[发明专利]基于倾斜抛物型母线螺旋面反射镜的周期扫描光学延迟线

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于倾斜抛物型母线螺旋面反射镜的周期扫描光学延迟线，属于时间分辨光学延迟线技术领域。

背景技术

在光学和光电子学领域，人们一直致力于发展光学延迟线。光学延迟线是通过技术手段实现参与实验的相干光脉冲之间精确可控的相对延迟时间的装置。光学延迟线是时间分辨光学系统的关键部件，有着广泛应用技术领域，如：THz时域频谱技术、超快时间分辨率光谱技术、时间分辨干涉计量光谱技术、光学相干层析成像技术以及光学泵浦-探测技术等。

实现光学延时的技术多种多样，最简单常用的是马达驱动的线性微位移平台控制的光学背向反射器构成的光学延迟线，这类光学延迟线可以实现很长的时间延迟，但由于其机械惯性而不能实现快速扫描。后来人们提出用压电换能器代替马达驱动的线性微位移平台，尽管可以实现KHz的扫描速率，但由于压电换能器的位移量仅为微米量级，其应用倍受局限。为了适应不同的应用背景，人们发明了各种各样的光学延迟线，如旋转块状玻璃或反射镜对延迟线、基于光栅透镜构成的延迟线、旋转反射镜阵列式延迟线等。C.-L.Wang发明了旋转直牙螺旋面反射镜光学延迟线(1998年美国专利，专利号：5784186)。这种基于旋转直牙螺旋面反射镜光学延迟线制作简单、运转稳定、延迟时间范围长，重复频率高。但通过微分几何学理论分析发现，这种光学延迟线有以下几点技术壁垒：(1)该光学延迟线的反射镜面为马鞍面，经该反射镜反射的原平面波前被畸变为马鞍面，且当升距增大(对应较大时间延迟范围)回转半径减小时，马鞍面型波前畸变更严重，马鞍型光学波前畸变为复杂曲面波前相位失真，很难通过常规的光学器件补偿校正；(2)该光学延迟线的出射光束与入射光束的夹角取决于螺旋面的升距和入射光的入射点离旋转轴的距离，对于数毫米的螺旋面升距，出射光束与入射光束的夹角一般仅为1～5度，很难在短的光程内设置光学器件实现光学延迟功能，较长的光程难以实现系统小型化，并且影响系统稳定运转；(3)由于上述(2)，基于直牙螺旋面反射镜的光学延迟线只能采用一次反射式光路设置，致使该光学延迟线的最大延迟光程仅为螺旋面升距的两倍，限制了最大延迟范围；(4)由于上述(3)，该光学延迟线在扫描延迟时间过程中伴以反射光束的平移，且升距越大平移量越大，这种平移为许多应用领域带来不便和测试误差，限制了这种延迟线的广泛应用。

在光学延迟线领域，获得长延迟时间范围、高重复频率、高精度及小型化的延迟线致关重要。

发明内容：

本发明旨在提出一种基于倾斜抛物型母线螺旋面反射镜的周期扫描光学延迟线，该延迟线结构简单紧凑、延迟范围长、精度高、运转稳定。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种基于倾斜抛物型母线螺旋面反射镜的周期扫描光学延迟线，该倾斜抛物型母线螺旋面反射镜的周期扫描光学延迟线包括：驱动电机20，驱动电机20带动倾斜抛物型母线的螺旋面反射镜11旋转，还包括控制光束背向反射的背向反射镜12，其特征在于：

上述倾斜抛物型母线螺旋面反射镜包括凸面型倾斜抛物型母线螺旋面反射镜和凹面形倾斜抛物型母线螺旋面反射镜，倾斜抛物型母线螺旋面反射镜具有倾斜角度为θ、抛物线系数为M的母线，凸面型倾斜抛物型母线螺旋面反射镜的母线倾斜角度θ为0°～15°，凹面型倾斜抛物型母线螺旋面反射镜的母线倾斜角度θ为-15°～0°，螺旋面升距d为0～100mm，入射点距旋转轴距离R为15mm～100mm，反射镜面的宽度T为10mm～20mm，螺旋回转面反射镜的外径D为20mm～110mm，抛物线系数M由螺旋面升距d、母线倾斜角度θ及入射点距旋转轴的距离R决定；所述背向反射镜放置的位置为：与倾斜抛物型母线螺旋面反射镜11的旋转轴之间的夹角δθ为-35°～35°，离倾斜抛物型母线螺旋面反射镜的距离为20mm～100mm。

本发明的优点在于：(1)本发明采用倾斜抛物型母线螺旋面反射镜作为延迟装置，使反射光与入射光束存在一个预偏置角θ，恰当的分开了入射光束和反射光束，这样可以方便搭建延迟线，缩短光路，使系统小型化。(2)本发明中在倾斜抛物型母线螺旋面反射镜反射光一侧放置背向反射镜，调整该背向反射镜，使被延迟光束原路返回两次通过倾斜抛物型母线螺旋面反射镜，延迟光程增大到4倍螺旋面升距，增大了延迟时间。(3)本发明由于上述优点(2)，消除了延迟线扫描过程中造成的光束平移。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：11为倾斜抛物型母线螺旋面反射镜；12为背向反射镜；20为驱动电机。

图2为本发明中凸面型倾斜抛物型母线螺旋面反射镜示意图。