[发明专利]级联快速旋转延迟扫描装置

说明书

技术领域

本发明属于时域信号扫描领域，具体涉及级联快速旋转延迟扫描装置，可用于多种需要快速改变光程的场景中。

背景技术

时域信号扫描技术是一种基于激光的相干探测技术，其原理是两个时域脉冲相互干涉可以测得脉冲某一点处的值，通过改变两个脉冲的相对位置，可以扫描出整个脉动信号的大小。

当前的信号扫描普遍采用直线式扫描延迟线来改变光程达到扫描时域信号的目的，这种扫描方式速度很慢。而台阶式快速旋转延迟装置可以实现时域脉冲信号的高速扫描，旋转扫描器的台阶高度差越小，时域脉冲信号的时域分辨率越高，而高度差越小，所需加工的台阶数就越多，在旋转扫描器整体面积有效的情况下，每个台阶的面积也就越小，也就越来越难以加工实现。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种级联快速旋转延迟扫描装置。与单个台阶式快速旋转延迟扫描器相比，本发明提出两个台阶式快速旋转延迟扫描器相互级联可以大大降低对加工工艺的要求。

根据本发明提供的一种级联快速旋转延迟扫描装置，包括多级旋转延迟扫描器，各级旋转延迟扫描器之间采用如下方式级联：

-串联：各级旋转延迟扫描器放置在时域信号扫描的一条光路上，并且各级旋转延迟扫描器的旋转方向相同，即旋转方向都是光程增加的方向或都是光程减小的方向；

-并联：各级旋转延迟扫描器分别放置在时域信号扫描的两条光路上，这两条光路上的旋转延迟扫描器之间旋转方向相关，即一条光路上的旋转延迟扫描器的旋转方向是光程增加的方向，另一条光路上的旋转延迟扫描器的旋转方向是光程减小的方向。

优选地，相邻级旋转延迟扫描器的相邻台阶高度差之比为定值，台阶的高度是指台阶沿旋转延迟扫描器旋转轴轴向的高度。

优选地，旋转延迟扫描器台阶表面的法线与入射光的光轴重合，并且与旋转延迟扫描装置的旋转轴平行。

优选地，所述旋转延迟扫描器包括首尾依次相连构成圆环的多个台阶；

在一旋转延迟扫描器的全部台阶中，除了最高台阶与最低台阶之间之外，相邻台阶之间的高度差相等。

优选地，在各级旋转延迟扫描器中，相邻台阶之间的高度差与旋转延迟扫描器的转速成反比。

优选地，后一级旋转延迟扫描器中相邻台阶之间的高度差，等于前一级旋转延迟扫描器的台阶数与相邻台阶之间的高度差的乘积；

后一级旋转延迟扫描器的转速，等于前一级旋转延迟扫描器的转速除以后一级旋转延迟扫描器的台阶数的商值。

优选地，在旋转延迟扫描器之前设置有若干透镜，透镜用于对入射的激光进行汇聚或者缩束。

优选地，各级旋转延迟扫描器在初始时刻均处于零位，所述零位是指最高台阶和最低台阶的交界处。

在更多的优选方式中：

所述光路由多个激光分束器件和偏振器件形成。所述激光分束器件是指具有透射和反射激光的功能的器件，当前普遍所用的器件主要有两种，一种是透射和反射特性与入射光偏振性无关的，主要代表是分束片(BS)。另一种是透射和反射光特性与入射光偏振性相关的，主要有偏振分光棱镜(PBS)、偏振分束片、格兰-激光棱镜和其他偏振分光棱镜等。

所述的级联快速旋转延迟扫描装置的扫描长度是最高级(相邻台阶高度差最大)旋转延迟扫描器最高台阶和最低台阶的高度差；空间扫描分辨率是第一级(相邻台阶高度差最小)的相邻台阶高度差；扫描点数是所有旋转扫描器台阶数的乘积。

所述各级快速旋转延迟扫描器既可以串联使用，也可以并联使用。

在两个扫描器级联的设计中，在保证转速和转向满足要求的情况下，各级旋转延迟扫描器之间的位置是可以互换的。同样，在多个扫描器级联的设计中，各个扫描器的位置也是可以互换的。

还包括线偏振器件，线偏振器件可以改变光路中激光的偏振态或偏振方向，在实际应用中，只有入射光通过时，采用1/2波片、线偏振片、偏振分光片或者是各类分光棱镜(比如格兰-泰勒棱镜、格兰-激光棱镜、格兰-汤普生棱镜-布儒斯特棱镜、沃拉斯顿棱镜、洛匈棱镜)来改变光的偏振方向，使得入射光变为p光；当入射光和从旋转延迟扫描器反射的光都通过时，采用1/4波片来改变光的偏振方向。

第一级台阶式旋转延迟扫描器，多个高度差相等的光滑台阶首尾相接成一个类圆形的旋转器，台阶之间的高度差比较小，旋转器转速较快，台阶表面法线与旋转器旋转轴轴向同向。

第二级台阶式旋转延迟扫描器，多个高度差相等的光滑台阶首尾相接成一个圆形旋转器，台阶之间的高度差比较大，旋转器转速较慢。