一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)測(cè)試系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括電壓控制電壓源、壓電陶瓷片堆， 被壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的反射鏡陣列和一個(gè)固定反射鏡陣列以及一些固定件；其方法為：利用壓電陶瓷快速精密控制反射鏡陣列的運(yùn)動(dòng)，光束在反射鏡陣列間的多次反射放大了壓電陶瓷的運(yùn)動(dòng)對(duì)入射光程的影響。壓電陶瓷可以在納米量級(jí)精密控制光程的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有比較高的來回頻率；反射鏡陣列幾何級(jí)數(shù)形式放大了光程的變化，這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)光程的精密控制，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)光程的高速調(diào)制。
【專利說明】一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)系統(tǒng)及方法，用于控制飛秒脈沖光在光路中的光程，從而達(dá)到不同的光學(xué)脈沖以高精度時(shí)間順序到達(dá)測(cè)量或操縱的目標(biāo)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前脈沖激光器產(chǎn)生的激光脈沖的時(shí)間寬度主要在10飛秒到100飛秒的量級(jí)，短的可以達(dá)亞飛秒量級(jí)。這些光脈沖具有時(shí)間短，瞬時(shí)功率強(qiáng)的特點(diǎn)，使其有可能來同步一些原來隨機(jī)的超快物理現(xiàn)象。利用其中一個(gè)脈沖同步物理過程，另一個(gè)脈沖測(cè)量動(dòng)態(tài)過程的特性已經(jīng)非常常見。在這種測(cè)量中，控制兩個(gè)脈沖間的時(shí)間順序是關(guān)鍵技術(shù)之一。在經(jīng)典的方案中，這種控制由一個(gè)絲杠控制一維的平移臺(tái)和直角反射鏡來完成的。但是由于光脈沖越來越短，這種方案的精度難以達(dá)到超高時(shí)間分辨率的要求，所以有必要發(fā)展一種能在高精度控制時(shí)間順序的設(shè)備來控制脈時(shí)序。而壓電陶瓷能在納米范圍內(nèi)控制其長度運(yùn)動(dòng)，換算成時(shí)間為0.001飛秒。同時(shí)其來回的重復(fù)頻率也相當(dāng)快。但是壓電陶瓷的伸縮范圍很小，一般在1微米，即使用壓電陶瓷片堆達(dá)到幾十微米，換成時(shí)間即為幾百飛秒，時(shí)間長途太小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)系統(tǒng)及方法，使其有飛秒量級(jí)的精度控制，同時(shí)又能達(dá)到皮秒量級(jí)的總時(shí)間延時(shí)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案:
一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)方法，該方法是:采用壓電陶瓷片堆作為驅(qū)動(dòng)元件，將入射的光束在壓電陶瓷片堆驅(qū)動(dòng)的反射鏡列陣和一個(gè)固定的反射鏡列陣之間進(jìn)行多次來回反射后出射；通過控制壓電陶瓷片堆上的電壓變化，使壓電陶瓷片堆的長度發(fā)生變化從而光束的延后時(shí)間發(fā)生變化；其中:所述驅(qū)動(dòng)反射鏡列陣和固定反射鏡列陣均為數(shù)個(gè)相鄰鏡面互相垂直的鏡面組或一組回復(fù)反射鏡。
[0005]一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
固定件，為兩件，其相互垂直設(shè)置；
壓電陶瓷片堆，為驅(qū)動(dòng)元件，一端與垂直的固定件固定，另一端與驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列固定，用于驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列；
電壓源，連接壓電陶瓷片堆，給壓電陶瓷片堆提供可控電壓；
驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列，與壓電陶瓷片堆的一端固定，并設(shè)置于平面固定件上，被壓電陶瓷片堆驅(qū)動(dòng)；
固定反射鏡陣列，用于激光束來回反射，其固定于平面固定件上，與驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列對(duì)面設(shè)置。
[0006]所述驅(qū)動(dòng)反射鏡列陣和固定反射鏡列陣均為數(shù)個(gè)相鄰鏡面互相垂直的鏡面組或一組回復(fù)反射鏡。
[0007]所述驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列和固定反射鏡陣列由金屬或工程塑料加工成相鄰面互相垂直的多面結(jié)構(gòu)，并將相互垂直的面拋光鍍膜成反射率鏡子或在相互垂直的面上安裝反射鏡。
[0008]所述驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列與壓電陶瓷片堆之間的連接由環(huán)氧樹脂膠合。
[0009]本發(fā)明中若壓電陶瓷的最大伸縮長度是S，光束的來回反射次數(shù)為n，則其最大的光束延時(shí)量為ns/c，其中c為光速。通過控制壓電陶瓷上的電壓變化，使壓電陶瓷的長度發(fā)生變化從而光束的延后時(shí)間可以發(fā)生變化。在精密控制壓電陶瓷的電壓的條件下，可以精密控制光束的延時(shí)效果，同時(shí)由于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的反射鏡列陣可以很輕，這樣來回的頻率也可以很快。
[0010]本發(fā)明電壓源可以以小于1V的電壓輸入,輸出電壓高達(dá)50伏到500伏。
[0011]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)光程的精密控制，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)光程的高速調(diào)制，在超快光學(xué)中可以用做延時(shí)器或調(diào)制器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例
[0014]參閱圖1，本發(fā)明的系統(tǒng)包括電壓可控電壓源100、壓電陶瓷片堆200、驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列300、固定反射鏡陣列400、垂直固定件502及平面固定件503，壓電陶瓷片堆200與其控制的驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列300用環(huán)氧樹脂固定，壓電陶瓷片堆200的另一端固定在垂直固定件502上，水平固定件501和固定件502相互垂直固定。固定反射鏡陣列400直接固定在固定件501上。本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列300和固定反射鏡陣列400直接用鋁加工成相鄰面相互垂直的結(jié)構(gòu)，然后將這些平面拋光，鍍高反膜。驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列300比固定反射鏡陣列400多兩個(gè)面，為6個(gè)面。
[0015]當(dāng)激光束以45度的入射角入射到驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列300的第一個(gè)反射鏡面，激光束會(huì)反射到第二個(gè)鏡面，然后到固定反射鏡陣列400的第一反射鏡面、第二個(gè)反射鏡面，再回到驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列300的第三、第四鏡面，再到固定反射鏡陣列400的第三反射鏡面、第四反射鏡面，然后回到驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列300的第五，第六鏡面，然后出射，出射光和入射光反平行。
[0016]本實(shí)施例中壓電陶瓷片堆的伸縮最大長度為75微米，經(jīng)過這樣6次到驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列300的鏡面，壓電陶瓷伸縮過程可以讓光程改變450微米，即1.5皮秒，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的反射鏡陣列和固定的反射鏡陣列的距離設(shè)在5厘米。
【權(quán)利要求】
1.一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)方法，其特征在于該方法是:采用壓電陶瓷片堆作為驅(qū)動(dòng)元件，將入射的光束在壓電陶瓷片堆驅(qū)動(dòng)的反射鏡列陣和一個(gè)固定的反射鏡列陣之間進(jìn)行多次來回反射后出射；通過控制壓電陶瓷上的電壓變化，使壓電陶瓷的長度發(fā)生變化從而光束的延后時(shí)間發(fā)生變化；其中:所述驅(qū)動(dòng)反射鏡列陣和固定反射鏡列陣均為數(shù)個(gè)相鄰鏡面互相垂直的鏡面組或一組回復(fù)反射鏡。
2.一種快速精密短程光學(xué)延時(shí)系統(tǒng)，其特征在于它包括: 固定件，為兩件，其相互垂直設(shè)置； 壓電陶瓷片堆，為驅(qū)動(dòng)元件，一端與垂直的固定件固定，另一端與驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列固定，用于驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列；電壓源，連接壓電陶瓷片堆，給壓電陶瓷片堆提供可控電壓；驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列，與壓電陶瓷片堆的一端固定，并設(shè)置于平面固定件上，被壓電陶瓷片堆驅(qū)動(dòng)；固定反射鏡陣列，用于激光束來回反射，其固定于平面固定件上，與驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列對(duì)面設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列和固定反射鏡陣列均為數(shù)個(gè)相鄰鏡面互相垂直的鏡面組或一組回復(fù)反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列和固定反射鏡陣列由金屬或工程塑料加工成相鄰面互相垂直的多面結(jié)構(gòu)，并將相互垂直的面拋光鍍膜成反射率鏡子或在相互垂直的面上安裝反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)反射鏡陣列與壓電陶瓷片堆之間的連接由環(huán)氧樹脂膠合。
【文檔編號(hào)】G02B26/00GK104503078SQ201410854897
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】樓柿濤, 賀曉鵬, 張濤, 陳思澹, 張曉磊, 金慶原 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)