[发明专利]透射式光栅相移器

说明书

技术领域

本发明涉及透射光栅，特别是一种透射式光栅移相移器。

背景技术

众所周知，激光以其独有的相干性、高亮度、单色性和很好的方向性等众多优点，使其在激光精密检测、高精密加工、科研和工业众多领域具有广泛的应用。

随着激光技术的快速发展，与之相应的激光干涉测量技术也日趋成熟，但是以往构造用于激光干涉测量的相移器装置包括半透半反镜，平面反射镜、镀膜的石英板和许多对激光干涉光路复杂化的光学元件。这些光学元件的使用不仅增加了光路调节的复杂程度、增加了相移器装置的成本，而且还增加了实验结果的误差。

近几年以来，周常河等发明了熔融石英透射1x2光栅成功地实现了偏振分束功能。该器件具有透射效率高、成本低等优点【参见在先技术1：周常河，王博，发明专利，申请号：200710048186.8】。丁志华等提出采用无色散相移器的全场光学相干层析成像装置，但其中的相移器使用了两片快轴与水平方向成45度的λ/4波片、两片快轴方向可旋转的λ/2波片等较复杂昂贵的元件【参见在先技术2：丁志华、杨亚良、吴凌，发明专利，申请号：200610052451.5】。H.U.阿尔普莱、R.H.弗伦奇、F.D.卡尔克等采用光掩模板发明了一种相移器，但其掩模板上需要镀上不均匀的衰减薄膜，此项技术需要较复杂的镀膜技术【参见在先技术3：H.U.阿尔普莱、R.H.弗伦奇、F.D.卡尔克，发明专利，申请号：93112904.4】。

上述有关组成相移器的专利技术中，大部分都是使用偏转载玻片、λ/4波片、λ/2波片等较多的光学元件或者是需要较复杂的光学镀膜技术。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于克服上述在先技术相移器不能实现连续相移的功能，提供一种基于透射式光栅的相移器，可以实现连续相移的特点，具有重要的应用前景。

本发明的技术解决方案如下：

一种透射式光栅相移器，其特点在于由光栅结构相同的透射式的第一光栅、第二光栅和第三光栅构成，所述的第二光栅和第三光栅的处于同一平面，所述的第一光栅的光栅面与所述的第二光栅和第三光栅的光栅面相向、相互平行并与入射光束垂直地固定在一个装置上，该装置具有控制第二光栅沿垂直于入射光束方向和光栅槽移动的精密微调机构，所述的第一光栅、第二光栅和第三光栅的光栅周期d、占空比f和光栅深度h相同，d满足关系式λ＜d＜2λ，其中λ为入射光波长，占空比f＝0.4，光栅深度h＝1.074微米。

对于特定的波长，可以通过优化光栅的占空比、周期以及深度，使得正(负)一级衍射效率为最大并且相等。例如，对于800纳米波长的激光，通过优化得出当光栅的占空比f＝0.4，周期d＝1.501微米以及深度h＝1.074微米(此深度容易控制)时，正(负)一级衍射效率为最大值并且是相等的。

本发明的依据如下：

通过三光栅相移器或产生的平行光束D和光束E之间的位相差可以通过严格耦合波理论精确计算证明。

当坐标x轴方向设定为入射光束和光栅槽垂直的方向时，取正一级光束在第三光栅的交点为x轴的坐标原点，则入射光通过第一光栅并衍射在的第二光栅负一级光和第三光栅的正一级光可分别表示为：

E_-1＝E₀ exp[-i(wt-k_xx)]

E₊₁＝E₀ exp[-i(wt)]

E₊₁和E_-1之间的相位差可表示为

由此可见，改变第二光栅的位置x，可改变两衍射光束之间的相位关系，这是本发明的根据。

本发明的技术效果：

通过调整控制第二光栅精密微调机构，使第二光栅沿垂直于入射光束方向和光栅槽的精确移动可连续改变两衍射光束之间的相位。本发明不仅可以用于连续激光干涉区域的连续相移，还可以用于双束短脉冲及超短脉冲激光的干涉测量。和以往的装置比较，具有成本低，结构简单，易集成化，便于调节，体积小，重量轻等优点，在激光干涉测量和快速微纳加工中有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明透射式光栅相移器实施例1的结构示意图

“G1”、“G2”和“G3”表示周期和深度相同的透射式光栅，这些光栅平行相向地固定在光路中。光栅的周期λ＜d＜2λ。其中光栅“G2”装配在一个精密移动台上，可以朝竖直方向X轴移动。h和d分别为光栅的槽深和周期，B和C分别为A光的正负一级衍射光。θ为衍射角。

图2是本发明相移器实时观测系统的示意图。