CN101982801B - 一种压电驱动的f-p腔可调谐滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学滤波领域，具体涉及一种压电驱动的F-P腔可调谐滤波器。本发明包括底座、卡槽、微位移平台调节旋钮、微位移平台、可调光学镜架、固定镜架、位移放大机构、压电陶瓷叠堆、支架和光学布拉格反射镜。它采用压电陶瓷叠堆作为驱动原件，实现了宏观机械结构的微位移变化，结合自行设计的光学膜系，达到了F-P腔滤波器的可调谐滤波功能。给两个压电陶瓷叠堆施加完全相同的驱动电压，可以使两个压电陶瓷叠堆做竖直方向的运动，位移放大机构将压电陶瓷叠堆的竖直位移转化为放大后的反射镜的水平位移，从而改变F-P腔的腔长，达到光学滤波的目的。
Description
技术领域
本发明属于光机电一体化器件领域，涉及光学滤波领域，具体涉及一种压电驱动的F-P腔可调谐滤波器。
背景技术
可调谐F-P滤波器是一种通带可调谐的光滤波器件，具有插入损耗低，调谐速度快，调谐范围广，精细度高等优点，受到国内外研究机构的广泛重视。在光通信领域中，可调谐F-P滤波器可用作波分复用(WDM)的解复用，信号解调；在光纤传感领域中，可作为位移、应变传感器件，还可以作为光纤光栅传感器的波长解调器件，发挥着重要的作用。此外，在光纤激光器、光谱分析等领域，可调谐F-P滤波器也有重要的应用。
可调谐F-P滤波器通常通过驱动一个反射镜，来改变谐振腔长，实现通带波长的连续调节。压电陶瓷具有体积小、推力大、分辨率高、频响高、无发热等优点，作为位移驱动元件，大量应用于可调谐F-P滤波器中。但由于受力不当或各点伸长量不一致，压电陶瓷在伸长过程中容易产生非直线位移。直接使用压电陶瓷驱动，易导致F_P腔腔镜倾斜，扫描多个周期时，输出信号各周期峰值幅度起伏明显。
发明内容
本发明针对当前技术的不足，提供了一种压电驱动的F-P腔可调谐滤波器，该F-P腔可调谐滤波器实现了宏观机械结构的精密定位，克服了直接使用压电陶瓷驱动导致的F-P腔失谐问题。
本发明提供的一种F-P腔可调谐滤波器，其特征在于，微位移平台与底座锁紧，第一、第二卡槽分别位于微位移平台的两侧，支架与第一、第二卡槽连接，第一、第二卡槽与底座锁紧；
支架上开有通光孔，固定镜架与支架之间安装有第一、第二位移放大机构，第一、第二位移放大机构位于通光孔的两侧；
第一光学布拉格反射镜与可调光学镜架粘结，第二光学布拉格反射镜与固定镜架粘结；可调光学镜架与微位移平台连接，微位移平台通过内置弹簧与微位移平台调节旋钮锁紧；
第一光学布拉格反射镜、第二光学布拉格反射镜和支架上的通光孔位于同一光轴；
第一、第二光学布拉格反射镜的相向内侧镀有相同的膜系，该膜系的表层和底层均为高折射率的介质膜，中间层为低折射率的介质膜，或者为二层低折射率的介质膜内夹一层高折射率的介质膜，且高、低折射率之差大于等于1.92，膜系中每层介质膜的光学厚度均为1/4波长，第一压电陶瓷叠堆内嵌于第一位移放大机构内部，压电陶瓷叠堆内嵌于位移放大机构内部，第一压电陶瓷叠堆产生的位移分别通过第一位移放大机构转变为垂直方向的放大位移；第二压电陶瓷叠堆产生的位移分别通过第二位移放大机构转变为垂直方向的放大位移。
本发明使用了基于柔性铰链的微位移机构，采用压电陶瓷叠堆驱动，利用椭圆形位移放大机构对其进行传动导向，这种压电驱动的F-P腔可调谐滤波器，其峰值透过率平均达到70％以上，峰值半宽平均150nm，由于使用了弹性铰链结构，反射镜在偏转运动中无摩擦损耗，使其工作寿命长，无需润滑，可免维护，系统的位移精度可达0.5μm。总之，本发明提供的F-P腔可调谐滤波器调谐速度快、调谐范围广、控制精度高、分辨率高、没有机械磨损、整体结构简单、稳定性好，并且无发热、刚度高，能够满足光通信领域、传感领域、光谱分析领域的要求。
附图说明
图1为本发明实施例整体结构示意图；
图2为固定支架、平稳卡槽与底座装配示意图；
图3为镜面镜架粘结示意图，其中，(3.1)为可调光学镜架与镜面的粘结示意图；(3.2)为固定镜架与镜面的粘结示意图；
图4为位移放大机构和压电陶瓷叠堆装配示意图；
图5为压电驱动器示意图；
图6为微位移平台与可调镜架装配示意图；
图8为本发明实施例的系统工作框图。
具体实施方式
下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
如图1所示，本发明提供的F-P腔可调谐滤波器包括底座1、卡槽2a，2b、微位移平台调节旋钮3、微位移平台4、可调光学镜架5、固定镜架6、位移放大机构7a，7b、压电陶瓷叠堆8a，8b、支架9、光学布拉格反射镜10，11。
微位移平台4通过螺钉与底座1锁紧，卡槽2a，2b分别位于微位移平台4的两侧。如图2所示，支架9通过螺钉与卡槽2a，2b连接，卡槽2a，2b通过螺钉与底座1锁紧，充分保证整个系统在工作时的稳定性。
支架9上开有通光孔，固定镜架6与支架9之间安装有位移放大机构7a，7b，位移放大机构7a，7b位于通光孔的两侧。
如图3所示，第一光学布拉格反射镜10通过紫外固化胶与可调光学镜架5粘结，第二光学布拉格反射镜11通过紫外固化胶与固定镜架6粘结，这样能够良好的保证镜面的面型，避免因反射镜不平整造成的无法实现滤波的情况。可调光学镜架5通过螺钉与微位移平台4连接，微位移平台4通过内置弹簧与微位移平台调节旋钮3锁紧。
第一光学布拉格反射镜10、第二光学布拉格反射镜11和支架9上的通光孔位于同一光轴。
光学布拉格反射镜10，11相向内侧镀有完全相同的膜系，膜系结构为高折射率/低折射率/高折射率(H/L/H)的介质膜，膜系中每层介质膜的光学厚度均为1/4波长。其中，高低介质材料的折射率之差不得小于1.92(以保证膜系达到70％到85％的反射率)，H/L/H膜系层数不得多于五层(以保证100nm以上的峰值半宽和65％以上的透过率)。
压电陶瓷叠堆8a，8b内嵌于位移放大机构7a，7b内部，如图4所示，压电陶瓷叠堆8a，8b产生的位移通过位移放大机构7a，7b转变为垂直方向的放大位移。
如图5所示，首先给两个压电陶瓷叠堆8a，8b施加电压至平衡位置，通过给两个压电陶瓷叠堆施加8a，8b完全相同的驱动电压，可以使两个压电陶瓷叠堆8a，8b做完全一致的竖直方向的运动，位移放大结构7a，7b将竖直方向的位移转化为放大后的水平位移，使固定镜架6带动光学布拉格反射镜11在水平方向移动，从而改变F-P腔的腔长，实现滤波功能。
如图6所示，通过微位移平台调节旋钮3调节微位移平台4，可以大行程，大步长的调节可调光学镜架5的水平位移，通过调节可调光学镜架5，可调节光学布拉格反射镜10的倾斜方向，从而可以调节两镜面的平行度。
如图8所示，上述结构的可调谐滤波器的工作步骤为：先给两个压电陶瓷叠堆8a，8b施加电压至平衡位置，通过微位移平台调节旋钮3调节微位移平台4，使光学布拉格反射镜10在水平方向移动，从而改变两个光学布拉格反射镜10，11的距离，将光学布拉格反射镜10调节所需的初始腔长位置；通过给两个压电陶瓷叠堆8a，8b施加完全相同的电压，可以使两个压电陶瓷叠堆8a，8b做竖直方向的运动，位移放大机构7a，7b将竖直方向的位移转化为放大后的水平位移，从而带动固定镜架6改变F-P腔的腔长，从而可实现F-P腔的可调谐滤波的功能。
实例：
采用内六孔M4螺钉将各部件连接，微位移平台4采用型号为北京集科仪器有限公司的02TMC21，可调光学镜架5采用型号为北京集科仪器有限公司的03OM703。光学布拉格反射镜10，11采用膜系为H/L/H的三层介质膜，其中：高折射率材料为锗，低折射率为氟化银。
可调谐滤波器所使用的驱动放大电路采用电压控制型的驱动方式，采用美国APEX公司生产的高压运算放大器PA12A和高精度运算放大器OP07串联组成的串联负反馈放大电路，经过PA12A放大电压信号，来驱动压电陶瓷叠堆8a，8b。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (1)
1.一种F-P腔可调谐滤波器，其特征在于，
微位移平台(4)与底座(1)锁紧，第一卡槽(2a)、第二卡槽(2b)分别位于微位移平台(4)的两侧，支架(9)与第一卡槽(2a)、第二卡槽(2b)连接，第一卡槽(2a)、第二卡槽(2b)与底座(1)锁紧；
支架(9)上开有通光孔，固定镜架(6)与支架(9)之间安装有第一位移放大机构(7a)和第二位移放大机构(7b)，第一位移放大机构(7a)、第二位移放大机构(7b)分别位于通光孔的两侧；
第一光学布拉格反射镜(10)与可调光学镜架(5)粘结，第二光学布拉格反射镜(11)与固定镜架(6)粘结；可调光学镜架(5)与微位移平台(4)连接，微位移平台(4)通过内置弹簧与微位移平台调节旋钮(3)锁紧；
第一光学布拉格反射镜(10)、第二光学布拉格反射镜(11)和支架(9)上的通光孔位于同一光轴；
第一光学布拉格反射镜(10)、第二光学布拉格反射镜(11)的相向内侧镀有相同的膜系，该膜系的表层和底层均为高折射率的介质膜，中间层为低折射率的介质膜，或者为二层低折射率的介质膜内夹一层高折射率的介质膜，且高、低折射率之差大于等于1.92，膜系中每层介质膜的光学厚度均为1/4波长，第一压电陶瓷叠堆(8a)内嵌于第一位移放大机构(7a)内部，第二压电陶瓷叠堆(8b)内嵌于第二位移放大机构(7b)内部，第一压电陶瓷叠堆(8a)产生的位移分别通过第一位移放大机构(7a)转变为垂直方向的放大位移；第二压电陶瓷叠堆(8b)产生的位移分别通过第二位移放大机构(7b)转变为垂直方向的放大位移。
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