專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于楔形法布里－珀羅干涉濾光片的光波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，是一種可實(shí)用化的高精度光波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)，主要用于光波長(zhǎng)調(diào)制類(lèi)型的光學(xué)傳感器，尤其是光波長(zhǎng)調(diào)制類(lèi)型的光纖傳感器的解調(diào)。
目前，在光學(xué)傳感器領(lǐng)域中，尤其是在光纖傳感器領(lǐng)域中，有很多不同的調(diào)制方式，如強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制等。但這些調(diào)制方式的抗干擾能力都不盡人意，容易受到光纖傳輸特性變化、光源功率的穩(wěn)定性、分束器的穩(wěn)定性等因素的影響。隨著光纖布拉格光柵等波長(zhǎng)調(diào)制器件的出現(xiàn)，人們開(kāi)始大力開(kāi)發(fā)波長(zhǎng)調(diào)制類(lèi)型的傳感器，因?yàn)橐钥垢蓴_能力而言，波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)是目前所有調(diào)制方式中最好的，它對(duì)造成傳統(tǒng)光纖傳感器漂移的主要影響因素幾乎都不敏感?，F(xiàn)在該領(lǐng)域的主要問(wèn)題是，現(xiàn)有的光波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)存在體積大，抗干擾能力低，長(zhǎng)期穩(wěn)定性差等問(wèn)題，這嚴(yán)重阻礙了波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器的實(shí)用化進(jìn)程，成為該領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。因此，研制一種抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠的可實(shí)用化的光波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)，已成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是，提出一種新的抗干擾能力強(qiáng)、精度高、性能穩(wěn)定的光波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)，以提供一種可實(shí)用化的波長(zhǎng)調(diào)制型光學(xué)傳感器的解調(diào)技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，使用楔形法布里-珀羅干涉濾光片將被測(cè)光的波長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)換為干涉條紋光強(qiáng)分布的信息，例如光斑位置，然后使用CCD(charge coupleddevice)器件來(lái)檢測(cè)這種干涉條紋光強(qiáng)分布，從而計(jì)算出光波長(zhǎng)的信息。令被測(cè)單色光平行垂直入射楔形法布里-珀羅干涉濾光片，在該濾光片的出射面或反射面上就會(huì)形成與入射光波長(zhǎng)有關(guān)的光強(qiáng)分布，當(dāng)入射光波長(zhǎng)變化時(shí)，這種干涉條紋光強(qiáng)分布就會(huì)發(fā)生變化，使用CCD器件作為光電轉(zhuǎn)換器件來(lái)接收這種光強(qiáng)分布，通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)值處理來(lái)檢測(cè)這種光強(qiáng)分布的變化，從而計(jì)算出相應(yīng)波長(zhǎng)的變化。這種方案可同時(shí)測(cè)量一個(gè)或多個(gè)不同波長(zhǎng)的單色光。方案中使用的楔形法布里-珀羅干涉濾光片包括A、B兩種結(jié)構(gòu)，A結(jié)構(gòu)為在平板光學(xué)玻璃基片上鍍?nèi)龑幽?，上下兩層為均勻金屬反射膜，中間為楔形介質(zhì)膜；B結(jié)構(gòu)為在平板光學(xué)玻璃基片上鍍多層楔形介質(zhì)膜，膜系結(jié)構(gòu)為上下兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的楔形反射膜系，中間可以?shī)A一個(gè)楔形或均勻的中間介質(zhì)層，也可以去掉中間介質(zhì)層。
本發(fā)明的效果是，使用楔形法布里-珀羅干涉濾光片和CCD，使得整個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，且這種對(duì)干涉條紋光強(qiáng)分布的測(cè)量與被測(cè)信號(hào)光的強(qiáng)度變化無(wú)關(guān)，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)光同時(shí)進(jìn)行高精度測(cè)量。這種測(cè)量技術(shù)將有力地推動(dòng)波長(zhǎng)調(diào)制類(lèi)型的光學(xué)傳感器的實(shí)用化進(jìn)程。


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圖1是基于楔形法布里-珀羅干涉濾光片的光波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)的典型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，(1)用于引入被測(cè)光的光纖或其它傳光元件，(2)擴(kuò)束鏡，(3)楔形法布里-珀羅干涉濾光片，(4)線(xiàn)陣CCD。
圖2是楔形法布里-珀羅干涉濾光片的A種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，(1)平板光學(xué)玻璃基片，(2)單層金屬反射膜，(3)楔形介質(zhì)膜，(4)單層金屬反射膜。
圖3是楔形法布里-珀羅干涉濾光片的B種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，(1)平板光學(xué)玻璃基片，(2)多層楔形介質(zhì)反射膜系(本圖為四層介質(zhì))，(3)楔形中間介質(zhì)膜，(4)多層楔形介質(zhì)反射膜系(本圖為四層介質(zhì))。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施例用本系統(tǒng)測(cè)量中心波長(zhǎng)為0.85μm，變化范圍正負(fù)0.1μm的單色信號(hào)光波。測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用如圖1所示的典型結(jié)構(gòu)。可將圖1中的(3)楔形法布里-珀羅干涉濾光片作成如圖2所示A結(jié)構(gòu)，圖2中的(2)、(4)單層金屬反射膜，可用銀鍍成反射率為80％～90％的反射膜，(3)楔形中間介質(zhì)膜采用SiO2鍍成楔角為2e-5Rad的楔形中間介質(zhì)膜，最大厚度為1μm。圖1中使用的(4)線(xiàn)陣CCD為5340象素，象素尺寸為7μm×7μm。此時(shí)，被測(cè)光經(jīng)過(guò)(2)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后入射(3)楔形法布里-珀羅干涉濾光片，經(jīng)(3)楔形法布里-珀羅干涉濾光片的多光束干涉，在出射面上會(huì)形成周期約為1.5cm的干涉條紋，條紋的精確位置或周期與入射光波長(zhǎng)有關(guān)，周期與波長(zhǎng)的關(guān)系可表達(dá)為T(mén)=λ/2nθ，式中T為光斑周期，n為楔形中間介質(zhì)膜的折射率，θ為楔形中間介質(zhì)膜的楔角。通過(guò)CCD來(lái)測(cè)量干涉條紋光斑的位置或周期，即可得出波長(zhǎng)值。同樣的，也可以測(cè)量多個(gè)單色光波，區(qū)別僅在于處理CCD采集的數(shù)據(jù)時(shí)所用的算法不同。用CCD來(lái)測(cè)量光斑的位置時(shí)，由于使用電子細(xì)分技術(shù)，可以達(dá)到很高的靈敏度，而且測(cè)量結(jié)果與信號(hào)光強(qiáng)度的變化無(wú)關(guān)，故這種測(cè)量不受信號(hào)強(qiáng)度起伏的影響，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，易于實(shí)用化。另外，本實(shí)施例中圖1的(3)楔形法布里-珀羅干涉濾光片也可采用類(lèi)似如圖3所示B結(jié)構(gòu)，本例未使用B結(jié)構(gòu)中的(3)楔形中間介質(zhì)膜，在(1)平板光學(xué)玻璃基片上直接鍍兩組對(duì)稱(chēng)的反射介質(zhì)膜系(2)、(4)，每組膜系包擴(kuò)4層膜，整體結(jié)構(gòu)為GHLHLLHLHA，G為基片，A為空氣，H為高折射率的介質(zhì)膜，L為低折射率的介質(zhì)膜，每一層膜均為楔角為2e-5Rad，最大厚度為0.5μm的楔形膜。
權(quán)利要求
1．一種基于楔形法布里-珀羅干涉濾光片的光波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)，其特征為利用楔形法布里-珀羅干涉濾光片將被測(cè)光的波長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)分布信息，用CCD器件來(lái)檢測(cè)這種光強(qiáng)分布信息，計(jì)算出被測(cè)光波長(zhǎng)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于楔形法布里-珀羅干涉濾光片的光波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)，其特征還在于使用的楔形法布里-珀羅干涉濾光片可以具有A、B兩種結(jié)構(gòu)1)A種結(jié)構(gòu)為在平板光學(xué)玻璃基片上鍍?nèi)龑幽?，上下兩層為均勻金屬反射膜，中間為楔形介質(zhì)膜；2)B種結(jié)構(gòu)為在平板光學(xué)玻璃基片上鍍多層楔形介質(zhì)膜，其結(jié)構(gòu)為上下兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的楔形反射膜系，中間可以?shī)A一個(gè)楔形或均勻的中間介質(zhì)層，也可以取消中間介質(zhì)層。
全文摘要
一種基于楔形法布里－珀羅干涉濾光片的光波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù),主要用做波長(zhǎng)調(diào)制型光學(xué)傳感器的解調(diào)系統(tǒng)。其特征為使用楔形法布里－珀羅干涉濾光片將被測(cè)光的波長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)分布信息,用CCD器件來(lái)檢測(cè)這種光強(qiáng)分布,從而計(jì)算出被測(cè)光波長(zhǎng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高,且這種測(cè)量與被測(cè)光的強(qiáng)度變化無(wú)關(guān),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)光的同時(shí)測(cè)量。這種技術(shù)將有力地推動(dòng)波長(zhǎng)調(diào)制類(lèi)型光學(xué)傳感器的實(shí)用化進(jìn)程。
文檔編號(hào)G01J3/26GK1323980SQ0111419
公開(kāi)日2001年11月28日 申請(qǐng)日期2001年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月3日
發(fā)明者王曉旭, 林鈞岫 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)