針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的光程差（opd）的光纖穩(wěn)定化的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的光程差（OPD）的光纖穩(wěn)定化。公開一種用于光程差的光纖穩(wěn)定化的方法，所述方法包括將激光器產(chǎn)生的光束分成第一光束和第二光束。進一步地，該方法包括將第一光束循環(huán)到可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，并將第二光束循環(huán)到基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。而且，該方法包括將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束，并將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束。另外，該方法包括將第一和第二光束輸入到干涉儀；并從干涉儀輸出正弦信號。并且，該方法包括將正弦信號濾波從而形成高頻和低頻信號。進一步地，該方法包括通過使用低頻信號控制平移臺，并通過使用高頻信號控制光纖拉伸器。
【專利說明】針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的光程差(OPD)的光纖穩(wěn)定化
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光程差(OPD)的光纖穩(wěn)定化。特別地，本發(fā)明涉及針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上OPD的光纖穩(wěn)定化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本發(fā)明涉及針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的OPD的光纖穩(wěn)定化的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。在一個或更多實施例中，本發(fā)明教導(dǎo)用于OPD的光纖穩(wěn)定化的方法。所公開的方法包括由激光器福射光束。該方法進一步包括由分束器將光束分成第一光束和第二光束。而且，該方法包括由第一循環(huán)器將第一光束循環(huán)通過光纖拉伸器到達可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的平移臺。另外，該方法包括由平移臺上的第一反射鏡反射第一光束。此外，該方法包括由第一循環(huán)器將包括第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第一循環(huán)束循環(huán)到第一分色分束器(dichroic beam splitter)。并且,該方法包括由第一分色分束器將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束。另外，該方法包括由第二循環(huán)器將第二光束循環(huán)到基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。此外，該方法包括由第二反射鏡反射第二光束。另外，該方法包括由第二循環(huán)器將包括第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第二循環(huán)束循環(huán)到第二分色分束器。并且，該方法包括由第二分色分束器將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束。
[0003]另外，該方法包括將第一光束和第二光束輸入到干涉儀。此外，該方法包括從干涉儀輸出同相信號和正交信號，其共同形成正弦信號。另外，該方法包括由至少一個處理器將正弦信號濾波從而形成含有高頻信號和低頻信號的寬帶寬信號。該方法進一步包括利用平臺控制器通過使用低頻信號控制平移臺。進一步地，該方法包括利用光纖拉伸器控制器通過使用高頻信號控制光纖拉伸器。
[0004]在一個或更多實施例中，該方法進一步包括將可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束輸入到望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀，從而產(chǎn)生雙目圖像。在至少一個實施例中，干涉儀是邁克爾遜干涉儀。在一些實施例中，該方法進一步包括使用第一放大器放大同相信號，以及使用第二放大器放大正交信號。
[0005]在至少一個實施例中，該方法進一步包括使用濾波器緩沖器卡將同相信號和正交信號預(yù)濾波以使其在至少一個預(yù)定頻帶內(nèi)。在一些實施例中，光纖拉伸器控制器是光纖拉伸器電源。在一個或更多實施例中，對正弦信號濾波以形成高頻信號和低頻信號通過將正弦信號積分執(zhí)行。在一些實施例中，平臺控制器是壓電控制器。
[0006]在一個或更多實施例中，用于OPD的光纖穩(wěn)定化的系統(tǒng)包括激光器以輻射光束。該系統(tǒng)進一步包括分束器以將光束分成第一光束和第二光束。同樣，該系統(tǒng)包括第一循環(huán)器以將第一光束循環(huán)通過光纖拉伸器到達可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的平移臺，并將包括第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第一循環(huán)束循環(huán)到第一分色分束器。另外，該系統(tǒng)包括平移臺上的第一反射鏡，其反射第一光束。而且，該系統(tǒng)包括第一分色分束器，以將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束。另外，該系統(tǒng)包括第二循環(huán)器，其將第二光束循環(huán)到基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，并將包括第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第二循環(huán)束循環(huán)到第二分色分束器。并且，該系統(tǒng)包括第二反射鏡以反射第二光束。另外，該系統(tǒng)包括第二分色分束器，其將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束。
[0007]另外，該系統(tǒng)包括干涉儀，其接收第一光束和第二光束，并輸出共同形成正弦信號的同相信號和正交信號。同樣，該系統(tǒng)包括至少一個處理器，其將正弦信號濾波以形成高頻信號和低頻信號。另外，該系統(tǒng)包括平臺控制器，其通過使用低頻信號而控制平移臺。進一步地，該系統(tǒng)包括光纖拉伸器控制器從而通過使用高頻信號控制光纖拉伸器。
[0008]在至少一個實施例中，該系統(tǒng)進一步包括望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀，其接收可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束并產(chǎn)生雙目圖像。在一些實施例中，該系統(tǒng)進一步包括第一放大器從而放大同相信號，并包括第二放大器從而放大正交信號。在至少一個實施例中，該系統(tǒng)進一步包括濾波器緩沖器卡以將同相信號和正交信號預(yù)濾波以使其在至少一個預(yù)定頻帶內(nèi)。在一些實施例中，用來將正弦信號濾波從而形成高頻信號和低頻信號的至少一個處理器將正弦信號積分。
[0009]在一個或更多實施例中，用于OPD的光纖穩(wěn)定化的設(shè)備包括激光器從而輻射光束。該設(shè)備進一步包括分束器從而將光束分成第一光束和第二光束。另外，該設(shè)備包括第一循環(huán)器，其將第一光束循環(huán)通過光纖拉伸器到達可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的平移臺，并將包括第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第一循環(huán)束循環(huán)到第一分色分束器。另外，該設(shè)備包括平移臺上的第一反射鏡，其反射第一光束。此外，該設(shè)備包括第一分色分束器，其將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束。而且，該設(shè)備包括第二循環(huán)器以將第二光束循環(huán)到基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，并將包括第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第二循環(huán)束循環(huán)到第二分色分束器。另外，該設(shè)備包括第二反射鏡以反射第二光束。而且，該設(shè)備包括第二分色分束器從而將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束。
[0010]另外，該設(shè)備包括干涉儀以接收第一光束和第二光束以及輸出共同形成正弦信號的同相信號和正交信號。而且，該設(shè)備包括至少一個處理器從而將正弦信號濾波以形成高頻信號和低頻信號。另外，該設(shè)備包括平臺控制器從而通過使用低頻信號控制平移臺。進一步地，該設(shè)備包括光纖拉伸器控制器，其通過使用高頻信號控制光纖拉伸器。
[0011]在至少一個實施例中，該設(shè)備進一步包括望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀，其接收可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束并產(chǎn)生雙目圖像。在一個或更多實施例中，該設(shè)備進一步包括第一放大器以放大同相信號，并包括第二放大器以放大正交信號。在一些實施例中，該設(shè)備進一步包括濾波器緩沖器卡，其將同相信號和正交信號預(yù)濾波以使其在至少一個預(yù)定頻帶內(nèi)。
[0012]實施例1.一種用于光程差的光纖穩(wěn)定化的方法，該方法包括:
[0013]由激光器輻射光束；
[0014]由分束器將光束分成第一光束和第二光束；
[0015]由可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的平移臺上的第一反射鏡反射第一光束；
[0016]由第一分色分束器將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束；
[0017]由與基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡關(guān)聯(lián)的第二反射鏡反射第二光束；
[0018]由第二分色分束器將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束；
[0019]將第一光束和第二光束輸入到干涉儀中；[0020]從干涉儀輸出共同形成正弦信號的同相信號和正交信號；
[0021]由至少一個處理器將正弦信號濾波從而形成高頻信號和低頻信號；
[0022]利用平臺控制器通過使用低頻信號控制平移臺；以及
[0023]利用光纖拉伸器控制器通過使用高頻信號控制光纖拉伸器。
[0024]實施例2.根據(jù)實施例1所述的方法，其中該方法進一步包括將可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束輸入到望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀中，從而產(chǎn)生雙目圖像。
[0025]實施例3.根據(jù)實施例1所述的方法，其中干涉儀是邁克爾遜干涉儀。
[0026]實施例4.根據(jù)實施例1所述的方法，其中該方法進一步包括使用第一放大器放大同相信號，并使用第二放大器放大正交信號。
[0027]實施例5.根據(jù)實施例1所述的方法，其中該方法進一步包括使用濾波器緩沖器卡將同相信號和正交信號預(yù)濾波以使其在至少一個預(yù)定頻帶內(nèi)。
[0028]實施例6.根據(jù)實施例1所述的方法，其中光纖拉伸器控制器是光纖拉伸器電源。
[0029]實施例7.根據(jù)實施例1所述的方法，其中對正弦信號進行濾波以形成高頻信號和低頻信號是通過將正弦信號積分來執(zhí)行。
[0030]實施例8.根據(jù)實施例1所述的方法，其中平臺控制器是壓電控制器。
[0031]實施例9.一種用于光程差的光纖穩(wěn)定化的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括:
[0032]激光器，其輻射光束；
[0033]分束器，其將光束分成第一光束和第二光束；
[0034]可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的平移臺上的第一反射鏡，其反射第一光束；
[0035]第一分色分束器，其將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束；
[0036]與基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡關(guān)聯(lián)的第二反射鏡，其反射第二光束；
[0037]第二分色分束器，其將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束；
[0038]干涉儀,其接收第一光束和第二光束，并輸出共同形成正弦信號的同相信號和正交信號；
[0039]至少一個處理器，其將正弦信號濾波以形成高頻信號和低頻信號；
[0040]平臺控制器，其通過使用低頻信號控制平移臺；和
[0041]光纖拉伸器控制器，其通過使用高頻信號控制光纖拉伸器。
[0042]實施例10.根據(jù)實施例9所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進一步包括望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀，其接收可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束并產(chǎn)生雙目圖像。
[0043]實施例11.根據(jù)實施例9所述的系統(tǒng)，其中干涉儀是邁克爾遜干涉儀。
[0044]實施例12.根據(jù)實施例9所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進一步包括:
[0045]第一放大器，其放大同相信號；和
[0046]第二放大器，其放大正交信號。
[0047]實施例13.根據(jù)實施例9所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進一步包括濾波器緩沖器卡，其將同相信號和正交信號預(yù)濾波以使其在至少一個預(yù)定頻帶內(nèi)。
[0048]實施例14根據(jù)實施例9所述的系統(tǒng),其中光纖拉伸器控制器是光纖拉伸器電源。
[0049]實施例15.根據(jù)實施例9所述的系統(tǒng)，其中用來將正弦信號濾波從而形成高頻信號和低頻信號的至少一個處理器將正弦信號積分。
[0050]實施例16.根據(jù)實施例9所述的系統(tǒng)，其中平臺控制器是壓電控制器。[0051]實施例17.—種用于光程差的光纖穩(wěn)定化的設(shè)備，該設(shè)備包括:
[0052]激光器，其輻射光束；
[0053]分束器,其將光束分成第一光束和第二光束；
[0054]可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的平移臺上的第一反射鏡，其反射第一光束；
[0055]第一分色分束器，其將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束；
[0056]與基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡關(guān)聯(lián)的第二反射鏡，其反射第二光束；
[0057]第二分色分束器，其將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束；
[0058]干涉儀,其接收第一光束和第二光束，并輸出共同形成正弦信號的同相信號和正交信號；
[0059]至少一個處理器，其將正弦信號濾波以形成高頻信號和低頻信號；
[0060]平臺控制器，其通過使用低頻信號控制平移臺；和
[0061]光纖拉伸器控制器，其通過使用高頻信號控制光纖拉伸器。
[0062]實施例18.根據(jù)實施例17所述的設(shè)備，其中該設(shè)備進一步包括望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀，其接收可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束并產(chǎn)生雙目圖像。
[0063]實施例19.根據(jù)實施例17所述的設(shè)備，其中干涉儀是邁克爾遜干涉儀。
[0064]實施例20.根據(jù)實施例17所述的設(shè)備，其中該設(shè)備進一步包括:
[0065]第一放大器，其放大同相信號；和
[0066]第二放大器，其放大正交信號。
[0067]特征、功能和優(yōu)點能夠在本發(fā)明的各種實施例中獨立實現(xiàn)，或在其他實施例中被組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0068]考慮以下描述、所附權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將變得更易理解，在附圖中:
[0069]圖1的示意圖圖示根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的所公開的用于針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的光程差(OPD)的光纖穩(wěn)定化的系統(tǒng)。
[0070]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的圖1的所公開的系統(tǒng)的進一步詳情的示意圖。
[0071]圖3的流程圖示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的所公開的用于針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的OPD的光纖穩(wěn)定化的方法。
[0072]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的用于圖1的所公開的系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡配置的示意圖。
【具體實施方式】
[0073]在此披露的方法和設(shè)備提供用于針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的光程差(OPD)的光纖穩(wěn)定化的一種有效系統(tǒng)(operative system)。本發(fā)明的目標(biāo)是當(dāng)使用稱合到兩條光纖的基準(zhǔn)激光器時，以最小光程差(OPD)和光色散通過光纖從兩個望遠(yuǎn)鏡收集光。基準(zhǔn)激光束在每條光纖之上被輻射并被向后反射，然后其被發(fā)送到計量干涉儀。干涉儀輸出由中央處理器收集并處理，其中已收集的相位誤差信號被分離成兩個分離的頻帶?？刂萍軜?gòu)分割頻帶，以使寬帶(例如直流(DC)到≥5千赫茲(kHz)) OPD控制環(huán)路(control loop)將光纖光程長度維持與若干數(shù)量級的波長匹配，并維持其鎖定到低于波的1/25。
[0074]為提高成像靈敏度，干涉技術(shù)已在使用若干相互隔開數(shù)米的望遠(yuǎn)鏡的天文界中發(fā)展。為收集具有最小光程差(OPD)的光，可移動反射鏡組必須設(shè)計在真空隧道中(以減少空氣湍流)從而調(diào)節(jié)兩個望遠(yuǎn)鏡之間的OPD的變化。已收集的光被發(fā)送到干涉儀。然后干涉儀輸出被用于通過控制過程來調(diào)整OPD變化。這種標(biāo)準(zhǔn)方法在真空隧道中放置器材會非常昂貴。另外，使用真空隧道導(dǎo)致系統(tǒng)不便攜或不可移動。
[0075]本發(fā)明采用被動合成/干涉成像所需的這種常用關(guān)鍵技術(shù)。作為一個例子，采用隔開100米直徑為一米的兩個望遠(yuǎn)鏡。這兩個望遠(yuǎn)鏡能夠提供單個一米直徑的望遠(yuǎn)鏡的100倍的空間分辨率。應(yīng)注意對于其他實施方式，望遠(yuǎn)鏡的直徑可以具有不同于一米的直徑，并且可以以不同于100米的距離而隔開。本發(fā)明利用這種常規(guī)技術(shù)，但對于該路徑(即將光從望遠(yuǎn)鏡路由到檢測器的路程)采用光纖，而不是傳統(tǒng)上所做的針對該路徑采用真空隧道。針對路徑使用光纖使得基礎(chǔ)設(shè)施成本顯著降低，并使得望遠(yuǎn)鏡能夠移動，或能夠構(gòu)造便攜式成像系統(tǒng)。當(dāng)針對該路徑采用光纖時，本發(fā)明建立了一種能夠集成到軍用平臺(例如飛行器、衛(wèi)星、船舶和地面交通工具)的緊湊成像系統(tǒng)。為了利用使用光纖路徑與該成像技術(shù)的益處，需要一種可靠、魯棒的鎖定兩條光纖路徑的OPD的方法。不幸地，與傳統(tǒng)真空隧道相比，當(dāng)涉及到OPD控制時，光纖有更多的困難并且對環(huán)境條件具有更高的敏感性。
[0076]本發(fā)明教導(dǎo)一種用于控制和鎖定光纖路徑的0PD，由此使得采用光纖能夠具有顯著益處的系統(tǒng)和方法。特別地，本發(fā)明采用耦合到兩條光纖的基準(zhǔn)激光器。由激光器產(chǎn)生的激光束在每條光纖之上被輻射并向后反射，然后光束被發(fā)送到計量干涉儀。干涉儀輸出由中央處理器收集并處理，其中已收集的相位誤差信號被分離成兩個分離的頻帶。這種控制設(shè)計采用分離的頻帶以控制0PD。其中一個頻帶被用于控制低頻分量(直流(DC)到1-5赫茲(Hz))。另一個頻帶用于控制高頻分量(l-5Hz到10kHz)。光纖的(PD能夠?qū)ν獠扛蓴_非常敏感。所公開的系統(tǒng)設(shè)計解決的具體干擾是熱(DC到l-5Hz)、機械振動(l-5Hz到IkHz)和聲學(xué)振動(2Hz到20kHz)。通過仔細(xì)選擇將要使用的光纖的類型，這些干擾中的一些能夠被最小化，但不是全部地。本發(fā)明教導(dǎo)一種能夠通過提供一種將所列頻帶中的影響移除的系統(tǒng)將這些干擾的影響最小化的方案。這是通過仔細(xì)控制OPD致動器完成的，其中OPD致動器意圖將針對每個頻帶的影響都移除。通過使用干涉儀輸出作為反饋信號來單獨地伺服控制致動器。然后單獨控制回路能夠以最小的色散效應(yīng)將OPD變化在非常長的時間段上穩(wěn)定化到波長的分?jǐn)?shù)。
[0077]當(dāng)前，光纖中的OPD穩(wěn)定化傳統(tǒng)上通過將計量激光束注入光纖，并從振動回射器反射光束，由此產(chǎn)生時域受調(diào)制的控制信號來實現(xiàn)。這種調(diào)制能夠在光纖上引入額外的噪聲，但其能夠由調(diào)制過程限制頻率控制。另外，傳統(tǒng)上光纖拉伸器(從DC-5kHz)用來控制OPD0當(dāng)光纖被拉伸到大于50微米時，色散效應(yīng)開始影響通過光纖的光的質(zhì)量。光纖拉伸器控制器用來補償光纖拉伸的影響。
[0078]應(yīng)注意本發(fā)明消除對調(diào)制和解調(diào)光源或回射器的需要，由此不向現(xiàn)有信號增加噪聲。該方案也通過將光纖的拉伸限制到小于基準(zhǔn)激光器的一個波長來最小化色散效應(yīng)。長期漂移由低頻階段控制。
[0079]在以下描述中，闡述若干細(xì)節(jié)以提供系統(tǒng)的更透徹描述。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，所公開的系統(tǒng)可以被實施而不使用這些具體的細(xì)節(jié)，這是顯而易見的。在其他實例中，眾所周知的特征已再詳細(xì)描述以免不必要地模糊該系統(tǒng)。
[0080]圖1的示意圖圖示根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例公開的用于針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的光程差(OPD)的光纖穩(wěn)定化的系統(tǒng)100。在該圖中，激光器105在第一光纖110中福射第一光束。第一光纖110與第二光纖115連接到3分貝(3dB)分束器120。3dB分束器120將福射的光束分成兩半,并在第一光纖110上輸出光束的一半(稱為第一光束)，且在第二光纖115上輸出光束的另一半(稱為第二光束)。
[0081]第一循環(huán)器125循環(huán)第一光束使其選擇性通過光纖束130 (例如，xxx米光纖)并通過光纖拉伸器135到達可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡145的平移臺140。第一光束從平移臺140上的第一反射鏡150回射。第一循環(huán)器125將包括反射的第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第一循環(huán)束循環(huán)到第一分色分束器155。第一分色分束器155將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)望遠(yuǎn)鏡光束。
[0082]第二循環(huán)器160循環(huán)第二光束使其選擇性通過光纖束165 (例如xxx米光纖)并選擇性通過光纖拉伸器170到達基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡175。第二光束從基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡175的第二反射鏡180回射。第二循環(huán)器160將包括反射的第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第二循環(huán)束循環(huán)到第二分色分束器185。第二分色分束器185將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡光束。
[0083]可調(diào)望遠(yuǎn)鏡光束和基準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡光束輸入到用于產(chǎn)生雙目圖像的望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀190。第一光束反射離開反射鏡190并輸入到OPD干涉儀光學(xué)平臺(例如邁克爾遜干涉儀)195。在干涉儀光學(xué)平臺195內(nèi)，第一光束通過具有22.5度偏振的半波長(λ/2)板，這導(dǎo)致第一光束具有相互同相的圓偏振分量(SI和Ρ1)。第二光束輸入到干涉儀光學(xué)平臺195。在干涉儀光學(xué)平臺195內(nèi)，第二光束通過四分之一波長(λ/4)板，這導(dǎo)致第二光束具有90度的相互異相的圓偏振分量(S2和Ρ2)。
[0084]然后第一光束和第二光束通過偏振分束器107。具有分量同相(即S1+S1=I(同相))的SI和S2分量的光束從干涉儀光學(xué)平臺195輸出。具有分量正交(即Pl (90度)+P2=Q(正交))的Pl和P2分量的光束從干涉儀光學(xué)平臺195輸出。
[0085]高帶寬(DC到1.5兆赫茲(MHz))檢測器117檢測同相光束(即具有SI和S2分量的光束)并產(chǎn)生放大的同相信號。另一個高帶寬(DC到1.5MHz)檢測器122檢測正交光束(即具有Pl和P2分量的光束)并產(chǎn)生放大的正交信號。應(yīng)注意同相信號和正交信號共同形成正弦信號。放大的同相信號由濾波器緩沖器卡上的濾波器132 (增益為一(G=I))濾波，而放大的正交信號由濾波器緩沖器卡上的濾波器137 (增益為一(G=I))濾波。濾波后的同相信號和濾波后的正交信號被輸入到現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)數(shù)字信號處理器(DSP)機箱142內(nèi)以便處理。
[0086]在FPGA DSP機箱142內(nèi)，模擬濾波后同相信號被輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 152以生成數(shù)字同相信號。并且模擬濾波后正交信號被輸入到ADC147以生成數(shù)字正交信號。數(shù)字同相信號和數(shù)字正交信號被輸入到DSP157 (或可替換地輸入到具有頻率大于1.0kHz和采樣率大于20kHz的模擬控制環(huán))以便處理。處理后，DSP157輸出數(shù)字低頻擴音器(woofer)命令信號和數(shù)字高頻擴音器(tweeter)命令信號。數(shù)字低頻擴音器命令信號被輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)162從而產(chǎn)生模擬低頻擴音器命令信號(DC到5Hz)。并且，高頻擴音器命令信號被輸入到DAC167從而產(chǎn)生模擬高頻擴音器命令信號(5Hz到10kHz)。
[0087] 模擬低頻擴音器命令信號被輸入到平臺控制器172。平臺控制器172發(fā)送信號(例如，電壓)從而根據(jù)模擬低頻擴音器信號控制(即向后和/或前滑動)平移臺140以校正0FD。模擬高頻擴音器信號被輸入到濾波器緩沖器卡192上的濾波器182 (增益為一(G=l))。濾波后的模擬高頻擴音器信號被輸入到光纖拉伸器電源197。光纖拉伸器電源197發(fā)送信號(例如，電壓)從而控制光纖拉伸器135以便校正0PD。
[0088]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的圖1所披露的系統(tǒng)100的進一步詳情的示意圖200。應(yīng)注意，為提供系統(tǒng)100的細(xì)節(jié)的更簡化視圖，該圖僅示出正經(jīng)過檢測器117、122和濾波器137、132的光束/信號(即同相光束/信號或正交光束/信號)中的一個。因此，在該圖中，光束(即，同相光束或正交光束)被輸入到檢測器117、122。檢測器117、122檢測該光束并產(chǎn)生放大的信號。放大的信號輸入到濾波器緩沖器卡127。濾波器緩沖器卡127將放大的信號濾波從而產(chǎn)生濾波后的放大信號。然后模擬濾波后的放大信號被輸入到ADC147、152，從而產(chǎn)生數(shù)字信號。
[0089]數(shù)字正弦信號由定標(biāo)器205定標(biāo)，以半波210移位，并通過陷波濾波器215發(fā)送。根據(jù)多個開關(guān)220的位置，得到信號被發(fā)送通過低頻擴音器通路或高頻擴音器通路。低頻/高頻擴音器控制器225控制開關(guān)220的位置。應(yīng)注意在圖2中，所示開關(guān)220的位置，這些位置會使信號進入低頻擴音器通路。對于進入高頻擴音器通路和低頻擴音器通路的信號，開關(guān)220將位于和圖2中所示位置相對的位置中。在陷波濾波器215的輸出端和開關(guān)220的輸入端的是寬帶誤差信號，其被發(fā)送到低頻擴音器和高頻擴音器控制器。首先低頻擴音器控制器被關(guān)閉并允許穩(wěn)定，如由開關(guān)220當(dāng)前示出的。低頻擴音器回路的設(shè)計將響應(yīng)從DC到5Hz。一旦低頻擴音器誤差約為零，則開關(guān)反接以使低頻擴音器和高頻擴音器現(xiàn)在接
入
口 ο
[0090]當(dāng)信號進入通過高頻擴音器通路時，高帶寬誤差信號由積分器225 (wtbw/s，其中wtbw=2* *ftbw，并且ftbw=5Hz到20kHz)積分。然后積分后的信號饋送通過控制回路230。控制回路230產(chǎn)生數(shù)字高頻擴音器命令信號。數(shù)字高頻擴音器命令信號被輸入到DAC167從而產(chǎn)生模擬高頻擴音器命令信號。模擬高頻擴音器命令信號被輸入到壓電放大器，在其中該信號被放大和濾波。然后放大的模擬高頻擴音器命令信號被輸入到包括控制反饋回路的光纖拉伸器電源197。光纖拉伸器電源197發(fā)送信號(例如，電壓)從而控制光纖拉伸器135以便校正0PD。
[0091]當(dāng)信號進入通過低頻擴音器通路時，數(shù)字信號被輸入到DAC162從而產(chǎn)生模擬信號。然后模擬信號被輸入到平臺控制器172。在平臺控制器172內(nèi)，模擬信號被輸入到ADC240從而產(chǎn)生數(shù)字信號。然后數(shù)字信號由積分器245 (?。/~其中《。=2* Ji *f。并且f。~I到5Hz)積分。得到的信號被發(fā)送通過控制反饋回路250從而產(chǎn)生控制信號。平臺控制器172發(fā)送控制信號(例如，電壓)從而根據(jù)模擬低頻擴音器信號控制(即向后和/或前滑動)平移臺140以便校正0PD。
[0092]圖3的流程圖示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例公開的用于針對延長時段的寬帶寬頻率范圍上的OPD的光纖穩(wěn)定化的方法300。在方法300的開始305，激光器輻射光束310。然后分束器將光束分成第一光束和第二光束315。
[0093]第一循環(huán)器循環(huán)第一光束使其通過光纖拉伸器到達可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的平移臺320。然后,平移臺上的第一反射鏡反射第一光束325。然后第一循環(huán)器循環(huán)包括第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第一循環(huán)束使其到達第一分色分束器330。第一分色分束器將第一循環(huán)束分成第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束335。
[0094]第二循環(huán)器循環(huán)第二光束使其到達基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡340。然后，第二反射鏡反射第二光束345。接著第二循環(huán)器循環(huán)包括第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束的第二循環(huán)束使其到達第二分色分束器350。第二分色分束器將第二循環(huán)束分成第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束355。
[0095]第一光束和第二光束被輸入到干涉儀360。干涉儀輸出共同形成正弦信號的同相信號和正交信號365。然后至少一個處理器將正弦信號濾波從而形成高頻信號和低頻信號370。平臺控制器通過使用低頻信號控制平移臺375。光纖拉伸器控制器通過使用高頻信號控制光纖拉伸器380。然后方法300結(jié)束385。
[0096]圖4是圖解根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例公開的用于圖1的所公開的系統(tǒng)100的望遠(yuǎn)鏡配置400的示意圖。具體地，該圖示出基本的望遠(yuǎn)鏡幾何形狀，其中分離的望遠(yuǎn)鏡410,420之間的OPD被控制從而維持兩個望遠(yuǎn)鏡410、420之間的光學(xué)相位相干性。望遠(yuǎn)鏡410是基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，而望遠(yuǎn)鏡420是可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。在操作期間，使用OPD平臺430上的干涉儀檢測0PD，并且控制器確定所需要的校正量。較低頻OPD用可移動光學(xué)平臺440校正。較高頻OPD通過使用拉伸光纜460的光纖拉伸器450校正。
[0097]盡管某些示例性實施例和方法已在此披露，但根據(jù)前述內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)@些實施例和方法做出變化和修改，而不背離所披露技術(shù)的真實精神和范圍，這能夠是顯而易見的。存在許多所披露技術(shù)的其他例子，每個例子相互之間僅在細(xì)節(jié)上有所不同。因此，本技術(shù)所公開的內(nèi)容意圖僅限制在所附權(quán)利要求和適用法律的規(guī)則和原理所需要的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于光程差的光纖穩(wěn)定化的方法，所述方法包括: 由激光器(105)福射光束； 由分束器(120)將所述光束分成第一光束和第二光束； 由可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(145)的平移臺(140)上的第一反射鏡(150)反射所述第一光束； 由第一分色分束器(155)將第一循環(huán)束分成所述第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束； 由與基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(175)關(guān)聯(lián)的第二反射鏡(180)反射所述第二光束； 由第二分色分束器(185)將第二循環(huán)束分成所述第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束； 將所述第一光束和所述第二光束輸入到干涉儀(190)中； 從所述干涉儀(190)輸出同相信號和正交信號，其共同形成正弦信號； 由至少一個處理器(142)將所述正弦信號濾波從而形成高頻信號和低頻信號； 利用平臺控制器(172)通過使用所述低頻信號控制所述平移臺；以及 利用光纖拉伸器控制器通過使用所述高頻信號控制光纖拉伸器(135)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法進一步包括將所述可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和所述基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束輸入到望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀(190)，從而產(chǎn)生雙目圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述方法進一步包括使用第一放大器(117)放大所述同相信號，以 及使用第二放大器(122)放大所述正交信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中所述方法進一步包括使用濾波器緩沖器卡(127)將所述同相信號和所述正交信號預(yù)濾波到至少一個預(yù)定頻帶內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4所述的方法，其中所述光纖拉伸器控制器是光纖拉伸器電源(197)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5所述的方法，其中所述正弦信號的所述濾波以形成高頻信號和低頻信號是通過將所述正弦信號積分來執(zhí)行。
7.一種用于光程差的光纖穩(wěn)定化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 激光器(105),其福射光束； 分束器(120)，其將所述光束分成第一光束和第二光束； 在可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(145)的平移臺(140)上的第一反射鏡(150)，其反射所述第一光束； 第一分色分束器(155),其將第一循環(huán)束分成所述第一光束和可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束； 與基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(175)關(guān)聯(lián)的第二反射鏡(180)，其反射所述第二光束； 第二分色分束器(185),其將第二循環(huán)束分成所述第二光束和基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束；干涉儀(190)，其接收所述第一光束和所述第二光束，并輸出共同形成正弦信號的同相信號和正交信號； 至少一個處理器，其將所述正弦信號濾波以形成高頻信號和低頻信號； 平臺控制器，其通過使用所述低頻信號控制所述平移臺；和 光纖拉伸器控制器，其通過使用所述高頻信號控制光纖拉伸器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀，其接收所述可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和所述基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束并產(chǎn)生雙目圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括: 第一放大器，其放大所述同相信號；和第二放大器，其放大所述正交信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括濾波器緩沖器卡，其將所述同相信號和所述正交信號預(yù)濾波到至少一個預(yù)定頻帶內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10所述的系統(tǒng)，其中所述光纖拉伸器控制器是光纖拉伸器電源。
12.根據(jù)權(quán)利要求7到11所述的系統(tǒng)，其中將所述正弦信號濾波以形成高頻信號和低頻信號的所述至少一個處理器將所述正弦信號積分。
13.根據(jù)權(quán)利要求7到12所述的系統(tǒng)，其中所述平臺控制器是壓電控制器。
14.根據(jù)權(quán)利要求7到13所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括望遠(yuǎn)鏡光接收干涉儀，其接收所述可調(diào)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束和所述基準(zhǔn)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光束并產(chǎn)生雙目圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求7到14所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括: 第一放大器，其放大所述同相信號；和 第二放大器，其放大所 述正交信號。
【文檔編號】H01S3/13GK103944055SQ201410024202
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】P·V·諾爾頓, A·A·波蒂略, M·C·凱茨 申請人:波音公司