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一种高精度调节分离激光光束平行性的装置和方法

文献发布时间:2023-06-19 16:08:01



技术领域

本发明涉及光学精密校准技术领域,更具体的涉及一种高精度调节分离激光光束平行性的装置,还涉及一种高精度调节分离激光光束平行性的方法。

技术背景

原子干涉陀螺仪作为一种新型惯性测量仪器具有较高的测量精度潜力,为转动的精密测量提供了一种新的技术手段,正逐步应用于基础科学和工程技术领域。为了提高原子干涉陀螺仪的指标,增大干涉环路面积是一种较为有效的途径。然而大面积干涉环路的构建,需要精确控制拉曼光的波矢方向,以满足干涉环路的闭合要求,因此分离拉曼激光之间的平行性变得至关重要。在原子干涉实验或者实际工程应用中,上述分离拉曼光的平行性如何实现并保持稳定是一个重要的问题,目前文献Physical Review A 103,023319(2021)、Science Advances 4,7948(2018)和Physical Review Letters114 063002(2015)中,均采用压电陶瓷电动调整架调节反射镜的角度,使得分离拉曼激光达到高的平行度。此类方法无法独立地对反射镜平行度进行调节和评估,只能通过原子干涉条纹的相移或对比度进行判断和调节;压电陶瓷电动调整架需要电压驱动,断电后其角度精度无法保证,不利于工程应用。本发明将在三坐标仪和氢氧根催化键合技术的支撑下,直接运用光学元件独立完成分离拉曼光的调节,不依赖于原子干涉过程,同时对温度和振动等因素的影响具有很好的鲁棒性,有利于工程应用。

针对本发明应用背景的已有相关文章和技术方案如下:

要调节分离激光光束平行性以及入射光与反射光的重合,一般采用的方法是利用光阑来完成,一对参考光阑与另一对光阑平行放置,分别保持两对光阑中心的平行性,将两束光分别同时通过两对光阑的中心,可得到一对平行光束,利用偏振分光棱镜、分划板等进行光斑位置调节,实现光束的重合,然而此种方法的调节精度较低;另一种方法是利用自准直仪辅助完成光束平行与重合的校准,对于分离距离较大的激光平行性调节存在困难,且。针对于工程应用,需要分离光束高精度可调并且可以长时间保持分离光束间的平行以及反向光束间的重合。

发明内容

本发明的目的在于针对目前原子干涉陀螺仪分离拉曼光束高精度对准所面临的问题,提供了一种高精度调节分离激光光束平行性的装置,还提供一种高精度调节分离激光光束平行性的方法,实现了三束拉曼光的高精度对准,并利用氢氧根催化键合技术对光学元件进行固定,从而有效的提高了拉曼光之间的平行性及反向光束间的重合度。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现:

一种高精度调节分离激光光束平行性的装置,包括辅助调节单元,还包括拉曼光分束模块,拉曼光分束模块包括第四光纤耦合器,

在第四光纤耦合器至第三偏振分光棱镜的方向上依次设置有第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、第二二分之一波片、第二偏振分光棱镜和第三二分之一波片,

在第一偏振分光棱镜的反射方向上依次设置第一光楔对、第一位置敏感象限光电二极管、第四位置敏感象限光电二极管、第四光楔对和第一反射镜,第一光楔对和第一位置敏感象限光电二极管靠近第一偏振分光棱镜设置,第四位置敏感象限光电二极管和第四光楔对靠近第一反射镜设置,

在第二偏振分光棱镜的反射方向上依次设置第二光楔对、第二位置敏感象限光电二极管、第五位置敏感象限光电二极管、第五光楔对和第二反射镜,第二光楔对和第二位置敏感象限光电二极管靠近第二偏振分光棱镜设置,第五位置敏感象限光电二极管和第五光楔对靠近第二反射镜设置,

在第三偏振分光棱镜的反射方向上依次设置第三光楔对、第三位置敏感象限光电二极管、第六位置敏感象限光电二极管、第六光楔对和第三反射镜,第三光楔对和第三位置敏感象限光电二极管靠近第三偏振分光棱镜设置,第六位置敏感象限光电二极管和第六光楔对靠近第三反射镜设置。

如上所述的辅助调节单元包括第一光纤耦合器,在第一光纤耦合器至第二光纤耦合器的光路方向上,依次设置有第五二分之一波片、第四偏振分光棱镜和第四二分之一波片,在第四偏振分光棱镜的反射光路上设置第三光纤耦合器。

一种高精度调节分离激光光束平行性的方法,包括以下步骤:

步骤1、调节辅助调节单元和拉曼光分束模块,探测第二光纤耦合器与第三光纤耦合器的入射光功率和出射光功率,并计算光纤耦合效率,光纤耦合效率不低于90%,激光器通过光纤与第一光纤耦合器连接,第二光纤耦合器通过光纤与第四光纤耦合器连接,

激光器的出射激光经过辅助调节单元后从第二光纤耦合器输出到拉曼光分束模块的第四光纤耦合器,经过第一二分之一波片后再由第一偏振分光棱镜进行分光形成第一反射光和第一透射光,第一反射光依次经第一光楔对和第四光楔对后,再经第一反射镜反射后并沿原光路返回,

第一透射光经第二二分之一波片后再由第二偏振分光棱镜进行分光形成第二反射光和第二透射光,第二反射光依次经第二光楔对和第五光楔对后,再经第二反射镜反射并原光路返回,

第二透射光经第三二分之一波片后再由第三偏振分光棱镜反射形成第三反射光,第三反射光依次经第三光楔对和第六光楔对后,再经第三反射镜反射并原光路返回;

步骤2、将第一位置敏感象限光电二极管的中心位置与第一偏振分光棱镜的中心位置粗调对齐,打开激光器,旋转第一二分之一波片、第二二分之一波片、和第三二分之一波片用来调整光功率的比例,利用第一位置敏感象限光电二极管测量第一反射光位置,利用精密位移台夹持第一位置敏感象限光电二极管,控制第一位置敏感象限光电二极管的中心位置与第一反射光的光斑中心重合,并以第一位置敏感象限光电二极管的中心位置为坐标原点建立xyz空间直角坐标系,

步骤3、关闭激光器,放置第四位置敏感象限光电二极管,调整第四位置敏感象限光电二极管的中心位置与第一位置敏感象限光电二极管的中心位置沿y轴对齐,然后取走第一位置敏感象限光电二极管并开启激光器,在第四位置敏感象限光电二极管的中心位置建立二维x’y’坐标系,x’轴与y’轴垂直,x’轴与x轴平行,y’轴和y轴垂直,若第四位置敏感象限光电二极管探测得到光斑的位置坐标不在y’轴上,则首先利用精密位移台夹持并控制第一偏振分光棱镜绕z轴的偏转,以控制经过第一偏振分光棱镜后的第一反射光绕z轴的旋转,将第四位置敏感象限光电二极管探测到的偏离中心点的光斑移动至y’轴上来,第四位置敏感象限光电二极管持续探测光斑的位置,分别旋转第一光楔对中的两个光楔,使光斑与x’y’坐标系的中心重合,然后固定第一光楔对中的两个光楔,之后利用精密位移台将第一偏振分光棱镜的基座沿z轴抬起,使用移液器将氢氧根催化键合溶液滴于石英基板的上表面,然后将第一偏振分光棱镜的基座放置于石英基板上,固定第一偏振分光棱镜的位置;

步骤4、将激光器与第二光纤耦合器连接,将第四光纤耦合器与第一光纤耦合器连接,将第四位置敏感象限光电二极管移走再打开激光器,第一反射光依次经过第一光楔对和第四光楔对后,与y轴的夹角近0度入射第一反射镜表面,经第一反射镜反射后的光束先经过第四光楔对,再经过第一光楔对,然后经过第一偏振分光棱镜反射后通过第一二分之一波片,再通过第四光纤耦合器耦合进入与第一光纤耦合器中,再由第一光纤耦合器出射并通过第五二分之一波片,再经过第四偏振分光棱镜反射,然后耦合进入辅助调节单元探测端的第三光纤耦合器,用精密位移台夹持并控制第一反射镜沿x轴方向的位移并调整第一反射镜绕z轴的偏转角,旋转第四光楔对来控制第一反射镜反射后的光束与y轴的夹角,用光功率计探测输入到第三光纤耦合器的光功率以及第三光纤耦合器经光纤输出的光功率,并剔除背景功率的影响,计算光纤耦合效率,使得光纤耦合效率不低于90%,之后利用精密位移台将第一反射镜的基座沿z轴抬起,使用移液器将溶液滴于石英基板的上表面,并将第一反射镜的基座缓慢放置于石英基板上,固定第一反射镜的位置;

步骤5、仍以第一位置敏感象限光电二极管的中心为坐标原点的xyz空间直角坐标系下,

将步骤2-4中的第一二分之一波片替换为第二二分之一波片,第一偏振分光棱镜替换为第二偏振分光棱镜,第一光楔对替换为第二光楔对,第一位置敏感象限光电二极管替换为第二位置敏感象限光电二极管,第四位置敏感象限光电二极管替换为第五位置敏感象限光电二极管,第四光楔对替换为第五光楔对,第一反射镜替换为第二反射镜,第一反射光替换为第二反射光后重复步骤2-4;

将步骤2-4中的第一二分之一波片替换为第三二分之一波片,第一偏振分光棱镜替换为第三偏振分光棱镜,第一光楔对替换为第三光楔对,第一位置敏感象限光电二极管替换为第三位置敏感象限光电二极管,第四位置敏感象限光电二极管替换为第六位置敏感象限光电二极管,第四光楔对替换为第六光楔对,第一反射镜替换为第三反射镜,第一反射光替换为第三反射光后重复步骤2-4。

本发明相对于现有技术,具有以下有益效果:

本发明利用辅助调节单元与拉曼光分束模块实现自由空间中三束分离的拉曼光,且三束拉曼光具有高精度的平行性,反向光束的重合度较高,除此之外,基于氢氧根催化键合技术,将光学元件直接粘接于石英基板上,为光束平行性的长时间保持提供了一种高效的解决方案,对于原子干涉陀螺仪的工程应用具有非常重要的意义。由于平行光束是原子干涉仪中较为重要的部分,而且其也较容易应用于其他方面,因此本方案和调节方法还可以经过简单改造应用于其他原子干涉仪器、光学干涉仪器以及实现更加丰富多样的功能,例如应用于原子干涉重力仪、梯度仪或者以激光干涉为原理的仪器等。

附图说明

图1为辅助调节单元与拉曼光分束模块的结构示意图;

图2为位置敏感象限光电二极管探测的光斑二维坐标示意图;

图中:P1-第一偏振分光棱镜,P2-第二偏振分光棱镜,P3-第三偏振分光棱镜,P4-第四偏振分光棱镜,H1-第一二分之一波片,H2-第二二分之一波片,H3-第三二分之一波片,H4-第四二分之一波片,H5-第五二分之一波片,W1-第一光楔对,W2-第二光楔对,W3-第三光楔对,W4-第四光楔对,W5-第五光楔对,W6-第六光楔对,PD1-第一位置敏感象限光电二极管,PD2-第位置敏感象限光电二极管,PD3-第三位置敏感象限光电二极管,PD4-第四位置敏感象限光电二极管,PD5-第五位置敏感象限光电二极管,PD6-第六位置敏感象限光电二极管,R1-第一反射镜,R2-第二反射镜,R3-第三反射镜,I-辅助调节单元的入射端光纤插口,C1-第一光纤耦合器,O-辅助调节单元的出射端光纤插口,C2-第二光纤耦合器,DI-光功率探测端,C3-第三光纤耦合器。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明,下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述,应当理解,此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。

实施例1:

如图1所示,一种高精度调节分离激光光束平行性的装置,包括拉曼光分束模块、辅助调节单元、激光器、位置敏感象限光电二极管、三坐标测量仪、精密位移台,

辅助调节单元内的光路以及拉曼光分束模块内的光路都在xy平面内,其中激光器的光源光束的方向与x轴平行,拉曼光分束模块内的三束拉曼光的方向与y轴平行,石英基板上表面与xy平面平行,与z轴的负半轴相交。

辅助调节单元包括第一光纤耦合器C1、第五二分之一波片H5、第四偏振分光棱镜P4、第三光纤耦合器C3、第四二分之一波片H4、以及第二光纤耦合器C2。

在第一光纤耦合器C1至第二光纤耦合器C2的光路方向上,依次设置有第五二分之一波片H5、第四偏振分光棱镜P4和第四二分之一波片H4,在第四偏振分光棱镜P4的反射光路上设置第三光纤耦合器C3。

根据调试需要,可将第二光纤耦合器C2与第四光纤耦合器C4连接,且第一光纤耦合器C1和激光器连接;或者将第二光纤耦合器C2与激光器连接,且第一光纤耦合器C1和第四光纤耦合器C4连接。

拉曼光分束模块中所有光学元件包括第四光纤耦合器C4、第一二分之一波片H1、第二二分之一波片H2、第三二分之一波片H3、第一光楔对W1、第二光楔对W2、第三光楔对W3、第四光楔对W4、第五光楔对W5、第六光楔对W6、第一偏振分光棱镜P1、第二偏振分光棱镜P2、第三偏振分光棱镜P3、第一反射镜R1、第二反射镜R2以及第三反射镜R3,拉曼光分束模块中所有光学元件都通过对应的基座放置于石英基板上,石英基板的上表面、偏振分光棱镜(P1、P2、P3)的下表面、所有基座的下表面的面型都应不低于λ/4(λ=633nm),且需要进行彻底清洁,第一位置敏感象限光电二极管PD1、第二位置敏感象限光电二极管PD2、第三位置敏感象限光电二极管PD3、第四位置敏感象限光电二极管PD4、第五位置敏感象限光电二极管PD5、以及第六位置敏感象限光电二极管PD6用来探测光斑在xz平面的位置信息。

在第四光纤耦合器C4至第三偏振分光棱镜P3的方向上依次设置有第一二分之一波片H1、第一偏振分光棱镜P1、第二二分之一波片H2、第二偏振分光棱镜P2和第三二分之一波片H3,

在第一偏振分光棱镜P1的反射方向上依次设置第一光楔对W1、第一位置敏感象限光电二极管PD1、第四位置敏感象限光电二极管PD4、第四光楔对W4和第一反射镜R1,第一光楔对W1和第一位置敏感象限光电二极管PD1靠近第一偏振分光棱镜P1设置,第四位置敏感象限光电二极管PD4和第四光楔对W4靠近第一反射镜R1设置。

在第二偏振分光棱镜P2的反射方向上依次设置第二光楔对W2、第二位置敏感象限光电二极管PD2、第五位置敏感象限光电二极管PD5、第五光楔对W5和第二反射镜R2,第二光楔对W2和第二位置敏感象限光电二极管PD2靠近第二偏振分光棱镜P2设置,第五位置敏感象限光电二极管PD5和第五光楔对W5靠近第二反射镜R2设置。

在第三偏振分光棱镜P3的反射方向上依次设置第三光楔对W3、第三位置敏感象限光电二极管PD3、第六位置敏感象限光电二极管PD6、第六光楔对W6和第三反射镜R3。第三光楔对W3和第三位置敏感象限光电二极管PD3靠近第三偏振分光棱镜P3设置,第六位置敏感象限光电二极管PD6和第六光楔对W6靠近第三反射镜R3设置。

三束拉曼光的都位于xy平面内并且方向平行于y轴。

在本实施例中,x轴和y轴垂直,z轴垂直于xy平面。

一种高精度调节分离激光光束平行性的方法,利用上述一种高精度调节分离激光光束平行性的装置,包括以下步骤:

步骤1、首先调节辅助调节单元,激光器出射的线偏振激光通过入射光纤从辅助调节单元的第一光纤耦合器C1入射,经过第五二分之一波片H5,再经过第四偏振分光棱镜P4分光形成调节单元反射光和调节单元透射光,调节单元反射光经第三光纤耦合器C3耦合到第三光纤耦合器C3所连接的光纤中,调节单元透射光依次经第四分之一波片H4和第二光纤耦合器C2耦合到第二光纤耦合器C2所连接的光纤中,探测第二光纤耦合器C2与第三光纤耦合器C3的入射光功率以及第二光纤耦合器C2与第三光纤耦合器C3的出射光功率,并计算光纤耦合效率,要求光纤耦合效率不低于90%,随后将辅助调节单元固定于xy平面内;

调节拉曼光分束模块,调配好氢氧根催化键合溶液,将拉曼光分束模块转移至使用符合国家标准GB/T 16292—1996中所描述的悬浮粒子测定方法而测定的100级洁净室(区)内,将拉曼光分束模块中第四光纤耦合器C4用紫外胶粘接于对应的基座上,再利用氢氧根催化键合技术将第四光纤耦合器C4对应的基座与石英基板粘接并固定,对于拉曼光分束模块中需要旋转的光学元件(包括第一二分之一波片H1、第二二分之一波片H2、第三二分之一波片H3、第一光楔对W1、第二光楔对W2、第三光楔对W3、第四光楔对W4、第五光楔对W5、第六光楔对W6、第一偏振分光棱镜P1、第二偏振分光棱镜P2、第三偏振分光棱镜P3、第一反射镜R1、第二反射镜R2以及第三反射镜R3)利用紫外胶先将光学元件粘接于小型可旋转金属架上,然后再将可旋转金属架粘接于基板上,整个过程完成后,常温下静置后再进行步骤2。

拿掉第一位置敏感象限光电二极管PD1、第二位置敏感象限光电二极管PD2、第三位置敏感象限光电二极管PD3、第四位置敏感象限光电二极管PD4、第五位置敏感象限光电二极管PD5、以及第六位置敏感象限光电二极管PD6。

激光器的出射激光经过辅助调节单元后从第二光纤耦合器C2输出到拉曼光分束模块的第四光纤耦合器C4,经过第一二分之一波片H1后再由第一偏振分光棱镜P1进行分光形成第一反射光和第一透射光,第一反射光依次经第一光楔对W1和第四光楔对W4后,再经第一反射镜R1反射并原光路返回,

第一透射光经第二二分之一波片H2后再由第二偏振分光棱镜P2进行分光形成第二反射光和第二透射光,第二反射光依次经第二光楔对W2和第五光楔对W5后,再经第二反射镜R2反射并原光路返回,

第二透射光经第三二分之一波片H3后再由第三偏振分光棱镜P3反射形成第三反射光,第三反射光依次经第三光楔对W3和第六光楔对W6后,再经第三反射镜R3反射并原光路返回,

第一偏振分光棱镜P1和第二偏振分光棱镜P2的距离以及第二偏振分光棱镜P2和第三偏振分光棱镜P3的距离为200毫米。

步骤2、将第一位置敏感象限光电二极管PD1的中心位置与第一个偏振分光棱镜P1的中心位置粗调对齐,打开激光器,旋转第一二分之一波片H1、第二二分之一波片H2、和第三二分之一波片H3用来调整光功率的比例,利用第一位置敏感象限光电二极管PD1测量第一反射光位置,利用精密位移台夹持第一位置敏感象限光电二极管PD1,控制第一位置敏感象限光电二极管PD1的中心位置与第一反射光的光斑中心重合,并以第一位置敏感象限光电二极管PD1的中心位置为坐标原点(0,0,0)建立xyz空间直角坐标系。本发明第一位置敏感象限光电二极管PD1、第二位置敏感象限光电二极管PD2、第三位置敏感象限光电二极管PD3、第四位置敏感象限光电二极管PD4、第五位置敏感象限光电二极管PD5、以及第六位置敏感象限光电二极管PD6的中心位置均指接收屏的中心位置。

步骤3、关闭激光器,在第一位置敏感象限光电二极管PD1沿y轴负方向距离500毫米处放置第四位置敏感象限光电二极管PD4,第四位置敏感象限光电二极管PD4与第一位置敏感象限光电二极管PD1是相同型号规格,并利用三坐标仪对第四位置敏感象限光电二极管PD4的中心位置进行测量,如果未与第一位置敏感象限光电二极管PD1的中心位置沿y轴对齐,则采用精密位移台控制第四位置敏感象限光电二极管PD4的位置,直至经过三坐标仪测量后第四位置敏感象限光电二极管PD4与第一位置敏感象限光电二极管PD1中心位置沿y轴对齐,三坐标仪建立第一位置敏感象限光电二极管PD1和第四位置敏感象限光电二极管PD4的三维立体图像,从而完成第一位置敏感象限光电二极管PD1和第四位置敏感象限光电二极管PD4的中心位置的测量,结合精密位移台调整第四位置敏感象限光电二极管PD4的中心位置,来保证第一位置敏感象限光电二极管PD1和第四位置敏感象限光电二极管PD4的中心位置对齐,然后取走第一位置敏感象限光电二极管PD1并开启激光器,在第四位置敏感象限光电二极管PD4的中心位置建立二维x’y’坐标系,x’轴与y’轴垂直,x’轴与x轴平行,y’轴和y轴垂直,如图2所示,xyz空间直角坐标系的建立基于第一位置敏感象限光电二极管PD1的中心位置,x’y’坐标系的建立基于第四位置敏感象限光电二极管PD1的中心位置,前面通过三坐标仪的精确定位和精密位移台对第四位置敏感象限光电二极管PD1的精密运动控制保证了x’y’坐标系中的x’轴与xyz空间直角坐标系中的x轴之间的平行以及y’轴与y轴之间的垂直,若第四位置敏感象限光电二极管PD4探测得到光斑的位置坐标(x’

其中,L为第一位置敏感象限光电二极管PD1的中心点与第四位置敏感象限光电二极管PD4中心点位置的距离,此处为500毫米;图2中阴影部分是表示用第一光楔对W1可以将光斑中心调整到的位置,第四位置敏感象限光电二极管PD4持续探测光斑的位置,分别旋转第一光楔对W1中的两个光楔,使光斑与x’y’坐标系的中心重合,然后固定第一光楔对W1中的两个光楔,之后利用精密位移台将第一偏振分光棱镜P1的基座沿z轴抬起一小段距离,使用移液器将氢氧根催化键合溶液滴于石英基板的上表面,然后将第一偏振分光棱镜P1的基座轻轻放置于石英基板上,此时约有30秒的时间进行最后调整,调整好后固定第一偏振分光棱镜P1的位置,常温下静置。

步骤4、将连接有激光器的光纤与第二光纤耦合器C2连接,将拉曼光分束模块的第四光纤耦合器C4与第一光纤耦合器C1通过光纤连接,则原来的入射端变为出射端,原来的出射端变为入射端,将第四位置敏感象限光电二极管PD4移走再打开激光器,第一反射光依次经过第一光楔对W1和第四光楔对W4后,与y轴的夹角近0度入射第一反射镜R1表面,经第一反射镜R1反射后的光束先经过第四光楔对W4,再经过第一光楔对W1,且仍然属于S偏振,然后经过第一偏振分光棱镜P1反射后通过第一二分之一波片H1,再通过第四光纤耦合器C4耦合进入与第一光纤耦合器C1连接的光纤中,再由第一光纤耦合器C1出射并通过第五二分之一波片H5,再通过第四偏振分光棱镜P4,利用第五二分之一波片H5来调整通过第四偏振分光棱镜P4分光之后P偏振光与S偏振光的比例,S偏振光经过第四偏振分光棱镜P4反射,然后耦合进入辅助调节单元探测端的第三光纤耦合器C3,到达辅助调节单元的光功率探测端DI。用精密位移台夹持并控制第一反射镜R1沿x轴方向的位移并调整第一反射镜R1绕z轴的偏转角,旋转第四光楔对W4来控制第一反射镜R1反射后的光束与y轴的夹角,用光功率计探测输入到第三光纤耦合器C3的光功率以及第三光纤耦合器C3经光纤输出的光功率,并剔除背景功率的影响,并计算光纤耦合效率,要求光纤耦合效率不低于90%,则说明反向光束与入射光束的重合性已经足够好,之后利用精密位移台将第一反射镜R1的基座沿z轴抬起一小段距离,使用移液器将溶液滴于石英基板的上表面,并将第一反射镜R1的基座缓慢放置于石英基板上,此时约有30秒的时间进行最后调整,调整好后固定第一反射镜R1的位置,常温下静置至少一周,至此,第一路拉曼光的调整已经全部完成;

步骤5、仍以第一位置敏感象限光电二极管PD1的中心为坐标原点,在调节第一路拉曼光时所建立的xyz空间直角坐标系下,

将步骤2-4描述中的第一二分之一波片H1替换为第二二分之一波片H2,第一偏振分光棱镜P1替换为第二偏振分光棱镜P2,第一光楔对W1替换为第二光楔对W2,第一位置敏感象限光电二极管PD1替换为第二位置敏感象限光电二极管PD2,第四位置敏感象限光电二极管PD4替换为第五位置敏感象限光电二极管PD5,第四光楔对W4替换为第五光楔对W5,第一反射镜R1替换为第二反射镜R2,第一反射光替换为第二反射光后重复步骤2-4,对第二路拉曼光进行调节;

将步骤2-4描述中的第一二分之一波片H1替换为第三二分之一波片H3,第一偏振分光棱镜P1替换为第三偏振分光棱镜P3,第一光楔对W1替换为第三光楔对W3,第一位置敏感象限光电二极管PD1替换为第三位置敏感象限光电二极管PD3,第四位置敏感象限光电二极管PD4替换为第六位置敏感象限光电二极管PD6,第四光楔对W4替换为第六光楔对W6,第一反射镜R1替换为第三反射镜R3,第一反射光替换为第三反射光后重复步骤2-4,对第三路拉曼光进行调节。

该方案的特点在于精度高,可长时间保持高平行性。具体实例中,可以估计总误差的大小,基于已有的单透镜的空间光到光纤的耦合理论,耦合效率受角度偏差的影响为:

其中,λ是激光波长,n为光纤包层折射率,ω为聚焦光斑半径,θ是偏离的角度,此处采用激光波长为780nm,光纤包层材料折射率为1.45,聚焦光斑半径为0.5mm,则计算可得90%耦合效率所存在的角度偏差为55.6μrad,一般情况下,所采用的位置敏感象限光电二极管的探测误差取为0.5μm,三坐标测量仪的定位误差取为0.1μm,精密位移台所引入的位置误差取为0.01μm,则以上因素引起角度误差之和ΔΦ最大为

在这里,位置敏感象限光电二极管PD1与光楔对W1之间的距离相对于PD1与PD4之间的距离(500mm)来说可以忽略,同样忽略PD4与反射镜R1之间的距离,综合以上,预期最终得到的单路拉曼光的总误差不超过57.6μrad。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

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