[实用新型]一种全光纤频域干涉仪

说明书

技术领域

本实用新型属于超快光学测试技术，具体涉及一种全光纤频域干涉仪。

背景技术

研究材料在强冲击波作用下的动力学响应特性是物理学的前沿课题之一。当冲击波在材料中传播时，获得波后粒子速度对于推导材料的应力-应变状态是十分有利的。目前，粒子速度的测量通常采用自由面速度法，即通过测量样品自由面的速度来反推粒子速度，常用的诊断设备有任意反射面的速度干涉仪（VISAR）和频域干涉仪，其中，后者相对前者具有更高的时间分辨能力，可以达到亚皮秒量级，是超快激光驱动冲击波的主要测试方法之一。

频域干涉仪的工作原理是，一束宽带激光脉冲通过不等臂迈克尔逊干涉仪产生具有一定延迟时间差的两束脉冲，其中一束作为探测脉冲，经历待测样品，发生与样品有关的相位变化，另一束则作为参考脉冲使用；两束激光脉冲最后通过合束实现共轴传输，并先后进入光谱仪记录系统，在其中形成和记录频谱干涉条纹；从频谱干涉条纹中提取与样品有关的探测脉冲的相位变化信息，并转化为相应的物理量，从而可得待测样品信息，实现样品的无接触式光学测量。如果宽带激光脉冲是一种线性啁啾脉冲（即脉冲频率随时间线性变化），所得样品信息将是一定时间范围内的历史演化过程，这对于超快激光驱动冲击波的实验研究具有重要意义。传统频域干涉仪系统由分立光学元件构成，其典型特点是体积大，结构复杂，不易调试，稳定性欠佳。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种全光纤频域干涉仪。本实用新型的一种全光纤频域干涉仪，整个系统均为光纤系统，它用价格低廉的光纤代替了昂贵的精密光学元器件，成本低，结构简单紧凑，重量轻，易于调试，稳定性好，可以应用在冲击波物理实验当中，用来对样品自由面速度历史进行单发测量。

本实用新型的一种全光纤频域干涉仪，含有：

光纤跳线、宽带脉冲激光器、环行器、啁啾光纤光栅、光纤隔离器、光纤分束器、光纤合束器、光纤衰减器、光纤延迟器、光纤输出准直镜头和光谱仪。

所有光纤元器件通过光纤跳线连接，连接关系为宽带脉冲激光器连接环行器的一个端口，环行器的另外两个端口分别连接啁啾光纤光栅和光纤隔离器的输入端口；光纤隔离器的输出端连接光纤分束器，光纤分束器的剩余三个端口分别连接光纤输出准直镜头、光纤衰减器以及光纤合束器的输入端口；光纤衰减器的输出端连接光纤延迟器的一个端口，光纤延迟器的另一端连接光纤合束器的第二个输入端口，光纤合束器的输出端连接光谱仪。

所述光纤跳线的光纤芯径为10 μm。

所述光纤元器件带有尾纤，所述尾纤通过法兰盘或熔接的方式与光纤跳线连接。

所述光纤元器件和光纤跳线的工作中心波长为1064 nm，工作带宽大于40 nm。

所述宽带脉冲激光器为超连续脉冲激光器，激光器可以实现单脉冲输出。

所述环行器为三端环行器，第一个端口连接宽带脉冲激光器，第二个端口连接啁啾光纤光栅，第三个端口连接光纤隔离器。

所述啁啾光纤光栅将宽带激光脉冲展宽为线性啁啾脉冲，啁啾光纤光栅的啁啾量为-10 nm/ps；所述线性啁啾脉冲将不同时刻的待测信号编码到不同的光谱上，然后通过一定形式的色散记录和数据处理，在单发实验内实现待测信号的超快时间分辨连续测试。

所述光纤隔离器使激光单向通过，阻止激光反方向通过，从而起到保护激光器的作用。

所述光纤分束器为2×2光纤分束器，分束比为1：1，且可以反向使用。

所述光纤合束器为2×1光纤合束器。

所述光纤衰减器的衰减倍数连续可调，从而控制光纤合束器的两个输入光束之间的相对强度，以获得对比度较好的频谱干涉条纹。

所述光纤延迟器产生的延迟时间连续可调，通过设置一定的延迟时间，使光纤合束器的两个输入光束之间的延迟时间差等于2～3 ps，从而获得条纹间距适当的频谱干涉条纹。

所述光纤衰减器和光纤延迟器的位置可以互换。

所述光纤输出准直镜头使光纤输入的激光准直输出，且光斑直径更大。

所述光谱仪记录的数据为频谱干涉条纹，干涉条纹方向平行于光谱轴。