具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1和图2来具体描述本发明的闭合轨迹光延迟模组的一实施例，具体阐述本发明的具体实施例特征。

本发明实施例公开的闭合轨迹光延迟模组包括：设置有闭合轨迹线结构100的第一约束部件1、设置有直线槽200的第二约束部件2、设置有定位凸300的第三约束部件3、光转换装置4、光输入接口5、光输出接口6、底座7、外壳8和驱动控制装置9；第一约束部件1设置为筒状件，并且闭合轨迹线结构100设置在筒状件的周壁上；闭合轨迹线结构100的轨迹线为平滑曲线，平滑曲线为连续平滑曲线或分段连续平滑曲线；闭合轨迹线结构100为闭合曲线槽；定位凸300与闭合曲线槽和直线槽200形成约束配合关系；直线槽200的长度大于或等于闭合曲线槽两端面之间的直线距离；第一约束部件1、第二约束部件2和第三约束部件3中的一者与驱动控制装置9联结、以被驱动旋转，另一者固定设置，再一者与光转换装置4相联结、并平行于直线槽200移动；光输入接口5和光输出接口6设置在外壳8上，光输入接口5供入射光照射到光转换装置4上，光输出接口6供经过光转换装置4的被延迟光束射出外壳8。

其中，第二约束部件2和第三约束部件3不限于筒状件，也可以为相应约束部件的其他形状结构。驱动控制装置9固定于外壳8上，外壳8固定于底座7上。

在工作过程中，驱动控制装置9可以带动第一约束部件1、第二约束部件2和第三约束部件3其中之一旋转，另一者固定设置，再一者与光转换装置4联结、并平行于直线槽200移动。

本发明提供的其中一个实施例在于，驱动控制装置9固定设置，与第一约束部件1联结，并驱动第一约束部件1旋转，第二约束部件2固定设置，第三约束部件3与光转换装置4相联结，并平行于直线槽200移动。此处的平行直线槽200移动则可以理解为第三约束部件3沿直线槽200移动，即随第一约束部件1的旋转，在闭合轨迹结构100、直线槽200和定位凸300的相互约束配合下，第三约束部件3能够实现线性移动。而光转换装置4又与第三约束部件3相联结，因此，光转换装置4则能够实现直线移动。光输入接口5、光输出接口6位于外壳8上，使得自光输入接口5处输入的入射光照射到光转换装置4，光转换装置4反射后的被延迟光束经光输出接口6射出外壳8。

本实施例公开的闭合轨迹光延迟模组，第一约束部件1的周壁上设置有闭合轨迹线结构100，使第一约束部件1能够随驱动控制装置9的驱动形成闭环高速旋转；第三约束部件3上的定位凸300沿直线槽200方向移动，且第三约束部件3上设置有光转换装置4，使光无畸变；这样在第一约束部件1高速旋转的情况下，即可完成高速光延迟，从而极大地提高光电检测系统的检测效率。

具体的，本发明提供的一种实施例在于，第一约束部件1设置为外筒，第二约束部件2设置为中筒，第三约束部件3设置为内筒，第三约束部件3上设置有光转换装置4，光转换装置4随第一约束部件3轴向移动，使得光从空间域的变化转化为时间域的变化，进而实现光的时间延迟。

外壳8上开有供光输入的光输入接口5，通常只需设置透光窗片，在本实施例设置为光纤耦合器件，输入光通过光纤接入，通过光纤耦合器件转换为平行光。同时，外壳8上开设有供光输出的光输出接口6，通常只需设置透光窗片，在本实施例设置为光纤耦合器件，输出光通过光纤接出，通过光纤耦合器件将光转化装置4返回的平行光耦合入光纤，再从光纤导出。

其中，驱动控制装置9为可编程电机，用于给予第一约束部件1旋转的动力，以及控制转速，反馈位置、速度及触发参数。

底座7与外壳8相配合，使整个闭合轨迹光延迟模组置于绝对固定的参考平面时能保证光路的稳定。

重要的是，闭合轨迹线结构的轨迹线为平滑曲线；平滑曲线为连续平滑曲线或分段连续平滑曲线；连续平滑曲线由椭圆线表述，实现余弦时间间隔延迟变化，起点与计时零点的选择有关，任意选择计时零点，椭圆线的方程表达式为：

；

其中，r₀为第一约束部件1的半径，θ为所述角度范围，h为所述椭圆线长轴端点截面的轴向垂直距离。

分段连续平滑曲线由偶数条对称螺旋线和偶数条过渡线构成，并形成闭合；过渡线为任意平滑曲线段；螺旋线与过渡线连接点相切，平滑可导；所有曲线连接正好闭合一周；螺旋线对应线性时间延迟变化，过渡线不参与时间延迟计量。

如图3和图4所示，在本发明的一种实施例中，闭合曲线槽的形状由两条对称螺旋线和相应过渡线构成，两条对称螺旋线由正螺旋线和逆螺旋线组成，过渡线连接两条螺旋线，组成平滑可导闭合平滑曲线，从而形成闭合曲线槽。在螺旋线阶段，第三约束部件3沿轴向产生线性变化平移，在过渡线阶段，第二约束部件2平滑过渡，从而形成平滑闭合运动。螺旋线和过渡线的比例原理上根据实际应用任意选取，本实施例中螺旋线和过渡线占一个圆周的比例分别为0.8和0.2。两条螺旋线可以由如下方程表示：

正螺旋线：

，

逆螺旋线：

，

r₀为第一约束部件1的半径，θ为螺旋线的对应角度范围，h为螺旋线的设定螺距的一半，其中4α为一个闭合周期过渡线的角度。可以理解的是，闭合曲线槽在第一约束部件1的截面上投影为一个闭合的圆，螺旋线和过渡线在圆内的0-360°内分配，分段取正螺旋线方程或逆螺旋线方程。

实施方案一：0-1000ps延迟范围。1000ps延迟范围近似需要300mm的光程变化，光束从光输入接口5到光转换装置4再到光输出接口6，采用互为90°双反射镜组，光束只往返一次的情况下，需要150mm的位置变化，即z的取值范围为0-150mm，0和150mm分别对应螺旋线的两个端点，0-150mm之间的任意一点取值对应螺旋线上相应点到起点的轴向距离。当在空气或真空中传播，介电常数为n=1，光速c恒定，由公式ΔT=2nz/c可知光延迟变化范围为0-1000ps。取过渡线占一个圆周的比例为0.2，两条螺旋线占一个圆周的比例为0.8则其两段过渡线各占36°，则正向螺旋线角度范围为θ∈（18°，162°），逆向螺旋线角度范围为θ∈（-18°，-162°）。考虑高速旋转条件下第一约束部件1的半径与定位凸300的受力关系，选择第一约束部件1的半径为150mm，该半径越大，受力变化率越小。在以上参数基础上设计的本实施例可实现延迟范围为0-1000ps的光程无光斑畸变的高速光延迟线。

实施方案二：0-500ps延迟范围。500ps延迟范围近似需要150mm的光程变化，光束从光输入接口5到光转换装置4再到光输出接口6，采用互为90°双反射镜组，光束只往返一次的情况下，需要75mm的位置变化，即z的取值范围为0-75mm，0和75mm分别对应螺旋线的两个端点，0-75mm之间的任意一点取值对应螺旋线上相应点到起点的轴向距离。当在空气或真空中传播，介电常数为n=1，光速c恒定，由公式ΔT=2nz/c可知光延迟变化范围为0-500ps。取过渡线段占一个圆周的比例为0.2，两条螺旋线占一个圆周的比例为0.8则其两段过渡线各占36°，则正向螺旋线角度范围为θ∈（18°，162°），逆向螺旋线角度范围为θ∈（-18°，-162°）。考虑高速旋转条件下第一约束部件1的半径与定位凸300的受力关系，选择第一约束部件1的半径为100mm，该半径越大，受力变化率越小。在以上参数基础上设计的本实施例可实现延迟范围为0-500ps的光程无光斑畸变的高速光延迟线。

通常的，闭合轨迹光延迟模组还包括控制器、同步接口、FPGA模块、电源、编码器、辅助润滑装置、光栅尺、输入光纤耦合器和输出光纤耦合器，输入光纤耦合器和输出光纤耦合器分别设置于光输入接口处和光输出接口处；输入光纤耦合器和输出光纤耦合器均与控制器电性连接。

光延迟模组是由光学器件、光机电设备和安装支架、过渡联结装置等组成，光学部件包括光转换装置4、输入光纤耦合器和输出光纤耦合器，光机电设备包括驱动控制装置9、第一约束部件1、第二约束部件2、第三约束部件3、控制器、驱动指令、通讯接口、尾纤等。光延迟模组对外提供两路光纤接口（即光输入接口5和光输出接口6）分别用输入和输出激光；驱动控制装置9的供电与控制接口用于控制第一约束部件1的转速，驱动指令包括采集触发信号，采集触发信号用于触发采集卡采集信号，实现高精度等角度采样。

其中，如图2所示，光输入接口5、光输出接口6、光转换装置4、第一约束部件1、第二约束部件2和第三约束部件3可以设置在同一外壳8或底座7上，各元件确保光束中心在同一平面内，入射光通过光输入接口5处的光纤耦合传入，在光纤末端通过光纤耦合器转化为准直光平面波。在过渡线区域不作为延迟记录区域；入射光束和出射光束仅仅使光束方向完全相反，不引入其他畸变。

需要说明的是，光输入接口5确保入射光能够照射到光转换装置4上，入射光由光输入接口5入射，到达光转换装置4，光输入接口5处设置第一光调制装置；第一光调制装置实现入射光的调制，使得照向光转换装置4的入射光为平行光、汇聚光、发散光、线偏光、圆偏光、椭圆偏振光、宽频光、窄频光、单束光、多束光、点频光、线性调频光、涡旋光、调制编码光中的至少一个，使得光束传输更加规范和更加安全。

另外，光转换装置4与第三约束部件3联结，光转换装置4伴随第三约束部件3移动，入射光伴随光转换装置4移动，入射光到达光转换装置4的光程改变，产生光的延迟；光转换装置4改变入射光的传输方向，被延迟光束通过光输出接口5出射；光转换装置4为单平面反射镜、互为90°双平面反射镜组、中空回射器、曲面镜、曲面镜组、棱镜、棱镜组、光栅、光栅组、相位板、相位板组、介质板、超材料器件、光激发器件、光接收器件中的至少一个。

进一步的，为了光输出接口6确保经过光转换装置4后的被延迟光束能够有效出射，光输出接口6位置安装有第二光调制装置，使得出射光为平行光、汇聚光、发散光、线偏光、圆偏光、椭圆偏振光、宽频光、单束光、多束光、窄频光、点频光、线性调频光、涡旋光、调制编码光中的至少一个，使得光束传输更加规范和更加安全。

本发明实施例提供的光延迟模组，不仅极大地提高光电检测系统尤其是太赫兹检测系统的检测效率，而且没有曲面反射导致的光束变形，也没有聚焦波束导致的景深变化导致的信号畸变，在保证检测效率的前提下，极大地提升了信号质量。另外，由于入射光束可以为平行光入射，较大的反射镜面还可以用于高功率光束的相位延迟控制，开拓新的应用场景，例如用于激光远程对焦等等。

该闭合轨迹光延迟模组可广泛应用于太赫兹检测系统、光学相干层析系统、雷达系统、傅里叶变换系统、迈克尔逊干涉系统、激光远程对焦系统、成像变焦系统、光场成像系统、遥感系统、面光束感知系统、线光束感知系统、多维衍射系统、多维全息系统、量子通讯系统等等，从而在保证光束质量的前提下极大地提高系统光延迟的效率和量程。

本发明实施例中的闭合轨迹线结构决定了光延迟模组的量程，且光延迟模组的量程与轨迹线结构的有效段的长度成正比，根据需要选择量程，理论上不受量程限制，只受体积大小和成本的限制。通常可以选择0-100ps的小量程，选择0-1000ps的中量程，选择大于1000ps的大量程。适合桌面的光电仪器，也适合大型光学工程系统。其中，驱动控制装置可实现高频率、高转速转动，优化联结质量、降低摩擦损耗和选取高质量材料，第一约束部件1在平滑曲线的约束下可使转速达6000r/min，甚至更高，结合闭合轨迹线结构的设计，旋转一周可以对应至少两次全周期延迟变化，使得延迟周期可以达到100Hz以上；由于光转换装置4可以选用接近理论无畸变的平面镜结构，该装置的精度高，可靠性好，入射光经光输入接口5入射，经光转换装置4再经光输出接口6处时无光斑畸变，保证了信号的完整性和准确性，而且根据平面镜结构的尺寸大小易于调节，还可以满足大孔径光束的延迟应用。另外，上述特点通常可以同时满足，从而实现了较大范围延迟量、高延迟速度和高品质光束质量的延迟应用，从而使得相应的光电检测系统的品质得到较大提升。

除此之外，本发明的另一方面的实施例在于提供一种太赫兹系统，包括如上所述的闭合轨迹光延迟模组。

需要补充的是，太赫兹系统可以为太赫兹时域波谱系统、太赫兹时域波谱成像系统、或太赫兹无损检测系统。

本发明的另一方面的实施例在于提供一种光电系统，包括如上所述的闭合轨迹光延迟模组。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。