一種全光纖頻域干涉儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種全光纖頻域干涉儀，所述的干涉儀含有光纖跳線、寬帶脈沖激光器、環行器、啁啾光纖光柵、光纖隔離器、光纖分束器、光纖合束器、光纖衰減器、光纖延遲器、光纖輸出準直鏡頭和光譜儀。所有光纖器件通過光纖跳線連接，連接關系為環行器三端分別連接寬帶脈沖激光器、啁啾光纖光柵和光纖隔離器；光纖分束器四端分別連接光纖隔離器另一端、光纖合束器、光纖衰減器和光纖輸出準直鏡頭；光纖合束器另兩端分別連接光纖延遲器和光譜儀。本實用新型的全光纖頻域干涉儀具有無接觸式、高時間分辨連續測試的特點，且整體結構簡單、體積小、易于調試、穩定性好。本實用新型的全光纖頻域干涉儀的特點表明其將可以用作高時間分辨的速度測試系統。
【專利說明】 一種全光纖頻域干涉儀
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于超快光學測試技術，具體涉及一種全光纖頻域干涉儀。
【背景技術】
[0002]研究材料在強沖擊波作用下的動力學響應特性是物理學的前沿課題之一。當沖擊波在材料中傳播時，獲得波后粒子速度對于推導材料的應力-應變狀態是十分有利的。目前，粒子速度的測量通常采用自由面速度法，即通過測量樣品自由面的速度來反推粒子速度，常用的診斷設備有任意反射面的速度干涉儀(VISAR)和頻域干涉儀，其中，后者相對前者具有更高的時間分辨能力，可以達到亞皮秒量級，是超快激光驅動沖擊波的主要測試方法之一。
[0003]頻域干涉儀的工作原理是，一束寬帶激光脈沖通過不等臂邁克爾遜干涉儀產生具有一定延遲時間差的兩束脈沖，其中一束作為探測脈沖，經歷待測樣品，發生與樣品有關的相位變化，另一束則作為參考脈沖使用；兩束激光脈沖最后通過合束實現共軸傳輸，并先后進入光譜儀記錄系統，在其中形成和記錄頻譜干涉條紋；從頻譜干涉條紋中提取與樣品有關的探測脈沖的相位變化信息，并轉化為相應的物理量，從而可得待測樣品信息，實現樣品的無接觸式光學測量。如果寬帶激光脈沖是一種線性啁啾脈沖(即脈沖頻率隨時間線性變化)，所得樣品信息將是一定時間范圍內的歷史演化過程，這對于超快激光驅動沖擊波的實驗研究具有重要意義。傳統頻域干涉儀系統由分立光學元件構成，其典型特點是體積大，結構復雜，不易調試，穩定性欠佳。
【發明內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種全光纖頻域干涉儀。本實用新型的一種全光纖頻域干涉儀，整個系統均為光纖系統，它用價格低廉的光纖代替了昂貴的精密光學元器件，成本低，結構簡單緊湊，重量輕，易于調試，穩定性好，可以應用在沖擊波物理實驗當中，用來對樣品自由面速度歷史進行單發測量。
[0005]本實用新型的一種全光纖頻域干涉儀，含有:
[0006]光纖跳線、寬帶脈沖激光器、環行器、啁啾光纖光柵、光纖隔離器、光纖分束器、光纖合束器、光纖衰減器、光纖延遲器、光纖輸出準直鏡頭和光譜儀。
[0007]所有光纖元器件通過光纖跳線連接，連接關系為寬帶脈沖激光器連接環行器的一個端口，環行器的另外兩個端口分別連接啁啾光纖光柵和光纖隔離器的輸入端口 ；光纖隔離器的輸出端連接光纖分束器，光纖分束器的剩余三個端口分別連接光纖輸出準直鏡頭、光纖衰減器以及光纖合束器的輸入端口；光纖衰減器的輸出端連接光纖延遲器的一個端口，光纖延遲器的另一端連接光纖合束器的第二個輸入端口，光纖合束器的輸出端連接光譜儀。
[0008]所述光纖跳線的光纖芯徑為10 μπι。
[0009]所述光纖元器件帶有尾纖，所述尾纖通過法蘭盤或熔接的方式與光纖跳線連接。
[0010]所述光纖元器件和光纖跳線的工作中心波長為1064 nm，工作帶寬大于40 nm。
[0011]所述寬帶脈沖激光器為超連續脈沖激光器，激光器可以實現單脈沖輸出。
[0012]所述環行器為三端環行器，第一個端口連接寬帶脈沖激光器，第二個端口連接啁啾光纖光柵，第三個端口連接光纖隔離器。
[0013]所述啁啾光纖光柵將寬帶激光脈沖展寬為線性啁啾脈沖，啁啾光纖光柵的啁啾量為-10 nm/ps ;所述線性啁啾脈沖將不同時刻的待測信號編碼到不同的光譜上，然后通過一定形式的色散記錄和數據處理，在單發實驗內實現待測信號的超快時間分辨連續測試。
[0014]所述光纖隔離器使激光單向通過，阻止激光反方向通過，從而起到保護激光器的作用。
[0015]所述光纖分束器為2X2光纖分束器，分束比為1:1，且可以反向使用。
[0016]所述光纖合束器為2X1光纖合束器。
[0017]所述光纖衰減器的衰減倍數連續可調，從而控制光纖合束器的兩個輸入光束之間的相對強度，以獲得對比度較好的頻譜干涉條紋。
[0018]所述光纖延遲器產生的延遲時間連續可調，通過設置一定的延遲時間，使光纖合束器的兩個輸入光束之間的延遲時間差等于2?3 ps，從而獲得條紋間距適當的頻譜干涉條紋。
[0019]所述光纖衰減器和光纖延遲器的位置可以互換。
[0020]所述光纖輸出準直鏡頭使光纖輸入的激光準直輸出，且光斑直徑更大。
[0021]所述光譜儀記錄的數據為頻譜干涉條紋，干涉條紋方向平行于光譜軸。
[0022]本實用新型的目的是這樣實現的，寬帶脈沖激光器輸出的寬帶脈沖從環行器的第一個端口輸入環行器，從環行器的第二個端口出來后進入啁啾光纖光柵，啁啾光纖光柵將寬帶激光脈沖展寬為線性啁啾脈沖(即脈沖頻率隨時間線性變化)，線性啁啾脈沖再返回環行器，然后從環行器的第三個端口出來并進入光纖隔離器；線性啁啾脈沖通過光纖隔離器后，進入光纖分束器，被其等分為兩部分，分別用作探測光和參考光；探測光通過光纖進入光纖輸出準直鏡頭，輸出的準直光束垂直照明被測樣品表面，其反射光被準直鏡頭收集后返回光纖，然后再次進入光纖分束器，其中約一半的光束通過光纖進入光纖合束器的一個輸入端口，當樣品表面因樣品被沖擊而運動時，探測光的相位將發生相應變化；對于光纖分束器輸出的參考光，其依次通過一個光纖衰減器和一個光纖延遲器后，進入光纖合束器的另一個輸入端口 ；探測光和參考光以一定的延遲時間差從光纖合束器的輸出端口先后輸出，然后通過光纖進入光譜儀，由光譜儀記錄產生的頻譜干涉條紋；通過對頻譜干涉條紋進行解譜，可得樣品表面在一定時間范圍內(相當于線性啁啾脈沖脈寬)的速度變化歷史。
[0023]本實用新型的全光纖頻域干涉儀，與傳統頻域干涉儀系統相比，具有結構簡單，體積小，重量輕，易于調試，穩定性好的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型實施例1中的全光纖頻域干涉儀結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0026]在下面的描述中使用了很多具體的參數以便于充分理解本實用新型，但是這些參數只是示例，其在此不應限制本實用新型保護的范圍。
[0027]實施例1
[0028]本實用新型的一種全光纖頻域干涉儀，如圖1所示，含有光纖跳線、寬帶脈沖激光器、環行器、啁啾光纖光柵、光纖隔離器、光纖分束器、光纖合束器、光纖衰減器、光纖延遲器、光纖輸出準直鏡頭和光譜儀。
[0029]所有光纖元器件帶有尾纖，尾纖以熔接的方式與光纖跳線連接。光纖器件的連接關系為環行器2的三個端口分別連接寬帶脈沖激光器1、啁啾光纖光柵3和光纖隔離器4的輸入端口 ；光纖隔離器4的輸出端連接光纖分束器5的一個輸入端口，光纖分束器5的另一個輸入端口與光纖合束器9的第一個輸入端口連接,光纖分束器5的兩個輸出端口分別連接光纖輸出準直鏡頭6和光纖衰減器7 ;光纖衰減器7的輸出端口連接光纖延遲器8，光纖延遲器8的另一端連接光纖合束器9的第二個輸入端口，光纖合束器9的輸出端口連接光譜儀10。
[0030]在本實施例中，寬帶脈沖激光器I輸出的寬帶激光脈沖從環行器2的第一個端口輸入環行器2,從環行器2的第二個端口輸出后進入啁啾光纖光柵3,啁啾光纖光柵3將寬帶激光脈沖展寬為線性啁啾脈沖(即脈沖頻率隨時間線性變化)，線性啁啾脈沖從環行器2的第二個端口返回環行器2，然后從環行器2的第三個端口出來并進入光纖隔離器4，光纖隔離器4只允許激光單向通過，阻止激光反方向通過，從而起到保護激光器的作用；線性啁啾脈沖通過光纖隔離器4后，進入光纖分束器5，被其等分為兩部分，分別用作探測光和參考光；探測光通過光纖進入光纖輸出準直鏡頭6，輸出的準直光束垂直照明被測樣品表面，其反射光被光纖輸出準直鏡頭6收集后返回光纖，然后再次進入光纖分束器5，其中約一半的能量通過光纖進入光纖合束器9的一個輸入端口 ；對于光纖分束器5輸出的參考光,其依次通過光纖衰減器7和光纖延遲器8后，進入光纖合束器9的另一個輸入端口，其中，光纖衰減器7使參考光的強度連續可調，以保證進入光纖合束器9的兩路光強度相當，而光纖延遲器8用來調節參考光經歷的光程，使其與探測光到達光纖合束器9的時間差等于2 ps ；探測光和參考光以一定的延遲時間差(2 ps)從光纖合束器9的輸出端口先后輸出，然后通過光纖進入光譜儀10，由光譜儀10記錄產生的頻譜干涉條紋。
[0031]以上對本實用新型的全光纖頻域干涉儀的結構進行了詳細的描述，為了更好的理解本實用新型的測量原理，以下將對本實用新型全光纖頻域干涉儀的具體測速過程加以詳細介紹。
[0032]假設待測樣品表面因樣品被沖擊而運動，即帶有一定的速度。此時，如果光纖輸出準直鏡頭輸出的探測光垂直照射到待測樣品表面并被垂直反射，根據多普勒原理，反射后的探測光相位(相對樣品表面未運動時)將發生變化。光纖輸出準直鏡頭收集反射光并將其返回光纖分束器，然后經由光纖合束器進入光譜儀。在光譜儀內，探測光與前后時刻到達的參考光發生頻域干涉，由光譜儀記錄和輸出頻譜干涉條紋。相對于樣品表面未運動時記錄的靜態條紋，此刻記錄的頻譜干涉條紋發生了相應的移動，通過數據處理即可提取條紋移動對應的探測光相位變化，再利用多普勒相移公式可以求得待測樣品表面速度。在本實用新型的全光纖頻域干涉儀中，由于探測光是線性啁啾脈沖，因此，根據單幅頻譜干涉條紋，便可獲得待測樣品表面在一定時間范圍內的速度變化歷史。
[0033]至此完成了此實施例的全光纖頻域干涉儀。
[0034]以上所述，僅是本實用新型的可選實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制。
[0035]雖然本實用新型已以可選實施例披露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術方案保護的范圍。
【權利要求】
1.一種全光纖頻域干涉儀，其特征在于，所述的干涉儀含有的光纖元器件有光纖跳線、寬帶脈沖激光器、環行器、啁啾光纖光柵、光纖隔離器、光纖分束器、光纖合束器、光纖衰減器、光纖延遲器、光纖輸出準直鏡頭和光譜儀；其連接關系是，所述的光纖元器件均通過光纖跳線連接，所述的寬帶脈沖激光器(I)連接環行器(2)的一個端口，環行器(2)的另外兩個端口分別連接啁啾光纖光柵(3)、光纖隔離器(4)的輸入端口 ；所述光纖隔離器(4)的輸出端連接光纖分束器(5),光纖分束器(5)的剩余三個端口分別連接光纖輸出準直鏡頭(6 )、光纖衰減器(7 )的輸入端口以及光纖合束器(9 )的輸入端口 ；光纖衰減器(7 )的輸出端連接光纖延遲器(8 )的一個端口，光纖延遲器(8 )的另一端口與光纖合束器(9 )的第二個輸入端口連接，光纖合束器(9 )的輸出端連接光譜儀(10 )。
2.根據權利要求1所述的全光纖頻域干涉儀，其特征在于:所述寬帶脈沖激光器為超連續脈沖激光器。
3.根據權利要求1所述的全光纖頻域干涉儀，其特征在于:所述光纖衰減器的衰減倍數連續可調。
4.根據權利要求1所述的全光纖頻域干涉儀，其特征在于:所述光纖延遲器的延遲時間連續可調。
【文檔編號】G01J3/45GK204128686SQ201420658771
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】谷渝秋, 范偉, 杜賽, 吳玉遲, 朱斌, 單連強, 韓丹 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
