[发明专利]适用于宽带光的变栅距闪耀光栅

说明书

技术领域

本发明属于光栅技术，涉及一种适用于宽带光的变栅距闪耀光栅，实现全工作波段获取闪耀衍射光强。

背景技术

二十世纪九十年代美国在先进光传系统硬件（FLASH）计划中，采用波长编码光位移传感器来代替传统的线位移传感器，作为系统的位置反馈部件。这是一种具有超强抗电磁干扰、高精度的新型光学位移传感器，其工作原理是基于变栅距光栅对复色光的带通滤波功能实现的。当复色平行光以固定入射角照射变栅距光栅，则以自准直方式可以获得窄带衍射光，并且波长随照射位置改变而改变。经过波长解调后，便可获得窄带衍射光的中心波长，进而解算出入射光照射位置，实现位置的波长编码。通常采用反射式矩形变栅距光栅的一级衍射光实现波长的位置编码，但是往往由于全波段范围内的衍射光强较弱，增大了波长高精度解调的难度。

为此，一种适用于全工作波段获取闪耀衍射光强的恒定闪耀角的锯齿形变栅距光栅应运而生。

传统的等距闪耀光栅适用于获得单一波长的闪耀光强，不能适用于全工作波段（一般指可见光波段）；国内曾有人提出一种具有连续变化槽角的反射式变栅距光栅结构，但该方案不能适用于全工作波段获取闪耀衍射光强，并且存在着实际加工中无法实现连续变化槽角的困难。

发明内容

本发明的目的是：提供一种可在全工作波段明显提高光学系统的衍射光强的变栅距闪耀光栅。

本发明的技术方案是：一种适用于宽带光的变栅距闪耀光栅，其栅距连续变化，光栅两端栅距d_f和d_z应分别与工作波长上、下限λ_s和λ_x满足光栅方程2d sinθ_in＝λ,其中，入射角θ_in=光栅闪耀角θ_k。

光栅闪耀角θ_k的范围在20°～24°。

光栅栅距分布函数d＝f(X)为线性函数或近似线性分布的单调函数。

光栅栅距分布函数为d＝d₀-GX，其中G＝(λ_s-λ_x)/(2L sin θ_in)，L为该光栅的工作长度。

栅密函数n=521.71+7.1485X+0.017976X²-0.000083346X³，闪耀角θ_k＝8.989°，其中，X为位移。

栅密函数n=1216.8-6.814X+0.01272X²+0.00002035X³-0.0000001544X⁴，闪耀角θ_k＝22°，其中，X为位移。

本发明的技术效果是：本发明适用于全工作波段获取闪耀衍射光强的锯齿形变栅距闪耀光栅，具有结构简单的恒定闪耀角，工艺性良好，易于制造等优点。采用本发明的具有恒定闪耀角的锯齿形变栅距闪耀光栅，可在全工作波段明显提高光学系统的衍射光强，从而使变栅距位移传感器、单色仪等系统效率显著提高；也可实现灯光颜色变幻。

附图说明

图1是全工作波段获取闪耀衍射光强的方法原理图；

图2是本发明的锯齿形变栅距闪耀光栅相关几何尺寸示意图；

图3是本发明的锯齿形变栅距闪耀光栅和相应光路参数示意图；

图4是本发明不同波长的理论仿真计算光谱图；

图5是本发明实施例实测结果光谱截图

图5（a）是本发明应用锯齿形变栅距闪耀光栅获得的不同波长实测光谱截图；

图5（b）是作为对照组的相同光栅参数矩形变栅距光栅获得的不同波长实测光谱截图；

其中，1-宽带光源、2-Y型多模光纤、3-准直部件、4-矩形变栅距光栅、5-移动平台、6-波长解调部件。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做详细说明：

请参阅图1，其是本发明全工作波段获取闪耀衍射光强的原理图。本发明由宽带光源1经Y型多模光纤2传入准直部件3，成为平行光束，射入锯齿形变栅距闪耀光栅4，该锯齿形变栅距闪耀光栅4固定在移动平台5上，窄带闪耀衍射光经光栅反射后逆向进入准直部件3，由Y型多模光纤2的另一侧枝传入波长解调部件6，即可获得窄带衍射光中心波长。改变移动平台5位置，即可获得全波长闪耀衍射光强。