[发明专利]用于干涉测量的单横模线偏振态大发散角激光光源

说明书

本发明公开了一种用于干涉测量的单横模线偏振态大发散角激光光源，包括激光器、光纤耦合器、标准单模光纤、偏振控制器和大数值孔径光纤；激光器出射激光通过光纤耦合器耦合进标准单模光纤，单模光纤经偏振控制器后通过模场匹配熔接点连接大数值孔径光纤，最后传导激光通过光纤拉锥输出端输出。本发明使用标准单模光纤将激光过渡耦合至大数值孔径光纤；通过模场匹配熔接点提高激光传输效率；基于应力双折射原理盘绕单模光纤，控制异种熔接光纤传输激光的偏振态；拉锥处理大数值孔径光纤输出端，减小输出端发光面积，提高激光发散角度；最后获得一种具有单横模、线偏振态的大发散角激光光源，从而提高干涉测量中干涉条纹的背景均匀性。

技术领域

本发明属于激光器光源领域，具体涉及一种用于干涉测量的单横模线偏振态大发散角激光光源。

背景技术

激光具有极好的时间相干性，在干涉测量领域得到广泛的应用。如激光干涉仪，将激光作为光源，从而获得对比度很高的干涉条纹，提高测量精度。目前，氦氖激光器已广泛用于商业干涉仪中作为光源。并且，利用光纤耦合激光技术可以将光源与干涉仪主机分开，减少干涉仪的体积和热源。

通常使用标准单模光纤作为He-Ne激光器的耦合光纤，可滤除高频噪声，改善输出波前信噪比。但使用标准单模光纤只能提供低发散角输出激光，将导致干涉图背景的均匀性降低，难以满足商用干涉仪的要求。根据高斯光束在阶跃型光纤内传输理论分析，激光发散角与光纤的纤芯半径和数值孔径相关。可以使用具有小纤芯半径，大数值孔径光纤提高输出光束发散角。

专利201811346766X，公开了一种用于干涉图背景匀化的光纤耦合激光器，采用大数值孔径光纤通过耦合器连接激光器，从而得到大范围光斑输出激光。该技术方案直接使用大数值孔径光纤耦合激光器，耦合效率低，且会激励出高阶模，最后输出激光中含有两种模式，分别是LP₀₁模和LP₁₁膜。

南京理工大学的郑云瀚等提出了一种用于激光干涉仪的大发散光纤耦合单模光源，以提高干涉图背景均匀性[Yunhan Zheng,Zhigang Han,Rihong Zhu.Largedivergence fiber-coupled single-mode light source for laser interferometer[J].Optics Communications,2020,474.]。郑云瀚等将标准单模光纤作为HeNe激光器与大数值孔径少模光纤的中间传输介质，制成大发散角光纤耦合单模光源。显著提高输出激光光束发散角，提升干涉图背景均匀性。但该技术方案中，由于大数值孔径相对于标准单模光纤，模场直径较小，直接熔接会产生较大的熔接损耗，并且该光纤耦合单模光源未取得较好的偏振消光比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于干涉测量的单横模线偏振态大发散角激光光源，该光源相比于普通基模光源，可减小形成的干涉图的背景变化程度，提高干涉图条纹均匀性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于干涉测量的单横模线偏振态大发散角激光光源，包括激光器、光纤耦合器、标准单模光纤、偏振控制器、大数值孔径光纤。激光器作为光源，出射激光通过光纤耦合器耦合进标准单模光纤中，后经过模场匹配熔接点进入大数值孔径光纤，最后通过光纤拉锥输出端输出。

通过光纤耦合器，将尽可能多的光功率从激光器耦合进单模光纤中，使用单模光纤不仅保证了高耦合效率，也避免激励出高阶模。

使用大数值孔径光纤作为输出端，并且对输出端做拉锥处理，减小纤芯直径，减小发光面积，扩大输出光束发散角度。提高干涉仪所获得干涉图背景均匀度。

但单模光纤与大数值孔径光纤之间存在模场失配，通过模场匹配熔接点提高激光传输效率，保证光功率。

使用偏振控制器盘绕单模光纤，不同光纤线圈起到不同波片的作用，引起相位延迟，控制传输激光偏振态。通过偏振相机实时监控大数值孔径光纤输出激光偏振态调整线圈槽位置，做到控制异种熔接光纤偏振态。