一种快速扫描装置的光路系统的制作方法

1.本实用新型涉及到太赫兹技术领域，尤其涉及到一种快速扫描装置的光路系统。


背景技术：

2.在全光纤太赫兹时域光谱系统中，需要在接收光路中接入快速扫描装置即延迟线装置，内部结构主要有输入、输出模块及反射器。延迟线通过对光程长短的调节实现光传输延迟。目前，该类扫描装置按照电机工作机制主要有音圈电机延迟线和步进电机延迟线，其中步进电机延迟线扫描速度较慢，音圈电机延迟线可以实现快速扫描。在一致应用音圈电机的情况下，延迟线内部的光学元件、光路设计及结构并不相同，体现的结果是延迟线的各项性能参数不同。
3.由于延迟线内部电机工作性质不同，导致音圈电机延迟线扫描速度较快，进电机扫描光程短。除此之外，对于全光纤太赫兹时域光谱系统，延迟线插损、插损波动、光路长短以及整体性能和结构的稳定各有参差，主要在于光学元件种类的选择或设计，如发射和接收模块的准直透镜的选择和设计，调整架可调维度的选择以及延迟线内部的光路折叠方式等。在确定光学元件及光路时，如何通过调试将各个光学元件调通即减小插损，在扫描过程中降低插损波动同样是提高各项性能的关键技术手段。然而延迟线内部光路调试难度较大，在提高性能的同时，结构稳定性会直接影响插损变化范围。且1550nm为人眼不可见光，光路调试难度大。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种快速扫描装置的光路系统，用于解决上述技术问题。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种快速扫描装置的光路系统，包括底板以及设于所述底板上的音圈电机、中空回射器、光源发射模块和光源接收模块，所述音圈电机与所述中空回射器连接，用于驱动所述中空回射器沿光轴方向移动，所述光源发射模块设于所述中空回射器的输入光路上，所述光源接收模块设置在所述中空回射器的输出光路上，且所述光源接收模块位于所述光源发射模块与所述中空回射器之间。
7.作为优选，所述底板上设有若干第一固定孔位，所述第一固定孔位用于安装所述音圈电机、所述中空回射器、所述光源发射模块和所述光源接收模块。
8.作为优选，还包括观察卡，所述观察卡设置在所述输出光路上。
9.作为优选，所述光源发射模块的内部以及所述光源接收模块的内部均设有一个非球面准直透镜以及用于调节所述非球面准直透镜位置的五维调整架。
10.作为进一步的优选，所述非球面准直透镜的焦距为18.4mm，所述非球面准直透镜上的通光孔径为5.5mm。
11.作为优选，所述中空回射器的直径为38.1mm。
12.作为优选，所述光源发射模块以及所述光源接收模块上均设有若干个第二固定孔位。
13.上述技术方案具有如下优点或有益效果：
14.(1)本实用新型的快速扫描装置的光路系统结构简单，光学元件只有准直器和中空回射器，能够减少光在延迟线内部的衰减；
15.(2)本实用新型的快速扫描装置的光路系统调试方法简洁，非专业操作人员即可完成光路调试；
16.(3)本实用新型中插损＜2db，插损变化＜2db，实现了低插损，稳定性高，扫描速度快的延迟线装置；
17.(4)本实用新型中设置的光源发射模块和光源接收模块具有保偏性，在全光纤太赫兹时域光谱系统中，无需调整光纤位置确保偏振态。
附图说明
18.图1是本实用新型中快速扫描装置的光路系统的结构示意图。
19.图中：1、光源发射模块；2、光源接收模块；3、中空回射器；4、音圈电机；5、底板。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.图1是本实用新型中快速扫描装置的光路系统的结构示意图，请参见图1所示，示出了一种较佳的实施例，示出的一种快速扫描装置的光路系统，包括底板5以及设于底板5上的音圈电机4、中空回射器3、光源发射模块1和光源接收模块2，音圈电机4与中空回射器3连接，用于驱动中空回射器3沿光轴方向移动，光源发射模块1设于中空回射器3的输入光路上，光源接收模块2设置在中空回射器3的输出光路上，且光源接收模块2位于光源发射模块1与中空回射器3之间。本实施例中，光源发射模块1和光源接收模块2为激光光源的发射模块和接收模块，光源发射模块1发出的点光源准直成平行光，并经过中空回射器3发射后平
行传播至光源接收模块2，光源接收模块2将平行光耦合至光纤中输出。中空回射器3被固定在音圈电机4上，而音圈电机4、光源发射模块1和光源接收模块2均固定在底板5上。
24.进一步，作为一种较佳的实施方式，底板5上设有若干第一固定孔位，第一固定孔位用于安装音圈电机4、中空回射器3、光源发射模块1和光源接收模块2。本实施例中，音圈电机4、中空回射器3、光源发射模块1和光源接收模块2均可通过螺钉/螺栓与第一固定孔为相配合，使得音圈电机4、中空回射器3、光源发射模块1和光源接收模块2固定在底板5上，需要拆卸时，先拆下螺钉/螺栓即可。
25.进一步，作为一种较佳的实施方式，光源发射模块1的内部以及光源接收模块2的内部均设有一个非球面准直透镜以及用于调节非球面准直透镜位置的五维调整架。由于本系统中光源是波长为1550nm的高斯光束，因此在选择非球面准直透镜时需要延迟线内部的空间光传播距离和非球面准直透镜的最大束腰距离相结合，本实施例中选择了最大束腰距离为6000mm，可实现延迟线内部的空间光传播距离的远、近可调；由于本实施例中的延迟线应用于全光纤系统，因此光源发射模块1和光源接收模块2光纤耦合型五维调整架，既可保偏又可进行非球面准直透镜位置的五维调整。光源发射模块1和光源接收模块2在市面上均有销售，关键在于基于应用场景不同时的各参数的选择，为了提高延迟线输出的稳定性，即降低插损变化，除了最大束腰距离，根据高斯光束的特点，光源发射模块1和光源接收模块2需要选择长焦来减小高斯光束发散角，但焦距过长会导致准直光斑直径过大，因此光源发射模块1和光源接收模块2的通光孔径要大于光斑直径。本实施例中非球面准直透镜的焦距为18.4mm，非球面准直透镜上的通光孔径为5.5mm。在其他实施例中，非球面准直透镜的焦距选择15.3mm，通光孔径5mm也可使用。
26.进一步，作为一种较佳的实施方式，中空回射器3的直径为38.1mm。设置的中空回射器3随着音圈电机4沿着光轴的移动，实现光程的变化，从而实现延迟线的基本功能。中空回射器3为现有结构，中空回射器3有三面反射镜组成，可以保证以任意入射角入射的光束平行输出。本实施例中选择的是直径为38.1mm，大口径可以保证光源发射模块1和光源接收模块2不会互相干涉；为提高反射率选择反射镜表面裸金；光束偏移取决于产品的制造工艺，偏移量越小越好，本实施例中选择的中空回射器3的光束偏移量为5弧秒。
27.进一步，作为一种较佳的实施方式，光源发射模块1以及光源接收模块2上均设有若干个第二固定孔位。设置第二固定孔位可实现延迟线内部光路长度可调；在其他实施例中，可以将光源发射模块1以及光源接收模块2分别固定在手动的平移台上，再将平移台固定在底板5上，以此实现光路长度可调，从而实现延迟线内部光程长度可调，在全光纤太赫兹时域光谱系统中可以迅速完成收发光路的光程匹配。
28.进一步，作为一种较佳的实施方式，还包括观察卡，观察卡设置在输出光路上。
29.本实施例中，为保证延迟线插损低，输出稳定，要求对延迟线中各光学元件的位置及其角度进行调节。对于光源发射模块1，若将光纤激光器的输出视作光源，首先需要通过调节光源的位置使其处在非球面准直透镜的焦点处；其次，通过调节非球面准直透镜的位置，使得非球面准直透镜的主面垂直于光轴。判断非球面准直透镜即光源的位置是否调试到最佳位置，需要在光源和准直器后放置一带有刻度线的观察卡，沿着光轴前后移动观察卡的位置，直到观察卡上光斑的位置及大小不再发生变化，表示光是平行输出。由于光源为1550nm，因此需要用该波段的显色卡作为观察卡。
30.本实施例中，设置的中空回射器3，由于音圈电机4与中空回射器3的位置是固定的，因此中空回射器3位置不可调，但需要确保平行光传播至中空回射器3的特定位置，才能保证经过其反射的输入、输出光等高平行输出，为确保上述步骤的准确性，需要将观察卡放置在中空回射器3输出光路上，然后调节光源发射模块1在垂直于光轴的平面内的位置(若将光轴视为z轴，则垂直于光轴的平面为光源发射模块1的x、y方向所在平面)，沿光轴前后移动观察卡的位置，光斑的大小及位置不发生变化，表明此时光源发射模块1和中空回射器3的相对位置调试完毕。
31.经中空回射器3反射的光会通过光源接收模块2耦合至输出光纤内。将输出光纤接至光功率计上，调试光源接收模块2中的非球面准直透镜的位置及俯仰角，使得输出光功率最大，表示在音圈电机4静态时，延迟线光路调试结束。全行程移动音圈电机4，观察光功率计读数变化是否稳定，若不稳定，则重新调试光源接收模块2。
32.以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。