[发明专利]大角孔径单一声光滤波器二次同向声光滤波系统及其方法

说明书

本发明公开大角孔径单一声光滤波器二次同向声光滤波系统及其方法，系统包括依次设置的光源、光束准直系统、偏振分束器、声光滤波系统、光谱探测系统以及计算机控制与分析系统，其还包括光反馈系统和相位延迟系统，计算机控制与分析系统分别连接声光滤波系统和相位延迟系统，光源的光束依次通过光束准直系统和偏振分束器到达声光滤波系统，由声光滤波系统进行第一声光滤波，声光滤波系统输出的第一次声光滤波的光束依次通过光反馈系统、相位延迟系统再次进入偏振分束器，由偏振分束器输出至声光滤波系统进行第二次声光滤波后到达光谱探测系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储。本发明利用一个声光滤波器可以实现两次声光滤波，结构简单，系统造价低，控制方便。

技术领域

本发明涉及光学滤波领域，尤其涉及大角孔径单一声光滤波器二次同向声光滤波系统及其方法。

背景技术

声光可调滤波技术在可调激光技术领域、光谱分析领域以及空间光学等领域有着广泛的应用。声光滤波器的种类主要包括：基于声光晶体的开放空间声光可调滤波器以及利用光纤技术的全光纤声光可调滤波器，其中，基于声光晶体的开放空间声光可调滤波器，因其具有通光范围宽、透射率高、通光孔径大以及滤波带宽窄等优势，相比全光纤声光可调滤波器应用更为广泛。在基于声光晶体的开放空间声光可调滤波器中，基于二氧化碲声光晶体的声光可调滤波器具有优良的声光性能，在可见光至近红外区域通光性能良好，可以在共线以及非共线两种模式下进行声光滤波，是声光滤波领域应用最为广泛的声光滤波器之一。

角孔径是声光滤波器重要性能参数之一，角孔径决定声光滤波器对信号光的收集能力，角孔径越大声光滤波器的集光能力越强，因此提高声光滤波器的角孔径十分关键。

带宽是声光滤波器的又一重要性能参数，声光滤波器的带宽越窄，其光谱分辨率越高，声光滤波器对精细光谱的识别能力越强。为了降低声光滤波器的带宽，提高声光滤波器的光谱分辨率，论文《Efficient double-filtering with a single acousto-optictunable filter》提出了利用一个声光滤波器对信号光进行两次声光滤波的方法。该方法利用单一声光滤波器可以对信号光进行两次声光滤波，可以有效降低滤波信号的带宽，提升光谱分辨率。但是，由于在两次声光滤波过程中，入射光的偏振态不同，两次声光滤波过程的角孔径在空间不重合，导致两次声光滤波过程总的角孔径明显减小，使声光滤波器对信号光的收集能力显著下降。为了克服利用单一声光滤波器对信号光进行两次滤波方法中总的角孔径减小的问题，论文《Spectral resolution enhancement of acousto-optictunable filter by double-filtering》以及专利（基于双晶体滤波的带通可调声光滤波成像装置）中提出了利用两个声光滤波器进行两次声光滤波方法。该方法利用前后放置的两个声光滤波器对信号光进行两次声光滤波，可以有效降低声光滤波信号的带宽，提升光谱分辨率。同时，通过对两个声光滤波器的独立设计和控制，使两次声光滤波过程中的角孔径在空间重合，保证了两次声光滤波总的角孔径不下降，在提升声光滤波器光谱分辨率的同时，其集光能力不受影响。但是，利用前后放置的两个声光滤波器进行两次声光滤波，需要制作两个声光滤波器，其装置成本高。另外，为了保证两次声光滤波过程中的角孔径在空间重合，要利用两个射频源对两个声光滤波器进行分别控制，操作复杂。因此，如何能发明一种装置简单、构建成本低的声光滤波系统，在提升光谱分辨率的同时，获得大的角孔径，是声光滤波领域关心的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供大角孔径单一声光滤波器二次同向声光滤波系统及其方法，使两次声光滤波过程的角孔径空间重合，两次声光滤波过程总的角孔径不降低，实现大角孔径，同时提升声光滤波器的光谱分辨率。本发明利用一个声光滤波器可以实现两次声光滤波，结构简单，系统造价低，控制方便。

本发明采用的技术方案是：