[發(fā)明專利]高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710653581.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-02
• 公開（公告）號(hào): CN107390361A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁英豪;姚遠(yuǎn);洪普;李長庚;莫時(shí)駿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中光電技術(shù)研究所（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一七研究所）
• 主分類號(hào): G02B26/10
• 分類號(hào): G02B26/10;G02B26/12
• 代理公司: 武漢凌達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙)42221
• 代理人: 劉念濤,宋國榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置。

背景技術(shù)

光學(xué)延時(shí)掃描裝置用于實(shí)現(xiàn)兩束光之間的延時(shí)掃描功能，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)相干層析成像、太赫茲時(shí)域光譜等基于超快時(shí)間分辨的光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)中。

早期的光學(xué)延時(shí)裝置利用反射鏡的往返式直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)延時(shí)掃描，掃描速率僅能達(dá)到10 Hz量級(jí)。為了提高掃描速率，采用旋轉(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)的光學(xué)延時(shí)掃描機(jī)構(gòu)被大量報(bào)道。其中，采用漸開線面型的反射鏡作為關(guān)鍵部件的延時(shí)掃描技術(shù)是近些年的研究熱點(diǎn)。

2004年，許景周等人報(bào)道了采用圓漸開線型反射鏡的內(nèi)曲面作為反射鏡的延時(shí)掃描方案（《OPTICS LETTERS》，2004年第29卷17期，第2082-2084頁），掃描速率可達(dá)100 Hz。但是，其內(nèi)部光路的光軸方向不在同一平面內(nèi)，導(dǎo)致光軸方向裝調(diào)較為復(fù)雜。同年，許景周還設(shè)計(jì)一種利用圓漸開線型反射鏡的外曲面作為反射鏡的延時(shí)掃描方案（《ELECTRONICS LETTERS》，2004年第40卷19期，第1218-1219頁），實(shí)現(xiàn)了光軸方向位于同一平面內(nèi)，降低了光機(jī)裝調(diào)的復(fù)雜性。但是，由于其設(shè)計(jì)的圓漸開線型反射鏡重心不對(duì)稱，導(dǎo)致其沿中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性難以保障。2014年，黃戰(zhàn)華等人采用圓漸開線型反射鏡的外曲面作為反射鏡，并利用旋轉(zhuǎn)的平面反射鏡陣列實(shí)現(xiàn)光學(xué)延時(shí)掃描功能（CN104166233B；《光學(xué)精密工程》，2015年，第23卷第12期，第3189-3294頁；《中國激光》，2017年第54卷，第031202-1/8頁），同樣能夠?qū)崿F(xiàn)100 Hz的掃描速率。但是，由于平面反射鏡陣列的結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)特點(diǎn)，導(dǎo)致其旋轉(zhuǎn)時(shí)的風(fēng)阻系數(shù)較大，在保證穩(wěn)定性的前提下難以進(jìn)一步提高延時(shí)掃描速率。

如何在保障穩(wěn)定性和線性度的條件下提高光學(xué)延時(shí)掃描速率是本技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的掃描速率，且具有良好的穩(wěn)定性和線性度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置，包括扇葉型反射鏡、四分之一波片、偏振分光鏡和電機(jī)，所述的扇葉型反射鏡由多個(gè)相同的扇葉反射面和與扇葉反射面中心同軸的基圓組成，所述的扇葉反射面采用基圓漸開線的外曲面，所述的多個(gè)扇葉反射面呈等角度分布在基圓的圓周上，所述的柱面鏡、四分之一波片和偏振分光鏡依次排列，其光軸方向與基圓的切線相重合。

所述的高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置，其扇葉型反射鏡的中心設(shè)置有旋轉(zhuǎn)孔，所述的旋轉(zhuǎn)孔連接電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸。

所述的高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置，其扇葉型反射鏡和四分之一波片之間還設(shè)置有柱面鏡。

所述的高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置，其扇葉型反射鏡為金屬件或聚合物材料件。

所述的高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置，其扇葉反射面具有光學(xué)拋光的表面。

所述的高速光學(xué)延時(shí)線性掃描裝置，其扇葉反射面表面設(shè)置有鍍膜。

本發(fā)明的有益效果是：

1，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的扇葉型反射鏡的重心位于幾何中心，且外形設(shè)計(jì)在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)阻系數(shù)小，利用這種扇葉型反射鏡的高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)光學(xué)延時(shí)掃描，比現(xiàn)有的其他技術(shù)方案具有更好的穩(wěn)定性。

2，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的扇葉型反射鏡具有多片（≥2片）相同的符合漸開線方程的光學(xué)扇葉反射面，這種光學(xué)扇葉反射面能夠保障光學(xué)延時(shí)量與扇葉型反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度呈良好的線性關(guān)系。

3，本發(fā)明通過增加扇葉型反射鏡的片數(shù)（N），可實(shí)現(xiàn)更高的掃描速率：設(shè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為s轉(zhuǎn)/秒，則延時(shí)掃描速率為N·s赫茲。例如：在現(xiàn)有的機(jī)電技術(shù)水平下，電機(jī)轉(zhuǎn)速可輕松達(dá)到125 轉(zhuǎn)/秒，對(duì)于具有4片扇葉反射面的扇葉型反射鏡，可實(shí)現(xiàn)的光學(xué)延時(shí)掃描速率高達(dá)500 Hz。

4，本發(fā)明通過增加扇葉型反射鏡的扇葉反射面的漸開線基圓半徑r和旋轉(zhuǎn)角度范圍δ，可靈活實(shí)現(xiàn)所需要的光學(xué)延時(shí)量T=4πrδ/360/c （c表示光速）。例如：當(dāng)r=20 mm，δ=90°時(shí)，光學(xué)延時(shí)量高達(dá)208 ps。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明扇葉型反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。

各附圖標(biāo)記為：1—扇葉型反射鏡，11—扇葉反射面，12—旋轉(zhuǎn)孔，13—基圓，2—柱面鏡，3—四分之一波片，4—偏振分光鏡。