一種超窄帶濾波裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種超窄帶濾波裝置，包括寬光譜光源產(chǎn)生裝置、空氣隙F-P干涉儀、位于空氣隙F-P干涉儀后方的帶通濾波片和位于空氣隙F-P干涉儀出射端口與計(jì)算機(jī)相連的中階梯光譜儀；寬光譜光源產(chǎn)生裝置包括較寬光譜光源和平行光管，空氣隙F-P干涉儀由受粗調(diào)裝置調(diào)節(jié)位置的固定反射鏡和受精調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)位置的調(diào)節(jié)反射鏡組成，較寬光譜光源的光線經(jīng)過平行光管后的出射窗口中心與固定反射鏡的入射窗口中心重合，中階梯光譜儀接收窗口與調(diào)節(jié)反射鏡出射窗口中心重合。本實(shí)用新型超窄帶濾波裝置，成本低廉，操作簡便，并且可以根據(jù)調(diào)整不同的間隔參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同中心波長、不同半高寬指標(biāo)的超窄帶濾波。
【專利說明】一種超窄帶濾波裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超窄帶濾波裝置，屬于干涉光譜學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在光通信，光傳感、光譜測量領(lǐng)域中，光濾波裝置作為其中的關(guān)鍵裝置和方法被廣泛使用。目前，干涉濾光片是實(shí)現(xiàn)窄帶濾波的主要方式，干涉濾光片是利用光的干涉原理和薄膜技術(shù)來改變光的光譜成分的濾光片，由于工藝條件的限制，用干涉濾光片實(shí)現(xiàn)超窄帶濾波仍十分困難。
[0003]傳統(tǒng)鍍膜方法通過化學(xué)物理氣相沉積或電化學(xué)方法將電解質(zhì)或金屬通過真空爐蒸發(fā)或噴濺在玻璃表面形成膜系，目前，國內(nèi)的長春光機(jī)所、昆明物理研究所等科研機(jī)構(gòu)利用傳統(tǒng)鍍膜的方法可以實(shí)現(xiàn)2.6?3nm (約0.5%窄帶)的超窄帶濾光；但是，傳統(tǒng)鍍膜方法使用的是鍍膜機(jī)，鍍膜機(jī)是一種很大型的高精度設(shè)備，同時(shí)相關(guān)配套設(shè)備也很多，價(jià)格甚至在百萬以上。而在國外，利用DWDM技術(shù)的窄帶通濾波片可以實(shí)現(xiàn)0.5nm (約0.1%窄帶)左右的濾波，但口徑一般較小，難以實(shí)現(xiàn)大口徑，并且實(shí)際器件的研制工藝過程卻十分復(fù)雜，購買成本昂貴。
[0004]F-P干涉濾光片是在F-P干涉儀的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的一種應(yīng)用非常廣泛的光學(xué)薄膜無源器件，突破了國內(nèi)干涉濾光片的技術(shù)瓶頸，可實(shí)現(xiàn)中心波長0.15%的超窄帶濾波；其由兩塊反射鏡組成，兩塊反射鏡間隔可調(diào)，相同的兩塊反射鏡，可實(shí)現(xiàn)不同需求的窄帶濾波，具有高度的可互換性，大大降低了生產(chǎn)成本；F-P干涉濾光片是一個(gè)精密的光學(xué)系統(tǒng)，裝調(diào)精度要求很高，一般要求兩塊反射鏡的平行度為1/20-1/100波長。雖然F-P干涉儀調(diào)整裝置方便可靠，具有較好的工藝性，但是如何利用F-P干涉儀實(shí)現(xiàn)窄帶甚至超窄帶濾波的技術(shù)還處于初級探索階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題針對傳統(tǒng)的利用鍍膜方法較難實(shí)現(xiàn)超窄帶濾波的技術(shù)缺陷，利用空氣隙F-P干涉儀，提供一種新型的、穩(wěn)定的、可裝調(diào)的超窄帶濾波裝置，本實(shí)用新型的裝置成本低廉，操作簡便，并且可以根據(jù)調(diào)整不同的間隔參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同中心波長、不同半高寬指標(biāo)的超窄帶濾波。
[0006]本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種超窄帶濾波裝置，包括產(chǎn)生連續(xù)光譜的寬光譜光源產(chǎn)生裝置、空氣隙F-P干涉儀和位于空氣隙F-P干涉儀后方的帶通濾波片，帶通濾波片為通過傳統(tǒng)鍍膜方法制備的濾波片；所述的寬光譜光源產(chǎn)生裝置包括較寬光譜光源和平行光管；所述的空氣隙F-P干涉儀由受粗調(diào)裝置調(diào)節(jié)位置的固定反射鏡和受精調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)位置的調(diào)節(jié)反射鏡組成；所述的較寬光譜光源的光線經(jīng)過平行光管后的出射窗口中心與固定反射鏡的入射窗口中心重
口 ο
[0008]優(yōu)選的，所述的粗調(diào)裝置包括安裝于底部平臺上的固定平臺和移動(dòng)平臺；所述的固定平臺由安裝座和固定于安裝座上的豎直安裝面構(gòu)成，豎直安裝面裝有X軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置、Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置和固定反射鏡；所述的移動(dòng)平臺由可沿Z軸方向移動(dòng)的Z軸平移裝置和用于安裝精調(diào)機(jī)構(gòu)的豎直安裝面組成，豎直安裝面上裝有精調(diào)機(jī)構(gòu)和位于精調(diào)機(jī)構(gòu)后側(cè)的帶通濾波片。
[0009]優(yōu)選的，所述的精調(diào)機(jī)構(gòu)由安裝于移動(dòng)平臺的豎直安裝面上的三個(gè)微位移裝置和調(diào)節(jié)反射鏡組成；所述的三個(gè)微位移裝置由計(jì)算機(jī)控制位移量并由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，并且三個(gè)微位移裝置互成120°排布。
[0010]優(yōu)選的，所述的X軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置和Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置均包括有蝶形彈簧和可繞軸旋轉(zhuǎn)的滾珠螺桿，所述的Z軸平移裝置包括有可繞軸旋轉(zhuǎn)的滾珠螺桿、沿Z軸線性平移的滑塊導(dǎo)軌、用于底部平臺的彈性聯(lián)軸器
[0011]優(yōu)選的，所述的固定反射鏡安裝于X軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置、y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置后側(cè)，并可通過X軸、Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置進(jìn)行兩個(gè)自由度的調(diào)節(jié)；
[0012]優(yōu)選的，所述的調(diào)節(jié)反射鏡安裝于三個(gè)微位移裝置的前方，并由三個(gè)微位移裝置調(diào)整進(jìn)行X、Y軸平面上的三維自由度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)反射鏡位置與固定反射鏡相對應(yīng)。
[0013]優(yōu)選的，所述三個(gè)微位移裝置分別具有A/D轉(zhuǎn)換器接口，其通過A/D轉(zhuǎn)換器接口與計(jì)算機(jī)相連。
[0014]上述的超窄帶濾波裝置還包括有一個(gè)與計(jì)算機(jī)相連的中階梯光譜儀，位于空氣隙F-P干涉儀的出射端口，并且中階梯光譜儀接收窗口與調(diào)節(jié)反射鏡出射窗口中心重合。
[0015]本實(shí)用新型的超窄帶濾波裝置，其寬光譜光源經(jīng)過平行光管產(chǎn)生平行連續(xù)光譜，在F-P干涉儀(固定反射鏡和調(diào)節(jié)反射鏡)處發(fā)生多光束干涉，使得諧波長光束強(qiáng)度發(fā)生干涉增強(qiáng)，得到高光譜分辨率的光譜梳狀函數(shù)；光譜梳狀函數(shù)通過帶通濾玻片將干涉增強(qiáng)的其他非工作波段能量濾除，得到超窄帶光譜，實(shí)現(xiàn)超窄帶濾波；可以根據(jù)調(diào)整固定反射鏡和調(diào)節(jié)反射鏡的間隔參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同中心波長、不同半高寬指標(biāo)的超窄帶濾波；本實(shí)用新型的超窄帶濾波裝置裝置成本低廉，操作簡便，性能穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1:超窄帶濾波裝置結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2:超窄帶濾波裝置的粗調(diào)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3:超窄帶濾波裝置的精調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4:超窄帶濾波裝置的精調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0020]其中:1、較寬光譜光源，2、平行光管，3、帶通濾波片，4、底部平臺，5、固定平臺，6、移動(dòng)平臺，7、固定平臺的豎直安裝面，8、X軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置，9、Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置，10、固定反射鏡，IUZ軸平移裝置，12、移動(dòng)平臺的豎直安裝面，13、調(diào)節(jié)反射鏡，14、微位移裝置，15、A/D轉(zhuǎn)換器接口，16、中階梯光譜儀，17、中階梯光譜儀接收窗口。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型超窄帶濾波裝置及使用方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0022]如圖1所示，一種超窄帶濾波裝置，由產(chǎn)生連續(xù)光譜的寬光譜光源產(chǎn)生裝置、空氣隙F-P干涉儀和位于空氣隙F-P干涉儀后方的帶通濾波片3組成；帶通濾波片3為通過傳統(tǒng)鍍膜方法制備的濾波片；寬光譜光源產(chǎn)生裝置包括較寬光譜光源I和平行光管2 ;空氣隙F-P干涉儀由受粗調(diào)裝置調(diào)節(jié)位置的固定反射鏡10和受精調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)位置的調(diào)節(jié)反射鏡13組成。超窄帶濾波裝置還包括有一個(gè)與計(jì)算機(jī)相連的中階梯光譜儀16，位于空氣隙F-P干涉儀的出射端口，并且中階梯光譜儀接收窗口 17與調(diào)節(jié)反射鏡13出射窗口中心重合。
[0023]如圖2所示，粗調(diào)裝置包括安裝于底部平臺4上的固定平臺5和移動(dòng)平臺6，底部平臺優(yōu)選為長方型。固定平臺5由安裝座和固定于安裝座上、具有一定通光孔徑的豎直安裝面7構(gòu)成，豎直安裝面7通過可繞軸旋轉(zhuǎn)的滾珠螺桿連接X軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置8和Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置9，豎直安裝面7靠近移動(dòng)平臺6 —側(cè)安裝有固定反射鏡10，且固定反射鏡中心與豎直安裝面7中心重合；固定反射鏡10可通過X軸、Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置進(jìn)行兩個(gè)自由度的調(diào)節(jié)。移動(dòng)平臺6由可沿Z軸方向移動(dòng)的Z軸平移裝置11和用于安裝精調(diào)機(jī)構(gòu)的豎直安裝面12組成，豎直安裝面12上裝有精調(diào)機(jī)構(gòu)和位于精調(diào)機(jī)構(gòu)后側(cè)的帶通濾波片3 ；Z軸平移裝置11包括有可繞軸旋轉(zhuǎn)的滾珠螺桿、沿Z軸線性平移的滑塊導(dǎo)軌和用于底部平臺的彈性聯(lián)軸器。
[0024]如圖3和圖4所示，精調(diào)機(jī)構(gòu)由安裝于移動(dòng)平臺的豎直安裝面12上的三個(gè)微位移裝置14和調(diào)節(jié)反射鏡13組成；三個(gè)成120°排布的微位移裝置14通過螺釘安裝于豎直安裝面12上，在豎直安裝面12靠近固定平臺10的一側(cè)安裝有調(diào)節(jié)反射鏡13，且調(diào)節(jié)反射鏡13中心與豎直安裝面12中心重合；調(diào)節(jié)反射鏡13由三個(gè)微位移裝置14調(diào)整進(jìn)行X、Y軸平面上的三維自由度調(diào)節(jié)，三個(gè)微位移裝置由計(jì)算機(jī)控制位移量并由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)。三個(gè)微位移裝置14分別具有A/D轉(zhuǎn)換器接口 15，其通過A/D轉(zhuǎn)換器接口 15與計(jì)算機(jī)相連。
[0025]如圖1-4所示，寬光譜光源I的光線經(jīng)過平行光管2后的出射窗口中心與固定反射鏡5的入射窗口中心重合，中階梯光譜儀接收窗口 14與調(diào)節(jié)反射鏡8出射窗口中心重合；寬光譜光源I經(jīng)過平行光管2產(chǎn)生平行連續(xù)光譜，在F-P干涉儀(固定反射鏡10和調(diào)節(jié)反射鏡13)處發(fā)生多光束干 涉，使得諧波長光束強(qiáng)度發(fā)生干涉增強(qiáng)，得到高光譜分辨率的光譜梳狀函數(shù)；之后通過帶通光學(xué)濾光片3將干涉增強(qiáng)的其他非工作波段能量濾除，得到超窄帶光譜，實(shí)現(xiàn)超窄帶濾波；其中固定反射鏡10和調(diào)節(jié)反射鏡13的間隔決定了采樣干涉的光束之間的光程差，也決定了窄帶濾光的峰值透光率波長位置及半帶寬度。
[0026]固定反射鏡5和調(diào)節(jié)反射鏡8的間隔厚度d的計(jì)算方法如下:
[0027](I)由公式Δ λ = 2nd/m (m+1) = λ / (m+1),根據(jù)要求的Δ λ計(jì)算出干涉級次m=(λ Δ λ ) -1 ;
[0028](2) m取整后計(jì)算得到d = πιλ 2η ;
[0029]波片的通帶半寬度的計(jì)算方法如下:
[0030]將計(jì)算出的干涉級次m和實(shí)際固定反射鏡5和調(diào)節(jié)反射鏡8的反射率R1' R2帶入以下公式:
【權(quán)利要求】
1.一種超窄帶濾波裝置，其特征在于，包括產(chǎn)生連續(xù)光譜的寬光譜光源產(chǎn)生裝置、空氣隙F-P干涉儀和位于空氣隙F-P干涉儀后方的帶通濾波片(3)，所述的寬光譜光源產(chǎn)生裝置包括較寬光譜光源(I)和平行光管(2);所述的空氣隙F-P干涉儀由受粗調(diào)裝置調(diào)節(jié)位置的固定反射鏡(10)和受精調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)位置的調(diào)節(jié)反射鏡(13)組成；所述的較寬光譜光源(I)的光線經(jīng)過平行光管(2)后的出射窗口中心與固定反射鏡(10)的入射窗口中心重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超窄帶濾波裝置，其特征在于，所述的粗調(diào)裝置包括安裝于底部平臺(4)上的固定平臺(5)和移動(dòng)平臺(6);所述的固定平臺(5)由安裝座和固定于安裝座上的豎直安裝面(7)構(gòu)成，豎直安裝面(7)裝有X軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置(8)、Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置(9)和固定反射鏡(10);所述的移動(dòng)平臺(6)由可沿Z軸方向移動(dòng)的Z軸平移裝置(11)和用于安裝精調(diào)機(jī)構(gòu)的豎直安裝面(12 )組成，豎直安裝面(12 )上裝有精調(diào)機(jī)構(gòu)和位于精調(diào)機(jī)構(gòu)后側(cè)的帶通濾波片(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超窄帶濾波裝置，其特征在于，所述的精調(diào)機(jī)構(gòu)由安裝于移動(dòng)平臺的豎直安裝面(12)上的三個(gè)微位移裝置(14)和調(diào)節(jié)反射鏡(13)組成；所述的三個(gè)微位移裝置由計(jì)算機(jī)控制位移量并由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，并且三個(gè)微位移裝置互成120°排布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超窄帶濾波裝置，其特征在于，所述的X軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置(8)和Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置(9)均包括有蝶形彈簧和可繞軸旋轉(zhuǎn)的滾珠螺桿，所述的Z軸平移裝置(11)包括有可繞軸旋轉(zhuǎn)的滾珠螺桿、沿Z軸線性平移的滑塊導(dǎo)軌和用于底部平臺的彈性聯(lián)軸器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超窄帶濾波裝置，其特征在于，所述的固定反射鏡(10)安裝于X軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置(8)、y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置(9)后側(cè)，并可通過X軸、Y軸旋轉(zhuǎn)粗調(diào)裝置進(jìn)行兩個(gè)自由度的調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超窄帶濾波裝置，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)反射鏡(13)安裝于三個(gè)微位移裝置(14)的前方，并由三個(gè)微位移裝置(14)調(diào)整進(jìn)行X、Y軸平面上的三維自由度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)反射鏡(13)位置與固定反射鏡(10)相對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超窄帶濾波裝置，其特征在于，所述三個(gè)微位移裝置(14)分別具有A/D轉(zhuǎn)換器接口( 15)，其通過A/D轉(zhuǎn)換器接口( 15)與計(jì)算機(jī)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超窄帶濾波裝置，其特征在于，所述的超窄帶濾波裝置還包括有一個(gè)與計(jì)算機(jī)相連的中階梯光譜儀(16)，位于空氣隙F-P干涉儀的出射端口，并且中階梯光譜儀接收窗口(17)與調(diào)節(jié)反射鏡(13)出射窗口中心重合。
【文檔編號】H03H9/58GK203800902SQ201420114038
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】張宏建, 董會(huì), 田維堅(jiān) 申請人:青島市光電工程技術(shù)研究院