本實(shí)用新型涉及一種光譜測(cè)試和傳感系統(tǒng)中使用的光器件，尤其涉及一種電容反饋型可調(diào)諧法布里珀羅濾波器。

背景技術(shù)：

掃描法布里珀羅濾波器是一種通帶可調(diào)諧的光濾波器件，具有結(jié)構(gòu)靈活，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)，受到廣泛重視。在光通信領(lǐng)域，掃描法布里珀羅濾波器可用于波分復(fù)用的解復(fù)用；在光纖傳感領(lǐng)域，可作為位移、應(yīng)變傳感器件，還可作為光纖光柵傳感器的波長(zhǎng)解調(diào)器件。此外，在光纖激光器、光譜分析等領(lǐng)域，掃描法布里珀羅濾波器也有重要應(yīng)用。在光譜儀器方面，目前已有用法布里珀羅腔掃描濾波的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光譜分辨率增強(qiáng)，即在光柵光譜儀的基礎(chǔ)上加入一塊掃描法布里珀羅濾波器可使原本不可分辨的波長(zhǎng)在時(shí)域掃描過(guò)程中得到分辨，從而提高光譜分辨率。

法布里珀羅濾波器基于多光束干涉原理，當(dāng)一束相干光入射到法布里珀羅腔中，入射光在法布里珀羅腔中來(lái)回多次反射，產(chǎn)生多光束干涉形成光學(xué)諧振。在每次反射過(guò)程中，相鄰兩束反射光或透射光的相位差都相等，其相位差滿足以下關(guān)系：當(dāng)相位差是2π的倍數(shù)時(shí)，形成相長(zhǎng)干涉，透射光最強(qiáng)，因此通過(guò)調(diào)節(jié)法布里珀羅腔的腔長(zhǎng)d或折射率n均可改變法布里一珀羅濾波器對(duì)不同頻率光的反射光強(qiáng)或透射光強(qiáng)。

根據(jù)公式法布里珀羅濾波器的自由光譜范圍與腔長(zhǎng)成反比。根據(jù)公式可知法布里珀羅濾波器的精細(xì)度與腔鏡的反射率R有關(guān)，R越大，精細(xì)度越高，光譜分辨力越高。由此可知，F(xiàn)P濾波器的光譜分辨率取決于腔鏡的反射率，而自由光譜范圍取決于腔鏡的間隙。

法布里珀羅腔前后反射腔面的平行度直接影響到濾波器的精細(xì)常數(shù)和波長(zhǎng)靈敏性。大多數(shù)商用掃描法布里珀羅濾波器采用共焦腔結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)腔面采用凹球面面形，并讓兩個(gè)凹球面的焦點(diǎn)位置重合，這樣做的好處是可以減小對(duì)兩個(gè)腔鏡平行度調(diào)節(jié)的要求，但是這種共焦腔結(jié)構(gòu)的諧振腔長(zhǎng)很難做小，因此自由光譜區(qū)很小，只有GHz量級(jí)，不適合較大范圍的波長(zhǎng)掃描。

使用平行平面腔能夠做到小腔長(zhǎng)，以提高自由光譜范圍。許多平行平面腔結(jié)構(gòu)采用壓電掃描方式，但是壓電掃描是一種開(kāi)環(huán)控制，無(wú)法準(zhǔn)確得知兩腔平面之間的間隙(即腔長(zhǎng))，因而很難確定輸出波長(zhǎng)與掃描電壓之間的關(guān)系；同時(shí)也難以對(duì)平行平面之間的平行度進(jìn)行主動(dòng)檢測(cè)和控制。

現(xiàn)有的掃描法布里珀羅濾波器主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是球面共焦腔結(jié)構(gòu)，另外一種是平行平面腔結(jié)構(gòu)。在球面共焦腔結(jié)構(gòu)中，法布里珀羅腔長(zhǎng)等于球面的曲率半徑，由于兩個(gè)球面加工的曲率半徑不可能做得很小，所以法布里珀羅諧振腔長(zhǎng)不可能小，因此它的自由光譜范圍非常有限；在平行平面諧振腔結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)有技術(shù)只是使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)控制兩個(gè)腔面之間的間隙，但是卻不能準(zhǔn)確獲得該間隙的具體數(shù)值，即不能得到法布里珀羅腔長(zhǎng)的準(zhǔn)確數(shù)值，因而無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算輸出波長(zhǎng)，另外這種壓電陶瓷直接開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)的方法不能對(duì)兩個(gè)腔鏡平面之間的平行性進(jìn)行主動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，很難保證兩個(gè)腔鏡平面在掃描過(guò)程中保持始終平行，容易出現(xiàn)失調(diào)的現(xiàn)象。

有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的電容反饋型可調(diào)諧法布里珀羅濾波器，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有方法難以對(duì)平行平面腔的平行度和腔長(zhǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和主動(dòng)控制的問(wèn)題，提出一種電容反饋型可調(diào)諧法布里珀羅濾波器，通過(guò)在兩個(gè)平面腔鏡上鍍金屬膜構(gòu)成多個(gè)平行平板電容器對(duì)，利用這些電容器的電容值，可以實(shí)時(shí)地測(cè)量平行平板之間的微小夾角以及各部分的間隙數(shù)值，以便對(duì)平行度和法布里珀羅腔長(zhǎng)(輸出波長(zhǎng))進(jìn)行控制。

本實(shí)用新型的電容反饋型可調(diào)諧法布里珀羅濾波器，包括兩相對(duì)設(shè)置的支架、分別設(shè)置在兩支架上且相對(duì)的平面腔鏡、多個(gè)連接兩支架且均勻分布在兩平面腔鏡外周的壓電陶瓷，支架上設(shè)有與平面腔鏡同光軸、用于供光線進(jìn)出的通光孔；兩所述平面腔鏡相對(duì)的腔面上分別對(duì)應(yīng)的鍍有多個(gè)金屬電極構(gòu)成多對(duì)電容傳感器，根據(jù)各電容傳感器的電容值得到兩腔面之間的間隙值，根據(jù)各電容傳感器的電容值控制兩腔面的平行度及兩腔面之間的腔長(zhǎng)。

進(jìn)一步的，通過(guò)電容公式C＝εS/d得到兩腔面之間的間隙值，其中ε為兩相對(duì)的所述金屬電極間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為所述金屬電極的極板面積，d為兩腔面之間的間隙值；將多個(gè)間隙值取平均作為兩腔面之間的腔長(zhǎng)。

進(jìn)一步的，通過(guò)將各電容傳感器與信號(hào)處理電路電性連接，信號(hào)處理電路與反饋控制電路電性連接，反饋控制電路與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電性連接控制兩腔面的平行度；其中，所述信號(hào)處理電路用于將各所述電容傳感器的電容輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓/電流信號(hào)，并進(jìn)行求和、求差運(yùn)算，輸出間隙值和兩腔面不平行度的信號(hào)，所述反饋控制電路根據(jù)所述信號(hào)處理電路的信號(hào)控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)所述壓電陶瓷運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)兩平面腔鏡之間的間隙和角度。

進(jìn)一步的，所述平面腔鏡為錐形玻璃板，面積較小的一面為所述法布里珀羅濾波器的腔面，其上鍍有高反介質(zhì)膜。

進(jìn)一步的，所述腔面的周緣均勻鍍有四個(gè)所述金屬電極，各所述金屬電極均延伸部分至錐形玻璃板的錐面上作為引線區(qū)。

進(jìn)一步的，兩支架之間連接有三個(gè)沿所述錐形玻璃板外周均勻分布的壓電陶瓷。

借由上述方案，本實(shí)用新型至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型通過(guò)在兩個(gè)平面腔鏡上鍍金屬膜構(gòu)成多個(gè)平行平板電容器對(duì)，利用這些電容器的電容值，可以獲得法布里珀羅濾波器的準(zhǔn)確腔長(zhǎng)數(shù)值，因而可以準(zhǔn)確得到法布里珀羅濾波器掃描過(guò)程中任意時(shí)刻的輸出波長(zhǎng)；

2、本實(shí)用新型還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平行平板型法布里珀羅濾波器兩個(gè)腔鏡的平行度，通過(guò)反饋控制可以保持兩個(gè)腔鏡始終平行，使掃描法布里珀羅濾波器的穩(wěn)定性和可靠性更好；

3、在本實(shí)用新型技術(shù)方案中，由于電容傳感器在平板間隙越小時(shí)越靈敏，因此本實(shí)用新型技術(shù)方案更適合小諧振腔長(zhǎng)的法布里珀羅濾波器，可以得到大自由光譜范圍的掃描法布里珀羅濾波器；

4、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有機(jī)械磨損，且穩(wěn)定性好，控制精度高，能夠提高法布里珀羅濾波器的工作效率，改善波長(zhǎng)選擇的精確性，滿足光譜分析，光通信，光傳感等領(lǐng)域的要求。

上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的電容反饋型可調(diào)諧法布里珀羅濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為鍍有四個(gè)金屬電極的錐形玻璃板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為安裝了三塊壓電陶瓷的支架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的電容反饋型可調(diào)諧法布里珀羅濾波器系統(tǒng)工作框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。

參見(jiàn)圖1至圖4，本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例所述的一種電容反饋型可調(diào)諧法布里珀羅濾波器，包括兩相對(duì)設(shè)置的支架10、分別設(shè)置在兩支架10上且相對(duì)的平面腔鏡20、三個(gè)連接兩支架10且均勻分布在兩平面腔鏡20外周的壓電陶瓷30，支架10上設(shè)有與平面腔鏡20同光軸、用于供光線進(jìn)出的通光孔11，兩平面腔鏡20相對(duì)的腔面上分別對(duì)應(yīng)的鍍有多個(gè)金屬電極40構(gòu)成多對(duì)電容傳感器。

具體的，平面腔鏡20為由石英玻璃做成錐形玻璃板，面積較小的一面作為法布里珀羅濾波器的腔面，在腔面上鍍上高反介質(zhì)膜，膜的反射率和透過(guò)率根據(jù)需要選擇。錐形玻璃板面積較大的面與支架10粘結(jié)，可以使用紫外固化膠等粘接劑。

通過(guò)真空熱蒸鍍或者電子束蒸鍍的方式在錐形玻璃板的腔面上的周緣均勻地鍍上四個(gè)金屬膜作為電容傳感器的金屬電極40，電極材料為金或鋁或其他金屬材料，電極形狀通過(guò)掩模版控制。除了在腔面上鍍金屬膜，還需要外延一部分金屬膜到錐面上，作為接線的引線區(qū)41，以探測(cè)電容值。

支架10開(kāi)有圓形通光孔11，使用時(shí)將支架10通過(guò)螺釘與基座固定。作為平面腔鏡20的兩個(gè)錐形玻璃板分別與兩個(gè)支架10相連，支架10之間粘結(jié)三個(gè)壓電陶瓷30，壓電陶瓷30沿錐形玻璃板均勻分布，這樣三個(gè)壓電陶瓷就能控制兩平面腔鏡20在x、y兩個(gè)方向上的間隙值。兩錐形玻璃板與兩個(gè)支架10上的通光孔11都位于同一光軸上，通過(guò)加不同的電壓，三個(gè)壓電陶瓷30能獨(dú)立地做沿光軸方向的運(yùn)動(dòng)，以帶動(dòng)與之相連接的支架10運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)用新型通過(guò)在兩個(gè)平面腔鏡上鍍金屬膜構(gòu)成多個(gè)平行平板電容器對(duì)，利用這些電容器的電容值，可以獲得法布里珀羅濾波器的準(zhǔn)確腔長(zhǎng)數(shù)值，因而可以準(zhǔn)確得到法布里珀羅濾波器掃描過(guò)程中任意時(shí)刻的輸出波長(zhǎng)。即根據(jù)各電容傳感器的電容值得到兩腔面之間的間隙值，具體的，通過(guò)電容公式C＝εS/d得到兩腔面之間的間隙值，其中ε為兩相對(duì)的所述金屬電極間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為所述金屬電極的極板面積，d為兩腔面之間的間隙值，將多個(gè)間隙值取平均作為兩腔面之間的腔長(zhǎng)。

本實(shí)用新型還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平行平板型法布里珀羅濾波器兩個(gè)腔鏡的平行度，通過(guò)反饋控制可以保持兩個(gè)腔鏡始終平行，使掃描法布里珀羅濾波器的穩(wěn)定性和可靠性更好。具體的，通過(guò)將各電容傳感器與信號(hào)處理電路電性連接，信號(hào)處理電路與反饋控制電路電性連接，反饋控制電路與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電性連接控制兩腔面的平行度；其中，信號(hào)處理電路用于將各電容傳感器的電容輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓/電流信號(hào)，并進(jìn)行求和、求差運(yùn)算，輸出間隙值和兩腔面不平行度的信號(hào)，反饋控制電路根據(jù)信號(hào)處理電路的信號(hào)控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)兩平面腔鏡之間的間隙和角度。

本實(shí)用新型的電容反饋型可調(diào)諧法布里珀羅濾波器的工作步驟為：測(cè)量法布里珀羅腔上的四對(duì)電容傳感器的電容值，通過(guò)電容值計(jì)算分別得到四對(duì)電容傳感器位置的間隙值，根據(jù)這四個(gè)間隙值進(jìn)一步計(jì)算得出兩個(gè)錐形玻璃板x方向和y方向的夾角，且以四個(gè)間隙值的平均值作為當(dāng)前法布里珀羅腔的腔長(zhǎng)。通過(guò)得到的數(shù)據(jù)對(duì)三個(gè)壓電陶瓷塊分別施加電壓，使壓電陶瓷塊做沿光軸方向的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)支架改變錐形玻璃板之間的平行度以及腔長(zhǎng)，改變后的腔長(zhǎng)又通過(guò)電容傳感器精確測(cè)量，確定透射的峰值波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了電容反饋式的法珀腔調(diào)諧濾波。

對(duì)于越小的平板間隙(諧振腔長(zhǎng))，電容傳感器靈敏度越高，因而本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)適合微小間隙的法布里珀羅腔，從而可以得到較大的自由光譜區(qū)。該方法簡(jiǎn)單易操作，沒(méi)有機(jī)械磨損，且穩(wěn)定性好，控制精度高，能夠提高法布里珀羅濾波器的工作效率，改善波長(zhǎng)選擇的精確性，滿足光譜分析，光通信，光傳感等領(lǐng)域的要求。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本實(shí)用新型，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。