本发明专利技术公开了一种激光束横向倾角位移电光调制器及倾角位移产生测量装置，电光晶体施加电压，折射率随电压变化，入射楔形晶体的光束在晶体与空气之间发生折射，折射角随折射率发生变化，实现电压控制的光束横向倾角调制。经过透镜傅里叶转换系统，倾角调制转换成位移调制。联合两个楔角晶体，实现倾角和位移的同时调制。此外，加入另一块相位补偿晶体来消除多余相位调制，产生高纯度倾角和位移调制。本发明专利技术具有以下优点：（1）调制纯度高。传统倾角（位移）调制器通常会产生多余的位移（倾角）调制。（2）调制频带宽。传统调制器的频带较窄，例如压电陶瓷频带最高在几百kHz，而本发明专利技术基于晶体的电光效应，带宽可以从0Hz到几十GHz范围。
Electro-optic Modulator for Lateral Inclination Displacement of Laser Beam and Measuring Device for Inclination Displacement Generation
【技术实现步骤摘要】
激光束横向倾角位移电光调制器及倾角位移产生测量装置
本专利技术涉及激光精密测量与量子测量领域的调制装置，具体说是一种激光束横向倾角与位移电光调制器和一种激光束横向倾角和位移产生与测量装置。
技术介绍
电光调制器是光学领域极为重要和常见的调制装置，例如相位和振幅调制器等。在光学精密测量中，通常对调制器的调制纯度有较高的要求。对于激光横向倾角与位移测量，由于测量精度达到了纳弧度和埃即10-10米，对调制器的纯度要求很高。目前最常用的调制方式是压电陶瓷。2002年，Treps等人利用非经典多模压缩光超越了位移测量的标准量子极限；2003年，N.Treps等人制造了一种量子激光指针，最小可测量从2.3Å提高到1.6Å；2006年，V.Delaubert等人提出TEM10模的平衡零拍探测方法，与分束探测相比，提高了位移测量效率；2008年，K.Wagner等人在实验上产生了空间纠缠，证实了宏观位置和动量的量子纠缠的存在；2014年，山西大学孙恒信等人利用高阶模式提高了位移测量的精度。以上实验除了第一篇文章采用了晶体外，其他都利用压电陶瓷，由于陶瓷的机械结构通常很难实现各向同性，因此调制纯度不高，例如第三篇中直接给压电陶瓷加入电压，测到了10%的位移和90%的倾角。此外，压电陶瓷的调制带宽也有限，最高也就几百kHz。第一篇文章使用了一个长晶体倾斜放置进行位移调制，并采用了相位补偿，但晶体太长引入很大相位噪声，因此相位补偿的难度较高，而且晶体倾斜放置增加了实验的调节难度，而且尺寸太大难以小型化设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高纯度、高带宽且方便调节的激光束横向倾角与位移调制器。本专利技术设计的一种激光束横向倾角与位移电光调制器，包括第一楔形电光调制晶体、第二楔形电光调制晶体、设置于第一楔形电光调制晶体与第二楔形电光调制晶体之间的变换透镜、设置于第一楔形电光调制晶体相对变换透镜另一侧的相位补偿晶体以及第一信号源、第二信号源和第三信号源；设置一基模激光束，光束依次经过相位补偿晶体、第一楔形电光调制晶体、变换透镜、第二楔形电光调制晶体；变换透镜与第一楔形电光调制晶体、第二楔形电光调制晶体的距离均设置为透镜焦距，以组成傅里叶变换系统；第一信号源、第二信号源和第三信号源用以产生正弦信号并实现频率同步，分别加载到第一楔形电光调制晶体、第二楔形电光调制晶体和相位补偿晶体，以调节信号相位；第一楔形电光调制晶体、第二楔形电光调制晶体的侧面镀有金属膜，利用导电胶将其一侧粘接在铺有电路的PCB板上，另一侧用导电胶与PCB板的电路相连。本专利技术设计的一种激光束横向倾角与位移产生与测量装置，包括如前述技术方案所述的激光束横向倾角与位移电光调制器，还包括激光器、模式转换器、平衡零拍探测器、示波器及本地光相位监视系统；激光器输出基模激光束分为两部分，使一部分基模激光束进入激光束横向倾角与位移调制器，另一部分基模激光束经过模式转换器转换成厄米高斯模HG10作为本地光；基模激光束经激光束横向倾角与位移电光调制器调制后形成的探针光和本地光进入平衡零拍探测器，其差电流经过解调进入到示波器；平衡零拍探测器的一臂透过99/1的分束器进入本地光相位监视系统。其中，本地光相位监视系统包括4F成像装置和示波器；其中，4F成像装置中包含第一透镜、第二透镜以及分束探测器；分束探测器的两部分的差电流信号输入到示波器，同时所述平衡零拍探测器的位移倾角信号也输入到示波器。本专利技术设计的倾角和位移调制器与已报道的位移和倾角调制器相比具有调制纯度高、调制频带宽、可小型化封装以及造价低等优点。1、本专利技术采用了楔形电光调制晶体为调制单元，利用晶体的电光折射率变化产生在晶体处倾角调制，由于通光部分的晶体薄，不容易产生多余的位移调制，相比传统压电陶瓷调制器纯度更高。2、由于电光晶体本身调制频带很宽，从0赫兹到几十G赫兹，所以可实现宽频带的倾角和位移调制。3、本专利技术设计的调制器由很小尺寸的单元组成，单个晶体的尺寸在1立方厘米以内，通过方向尺寸可以控制在在2到5毫米范围，占用空间小，可实现小型化封装，具有较好的应用前景。4、本专利技术设计的调制器采用技术相对成熟的电光晶体，造价低可批量生产。总之，本专利技术设计的倾角和位移调制器具有调制纯度高、频带宽、易于集成、造价低等优点，具有重要的应用价值。附图说明图1是本专利技术的倾角和位移调制器原理图图2是本专利技术的倾角和位移调制器的测试光路图图3是本专利技术的倾角和位移调制器的相位监视原理图图4是相位补偿效果图图5是倾角测量结果图图6是位移测量结果图具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明：如图1所示，本专利技术是提供了一种激光束横向倾角与位移电光调制器2，包括第一楔形电光调制晶体5、第二楔形电光调制晶体7、设置于第一楔形电光调制晶体5与第二楔形电光调制晶体7之间的变换透镜6、设置于第一楔形电光调制晶体5相对变换透镜6另一侧的相位补偿晶体8以及第一信号源9、第二信号源10和第三信号源11；设置一基模激光束17，光束依次经过相位补偿晶体8、第一楔形电光调制晶体5、变换透镜6、第二楔形电光调制晶体7；变换透镜6与第一楔形电光调制晶体5、第二楔形电光调制晶体7的距离均设置为透镜焦距，以组成傅里叶变换系统；第一信号源9、第二信号源10和第三信号源11用以产生正弦信号并实现频率同步，分别加载到第一楔形电光调制晶体5、第二楔形电光调制晶体7和相位补偿晶体8，以调节信号相位；第一楔形电光调制晶体5、第二楔形电光调制晶体7的侧面镀有金属膜，利用导电胶将其一侧粘接在铺有电路的PCB板上，另一侧用导电胶与PCB板的电路相连。其中，第一楔形电光调制晶体5和第二楔形电光调制晶体7的通光方向的两个表面之间设置小于10度的楔角，可近似认为经过的激光束没有发生像散，即楔形电光调制晶体不会降低光束质量，楔形电光调制晶体的侧面镀有金属膜，用于加载电压；相位补偿晶体8与第一楔形电光调制晶体5、第二楔形电光调制晶体7的材质相同，但通光方向的两个表面平行，且侧面镀有金属膜用于加载电压。图1是本专利技术的原理图，作为探针激光的基模激光束17经过第一楔形电光调制晶体5，第一楔形电光调制晶体5上加载了由第一信号源9产生的正弦电压信号，从而基模激光束17受到正弦信号的电压驱动而产生光束倾角调制，而后基模激光束17又经过傅里叶变换透镜6，在傅里叶变换平面，即第二楔形电光调制晶体7处，原倾角调制变换成位移调制，同时，第二楔形电光调制晶体7上加载有第二信号源10产生的正弦信号，从而在第二楔形电光调制晶体7处产生了倾角调制。于是，第一楔形电光调制晶体5和第二楔形电光调制晶体7可以在同一位置，即第二楔形电光调制晶体7处同时产生了位移和倾角调制。与此同时，第一楔形电光调制晶体5和第二楔形电光调制晶体7必然产生多余的相位调制，这部分相位调制由相位补偿晶体8来补偿，相位补偿晶体8上加载有第三信号源11产生的正弦信号。信号源9、10和11的频率相同，调节第三信号源11的相位，使其满足正好补偿掉第一楔形电光调制晶体5和第二楔形电光调制晶体7产生的相位调制。第一楔形电光调制晶体5、第二楔形电光调制晶体7和相位补偿晶体8上分别加载正弦信号，三个正弦信号实现同步以实现相同频率，并通过相位锁定实现相位补偿以实现零相位调制；第一楔形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光束横向倾角与位移电光调制器（2），其特征在于，包括第一楔形电光调制晶体（5）、第二楔形电光调制晶体（7）、设置于第一楔形电光调制晶体（5）与第二楔形电光调制晶体（7）之间的变换透镜（6）、设置于第一楔形电光调制晶体（5）相对变换透镜（6）另一侧的相位补偿晶体（8）以及第一信号源（9）、第二信号源（10）和第三信号源（11）；设置一基模激光束（17），光束依次经过相位补偿晶体（8）、第一楔形电光调制晶体（5）、变换透镜（6）、第二楔形电光调制晶体（7）；变换透镜（6）与第一楔形电光调制晶体（5）、第二楔形电光调制晶体（7）的距离均设置为透镜焦距，以组成傅里叶变换系统；第一信号源（9）、第二信号源（10）和第三信号源（11）用以产生正弦信号并实现频率同步，分别加载到第一楔形电光调制晶体（5）、第二楔形电光调制晶体（7）和相位补偿晶体（8），以调节信号相位；第一楔形电光调制晶体（5）、第二楔形电光调制晶体（7）的侧面镀有金属膜，利用导电胶将其一侧粘接在铺有电路的PCB板上，另一侧用导电胶与PCB板的电路相连。
【技术特征摘要】
1.一种激光束横向倾角与位移电光调制器（2），其特征在于，包括第一楔形电光调制晶体（5）、第二楔形电光调制晶体（7）、设置于第一楔形电光调制晶体（5）与第二楔形电光调制晶体（7）之间的变换透镜（6）、设置于第一楔形电光调制晶体（5）相对变换透镜（6）另一侧的相位补偿晶体（8）以及第一信号源（9）、第二信号源（10）和第三信号源（11）；设置一基模激光束（17），光束依次经过相位补偿晶体（8）、第一楔形电光调制晶体（5）、变换透镜（6）、第二楔形电光调制晶体（7）；变换透镜（6）与第一楔形电光调制晶体（5）、第二楔形电光调制晶体（7）的距离均设置为透镜焦距，以组成傅里叶变换系统；第一信号源（9）、第二信号源（10）和第三信号源（11）用以产生正弦信号并实现频率同步，分别加载到第一楔形电光调制晶体（5）、第二楔形电光调制晶体（7）和相位补偿晶体（8），以调节信号相位；第一楔形电光调制晶体（5）、第二楔形电光调制晶体（7）的侧面镀有金属膜，利用导电胶将其一侧粘接在铺有电路的PCB板上，另一侧用导电胶与PCB板的电路相连。2.一种激光束横向倾角和位移产生与测量装置，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙恒信，李治，马其旺，刘奎，郜江瑞，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14
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