专利名称：偏振激光波长计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种波长计，特别是一种偏振激光波长计。
背景技术：
激光波长/频率测量仪器即波长计，可用来测量调谐激光器的输出波长值，或者用于测量未知激光的波长值，在光频标研究领域有着重要的作用。现有的激光波长测量系统中，占主流的主要是迈克尔逊干涉仪型波长计，该类型的波长计虽然具有精度高的特点，但对运动部件的行程要求较高，如要达到IO^量级的精度，对于633nm波长来说，运动部件的行程应大约在15毫米，这样测量系统易受机械震动的影响，不宜在环境复杂的工作场所运用。
费索激光干涉仪波长计也是常用的激光波长测量系统，中国发明专利公开号为CN1077530A的专利公开的费索激光波长计，其测量精度可达到,可该发明的光学系统需要耦合技术较多的光学元件，光学调谐和光路对准的难度较高。中国发明专利公开号为CN102155997A的专利公开的光纤型激光波长计利用Fe透明空心阴极灯的光电偶效应校准波长的精度可达O. Olpm,该波长测量装置使用光栅单色仪、高灵敏度CCD光接收器、波长校准装置和波长精测装置等，结构相对复杂，成本高。

发明内容
本发明的目的在于提供一种偏振激光波长计，该波长计结构简单，能便捷、精确地测量激光波长，对于运动部件微米级行程的位移量，其测量精度可达到10_6。本发明解决技术问题所采取的技术方案
本发明由被测激光源、第一机械光学快门、标准激光器、第二机械光学快门、第一激光偏振干涉仪镜组、第二激光偏振干涉仪镜组、压电陶瓷、相位计、偏振计、滤波整形电路、相移信号发生器、PLL锁相回路和PC机组成，上述各部分的连接关系如下
参考激光和被测激光分别通过第一机械快门和第二机械快门入射至第一激光偏振干涉仪镜组和第二激光偏振干涉仪镜组，参考激光和第一激光偏振干涉仪镜组、被测激光和第二激光偏振干涉仪镜组分别构成各自的激光偏振干涉仪，激光偏振干涉仪测量固定于压电陶瓷上的移动镜的位移并输出线性偏振激光束；激光偏振干涉仪输出的线性偏振激光束被发送至偏振计，偏振计内的光电接收器将该线性偏振激光束转化为电信号，该电信号与偏振计的电机脉冲输出信号同步，这两个信号经过滤波整形电路后成为同频率的TTL信号，这两个TTL信号发送至相位计测量相位，该相位计与PC机通过GPIB线连接，PC机实时读取相位测量值，同时通过计算已知波长的参考光束与未知波长的被测光束的相位差比值，得出被测激光的波长值；相移信号发生器、PLL锁相回路和压电陶瓷构成压电陶瓷伺服回路，使压电陶瓷在闭环状态下，按量化的步距值被一步一步推进。本发明的有益效果在于
I.本发明的运动部件一压电陶瓷处于闭环工作状态，有效地减小了环境机械振动对测量结果的影响，可用于工作环境较为复杂的场所。2.本发明的波长计结构简单、体积小，所用的偏振干涉仪光路设置简洁，光学调节和光路对准操作简单。3.本发明的波长测量精度可达104 ,所需的运动部件的位移行程为微米级，而同样量级精度的迈克尔逊干涉型波长计所需的位移行程为厘米级，运动部件行程的缩减有效地减小了环境温度、波长漂移、空气折射率对测量精度的影响。


图I为本发明的系统框 图2为本发明中激光偏振干涉仪光路 图3为本发明中滤波整形电路原理框图； 图4为本发明中PLL锁相回路原理框图。
具体实施例方式以下结合附图进一步说明本发明。如图I所示，带有第一机械光学快门Γ的标准激光源I和带有第二机械光学快门iT的被测激光源2输出的激光束入射至偏振干涉仪镜组3。第一机械快门和第二机械快门均为光学机械快门，用于确保在一定时间范围内只有参考激光束和被测激光束的其中一束光束进入偏振激光干涉仪。参考激光源I和偏振干涉仪镜组3、被测激光源2和偏振干涉仪镜组3分别组成各自的激光偏振干涉仪，偏振干涉仪镜组3为共用部分。激光偏振干涉仪测量固定于压电陶瓷9上的移动镜3-7的位移并输出线性偏振激光束；激光偏振干涉仪输出的线性偏振激光束被发送至偏振计4，偏振计内的光电接收器将该线性偏振激光束转化为电信号，该电信号与偏振计的电机脉冲输出信号同步，这两个信号经过滤波整形电路5后成为同频率的TTL信号，这两个TTL信号发送至相位计6测量相位，该相位计与PC机通过GPIB线连接，PC机上开发的Labview程序实时读取相位测量值，同时通过计算已知波长的参考光束与未知波长的被测光束的相位差比值，得出被测激光的波长值。相移信号发生器7、PLL锁相回路8和压电陶瓷9构成压电陶瓷伺服回路，使压电陶瓷在闭环状态下，按量化的步距值被一步一步推进。本发明偏振波长计的一个显著特点就是利用了激光偏振干涉仪。光路如图2所不。由参考光源构成的激光偏振干涉仪的光路为参考光源I输出一线性偏振激光束光，
该线性偏振光依次入射到第一偏振片3-1和第一 y玻片3-2,第一偏振片3-1和第一 y玻
片3-2组合调整的作用是使线性偏振激光束对光轴的偏转角调整为45°，其目的是经偏振分光镜3-4后能得到俩等光强的光束。然后，该偏振角为45°的线性偏振激光束经分光镜3-3后有50%光强的光束入射至偏振分光镜3-4的分光面上,偏振分光镜3-4的分光面将45°角偏振光分别成两束偏振光，分别为偏振方向平行于纸面的光束一和偏振方向垂直于
纸面的光束二。光束一经依次入射到第一 I玻片3-5、第一平面镜3-6和置于压电陶瓷9上的立方反射镜3-7，在立方反射镜3-7发生反射后再次入射至第一平面镜3-6和第一 *玻片3-5，然后变成振动方向垂直于纸面的激光束再次入射至偏振分光镜3-4的分光面处，经偏振分光镜3-4的分光面投射后入射至第二 #玻片3-14，此时激光束的偏振态变成为左旋
4
圆偏振光。同时光束二经依次入射到第三 玻片3-10、第三平面镜3-19、第二平面镜3-8
和置于压电陶瓷9上的立方反射镜3-7，在立方反射镜3-7发生反射后再次入射至第二平
面镜3-8、第三平面镜3-9和第三f玻片3-10，然后变成振动方向平行于纸面的激光束再次
4
入射至偏振分光镜3-4的分光面处,经偏振分光镜3-4的分光面反射后入射至第二了 玻片
4
3-14,此时激光束的偏振态变成为右旋圆偏振光。最后,左旋圆偏振光光束一和右旋圆偏振光光束二混合成一线性偏振光入射至偏振计4。由被测光源构成的激光偏振干涉仪的光路为被测光源2输出一线性偏振激光束光，该线性偏振光依次入射到第四平面镜3-13、第二偏振片3-12和第二*玻片3-11，第二
偏振片3-12和第二 I玻片3-11的组合调整作用是使线性偏振激光束对光轴的偏转角调整
为45°，其目的是经偏振分光镜3-4后能得到俩等光强的光束。然后，该偏振角为45°的线性偏振激光束经分光镜3-3后有50%光强的光束入射至偏振分光镜3-4的分光面上,经分光镜3-4的光路与参考光源构成的激光偏振干涉仪的光路完全相同。最后，被测激光束经偏振干涉仪后也成为线性偏振光入射至偏振计4。本发明使用的偏振计4为玻片机械旋转式偏振计，由电机带动旋转的*玻片、线
性偏振片和光电探测器组成。对由光电探测器测得的偏振干涉仪输出激光束的光强信号进行傅里叶分析，得到四次谐波分量的相移信号与压电陶瓷的位移量和激光波长有关。其理论分析推导过程如下
偏振干涉仪出射光的左旋圆偏振光光束一和右旋圆偏振光光束二的光场分量
分别为
⑴
⑵
也就是说，光束一和光束二的相位差为土 _，相位差的值取决于压电陶瓷9的位移量值及方向。偏振计4混合这两束圆偏振光，得到线偏振光
权利要求
1.偏振激光波长计，其特征在于该波长计由被测激光源、第一机械光学快门、标准激光器、第二机械光学快门、第一激光偏振干涉仪镜组、第二激光偏振干涉仪镜组、压电陶瓷、相位计、偏振计、滤波整形电路、相移信号发生器、PLL锁相回路和PC机组成，上述各部分的连接关系如下 参考激光和被测激光分别通过第一机械快门和第二机械快门入射至第一激光偏振干涉仪镜组和第二激光偏振干涉仪镜组，参考激光和第一激光偏振干涉仪镜组、被测激光和第二激光偏振干涉仪镜组分别构成各自的激光偏振干涉仪，激光偏振干涉仪测量固定于压电陶瓷上的移动镜的位移并输出线性偏振激光束；激光偏振干涉仪输出的线性偏振激光束被发送至偏振计，偏振计内的光电接收器将该线性偏振激光束转化为电信号，该电信号与偏振计的电机脉冲输出信号同步，这两个信号经过滤波整形电路后成为同频率的TTL信号，这两个TTL信号发送至相位计测量相位，该相位计与PC机通过GPIB线连接，PC机实时读取相位测量值，同时通过计算已知波长的参考光束与未知波长的被测光束的相位差比值，得出被测激光的波长值；相移信号发生器、PLL锁相回路和压电陶瓷构成压电陶瓷伺服回路，使压电陶瓷在闭环状态下，按量化的步距值被一步一步推进。
2.根据权利要求I所述的偏振激光波长计，其特征在于所述的第一激光偏振干涉仪镜组由第一偏振片、第一 j玻片、分光镜、偏振分光镜、第一 j玻片、第一平面镜、立方反射镜、第二平面镜、第三平面镜、第二#玻片、第三4玻片组成。
44
3.根据权利要求I所述的偏振激光波长计，其特征在于所述的第二激光偏振干涉仪镜组由第四平面镜、第二偏振片、第二 τ玻片、分光镜、偏振分光镜、第一 j玻片、第一平面镜、立方反射镜、第二平面镜、第三平面镜、第二 j玻片、第三I玻片组成。
4.根据权利要求I所述的偏振激光波长计，其特征在于所述的第一机械快门或第二机械快门为光学机械快门，用于确保在一定时间范围内只有参考激光束和被测激光束的其中一束光束进入激光偏振干涉仪。
5.根据权利要求I所述的偏振激光波长计，其特征在于所述的偏振计为商用偏振计，由电机带动旋转的I玻片、线性偏振片和光电探测器组成；由光电探测器测得激光偏振干涉仪输出激光束的光强信号，该光强信号经傅里叶分析后，其四次谐波分量的相移信号与压电陶瓷的位移量和激光波长有关。
6.根据权利要求I所述的偏振激光波长计，其特征在于所述的滤波整形电路包括高阶滤波、分频和波形转换三部分。
7.根据权利要求I所述的偏振激光波长计，其特征在于所述的PLL锁相回路包括相移信号发生器、偏振干涉仪、异或电路、低通滤波器。
全文摘要
本发明公开了一种偏振激光波长计。现有的波长计存在结构复杂或成本较高等问题。本发明中的参考激光和被测激光分别通过第一机械快门和第二机械快门入射至激光偏振干涉仪镜组，并分别构成各自的激光偏振干涉仪，激光偏振干涉仪测量固定于压电陶瓷上的移动镜的位移并输出线性偏振激光束；线性偏振激光束被发送至偏振计，偏振计内的两个信号经过滤波整形电路后成为同频率的TTL信号，这两个TTL信号发送至相位计测量相位，该相位计与PC机通过GPIB线连接。本发明有效地减小了环境机械振动对测量结果的影响，可用于工作环境较为复杂的场所，同时本发明结构简单、体积小，所用的偏振干涉仪光路设置简洁，光学调节和光路对准操作简单。
文档编号G01J9/04GK102829883SQ20121030708
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者许素安, 陈乐 , 孙坚, 钟绍俊, 富雅琼, 黄艳岩, 谢敏 申请人:中国计量学院