而会因为多表面反射或透射产生各种光学噪声，降低测量精度。例如，在利用其检测双抛光透明平行平板面形时，将会出现三表面干涉现象，导致测量误差较大。因此具有良好光束特性的低相干光源成为这些测量系统的最佳光源。低相干光可以通过在超辐射发光二极管输出端加入特定带宽的带通滤光片，从而获得准单色光的白光光源来实现，但它们的光亮度有待进一步提高。飞秒激光器虽可产生高亮度、短相干长度的脉冲激光，但其体型巨大，且价格昂贵。另一方面，为了测量不同尺寸的微观物体表面形貌，则需要具有不同相干长度的高亮度光源。在相干和非相干测量应用中，要求对光源激光的相干长度进行有效调控。虽然通过调节激光腔腔长可以在一定程度上改变输出激光的相干长度，但是由于腔长调节范围有限，所以相干长度的调节范围也很小。现有技术中，光栅和棱镜组合曾被用于压缩激光线宽，例如申请号为200910052119.2的中国发明专利中提到了一种含光束整形与波长转动调谐的线宽压缩装置，通过调节第一个和最后一个棱镜而使光束入射到光栅上的角度发生变化，从而光栅选择不同的衍射波长输出，但这种装置目标是调节激光波长，而压缩后的激光线宽和相干长度是固定不变的。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明所要解决的技术问题是提出一种能够连续调节激光相干长度的方法和装置，以克服现有的相干长度调节装置调节范围小、不够稳定的缺点。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提出一种连续调节激光相干长度的方法，该方法提供激光谐振腔，使泵浦激光入射到在该激光谐振腔中，激光在激光谐振腔内多次往返振荡后输出，该方法还包括提供激光扩束/缩束装置和光栅，使激光通过激光扩束/缩束装置入射到所述光栅上，其中，该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数是连续可调的，且光栅的位置和角度也是连续可调的；连续调节该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数，同时相应地调节光栅的位置和角度，以保证激光在光栅的入射面的入射角不变，由此来调节所述输出激光的相干长度。根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置和光栅设置于所述激光谐振腔内。根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置和光栅设置于所述激光谐振腔外，从激光谐振腔出射的激光通过所述激光扩束/缩束装置和光栅后输出。根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置的有效色散为零。本发明还提出一种连续调节激光相干长度的装置，包括激光谐振腔，激光在激光谐振腔内多次往返振荡后输出，该装置还包括激光扩束/缩束装置和光栅，激光在输出之前通过该激光扩束/缩束装置和光栅，其中所述激光扩束/缩束装置对激光进行扩束或缩束，并使通过该激光扩束/缩束装置的激光入射到所述光栅上，该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数是连续可调的；所述光栅用于利用其衍射特性进行激光波长选择，且其位置和角度也是连续可调的，以保证激光在光栅的入射面的入射角不变。根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置的有效色散为零。根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置是由三个棱镜组成的棱镜组，棱镜组中的棱镜放置方式为“上-上-下”或者“下-下-上”，其中，“上”表示棱镜的顶角朝上，“下”表示棱镜的顶角朝下，所述顶角是指棱镜的三个角中最小的角。根据本发明的一种 优选实施方式，所述棱镜组中的每个棱镜均安装于棱镜转动平移台上，该棱镜转动平移台可在平行于激光光路的平面内转动和平动，通过转动棱镜转动平移台，可改变激光光束的扩束/缩束倍数；所述光栅安装于光栅转动平移台上，该光栅转动平移台可在平行于激光光路的平面内转动或平动，通过转动和平动光栅转动平移台，可以相应地调整光栅的激光入射角度，保证经棱镜组出射的激光束始终以相同的入射角入射到该光栅上。根据本发明的一种优选实施方式，所述光栅是Littoow自准直结构放置的闪耀光栅，或者是Littman-Metcalf掠入射结构放置的闪耀光栅。根据本发明的一种优选实施方式，所述光栅是其偏离Littoow自准直结构的角度不大于10度的闪耀光栅。(三)有益效果本发明采用棱镜组与光栅结合的装置，通过转动各棱镜的角度改变激光的扩束/缩束倍数，并相应调整光栅位置及其角度，由此连续调节激光相干长度，因此本发明具有结构紧凑、性能稳定、简单实用的特点，能够很好地应用于干涉测量等应用领域。
图1为本发明的连续调节激光相干长度的装置的第一实施例的结构示意图；图2为本发明的连续调节激光相干长度的装置的第二实施例的结构示意图；图3为本发明的连续调节激光相干长度的装置的第三实施例的结构示意图；图4为本发明的连续调节激光相干长度的装置的第四实施例的结构示意图。
具体实施例方式本发明的装置提供一个激光谐振腔，使泵浦激光入射到在该激光谐振腔中，激光在激光谐振腔内多次往返振荡后输出。根据本发明的一种实施方式，在所述激光谐振腔中设置激光扩束/缩束装置和光栅，使通过激光扩束/缩束装置的激光入射到光栅上，其中，该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数是连续可调的，且光栅的位置和角度也是连续可调的；连续调节该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数，同时相应地调节光栅的位置和角度，以保证激光在光栅的入射面的入射角不变，由此来调节所述输出激光的相干长度。根据本发明的另一种实施方式，在所述激光谐振腔外设置激光扩束/缩束装置和光栅，使从激光谐振腔出射的激光通过所述激光扩束/缩束装置和光栅后输出，其中，该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数是连续可调的，且光栅的位置和角度也是连续可调的；连续调节该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数，同时相应地调节光栅的位置和角度，以保证激光在光栅的入射面的入射角不变，由此来调节所述输出激光的相干长度。进一步来说，根据本发明的优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置是由三个棱镜组成的棱镜组。并且，所述棱镜组中的每个棱镜均安装于一棱镜转动平移台上，该棱镜转动平移台可在平行于激光光路的平面内转动和平动。通过转动棱镜转动平移台，可改变激光光束的扩束/缩束倍数。同时，所述光栅安装于一光栅转动平移台上，同样，该光栅转动平移台既可在平行于激光光路的平面内转动，也可在平行于激光光路的平面内平动。通过转动和平动光栅转动平移台，可以相应地调整光栅的激光入射角度，保证经棱镜组出射的激光束始终以相同的入射角入射到光栅上。下面对本发明的原理进行说明。利用光学元件的自身特点和基本光学原理知识分析，激光扩束/缩束装置主要用于对激光进行扩束或缩束，同时对通过该激光扩束/缩束装置的激光的发散角进行连续调节。光栅作为典型的衍射光学元件，利用它的衍射特性可实现有效的波长选择。在激光的输出光路加入棱镜组和光栅后，激光相干长度一般表达式为
权利要求
1.一种连续调节激光相干长度的方法，该方法提供激光谐振腔，使泵浦激光入射到在该激光谐振腔中，激光在激光谐振腔内多次往返振荡后输出，其特征在于，该方法还包括提供激光扩束/缩束装置和光栅，使激光通过激光扩束/缩束装置入射到所述光栅上， 其中，该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数是连续可调的，且光栅的位置和角度也是连续可调的；连续调节该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数，同时相应地调节光栅的位置和角度，以保证激光在光栅的入射面的入射角不变，由此来调节所述输出激光的相干长度。
2.如权利要求1所述的连续调节激光相干长度的方法，其特征在于，所述激光扩束/缩束装置和光栅设置于所述激光谐振腔内。
3.如权利要求1所述的连续调节激光相干长度的方法，其特征在于，所述激光扩束/缩束装置和光栅设置于所述激光谐振腔外，从激光谐振腔出射的激光通过所述激光扩束/缩束装置和光栅后输出。
4.如权利要求1-3中任一项所述的连续调节激光相干长度的方法，其特征在于，所述激光扩束/缩束装置的有效色散为零。
5.一种连续调节激光相干长度的装置，包括激光谐振腔，激光在激光谐振腔内多次往返振荡后输出，其特征在于，该装置还包括激光扩束/缩束装置和光栅，激光在输出之前通过该激光扩束/缩束装置和光栅，其中所述激光扩束/缩束装置对激光进行扩束或缩束，并使通过该激光扩束/缩束装置的激光入射到所述光栅上，该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数是连续可调的；所述光栅用于利用其衍射特性进行激光波长选择，且其位置和角度也是连续可调的， 以保证激光在光栅的入射面的入射角不变。
6.如权利要求5所述的连续调节激光相干长度的装置，其特征在于，所述激光扩束/缩束装置的有效色散为零。
7.如权利要求6所述的连续调节激光相干长度的装置，其特征在于，所述激光扩束 /缩束装置是由三个棱镜组成的棱镜组，棱镜组中的棱镜放置方式为“上-上-下”或者 “下-下-上”，其中，“上”表示棱镜的顶角朝上，“下”表示棱镜的顶角朝下，所述顶角是指棱镜的三个角中最小的角。
8.如权利要求7所述的连续调节激光相干长度的装置，其特征在于，所述棱镜组中的每个棱镜均安装于棱镜转动平移台上，该棱镜转动平移台可在平行于激光光路的平面内转动和平动，通过转动棱镜转动平移台，可改变激光光束的扩束/缩束倍数；所述光栅安装于光栅转动平移台上，该光栅转动平移台可在平行于激光光路的平面内转动或平动，通过转动和平动光栅转动平移台，可以相应地调整光栅的激光入射角度，保证经棱镜组出射的激光束始终以相同的入射角入射到该光栅上。
9.如权利要求5-8中任一项所述的连续调节激光相干长度的装置，其特征在于，所述光栅是Littrow自准直结构放置的闪耀光栅,或者是Littman-Metcalf掠入射结构放置的闪耀光栅。
10.如权利要求5-8中任一项所述的连续调节激光相干长度的装置，其特征在于，所述光栅是其偏离LittiOW自准直结构的角度不大于10度的闪耀光栅。
全文摘要
本发明属于激光技术领域，具体涉及一种连续调节激光相干长度的方法和装置，其中方法包括提供一个激光谐振腔，泵浦激光入射到该激光谐振腔中，激光在激光谐振腔内多次往返振荡后输出；在激光谐振腔内部或外部提供激光扩束/缩束装置和光栅，使激光通过激光扩束/缩束装置入射到所述光栅上，连续调节该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数，同时相应地调节光栅的位置和角度，以保证激光在光栅的入射面的入射角不变，由此来调节所述输出激光的相干长度。本发明具有结构紧凑、性能稳定、简单实用的优点，能够很好地应用于干涉测量等应用领域。
文档编号H01S3/106GK103036143SQ20121055204
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者周翊, 范元媛, 宋兴亮, 王倩, 翟晔, 鲍洋, 崔惠绒, 王宇 申请人:中国科学院光电研究院