一种长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线制造技术

本发明专利技术公开了一种长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线，包括光纤准直器、双面反射棱镜和中空反射镜，所述双面反射棱镜包括两个呈135°夹角的第一反射面和第二反射面，第一反射面分别与光纤准直器光轴和中空反射镜光轴呈45°夹角，第二反射面与中空反射镜光轴垂直，在运动部的带动下，双面反射棱镜和中空反射镜相对运动，光纤准直器发出的入射光经过第一反射面反射到中空反射镜，在中空反射镜上经过多次反射后入射到第二反射面，第二反射面反射后再经原光路返回。解决了准直器与反射镜尺寸干涉的问题，从而可以采用更大通光口径的准直器，降低了装调难度与插入损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线
：本专利技术属于太赫兹时域光谱
，具体涉及一种长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线。
技术介绍
：光纤延迟线在太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)、光学相干断层成像技术(OCT)、超快时间分辨率光谱技术等光学探测领域有广泛的应用。对于亚皮秒和飞秒级的时域脉冲信号，由于采集卡带宽和采样频率等限制，没有办法准确还原信号波形，因此利用光纤延迟线可以实现定量光路延迟的功能，通过控制信号发射源与信号探测器之间的光程差，使得探测器类似于探针一样，在其时域脉冲信号波形上按照一定规律滑动，最后采用描点的方式将脉冲波形复现出来，实现等效延迟采样。由于在采样过程中，利用光纤延迟线可以实现单点重复采样，结合累加平均的数据处理方法，复现出来的脉冲信号可以实现很高的信噪比。光纤延迟线是一种采用光纤耦合、能够改变光程的装置。一般光纤延迟线的基本原理是通过入射光纤准直器将光纤内传输的激光耦合至延迟线内部，经过其内部光学反射镜的多次反射后进入出射光纤准直器，完成一个完整的光路循环；通过定量移动延迟线内部的光学反射镜，可以定量的改变光程，从而达到光路延迟的目的。图1为一种现有的光纤延迟线光路图，其包括光纤准直器1、中空反射镜3和平面反射镜18，光纤准直器光轴和中空反射镜光轴平行，中空反射镜光轴与平面反射镜反射面垂直，光线传输过程如图所示，其中开放箭头表示光纤准直器出射光的传输方向，封闭箭头表示经过平面反射镜反射后的光线传输方向。可以看出，由于光路布局及平面反射镜的尺寸限制，光纤准直器的直径及装调空间不可能选择过大，这样就会增加装调的难度，且不利于降低插入损耗。利用光纤延迟线采集时域脉冲信号，其光路的延迟范围即采集到的脉冲信号的时间窗口长度，延迟范围越大，对应的频谱分辨率越高，越容易得到更加精细的频谱图。延迟线的扫描频率指的是一秒内可以完成的完整延迟范围扫描的次数，也就是一秒内可以采集到的时域脉冲波形数。延迟线的延迟精度指的是其定量改变光程的准确性，这对于采集到的信号的准确度与信噪比至关重要。在实际应用中，光线延迟线延迟范围越长、扫描频率越高、延迟精度越高，其性能表现就越好。目前通用的光纤延迟线主要存在以下问题：1)延迟范围与扫描频率是一对相互矛盾的指标，一般的延迟范围越长对应的扫描频率越低，扫描频率高的对应的延迟范围也就短一些。2)延迟精度差，其实际光程改变量与指令值有偏差，不能准确还原被测信号波形。3)由于光纤准直器与内部反射镜光轴平行，加之固定光学器件的结构件加工工艺限制，光纤准直器通光口径与装调余量不能设计过大，造成装调困难，插损过大。4)对于外界振动环境适应性差。
技术实现思路
：本专利技术目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线，在性能指标上同时兼顾长延迟范围与高扫描频率，在延迟等效采样中可以提高信号频谱分辨率，缩短获取完整波形的时间，提高采样效率。另外，通过引入闭环控制、优化光路结构以及采用新型复合材料，可以进一步提升延迟线的性能表现与环境适应性。为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线包括光纤准直器、双面反射棱镜和中空反射镜，所述双面反射棱镜包括两个呈135°夹角的第一反射面和第二反射面，第一反射面分别与光纤准直器光轴和中空反射镜光轴呈45°夹角，第二反射面与中空反射镜光轴垂直，在运动部的带动下，双面反射棱镜和中空反射镜相对运动，光纤准直器发出的入射光经过第一反射面反射到中空反射镜，在中空反射镜上经过多次反射后入射到第二反射面，第二反射面反射后再经原光路返回。进一步地，本专利技术涉及的运动部包括镜架、音圈电机动子、音圈电机定子、音圈电机驱动器、滑块、导轨、直线光栅编码尺和光栅读数头，滑块上部与镜架固定连接，滑块与导轨滑动连接，中空反射镜固定在镜架前端，镜架后端连接音圈电机动子，音圈电机动子与音圈电机定子构成音圈电机，音圈电机与音圈电机驱动器连接，直线光栅编码尺固定在镜架或滑块一侧，在直线光栅编码尺一侧固定设置对应的光栅读数头，光栅读数头与音圈电机驱动器连接，或光栅读数头固定在镜架或滑块一侧，在光栅读数头一侧固定设置对应的直线光栅编码尺，直线光栅编码尺固定在安装底座上。进一步地，光栅读数头、导轨均固定安装在安装底座上，在安装底座上沿导轨长度方向固定侧板，作为光纤准直器提供装调与安装接口，在安装底座两端分别固定左侧板和右侧板，双面反射棱镜固定在左侧板上，中空反射镜固定在侧板上，音圈电机定子固定在右侧板上。进一步地，本专利技术涉及的长延迟范围高扫描频率的电动光纤延迟线，还包括与光纤准直器连接的光纤环形器，光纤环形器为光纤耦合的光路方向控制器件，有三个端口：port1、port2和port3，光纤准直器尾纤通过FC/APC接口与光纤环形器0的port2口连接，port1作为入射光输出端口，port3作为出射光输出端，内部光线传输方向为：port1→port2，port2→port3。具体地，本专利技术涉及的光纤准直器1为高斯光束准直器件，工作距离为120mm～310mm，光斑直径≤0.8mm，通光口径4mm。具体地，本专利技术涉及的双面反射棱镜为五棱柱形棱镜，第一反射面和第二反射面之间的135°角度误差≤1′，双面反射棱镜材质选用热膨胀系数较小的K8玻璃。具体地，本专利技术涉及的中空反射镜为三个反射面两两垂直的反射镜，其特点是入射光和出射光始终保持平行，平行度误差取决于三个反射面垂直度误差，中空反射镜材质选用热膨胀系数较小的K8玻璃，对应地，镜架采用与K8玻璃热膨胀系数基本一致的金属材料TC4进一步地，本专利技术涉及的第一反射面、第二反射面和中空反射镜表面均镀有对应使用波段的高反膜，发射率≥99％。本专利技术涉及的音圈电机运动行程22.5mm，对应300ps的延迟范围，12N的持续推力，对应扫描频率为10Hz。具体地，本专利技术涉及的安装底座包括从上向下依次设置的上层板、阻尼弹性中间层和下层板，阻尼弹性中间层由粘弹性阻尼材料层和金属薄板交替铺叠而成。具体地，所述金属薄板、上层板和下层板一般选用损耗因子较小的金属材料,粘弹性阻尼材料层803选用人造橡胶。本专利技术涉及的安装底座，还包括金属衬片，金属衬片置于阻尼弹性中间层四周，然后通过螺钉将上层板、金属衬片和下层板从上往下固定在延迟线安装平台上，进而将阻尼弹性中间层加紧固定。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1.设计大推力、长行程音圈电机，可以使延迟线在现有光路基础上，获得更长的光路延迟范围，在一定程度上可以兼顾延迟范围与扫描频率，实现长延迟范围与高扫描频率。2.引入高精度直线光栅编码尺，组成闭环控制，提高了延迟线延迟精度。3.提出一种准直器光轴与反射镜光轴垂直的延迟光路系统，解决了准直器与反射镜尺寸干涉的问题，从而可以采用更大通光口径的准直器，降低了装调难度与插入损耗。4.设计阻尼夹板式的安装基座，可以将延迟线内部与外部的振源隔离开来，避免了外部振源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线，其特征在于，包括光纤准直器、双面反射棱镜和中空反射镜，所述双面反射棱镜包括两个呈135°夹角的第一反射面和第二反射面，第一反射面分别与光纤准直器光轴和中空反射镜光轴呈45°夹角，第二反射面与中空反射镜光轴垂直，在运动部的带动下，双面反射棱镜和中空反射镜相对运动，光纤准直器发出的入射光经过第一反射面反射到中空反射镜，在中空反射镜上经过多次反射后入射到第二反射面，第二反射面反射后再经原光路返回。/n

【技术特征摘要】
1.一种长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线，其特征在于，包括光纤准直器、双面反射棱镜和中空反射镜，所述双面反射棱镜包括两个呈135°夹角的第一反射面和第二反射面，第一反射面分别与光纤准直器光轴和中空反射镜光轴呈45°夹角，第二反射面与中空反射镜光轴垂直，在运动部的带动下，双面反射棱镜和中空反射镜相对运动，光纤准直器发出的入射光经过第一反射面反射到中空反射镜，在中空反射镜上经过多次反射后入射到第二反射面，第二反射面反射后再经原光路返回。


2.根据权利要求1所述的长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线，其特征在于，运动部包括镜架、音圈电机动子、音圈电机定子、音圈电机驱动器、滑块、导轨、直线光栅编码尺和光栅读数头，滑块上部与镜架固定连接，滑块与导轨滑动连接，中空反射镜固定在镜架前端，镜架后端连接音圈电机动子，音圈电机动子与音圈电机定子构成音圈电机，音圈电机与音圈电机驱动器连接，直线光栅编码尺固定在镜架或滑块一侧，在直线光栅编码尺一侧固定设置对应的光栅读数头，光栅读数头与音圈电机驱动器连接，或光栅读数头固定在镜架或滑块一侧，在光栅读数头一侧固定设置对应的直线光栅编码尺，直线光栅编码尺固定在安装底座上。


3.根据权利要求2所述的长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线，其特征在于，光栅读数头、导轨均固定安装在安装底座上，在安装底座上沿导轨长度方向固定侧板，作为光纤准直器提供装调与安装接口，在安装底座两端分别固定左侧板和右侧板，双面反射棱镜固定在左侧板上，中空反射镜固定在侧板上，音圈电机定子固定在右侧板上。


4.根据权利要求3所述的长延迟范围高扫描频率电动光纤延迟线，其特征在于，所述长延迟范围高扫描频率的电动光纤延迟线，还包括与光纤准直器连接的光纤环形器，光纤环形器为光纤耦合的光路方向控制器件，有三个端口：port1、port2和port3，光纤准直器尾纤通过FC/APC接口与光纤环形器0的port2口连接，port1作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新勇，王玉建，刘永利，张磊，张朝惠，刘平安，郭永玲，刘虎，
申请(专利权)人：青岛青源峰达太赫兹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37