本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生光學(xué)延遲線的串聯(lián)擺動(dòng)平行平面反射鏡結(jié)構(gòu)，屬于光學(xué)材料分析領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，人類(lèi)的生活質(zhì)量、健康水平不斷提高，光學(xué)相干層析成像這種全新的生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。光學(xué)延遲線是光學(xué)相干層析成像中的重要組成部分，它決定了整個(gè)系統(tǒng)的掃描速度、影響整個(gè)系統(tǒng)的信噪比和分辨率。是光學(xué)相干層析成像技術(shù)中的一個(gè)至關(guān)重要的決定因素。

目前常用的光學(xué)延遲線裝置大多是利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線性微位移平臺(tái)上的光學(xué)反射鏡產(chǎn)生，但是此類(lèi)光學(xué)延遲線存在較長(zhǎng)延遲時(shí)間，同事由于采用機(jī)械手段產(chǎn)生的延遲，不能實(shí)現(xiàn)快速掃描；也有利用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)立方體來(lái)改變光程，但它受表面形狀的限制，存在掃描不均勻，線性度差，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中掃描范圍不確定等不可克服的缺點(diǎn)。近幾年來(lái)，隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用回轉(zhuǎn)螺旋面反射鏡實(shí)現(xiàn)的全反射式周強(qiáng)性掃描裝置被廣泛的應(yīng)用于產(chǎn)生光學(xué)延遲線，掃描頻率和延遲時(shí)間較之前有了大大的提高。

本發(fā)明提出了一種新的產(chǎn)生光學(xué)延遲線的裝置，具有無(wú)色散、重量輕、延遲量可靈活改變、延遲量大、掃描頻率高、線性度和平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于光信息處理系統(tǒng)和時(shí)間分辨光學(xué)系統(tǒng)中，尤其對(duì)光學(xué)相干層析成像技術(shù)的提升起到非常重要的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新的產(chǎn)生光學(xué)延遲線的串聯(lián)擺動(dòng)平行平面反射鏡結(jié)構(gòu)，不僅在掃描頻率上較之前的電動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)方法有了明顯的提高，延遲時(shí)間也縮短至皮秒量級(jí)。

為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種產(chǎn)生光學(xué)延遲線的串聯(lián)擺動(dòng)平行平面反射鏡結(jié)構(gòu)，包括：:激光器1、波片2、分光器件3、聚焦透鏡4、CCD5、第一平行平面反射鏡6、第二平行平面反射鏡7、第一反射鏡8、第三平行平面反射鏡9、第四平行平面反射鏡10、第二反射鏡11、缺角直角棱鏡12，其特征在于，

由所述激光器1發(fā)出激光束，在經(jīng)過(guò)位于激光器1左側(cè)的波片2之后變成具有不同偏振方向的激光束，再經(jīng)過(guò)波片左側(cè)的分光器件3，將激光束分為激光束A與激光束B(niǎo)，激光束A沿與激光光源發(fā)出的激光束相同的方向進(jìn)行傳輸；

激光束B(niǎo)經(jīng)過(guò)分光器件3之后沿豎直方向進(jìn)入第一平行平面反射鏡6，再反射至第二平行平面反射鏡7，經(jīng)過(guò)多次反射后出射，已發(fā)生延遲和位移后的激光束B(niǎo)進(jìn)入串聯(lián)平行平面反射鏡裝置中的第三平行平面反射鏡9，反射至第四平行平面反射鏡10，多次反射后，出射進(jìn)入第一反射鏡8，再經(jīng)第二反射鏡11反射進(jìn)入缺角直角棱鏡12，與激光束A經(jīng)由聚焦透鏡4匯合至CCD5中。

為了更為清晰的闡明本發(fā)明可產(chǎn)生的光學(xué)延遲線過(guò)程，特將理論推導(dǎo)明確如下：

如圖1所示，激光束B(niǎo)垂直入射可電控平行平面擺動(dòng)裝置中的第一平行平面反射鏡，而此時(shí)的可電控平行平面擺動(dòng)裝置以與水平方向夾角為θ置于光路中。定義第一平行平面反射鏡、第二平行平面反射鏡、第三平行平面反射鏡和第四平行平面反射鏡的長(zhǎng)度為L(zhǎng)；定義第一平行平面反射鏡與第二平行平面反射鏡之間的距離和第三平行平面反射鏡與第四平行平面反射鏡之間的距離相等為d；定義第一平行平面反射鏡與第二平行平面反射鏡之間的錯(cuò)距和第三平行平面反射鏡與第四平行平面反射鏡之間的錯(cuò)距相等為D；定義光束在可電控第一組平行平面擺動(dòng)裝置中的反射次數(shù)為N1，第二組平行平面擺動(dòng)裝置中的反射次數(shù)為N2。

定義入射光線1入射到第一平行平面反射鏡上的入射角為θ1，其反射角為θ2；定義入射光線1入射到第三平行平面反射鏡上的入射角為θ3；其反射角為θ4；定義符號(hào)△為激光束B(niǎo)通過(guò)串聯(lián)可電控平行平面擺動(dòng)裝置后產(chǎn)生的光程差；定義經(jīng)過(guò)串聯(lián)平行平面擺動(dòng)裝置后出射光線相對(duì)入射光纖所產(chǎn)生的位移差為x。

如圖2所示，激光束B(niǎo)為入射光線1，經(jīng)過(guò)第一平行平面反射鏡反射，進(jìn)入第二平行平面反射鏡，在第一平行平面反射鏡與第二平行平面反射鏡多次反射后由第二平行平面反射鏡反射出射，出射光線5同時(shí)也是入射光線2進(jìn)入第三平行平面反射鏡，經(jīng)過(guò)多次反射后，由第四平行平面反射鏡反射出射，出射光束8。

對(duì)于任意一個(gè)擺動(dòng)角度θ，當(dāng)滿足后續(xù)的條件時(shí)，

根據(jù)光的反射定律有：

θ₁＝θ₂ (1)

再根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系式，當(dāng)激光束B(niǎo)通過(guò)平行平面反射鏡1反射一次所產(chǎn)生的光程差為：

當(dāng)激光束B(niǎo)通過(guò)平行平面反射鏡2再反射一次所產(chǎn)生的光程差為：

……

當(dāng)激光束B(niǎo)在可電控平行平面擺動(dòng)裝置中反射N(xiāo)1次后所產(chǎn)生的光程差為：

而同時(shí)，激光束B(niǎo)在經(jīng)過(guò)第一組擺動(dòng)平行平面反射裝置時(shí)，單次反射后出射光線相對(duì)入射光線產(chǎn)生的位移差為：

X′₁＝dtanθ (5)

……

N1次反射后產(chǎn)生總的位移差為

x₁＝N₁dtanθ (6)

同理，當(dāng)光束經(jīng)過(guò)串聯(lián)裝置中第二組平行平面反射裝置所產(chǎn)生的光程差為：

經(jīng)過(guò)第二組平行平面反射裝置所產(chǎn)生的位移差為

x₂＝N₂dtanθ (8)

特別地，對(duì)于該裝置有如下規(guī)定：

可電控平行平面擺動(dòng)裝置擺動(dòng)角度θ介于0°-90°之間；

反射次數(shù)N由可電控平行平面擺動(dòng)裝置中平行平面反射鏡的長(zhǎng)度L與兩個(gè)平行平面反射鏡之間的距離d決定。

且N為整數(shù)。

兩組中兩對(duì)平行平面反射鏡沿水平方向上有一個(gè)D的錯(cuò)距。

0≤D≤dtanθ (10)

串聯(lián)的兩組平行平面反射鏡的相對(duì)位置如圖，關(guān)系互補(bǔ)；

因此采用本發(fā)明裝置后，激光束B(niǎo)所產(chǎn)生的總的光程差為：

由于串聯(lián)裝置位置的特殊性，激光束B(niǎo)在經(jīng)過(guò)整體裝置后，所產(chǎn)生的位移量為0。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)本發(fā)明具有無(wú)色散、重量輕、延遲量可靈活改變、延遲量大、掃描頻率高、線性度和平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于光信息處理系統(tǒng)和時(shí)間分辨光學(xué)系統(tǒng)中，尤其對(duì)光學(xué)相干層析成像技術(shù)的提升起到非常重要的作用。

2)本發(fā)明提供了一種新的產(chǎn)生光學(xué)延遲線的串聯(lián)擺動(dòng)平行平面反射鏡結(jié)構(gòu)，不僅在掃描頻率上較之前的電動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)方法有了明顯的提高，延遲時(shí)間也縮短至皮秒量級(jí)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本發(fā)明平行平面反射鏡結(jié)構(gòu)的局部理論推導(dǎo)示意圖；

圖中：1:激光器、2：波片、3：分光器件、4：聚焦透鏡、5：CCD、6：平行平面反射鏡1、7：平行平面反射鏡2、8：第一反射鏡、9：平行平面反射鏡3、10：平行平面反射鏡4、11：第二反射鏡、12：缺角直角棱鏡；21：入射光線；22：第一平行平面反射鏡、23：輔助參考線、24：第二平行平面反射鏡、25：出射光線及入射光線、26：第三平行平面反射鏡、27：第四平行平面反射鏡、28：出射光線、29：法線及參考線。

具體實(shí)施方式

如圖1所示的一種產(chǎn)生光學(xué)延遲線的串聯(lián)擺動(dòng)平行平面反射鏡結(jié)構(gòu)，包括：:激光器1、波片2、分光器件3、聚焦透鏡4、CCD5、第一平行平面反射鏡6、第二平行平面反射鏡7、第一反射鏡8、第三平行平面反射鏡9、第四平行平面反射鏡10、第二反射鏡11、缺角直角棱鏡12。

由所述激光器1發(fā)出激光束，在經(jīng)過(guò)位于激光器1左側(cè)的波片2之后變成具有不同偏振方向的激光束，此時(shí)經(jīng)過(guò)波片左側(cè)的分光器件3，將激光束分為激光束A與激光束B(niǎo)，激光束A沿與激光光源發(fā)出的激光束相同的方向進(jìn)行傳輸；激光束B(niǎo)經(jīng)過(guò)分光器件3之后沿豎直方向進(jìn)入第一平行平面反射鏡6，再反射至第二平行平面反射鏡7，經(jīng)過(guò)多次反射后出射，已發(fā)生延遲和位移后的激光束B(niǎo)進(jìn)入串聯(lián)平行平面反射鏡裝置中的第三平行平面反射鏡9，反射至第四平行平面反射鏡10，多次反射后，出射進(jìn)入第一反射鏡8，再經(jīng)第二反射鏡11反射進(jìn)入缺角直角棱鏡12，與激光束A經(jīng)由聚焦透鏡4匯合至CCD 5中。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。