[發明專利]基于馬赫曾德干涉儀的激光鑒頻裝置及鑒頻方法

有效

• 申請號: 201610538829.6
• 申請日: 2016-07-11
• 公開（公告）號: CN106019259B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 洪光烈;周艷波;舒嶸
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01S7/486
• 分類號: G01S7/486;G01S7/481;G01S17/95
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

1.一種基于馬赫曾德干涉儀的激光鑒頻裝置，包括第一反射鏡(1)，第二反射鏡(4)，第三反射鏡(7)，第一特殊棱鏡(2)，第二特殊棱鏡(3)，第三特殊棱鏡(8)，第四特殊棱鏡(9)，三角棱鏡(6)，一維壓電位移臺(5)，四分之一波片(10)，第一沃拉斯頓偏振器(11)，第二沃拉斯頓偏振器(12)，第一會聚透鏡(13)，第二會聚透鏡(14)，第一單元探測器(15)，第二單元探測器(16)，第三單元探測器(17)和第四單元探測器(18)；其特征在于：

所述的第一反射鏡(1)、第二反射鏡(4)、第三反射鏡(7)、三角棱鏡(6)、四分之一波片(10)的高度不超過第一特殊棱鏡(2)、第二特殊棱鏡(3)、第三特殊棱鏡(8)、第四特殊棱鏡(9)中最低高度的一半；

所述的三角棱鏡(6)下方裝有用以精確控制和掃描激光鑒頻裝置光程差的一維壓電位移臺(5)；

平行入射的參考激光或被檢激光光束經與入射光軸成45°放置的第一反射鏡(1)反射后垂直入射進入第一特殊棱鏡(2)，在第一特殊棱鏡(2)的緊挨第二特殊棱鏡(3)的且被部分鍍以半透半反膜的面上，含有參考激光或被檢激光50％光能量的光束透過此面直達四分之一波片(10)并透過四分之一波片(10)，而另外含有參考激光或被檢激光50％光能量的光在此反射回第一特殊棱鏡(2)內部，并在與被部分鍍以半透半反膜的面平行的另一個面再次被反射，反射光再透過第一特殊棱鏡(2)和第二特殊棱鏡(3)，到達與此處光軸成45°角放置的第二反射鏡(4)并被反射到三角棱鏡(6)，在三角棱鏡(6)中經歷兩次內反射后出射到與此處光軸成45°放置的第三反射鏡(7)，被第三反射鏡(7)反射的光遭遇并透過第三特殊棱鏡(8)到達第四特殊棱鏡(9)，這時從四分之一波片(10)出射的含有50％參考激光或被檢激光能量的光束與從第三特殊棱鏡出射的同樣含有50％參考激光或被檢激光能量的光束相互平行，它們垂直入射到第四特殊棱鏡(9)，被第四特殊棱鏡(9)抬升一定高度后沿入射光軸出射，出射方向與入射方向相反，出射的兩束光位置高于四分之一波片(10)、第一反射鏡(1)、第二反射鏡(4)和第三反射鏡(7)的最高高度而低于第三特殊棱鏡(8)、第二特殊棱鏡(3)、第一特殊棱鏡(2)的最高高度，因此兩束光經第四特殊棱鏡(9)出射后其中一束將通過四分之一波片(10)的上方直接到達第二特殊棱鏡(3)，另一束將經歷第三特殊棱鏡(8)到達第二特殊棱鏡(3)；從四分之一波片(10)上方入射到第二特殊棱鏡(3)的光束穿過第二特殊棱鏡(3)后到達第一特殊棱鏡(2)的被部分鍍了半透半反膜的面后被再次分光，含有參考激光或被檢激光25％的能量的光透過此面并經歷第一特殊棱鏡(2)再到達第二沃拉斯頓偏振器(12)，被第二沃拉斯頓偏振器(12)分成兩束出射方向不一樣的含有不同偏振分量的平行光，一束斜向上另一束斜向下，兩平行光經過第二會聚透鏡(14)被聚焦到其焦平面上的兩點，以上下對齊的第二單元探測器(16)和第四單元探測器(18)接收焦平面上的光斑能量；在第一特殊棱鏡(2)的部分鍍有半透半反膜的面上，含有參考光或被檢光25％的能量的光從該面反射后，經歷第二特殊棱鏡(3)，被其與第一特殊棱鏡(2)緊挨的面平行的另一個面反射并再次經歷第二特殊棱鏡(3)，出射到第一沃拉斯頓偏振器(11)前，被第一沃拉斯頓偏振器(11)分成兩束斜出射的含有不同偏振分量的平行光，這兩束光被第一會聚透鏡(13)會聚到達第一會聚透鏡(13)的焦平面上，光斑落在上下對齊放置的第一單元探測器(15)和第三單元探測器(17)上；經歷第三特殊棱鏡(8)到達第二特殊棱鏡(3)的光束穿過第二特殊棱鏡(3)，在第一特殊棱鏡(2)的與兩特殊棱鏡接合面平行的另一面處反射一次到達第一特殊棱鏡(2)的部分鍍有半透半反膜的面上，在此面上含有參考激光或被檢激光25％光能量的光透過此面到達與兩棱鏡接合面平行的第二特殊棱鏡(3)的一面并被反射，反射光束出射第二特殊棱鏡(3)到達第一沃拉斯頓偏振器(11)，它也會被分成兩束方向不同含有不同偏振光分量的斜出射平行光束并被第一會聚透鏡(13)聚焦到其焦平面的第一單元探測器(15)和第三單元探測器(17)上；在第一特殊棱鏡(2)的部分鍍有半透半反膜的面處還有含有參考激光或被檢激光25％光能量的光被反射并出射第一特殊棱鏡(2)到達第二沃拉斯頓偏振器(12)，被第二沃拉斯頓偏振器(12)分成兩束方向不同的含有不同偏振分量的斜出射平行光，這兩束平行光再經第二會聚透鏡(14)分別到達其焦平面上的第二單元探測器(16)和第四單元探測器(18)上；

激光鑒頻裝置的光程差L為進入三角棱鏡(6)并兩次透過第三特殊棱鏡(8)的一束光與經過四分之一波片(10)一次的一束光之間的光程差，前者光程為第一特殊棱鏡(2)和第二特殊棱鏡(3)接合面處反射的含有50％入射光能量的光束依次經歷第一特殊棱鏡(2)、第二特殊棱鏡(3)、第二反射鏡(4)、三角棱鏡(6)、第三反射鏡(7)、第三特殊棱鏡(8)、第四特殊棱鏡(9)、第三特殊棱鏡(8)、第二特殊棱鏡(3)、第一特殊棱鏡(2)后再次到達前述接合面處的光程，后者光程為在前述分界面處透射的含有50％入射光能量的一束平行光，經歷四分之一波片(10)、第四特殊棱鏡(9)、第二特殊棱鏡(3)再次到達前述接合面處的光程，上述所有在棱鏡中的光程要乘以棱鏡材料的折射率計入總光程中；

單縱模激光鑒頻時，首先向所述的激光鑒頻裝置發射一束已知頻率的參考單縱模激光束，由四個單元探測器獲取四個光強對應的電壓值；然后向所述的激光鑒頻裝置發射一束與參考光頻率相差不到一個激光鑒頻裝置自由光譜范圍的被檢單縱模激光束，其中c為真空中的光速，由四個單元探測器獲取四個光強對應的電壓值；在四個參考光光強檢測過程中，掃描參考光頻率，這四個參考光光強電壓值會形成四條彼此相隔π/2相位的四條正弦曲線，根據四個探測器得到的參考光和被檢光對應的8個電壓值在四條正弦曲線中的相對位置關系，可以推算出兩者間的光頻率差，進而獲得被檢光的頻率；多縱模激光鑒頻時，當入射的參考激光和被檢激光是多縱模激光時，若此多縱模激光的自由光譜范圍FSR_laser和本激光鑒頻裝置的FSR_sys相同，則仍然可以用本裝置檢測多縱模激光的頻移，鑒頻方法不變，若此多縱模激光的自由光譜范圍和本激光鑒頻裝置的FSR_sys不同，則可以通過調節壓電位移臺來改變激光鑒頻裝置的光程差L，從而使FSR_sys變得與FSR_laser相同，這樣仍然可以使用本激光鑒頻裝置鑒頻。