專利名稱：一種壓電驅(qū)動的f-p腔可調(diào)諧濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光機(jī)電一體化器件領(lǐng)域，涉及光學(xué)濾波領(lǐng)域，具體涉及一種壓電驅(qū)動 的F-P腔可調(diào)諧濾波器。
背景技術(shù)：
可調(diào)諧F-P濾波器是一種通帶可調(diào)諧的光濾波器件，具有插入損耗低，調(diào)諧速度 快，調(diào)諧范圍廣，精細(xì)度高等優(yōu)點(diǎn)，受到國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的廣泛重視。在光通信領(lǐng)域中，可調(diào) 諧F-P濾波器可用作波分復(fù)用(WDM)的解復(fù)用，信號解調(diào)；在光纖傳感領(lǐng)域中，可作為位移、 應(yīng)變傳感器件，還可以作為光纖光柵傳感器的波長解調(diào)器件，發(fā)揮著重要的作用。此外，在 光纖激光器、光譜分析等領(lǐng)域，可調(diào)諧F-P濾波器也有重要的應(yīng)用?？烧{(diào)諧F-P濾波器通常通過驅(qū)動一個反射鏡，來改變諧振腔長，實現(xiàn)通帶波長的 連續(xù)調(diào)節(jié)。壓電陶瓷具有體積小、推力大、分辨率高、頻響高、無發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)，作為位移驅(qū)動 元件，大量應(yīng)用于可調(diào)諧F-P濾波器中。但由于受力不當(dāng)或各點(diǎn)伸長量不一致，壓電陶瓷在 伸長過程中容易產(chǎn)生非直線位移。直接使用壓電陶瓷驅(qū)動，易導(dǎo)致F_P腔腔鏡傾斜，掃描多 個周期時，輸出信號各周期峰值幅度起伏明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對當(dāng)前技術(shù)的不足，提供了一種壓電驅(qū)動的F-P腔可調(diào)諧濾波器，該F-P 腔可調(diào)諧濾波器實現(xiàn)了宏觀機(jī)械結(jié)構(gòu)的精密定位，克服了直接使用壓電陶瓷驅(qū)動導(dǎo)致的 F-P腔失諧問題。本發(fā)明提供的一種F-P腔可調(diào)諧濾波器，其特征在于，微位移平臺與底座鎖緊，第 一、第二卡槽分別位于微位移平臺的兩側(cè)，支架與第一、第二卡槽連接，第一、第二卡槽與底 座鎖緊；支架上開有通光孔，固定鏡架與支架之間安裝有第一、第二位移放大機(jī)構(gòu)，第一、 第二位移放大機(jī)構(gòu)位于通光孔的兩側(cè)；第一光學(xué)布拉格反射鏡與可調(diào)光學(xué)鏡架粘結(jié)，第二光學(xué)布拉格反射鏡與固定鏡架 粘結(jié)；可調(diào)光學(xué)鏡架與微位移平臺連接，微位移平臺通過內(nèi)置彈簧與微位移平臺調(diào)節(jié)旋鈕 鎖緊；第一光學(xué)布拉格反射鏡、第二光學(xué)布拉格反射鏡和支架上的通光孔位于同一光 軸；第一、第二光學(xué)布拉格反射鏡的相向內(nèi)側(cè)鍍有相同的膜系，該膜系的表層和底層 均為高折射率的介質(zhì)膜，中間層為低折射率的介質(zhì)膜，或者為二層低折射率的介質(zhì)膜內(nèi)夾 一層高折射率的介質(zhì)膜，且高、低折射率之差大于等于1. 92，膜系中每層介質(zhì)膜的光學(xué)厚度 均為1/4波長，第一壓電陶瓷疊堆內(nèi)嵌于第一位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)部，壓電陶瓷疊堆內(nèi)嵌于位 移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)部，第一壓電陶瓷疊堆產(chǎn)生的位移分別通過第一位移放大機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈?向的放大位移；第二壓電陶瓷疊堆產(chǎn)生的位移分別通過第二位移放大機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较虻姆糯笪灰?。本發(fā)明使用了基于柔性鉸鏈的微位移機(jī)構(gòu)，采用壓電陶瓷疊堆驅(qū)動，利用橢圓形 位移放大機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行傳動導(dǎo)向，這種壓電驅(qū)動的F-P腔可調(diào)諧濾波器，其峰值透過率平 均達(dá)到70%以上，峰值半寬平均150nm，由于使用了彈性鉸鏈結(jié)構(gòu)，反射鏡在偏轉(zhuǎn)運(yùn)動中無 摩擦損耗，使其工作壽命長，無需潤滑，可免維護(hù)，系統(tǒng)的位移精度可達(dá)0. 5 μ m?？傊景l(fā) 明提供的F-P腔可調(diào)諧濾波器調(diào)諧速度快、調(diào)諧范圍廣、控制精度高、分辨率高、沒有機(jī)械 磨損、整體結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，并且無發(fā)熱、剛度高，能夠滿足光通信領(lǐng)域、傳感領(lǐng)域、光譜 分析領(lǐng)域的要求。


圖1為本發(fā)明實施例整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為固定支架、平穩(wěn)卡槽與底座裝配示意圖；圖3為鏡面鏡架粘結(jié)示意圖，其中，(3. 1)為可調(diào)光學(xué)鏡架與鏡面的粘結(jié)示意圖； (3. 2)為固定鏡架與鏡面的粘結(jié)示意圖；圖4為位移放大機(jī)構(gòu)和壓電陶瓷疊堆裝配示意圖；圖5為壓電驅(qū)動器示意圖；圖6為微位移平臺與可調(diào)鏡架裝配示意圖；圖7為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)工作框圖。
具體實施例方式下面通過借助實施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實施例僅是說明性的，本發(fā) 明的保護(hù)范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示，本發(fā)明提供的F-P腔可調(diào)諧濾波器包括底座1、卡槽2a，2b、微位移平 臺調(diào)節(jié)旋鈕3、微位移平臺4、可調(diào)光學(xué)鏡架5、固定鏡架6、位移放大機(jī)構(gòu)7a，7b、壓電陶瓷疊 堆8a，8b、支架9、光學(xué)布拉格反射鏡10，11。微位移平臺4通過螺釘與底座1鎖緊，卡槽2a，2b分別位于微位移平臺4的兩側(cè)。 如圖2所示，支架9通過螺釘與卡槽2a，2b連接，卡槽2a，2b通過螺釘與底座1鎖緊，充分 保證整個系統(tǒng)在工作時的穩(wěn)定性。支架9上開有通光孔，固定鏡架6與支架9之間安裝有位移放大機(jī)構(gòu)7a，7b，位移 放大機(jī)構(gòu)7a，7b位于通光孔的兩側(cè)。如圖3所示，第一光學(xué)布拉格反射鏡10通過紫外固化膠與可調(diào)光學(xué)鏡架5粘結(jié)， 第二光學(xué)布拉格反射鏡11通過紫外固化膠與固定鏡架6粘結(jié)，這樣能夠良好的保證鏡面的 面型，避免因反射鏡不平整造成的無法實現(xiàn)濾波的情況?？烧{(diào)光學(xué)鏡架5通過螺釘與微位 移平臺4連接，微位移平臺4通過內(nèi)置彈簧與微位移平臺調(diào)節(jié)旋鈕3鎖緊。第一光學(xué)布拉格反射鏡10、第二光學(xué)布拉格反射鏡11和支架9上的通光孔位于同 一光軸。光學(xué)布拉格反射鏡10，11相向內(nèi)側(cè)鍍有完全相同的膜系，膜系結(jié)構(gòu)為高折射率/ 低折射率/高折射率(H/L/H)的介質(zhì)膜，膜系中每層介質(zhì)膜的光學(xué)厚度均為1/4波長。其 中，高低介質(zhì)材料的折射率之差不得小于1. 92 (以保證膜系達(dá)到70%到85%的反射率)，
4H/L/H膜系層數(shù)不得多于五層(以保證IOOnm以上的峰值半寬和65%以上的透過率)。壓電陶瓷疊堆8a，8b內(nèi)嵌于位移放大機(jī)構(gòu)7a，7b內(nèi)部，如圖4所示，壓電陶瓷疊堆 8a, 8b產(chǎn)生的位移通過位移放大機(jī)構(gòu)7a，7b轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较虻姆糯笪灰?。如圖5所示，首先給兩個壓電陶瓷疊堆8a，8b施加電壓至平衡位置，通過給兩個壓 電陶瓷疊堆施加8a，8b完全相同的驅(qū)動電壓，可以使兩個壓電陶瓷疊堆8a，8b做完全一致 的豎直方向的運(yùn)動，位移放大結(jié)構(gòu)7a，7b將豎直方向的位移轉(zhuǎn)化為放大后的水平位移，使 固定鏡架6帶動光學(xué)布拉格反射鏡11在水平方向移動，從而改變F-P腔的腔長，實現(xiàn)濾波 功能。如圖6所示，通過微位移平臺調(diào)節(jié)旋鈕3調(diào)節(jié)微位移平臺4，可以大行程，大步長 的調(diào)節(jié)可調(diào)光學(xué)鏡架5的水平位移，通過調(diào)節(jié)可調(diào)光學(xué)鏡架5，可調(diào)節(jié)光學(xué)布拉格反射鏡10 的傾斜方向，從而可以調(diào)節(jié)兩鏡面的平行度。如圖8所示，上述結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧濾波器的工作步驟為先給兩個壓電陶瓷疊堆8a， 8b施加電壓至平衡位置，通過微位移平臺調(diào)節(jié)旋鈕3調(diào)節(jié)微位移平臺4，使光學(xué)布拉格反射 鏡10在水平方向移動，從而改變兩個光學(xué)布拉格反射鏡10，11的距離，將光學(xué)布拉格反射 鏡10調(diào)節(jié)所需的初始腔長位置；通過給兩個壓電陶瓷疊堆8a，8b施加完全相同的電壓，可 以使兩個壓電陶瓷疊堆8a，8b做豎直方向的運(yùn)動，位移放大機(jī)構(gòu)7a，7b將豎直方向的位移 轉(zhuǎn)化為放大后的水平位移，從而帶動固定鏡架6改變F-P腔的腔長，從而可實現(xiàn)F-P腔的可 調(diào)諧濾波的功能。實例采用內(nèi)六孔M4螺釘將各部件連接，微位移平臺4采用型號為北京集科儀器有限公 司的02TMC21，可調(diào)光學(xué)鏡架5采用型號為北京集科儀器有限公司的030M703。光學(xué)布拉格 反射鏡10，11采用膜系為H/L/H的三層介質(zhì)膜，其中高折射率材料為鍺，低折射率為氟化 銀?？烧{(diào)諧濾波器所使用的驅(qū)動放大電路采用電壓控制型的驅(qū)動方式，采用美國APEX 公司生產(chǎn)的高壓運(yùn)算放大器PA12A和高精度運(yùn)算放大器0P07串聯(lián)組成的串聯(lián)負(fù)反饋放大 電路，經(jīng)過PA12A放大電壓信號，來驅(qū)動壓電陶瓷疊堆8a，Sb。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所 公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保 護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種F P腔可調(diào)諧濾波器，其特征在于，微位移平臺(4)與底座(1)鎖緊，第一、第二卡槽(2a，2b)分別位于微位移平臺(4)的兩側(cè)，支架(9)與第一、第二卡槽(2a，2b)連接，第一、第二卡槽(2a，2b)與底座(1)鎖緊；支架(9)上開有通光孔，固定鏡架(6)與支架(9)之間安裝有第一、第二位移放大機(jī)構(gòu)(7a，7b)，第一、第二位移放大機(jī)構(gòu)(7a，7b)位于通光孔的兩側(cè)；第一光學(xué)布拉格反射鏡(10)與可調(diào)光學(xué)鏡架(5)粘結(jié)，第二光學(xué)布拉格反射鏡(11)與固定鏡架(6)粘結(jié)；可調(diào)光學(xué)鏡架(5)與微位移平臺(4)連接，微位移平臺(4)通過內(nèi)置彈簧與微位移平臺調(diào)節(jié)旋鈕(3)鎖緊；第一光學(xué)布拉格反射鏡(10)、第二光學(xué)布拉格反射鏡(11)和支架(9)上的通光孔位于同一光軸；第一、第二光學(xué)布拉格反射鏡(10)，(11)的相向內(nèi)側(cè)鍍有相同的膜系，該膜系的表層和底層均為高折射率的介質(zhì)膜，中間層為低折射率的介質(zhì)膜，或者為二層低折射率的介質(zhì)膜內(nèi)夾一層高折射率的介質(zhì)膜，且高、低折射率之差大于等于1.92，膜系中每層介質(zhì)膜的光學(xué)厚度均為1/4波長，第一壓電陶瓷疊堆(8a)內(nèi)嵌于第一位移放大機(jī)構(gòu)(7a)內(nèi)部，壓電陶瓷疊堆(8b)內(nèi)嵌于位移放大機(jī)構(gòu)(7b)內(nèi)部，第一壓電陶瓷疊堆(8a)產(chǎn)生的位移分別通過第一位移放大機(jī)構(gòu)(7a)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较虻姆糯笪灰疲坏诙弘娞沾莎B堆(8b)產(chǎn)生的位移分別通過第二位移放大機(jī)構(gòu)(7b)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较虻姆糯笪灰啤?br> 全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)濾波領(lǐng)域，具體涉及一種壓電驅(qū)動的F-P腔可調(diào)諧濾波器。本發(fā)明包括底座、卡槽、微位移平臺調(diào)節(jié)旋鈕、微位移平臺、可調(diào)光學(xué)鏡架、固定鏡架、位移放大機(jī)構(gòu)、壓電陶瓷疊堆、支架和光學(xué)布拉格反射鏡。它采用壓電陶瓷疊堆作為驅(qū)動原件，實現(xiàn)了宏觀機(jī)械結(jié)構(gòu)的微位移變化，結(jié)合自行設(shè)計的光學(xué)膜系，達(dá)到了F-P腔濾波器的可調(diào)諧濾波功能。給兩個壓電陶瓷疊堆施加完全相同的驅(qū)動電壓，可以使兩個壓電陶瓷疊堆做豎直方向的運(yùn)動，位移放大機(jī)構(gòu)將壓電陶瓷疊堆的豎直位移轉(zhuǎn)化為放大后的反射鏡的水平位移，從而改變F-P腔的腔長，達(dá)到光學(xué)濾波的目的。
文檔編號G02B26/00GK101982801SQ20101050296
公開日2011年3月2日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者吳鑫, 周一帆, 楊明輝, 王文濤, 陳四海, 陳巍 申請人:華中科技大學(xué)