可调光学结构特征反馈控制制造技术

一种可调光学装置，其具有一个压缩调节的光学结构和一个位移传感器。压缩调节的光学结构响应光学信号和位移传感器信号，用于提供压缩调节的光学结构信号，该信号包含关于压缩调节的光学结构的光学特征的变化的信息，且用于提供一个由压缩调节的光学结构的位移的变化引起的激励信号。位移传感器响应激励信号提供一个位移传感器信号，该信号包含关于压缩调节的光学结构的位移变化的信息。压缩调节的光学结构是一个全玻璃压缩单元，形状像狗骨。位移传感器是一个固定在全玻璃压缩单元上的电容器，用于测量两个平行相对的板之间的电容。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及压缩调节的光学结构；更特别说，涉及具有力或位移反馈控制的压缩调节的光学结构。
技术介绍
有多种可以使用可调纤维布拉格(Bragg)光栅原理的应用。这些包括可调滤波器、可重配置的光增加/降低多路转换器、光性能监视器、锁波器、可调激光器等。每一个这些应用将从准确、可重复和不需要光学环路控制，也就是说，不需要直接测量光栅的波长调节光栅的能力中受益。在现有技术中，因为布拉格光栅的波长由光栅的张力和温度唯一确定，原理上说，如果能一直简单测量光栅的张力和温度，人们就总可以知道光栅的波长。在实际中，通过将光栅连接到一个诸如压电元件的驱动器，然后拉伸光纤某一预定数量，就可实现这一点。如果维持驱动器和光纤之间的位置关系，人们则可以通过测量驱动器的位移从理论上推断布拉格光栅的波长。但是已经知道，如果在光纤和驱动器之间有某些无效移动，则驱动器位移的测量将导致错误的波长决定。例如，当张力调节有包层的光纤时，这一效应几乎不可避免，因为已知的连接技术将包括某种具有有限保持能力的环氧粘接。另外，从纤维的可靠性的方面通过施加张力调节纤维布拉格光栅被认为是不可接受的，因为纤维的寿命通过连续张紧可能显著缩短。另外可选的一种已知方法是把布拉格光栅包封在一个能够承受高压缩负载的全玻璃元件中，它可以结合到一个通过张力可用于可靠而精确调节的布拉格光栅装置中。这一技术最初应用于压力传感器，并安装到围绕该装置的一个玻璃外壳中以允许将流体静力学压力转换为压缩张力。该元件的芯(狗骨)可以用于其它允许压缩负载影响布拉格光栅波长的结构中。例如，玻璃元件的端部可以研磨成圆锥形状，该形状配装在机械连接到位移驱动器上的本体的圆锥座上。这一组合的玻璃元件布拉格光栅在调节能力方面与上面公开的标准纤维光栅相比有两个主要的优点。第一个优点是，因为该元件放置在压力下而不是张力下，因此该装置本质上可靠。第二个优点是，因为该装置可以使用具有任意大小和形状的玻璃制造，因此简化了形成对驱动器的无滑动连接(例如玻璃在金属座上，没有环氧粘接来抵御大的力)。然而，如果人们要关注极高的准确性，则即使在玻璃对金属的接触区内也不能忽略无效运动或迟滞。例如，经过一段时间，底座可能稍微变形，从而改变玻璃元件的实际位移相对于驱动器的实际位移。如果测量的是驱动器的位移而不是玻璃元件的位移，则将在测量中引入有误差。
技术实现思路
本专利技术提供一个具有压缩调节的光学结构和位移传感器的可调光学装置。压缩调节的光学结构响应光信号，并进一步响应位移传感器信号，用于提供一个压缩调节的光学结构信号，该信号包含关于压缩调节的光学结构的光特征的改变的信息，和用于进一步提供由压缩调节的光学结构的位移的改变引起的激励信号。位移传感器响应该激励信号，用于提供包含关于压缩调节的光学结构的位移的改变的信息的位移传感器信号。压缩调节的光学结构可以采用狗骨结构的形式，它是一个全玻璃压缩单元，具有由一个较窄的中间部分分开的较宽的端部，该窄部分在其内有布拉格光栅。位移传感器包括一个电容传感器，它固定到压缩调节的光学结构上，用于测量在两个平行相对的板之间的电容变化，该电容变化依赖于相对于两个平行相对板的间隙或面积的变化。压缩调节的光学结构的位移变化引起在两个平行相对板之间的间隙的变化，而电容的变化依赖于间隙的变化。另外可选择的方案是，压缩调节的光学结构的位移特征的变化引起在两个平行相对板之间的重叠面积的改变，而电容的变化依赖于该重叠面积的改变。电容传感器可以具有两个金属包层的管，它们固定在压缩调节的光学结构上，使得金属面彼此以一个其间的小间隙面对。两个平行相对板可以固定在从狗骨结构的宽端部结束的部件上。小间隙可以大约是200微米。该电容传感器具有连接到金属包层的管上的电极以允许将电容传感器连接到能够测量电容量的电子装置上。两个金属包层管的每一个分别固定在或形成一个较宽的端部的相应一个上。较窄的中间部分可以有一个在其内布置的布拉格光栅或Fabry-Perot干涉仪。Fabry-Perot干涉仪可以包括一对分开预定距离的纤维布拉格光栅。位移传感器还可以包括使用固定在压缩调节的光学结构上的两个线圈的电感检测，用以测量在两个线圈之间的电感的变化。可以使用其它的间隙检测技术，诸如基于光、磁、微波、飞行时间的传感器。此外，可以检测施加在压缩元件(亦即光栅或Fabry-Perot干涉仪间隙)上或其周围的力并反馈以控制光学结构的压缩调节。事实上，本专利技术提供一个装置，它结合一个测量压缩调节的光学结构的位移的高精确度装置，包括一个具有纤维布拉格光栅或Fabry-Perot干涉仪的可调节元件。这一混合装置将允许真正的间接装置来控制纤维布拉格光栅或Fabry-Perot干涉仪的波长，不需要光学环路控制。该装置结合一个带有可调光栅元件的高精确度、可能无漂移的电容或电感传感器。例如，电容传感器通过利用在两个平行相对板之间的间隙和/或板的面积的变化时的电容的变化测量位移。虽然可以设计连接方法而使驱动器和可调玻璃元件之间的蠕变最小，但是在实际中很难完全消除它。由于这一理由，特别希望在可调元件上直接结合一个电容传感器以形成一个带有内置电子位移决定的整体可调布拉格光栅。直接在玻璃元件上结合位移传感器允许人们直接测量与该元件上的张力直接相关的位移，因此允许直接和实时地了解布拉格波长。下面表示和描述这一概念的多种可能的实施例。然而，一个最简单的实施例包括在该可调玻璃元件之上固定的两个覆盖金的管，使得金的表面彼此面对，其间有一个小间隙(大约200微米)。理想说，该管应该焊接在狗骨元件的大直径部分上。然而，因为没有力要抵御，因此原理上它们可以环氧粘接在其位置。电极连接在包金的管上以允许电容器连接到能够测量电容的电子装置上。当狗骨元件张紧时，平行板之间的间隙将改变，从而引起电容改变。因此，电容的测量将直接与布拉格波长相关，只要要么保持元件的温度恒定或者测量元件的温度。因为该管直接连接到狗骨上，因此它们完全不活动和不滑动。与前面描述的一致，电容传感器提供一种理想的位移测量方法，它可以直接集成到压缩调节的纤维布拉格光栅元件中。下面讨论几种电容传感器结构，它们可以用于本申请中，每一种结构具有特别的优点和缺点。为优化在这一设计中使用的电容传感器，必须考虑包括这样的电路，它用于测量电容，并最终变换电容为位移(或力)。为保持电容传感器的功能范围上的一致的分辨率和准确度，在电容器区域内的变化将产生与电容成正比的变化(其与板分开相反，它显示反比例关系)。在可能使用混合电容或电感传感器和可调FBG之外，在压缩元件中形成的其它装置也可以从增加一个电容位移传感器中受益。这种例子可以有纤维Fabry-Perot对、布拉格光栅对、分布式反馈激光器、干涉布拉格光栅激光器。本专利技术的全部动因是避免使用从压缩调节的光学结构传输的光学光来调节压缩元件的波长，它将增加可用于总系统的光。例如，如果串联n个压缩调节的光学结构的话，同时为这n个压缩调节的光学结构的每一个使用光的各x％，则可以使用光的近似nx％来调节总系统，这可能显著减少可用于总系统的光的量。实际上，相对于为调节压缩元件的光学性能，本专利技术提供一个开路控制系统。从下面在附图中表示的本专利技术的实施例的详细描述，上述和其它目的、特征和优点显而易见本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调光学装置，其包括：一个压缩调节的光学结构，它响应光学信号，且另外响应位移传感器信号，用于提供压缩调节的光学结构信号，所述信号包含关于该压缩调节的光学结构的光学特征的改变的信息，和用于另外提供由该压缩调节的光学结构的位移的变化引起 的激励信号；和一个位移传感器，它响应所述激励信号，用于提供位移传感器信号，所述信号包含关于压缩调节的光学结构的位移的变化的信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MA普特纳姆，RN布鲁卡托，MA达维斯，DG贝勒莫雷，WA赫尔姆，
申请(专利权)人：塞德拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]