[实用新型]一种高速光学延时线性扫描装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光学探测技术领域，具体涉及一种高速光学延时线性扫描装置。

背景技术

光学延时扫描装置用于实现两束光之间的延时扫描功能，被广泛应用于光学相干层析成像、太赫兹时域光谱等基于超快时间分辨的光学探测系统中。

早期的光学延时装置利用反射镜的往返式直线运动来实现延时扫描，扫描速率仅能达到10 Hz量级。为了提高扫描速率，采用旋转式运动的光学延时扫描机构被大量报道。其中，采用渐开线面型的反射镜作为关键部件的延时扫描技术是近些年的研究热点。

2004年，许景周等人报道了采用圆渐开线型反射镜的内曲面作为反射镜的延时扫描方案（《OPTICS LETTERS》，2004年第29卷17期，第2082-2084页），扫描速率可达100 Hz。但是，其内部光路的光轴方向不在同一平面内，导致光轴方向装调较为复杂。同年，许景周还设计一种利用圆渐开线型反射镜的外曲面作为反射镜的延时扫描方案（《ELECTRONICS LETTERS》，2004年第40卷19期，第1218-1219页），实现了光轴方向位于同一平面内，降低了光机装调的复杂性。但是，由于其设计的圆渐开线型反射镜重心不对称，导致其沿中心轴旋转时的稳定性难以保障。2014年，黄战华等人采用圆渐开线型反射镜的外曲面作为反射镜，并利用旋转的平面反射镜阵列实现光学延时扫描功能（CN104166233B；《光学精密工程》，2015年，第23卷第12期，第3189-3294页；《中国激光》，2017年第54卷，第031202-1/8页），同样能够实现100 Hz的扫描速率。但是，由于平面反射镜阵列的结构外形设计特点，导致其旋转时的风阻系数较大，在保证稳定性的前提下难以进一步提高延时扫描速率。

如何在保障稳定性和线性度的条件下提高光学延时扫描速率是本技术领域的一个关键技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于根据现有技术的不足，设计一种高速光学延时线性扫描装置，能够实现更高的扫描速率，且具有良好的稳定性和线性度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高速光学延时线性扫描装置，包括扇叶型反射镜、四分之一波片、偏振分光镜和电机，所述的扇叶型反射镜由多个相同的扇叶反射面和与扇叶反射面中心同轴的基圆组成，所述的扇叶反射面采用基圆渐开线的外曲面，所述的多个扇叶反射面呈等角度分布在基圆的圆周上，所述的四分之一波片和偏振分光镜依次排列，其光轴方向与基圆的切线相重合。

所述的一种高速光学延时线性扫描装置，其扇叶型反射镜的中心设置有旋转孔，所述的旋转孔连接电机的驱动轴。

所述的一种高速光学延时线性扫描装置，其扇叶型反射镜和四分之一波片之间还设置有柱面镜。

所述的一种高速光学延时线性扫描装置，其扇叶型反射镜为金属件或聚合物材料件。

所述的一种高速光学延时线性扫描装置，其扇叶反射面具有光学抛光的表面。

所述的一种高速光学延时线性扫描装置，其扇叶反射面表面设置有镀膜。

本实用新型的有益效果是：

1，本实用新型所设计的扇叶型反射镜的重心位于几何中心，且外形设计在逆时针旋转时风阻系数小，利用这种扇叶型反射镜的高速旋转实现光学延时扫描，比现有的其他技术方案具有更好的稳定性。

2，本实用新型所设计的扇叶型反射镜具有多片（≥2片）相同的符合渐开线方程的光学扇叶反射面，这种光学扇叶反射面能够保障光学延时量与扇叶型反射镜的旋转角度呈良好的线性关系。

3，本实用新型通过增加扇叶型反射镜的片数（N），可实现更高的扫描速率：设驱动电机的转速为s转/秒，则延时扫描速率为N·s赫兹。例如：在现有的机电技术水平下，电机转速可轻松达到125 转/秒，对于具有4片扇叶反射面的扇叶型反射镜，可实现的光学延时扫描速率高达500 Hz。

4，本实用新型通过增加扇叶型反射镜的扇叶反射面的渐开线基圆半径r和旋转角度范围δ，可灵活实现所需要的光学延时量T=4πrδ/360/c （c表示光速）。例如：当r=20 mm，δ=90°时，光学延时量高达208 ps。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型扇叶型反射镜的结构示意图。