適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光柵技術(shù)，涉及一種適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵。本發(fā)明鋸齒形變柵距閃耀光柵的柵距d沿軸向位置X的分布函數(shù)為：d＝f(X)，其中，d為位置X的線性或單調(diào)函數(shù)，閃耀角為恒定值θk。當寬帶光源經(jīng)準直后，其平行光以入射角θin=θk照射光柵，以自準直方式獲取窄帶衍射光，則在任意位置均可獲得相應波長的閃耀光強，從而實現(xiàn)全工作波段獲取閃耀衍射光強。本發(fā)明可以明顯增大工作波段內(nèi)各波長的衍射光強，可以作為變柵距光柵位移傳感器提高衍射效率的便捷、有效方法；也適用于需要從寬帶光中提取各種波長單色光的應用場合，提高光能利用率；還可用于變換顏色的場合。
【專利說明】適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光柵技術(shù)，涉及一種適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵，實現(xiàn)全工作波段獲取閃耀衍射光強。
【背景技術(shù)】
[0002]二十世紀九十年代美國在先進光傳系統(tǒng)硬件(FLASH)計劃中，采用波長編碼光位移傳感器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線位移傳感器，作為系統(tǒng)的位置反饋部件。這是一種具有超強抗電磁干擾、高精度的新型光學位移傳感器，其工作原理是基于變柵距光柵對復色光的帶通濾波功能實現(xiàn)的。當復色平行光以固定入射角照射變柵距光柵，則以自準直方式可以獲得窄帶衍射光，并且波長隨照射位置改變而改變。經(jīng)過波長解調(diào)后，便可獲得窄帶衍射光的中心波長，進而解算出入射光照射位置，實現(xiàn)位置的波長編碼。通常采用反射式矩形變柵距光柵的一級衍射光實現(xiàn)波長的位置編碼，但是往往由于全波段范圍內(nèi)的衍射光強較弱，增大了波長高精度解調(diào)的難度。
[0003]為此，一種適用于全工作波段獲取閃耀衍射光強的恒定閃耀角的鋸齒形變柵距光柵應運而生。
[0004]傳統(tǒng)的等距閃耀光柵適用于獲得單一波長的閃耀光強，不能適用于全工作波段(一般指可見光波段);國內(nèi)曾有人提出一種具有連續(xù)變化槽角的反射式變柵距光柵結(jié)構(gòu)，但該方案不能適用于全工作波段獲取閃耀衍射光強，并且存在著實際加工中無法實現(xiàn)連續(xù)變化槽角的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提供一種可在全工作波段明顯提高光學系統(tǒng)的衍射光強的變柵距閃耀光柵。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵，其柵距連續(xù)變化，光柵兩端柵距4和4應分別與工作波長上、下限入3和λ χ滿足光柵方程2d Sin0in=入，其中，入射角Qin=光柵閃耀角0k。
[0007]光柵閃耀角范圍在20°?24°。
[0008]光柵柵距分布函數(shù)d = f(X)為線性函數(shù)或近似線性分布的單調(diào)函數(shù)。
[0009]光柵柵距分布函數(shù)為d = d0_GX，其中G= ( λ s_ λ x) / (2L sin θ J，L為該光柵的工作長度。
[0010]柵密函數(shù)n=521.71+7.1485Χ+0.017976Χ2_0.000083346Χ3，閃耀角 Θ k = 8.989。，其中，X為位移。
[0011]柵密函數(shù)n=1216.8-6.814Χ+0.01272Χ2+0.00002035Χ3_0.0000001544Χ4，閃耀角
0k = 22。，其中，X為位移。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明適用于全工作波段獲取閃耀衍射光強的鋸齒形變柵距閃耀光柵，具有結(jié)構(gòu)簡單的恒定閃耀角，工藝性良好，易于制造等優(yōu)點。采用本發(fā)明的具有恒定閃耀角的鋸齒形變柵距閃耀光柵，可在全工作波段明顯提高光學系統(tǒng)的衍射光強，從而使變柵距位移傳感器、單色儀等系統(tǒng)效率顯著提高；也可實現(xiàn)燈光顏色變幻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是全工作波段獲取閃耀衍射光強的方法原理圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的鋸齒形變柵距閃耀光柵相關(guān)幾何尺寸示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的鋸齒形變柵距閃耀光柵和相應光路參數(shù)示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明不同波長的理論仿真計算光譜圖；
[0017]圖5是本發(fā)明實施例實測結(jié)果光譜截圖
[0018]圖5 Ca)是本發(fā)明應用鋸齒形變柵距閃耀光柵獲得的不同波長實測光譜截圖；
[0019]圖5 (b)是作為對照組的相同光柵參數(shù)矩形變柵距光柵獲得的不同波長實測光譜截圖； [0020]其中，1-寬帶光源、2-Y型多模光纖、3-準直部件、4-矩形變柵距光柵、5-移動平臺、6-波長解調(diào)部件。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做詳細說明:
[0022]請參閱圖1，其是本發(fā)明全工作波段獲取閃耀衍射光強的原理圖。本發(fā)明由寬帶光源I經(jīng)Y型多模光纖2傳入準直部件3，成為平行光束，射入鋸齒形變柵距閃耀光柵4，該鋸齒形變柵距閃耀光柵4固定在移動平臺5上，窄帶閃耀衍射光經(jīng)光柵反射后逆向進入準直部件3，由Y型多模光纖2的另一側(cè)枝傳入波長解調(diào)部件6，即可獲得窄帶衍射光中心波長。改變移動平臺5位置，即可獲得全波長閃耀衍射光強。
[0023]請參閱圖2，其是本發(fā)明的鋸齒形變柵距閃耀光柵相關(guān)幾何尺寸示意圖。圖中L為該光柵的工作長度，其柵距分布函數(shù)為Cl = Clc1-GX,其中G= (As-Ax)/(2L sin Θ J ;同時光柵負端柵距df和正端柵距dz應分別與波長上限Xs和下限λχ滿足光柵方程2d sin θ?η=λ。
[0024]本發(fā)明適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵能夠在全工作波段獲取較強的閃耀衍射光強，其理論認證分析及計算公式推導過程如下:
[0025]在自準直工作狀態(tài)下的鋸齒形變柵距閃耀光柵，其復色光窄帶衍射光強I Σ y分布
如公式(I)式所示:
Λ
[0026]/?,= X 4,(I)

A=Xr
[0027]式中:
[0028]λ χ為全工作波段的波長下限，λ s為全工作波段的波長上限；
[0029]IAy = ItlF,為波長為λ的單色光衍射光強，Itl為波長為λ的入射光強；
「N-1N-1_
[0030]F = K2 COS2 Ok C^d11 COS^j? + (^dn sinJ? )2，為衍射一干涉復合因子；
_ M=OW=O_
[0031]其中:[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵，其特征在于，其柵距連續(xù)變化，光柵兩端柵距df和dz應分別與工作波長上、下限入3和λ χ滿足光柵方程2d sin Qin= λ,其中，入射角Qin=光柵閃耀角0k。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵，其特征在于，光柵閃耀角9,的范圍在20°?24°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵，其特征在于，光柵柵距分布函數(shù)d = f(X)為線性函數(shù)或近似線性分布的單調(diào)函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵，其特征在于，光柵柵距分布函數(shù)為d =屯-GX，其中G= (As-Ax)/(2L sin Θ in)，L為該光柵的工作長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵，其特征在于，柵密函數(shù)n=521.71+7.1485X+0.017976Χ2_0.000083346Χ3，閃耀角 Θ k = 8.989。，其中，X 為位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于寬帶光的變柵距閃耀光柵，其特征在于，柵密函數(shù)n=l·216.8-6.814X+0.01272Χ2+0.00002035Χ3-0.0000001544X4，閃耀角 Θ k = 22。，其中，X 為位移。
【文檔編號】G02B5/18GK103869396SQ201210544064
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】李秉實, 王東輝, 包艷, 鄭普超, 張兵, 張超 申請人:中國航空工業(yè)第六一八研究所