[發明專利]MEMS掃描2μm激光外差干涉儀光學系統及其裝調方法

有效

• 申請號: 201310172623.2
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103278087A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 高龍;鄭永超;陶宇亮;王遨游
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G02B7/02;G02B7/182;G02B7/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種具有快速、合理的外差干涉儀光學系統及其裝調方法。

背景技術

傳統的可見光干涉儀通過測量參考光束和待測光束相互作用所形成的干涉條紋變化，來間接計算待測物的物理量信息。該方法的測量誤差較大；其次，無法精確測量較大范圍的待測物物理量；再次傳統干涉儀對于紅外材料內部物理特性無法進行測量。

近年來隨著光纖激光器和光纖產業的迅速發展，基于MEMS掃描2μm激光外差干涉儀應運而生，該系統利用光纖激光器作為系統測試光源，通過光纖-自由空間作為激光信號的傳播途徑，綜合利用外差探測和MEMS掃描的方法來最終獲取待測物的二維光學厚度分布信息。這種方法具有靈敏度高、掃描速度快、結構緊湊等優點。

目前，MEMS掃描2μm激光外差干涉儀在光學裝調方面存在有以下方面不足。一、工作波段為人眼不可見，因此裝調難度大，存在由波長不同所引入的波相差；二、外差干涉過程是通過光纖耦合方式，因此要保證激光外差干涉儀在不同掃描模式下均能有相對較強的回波信號耦合進入到光纖。因此，急需設計并優化一種適合于近紅外激光外差干涉儀光學系統裝調的方法。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種MEMS掃描2μm激光外差干涉儀光學系統及其裝調方法，解決了大口徑MEMS掃描激光外差干涉儀系統不同模式下的激光測試信號耦合效率低的問題。

本發明的技術方案：MEMS掃描2μm激光外差干涉儀光學系統，包括2μm光纖激光器、光纖分束器、聲光移頻器、格林透鏡、第一透鏡、第二透鏡、偏振分束棱鏡、λ/4波片、MEMS陣鏡、F-Theta透鏡、反射鏡、光纖接收準直器、衰減器、光纖合束器、在線式起偏器、光電探測器、示波器；2μm光纖激光器通過光纖分束器分為測試光束和參考光束，測試光束通過聲光移頻器、格林透鏡將測試光束從光纖空間轉移到自由空間，而后依次經過第一透鏡、第二透鏡、偏振分束棱鏡、λ/4波片、MEMS陣鏡、F-Theta透鏡后到達反射鏡，經反射鏡反射后測試光束沿原光路返回至偏振分束棱鏡；偏振分束棱鏡將返回的測試光束反射進光纖接收準直器；從光纖分束器分束出來的參考光束經衰減器后與從光纖接收準直器輸出的光束共同耦合進光纖合束器，而后經過在線式起偏器使兩束光偏振狀態保持一致，再經光電探測器將光信號轉換為電信號后，由示波器顯示出干涉形成的中頻信號。

MEMS掃描2μm激光外差干涉儀光學系統的裝調方法，步驟如下：

1）將He-Ne激光器與格林透鏡相連，在格林透鏡后依次放置第一透鏡、第二透鏡、白板；調節第一透鏡和第二透鏡之間的距離，直至當白板在第二透鏡后，距離格林透鏡2m內沿激光傳播方向移動時，白板上顯示的光斑直徑大小始終與He-Ne激光器發射激光直徑大小相等；固定第一透鏡和第二透鏡的位置；

2）撤掉步驟1）中的白板，在第二透鏡后依次放置偏振分束棱鏡、λ/4波片、MEMS陣鏡、F-Theta透鏡與反射鏡，粗調MEMS陣鏡的垂直俯仰旋鈕和水平俯仰旋鈕直至同時滿足以下兩方面的條件為止：其一，照射在反射鏡上的激光光斑的尺寸和水平高度與從格林透鏡出射的激光光斑的尺寸和高度一致；其二，經λ/4波片透射至MEMS陣鏡上的激光光束與經反射鏡反射回MEMS陣鏡上的激光光束的夾角為90度；滿足條件后固定MEMS陣鏡的垂直俯仰旋鈕和水平俯仰旋鈕位置，在偏振分束棱鏡的水平偏振反射面放置白板，同時粗調偏振分束棱鏡的垂直俯仰旋鈕和水平俯仰旋鈕，直至白板上的激光光斑水平高度與從格林透鏡出射的激光光斑水平高度一致后；固定偏振分束棱鏡的垂直俯仰旋鈕和水平俯仰旋鈕位置；