[发明专利]用于频率调制干涉仪的路径波动监测

说明书

提出了使用相对于测量光具有任意频率的参考激光器来确定干涉仪中的路径长度波动的方法。该方法包括：沿干涉仪的信号路径注入参考光；测量干涉仪的输出处的参考光之间的干涉；通过测量参考光之间的干涉的强度调制并且从所测量的强度调制中减去预期的频率调制来确定干涉仪的两个信号路径中的参考光之间的光学相位差；累积干涉仪的两个信号路径中的参考光之间的展开相位差，其中，展开相位差是相对于参考定义的；以及使用展开相位差确定干涉仪中的光的路径长度波动。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月18日提交的美国临时申请第62/673,181号的优先权。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及用于频率调制干涉仪的路径波动监测或者等同地用于频移干涉仪的路径波动监测。

背景技术

多维相干光谱的共线实施方式包括两个干涉仪，两个干涉仪中的每个干涉仪将光的输入脉冲分成一对脉冲。这些脉冲中的每个脉冲都使用声光调制器(AOM)来进行频率标记，使得可以识别用于感兴趣的任何特定脉冲序列的四波混频信号。

通过考虑仅用于生成一对几乎相同的脉冲并且在脉冲之间具有一定延迟的单个干涉仪，可以简化用于使以上装置商业化所需的新技术。该脉冲对将被传递到强度检测器。至少一个臂中的频率标记部件(如AOM)将导致干扰项，该干扰项使检测器处的强度被以两臂之间的频率差地调制。该干扰信号称为拍频(beat note)。通过用两臂之间的频率差来解调强度检测器上的信号，可以测量干扰的相位和幅度。

干涉仪的一个臂的路径长度可以相对于另一个臂扫描。记录作为相对路径长度的函数的信号幅度和相位是两个场的互相关。为了使每个数据点的相位测量有意义，路径波动必须小或者被测量，并且路径波动被主动校正或被电子地减去。该互相关测量的傅里叶变换给出了两个脉冲谱的乘积。

为了使这样的干涉仪正常工作，有必要知道两臂之间的确切频率调制差和路径长度差。名义上，频率差是应用于AOM的频率(或者是如果使用两臂时每个臂中的两个AOM之间的差)。然而，由于光束的多普勒频移，当反射镜移动或波动时，频率差具有额外的依赖性。路径长度差也取决于这些波动。因此，用第二激光器来测量干涉仪的路径长度差。

历史上，针对光谱用额外的激光器测量干涉仪并不罕见。存在许多使用远失谐激光器来确定傅里叶变换红外(FTIR)光谱中的路径长度分离的示例。然而，这些应用没有在干涉仪的一个或两个臂中使用频率调制部件。对于FTIR，使用具有633nm波长的氦-氖(He-Ne)激光器作为用于对具有2000nm至20000nm之间的频率的光进行光谱解析的参考是标准的。在这种情况下，不必解调信号，只需要使用参考激光器干涉的零交点来识别由该波长(在这些情况下通常为633nm)隔开的点。对于具有与信号类似的波长或者比信号长得多的波长的参考激光器，无法利用零交点对信号进行充分地采样。

最近，已经将AOM引入干涉仪以用于光束选择和改进的噪声消除。对于频率调制，为FTIR开发的路径长度测量的标准技术并不适用。相反，这些方法依赖于具有非常接近被测量的光的频率的参考频率。通过将参考光谱保持接近被测量的光，具有路径长度波动的相位演变非常小。这意味着解调干涉仪对路径长度波动非常不敏感。

该部分提供了与本公开内容相关的背景技术信息，该背景技术信息不一定是现有技术。

发明内容

该部分提供了本公开内容的总体概述，并且不是其全部范围或全部特征的全面公开。