[发明专利]一种连续调节激光相干长度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及是一种连续调节激光相干长度的方法和装置。

背景技术

相干长度是衡量光源相干性能的物理量，定义为光源光能够实现相干的最大光程差。激光以其良好的相干性被广泛应用于各种光学测量技术中，如相干光纤通讯、激光测距、激光雷达等领域，但是对一些精密测量技术，如高速、超高分辨率成像、精密检测等应用，高相干光源反而会因为多表面反射或透射产生各种光学噪声，降低测量精度。例如，在利用其检测双抛光透明平行平板面形时，将会出现三表面干涉现象，导致测量误差较大。因此具有良好光束特性的低相干光源成为这些测量系统的最佳光源。

低相干光可以通过在超辐射发光二极管输出端加入特定带宽的带通滤光片，从而获得准单色光的白光光源来实现，但它们的光亮度有待进一步提高。飞秒激光器虽可产生高亮度、短相干长度的脉冲激光，但其体型巨大，且价格昂贵。

另一方面，为了测量不同尺寸的微观物体表面形貌，则需要具有不同相干长度的高亮度光源。

在相干和非相干测量应用中，要求对光源激光的相干长度进行有效调控。虽然通过调节激光腔腔长可以在一定程度上改变输出激光的相干长度，但是由于腔长调节范围有限，所以相干长度的调节范围也很小。

现有技术中，光栅和棱镜组合曾被用于压缩激光线宽，例如申请号为200910052119.2的中国发明专利中提到了一种含光束整形与波长转动调谐的线宽压缩装置，通过调节第一个和最后一个棱镜而使光束入射到光栅上的角度发生变化，从而光栅选择不同的衍射波长输出，但这种装置目标是调节激光波长，而压缩后的激光线宽和相干长度是固定不变的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提出一种能够连续调节激光相干长度的方法和装置，以克服现有的相干长度调节装置调节范围小、不够稳定的缺点。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种连续调节激光相干长度的方法，该方法提供激光谐振腔，使泵浦激光入射到在该激光谐振腔中，激光在激光谐振腔内多次往返振荡后输出，该方法还包括：提供激光扩束/缩束装置和光栅，使激光通过激光扩束/缩束装置入射到所述光栅上，其中，该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数是连续可调的，且光栅的位置和角度也是连续可调的；连续调节该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数，同时相应地调节光栅的位置和角度，以保证激光在光栅的入射面的入射角不变，由此来调节所述输出激光的相干长度。

根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置和光栅设置于所述激光谐振腔内。

根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置和光栅设置于所述激光谐振腔外，从激光谐振腔出射的激光通过所述激光扩束/缩束装置和光栅后输出。

根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置的有效色散为零。

本发明还提出一种连续调节激光相干长度的装置，包括激光谐振腔，激光在激光谐振腔内多次往返振荡后输出，该装置还包括激光扩束/缩束装置和光栅，激光在输出之前通过该激光扩束/缩束装置和光栅，其中：所述激光扩束/缩束装置对激光进行扩束或缩束，并使通过该激光扩束/缩束装置的激光入射到所述光栅上，该激光扩束/缩束装置的扩束/缩束倍数是连续可调的；所述光栅用于利用其衍射特性进行激光波长选择，且其位置和角度也是连续可调的，以保证激光在光栅的入射面的入射角不变。

根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置的有效色散为零。

根据本发明的一种优选实施方式，所述激光扩束/缩束装置是由三个棱镜组成的棱镜组，棱镜组中的棱镜放置方式为“上-上-下”或者“下-下-上”，其中，“上”表示棱镜的顶角朝上，“下”表示棱镜的顶角朝下，所述顶角是指棱镜的三个角中最小的角。

根据本发明的一种优选实施方式，所述棱镜组中的每个棱镜均安装于棱镜转动平移台上，该棱镜转动平移台可在平行于激光光路的平面内转动和平动，通过转动棱镜转动平移台，可改变激光光束的扩束/缩束倍数；所述光栅安装于光栅转动平移台上，该光栅转动平移台可在平行于激光光路的平面内转动或平动，通过转动和平动光栅转动平移台，可以相应地调整光栅的激光入射角度，保证经棱镜组出射的激光束始终以相同的入射角入射到该光栅上。

根据本发明的一种优选实施方式，所述光栅是Littrow自准直结构放置的闪耀光栅，或者是Littman-Metcalf掠入射结构放置的闪耀光栅。