[发明专利]一种带通可调的滤光器及滤光方法

权利要求书

1.一种带通可调的滤光器，其特征在于：其包括计算机控制与分析系统和沿光路依序设置的宽带光源、光准直系统、起偏器、声光滤光系统及光谱检测系统，所述的计算机控制与分析系统分别与声光滤光系统和光谱检测系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种带通可调的滤光器，其特征在于：所述的宽带光源为卤素灯。

3.根据权利要求1所述的一种带通可调的滤光器，其特征在于：所述的光准直系统由消色散的双胶合凸透镜和消色散的双胶合凹透镜组成，其中，来自宽带光源的光束经光准直系统汇聚并准直后形成平行光束，平行光束进入起偏器进行偏振控制。

4.根据权利要求1所述的一种带通可调的滤光器，其特征在于：所述的起偏器为光学偏振片，来自光准直系统的平行光束经起偏器后变为线偏振光束。

5.根据权利要求1所述的一种带通可调的滤光器，其特征在于：所述的声光滤光系统位于起偏器的后方，由声光滤光器、射频源、角度精密控制转台以及挡光板组成，其中，声光滤光器接收起偏器输出的线偏振光束并对其进行声光滤光，射频源与声光滤光器之间通过射频线连接；角度精密控制转台为电控马达驱动，角度精密控制转台的上表面固定声光滤光器，下表面连接支架，将角度精密控制转台固定；角度精密控制转台通过USB连接线与计算机控制与分析系统连接，通过计算机控制与分析系统可以调节角度精密控制转台的旋转角度，精确控制声光滤光器相对来自起偏器线偏振光束的角度，调整声光作用过程的入射光极角；挡光板位于声光滤光器的后端，接收经声光滤光器输出的零级非衍射光束，防止其影响对正一级衍射光束的接收。

6.根据权利要求5所述的一种带通可调的滤光器，其特征在于：所述的角度精密控制转台为铝合金材料加工，角度精密控制转台可实现的最小分辨率为5分，其上下表面均有螺旋，所述的挡光板为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘。

7.根据权利要求1所述的一种带通可调的滤光器，其特征在于：所述的光谱检测系统为光纤光栅光谱仪，包含光纤探头、分光光栅以及高灵敏度光电二极管阵列，光纤探头接收来自声光滤光系统的正一级衍射光束并送入分光光栅进行分光，正一级衍射光束经分光后到达光电二极管阵列，光电二极管阵列将测量正一级衍射光束中不同波长信号光的强度，并将数据送入计算机控制与分析系统。

8.根据权利要求7所述的一种带通可调的滤光器，其特征在于：所述光纤光栅光谱仪在可见光范围内的光谱分辨率为0.2nm。

9.根据权利要求5所述的一种带通可调的滤光器，其特征在于：所述的计算机控制与分析系统由PC机构成，并通过USB连接线分别与射频源、角度精密控制转台以及光谱检测系统连接；PC机内置射频源控制用软件、角度精密控制转台控制用软件、光谱检测系统控制用软件以及数据计算及分析软件；PC机利用射频源控制用软件、角度精密控制转台控制用软件以及光谱检测系统控制用软件，分别对射频源、角度精密控制转台以及光谱检测系统进行参数调整与控制；PC机接收来自光谱检测系统的光谱数据，并通过数据计算与分析软件完成光谱数据的分析以及存储，完成带通可调的滤光过程。

10.根据权利要求5所述的一种带通可调的滤光器的滤光方法，其特征在于：其包括如下步骤：

步骤01：系统开，即整个带通可调的滤光器系统初始化，包括光谱检测系统、声光滤光系统以及计算机分析与控制系统；

步骤02：根据宽带光源的位置以及发光情况，对光准直系统进行参数设置和调节，对来自宽带光源的光束进行准直；经光准直系统准直的光束经起偏器后进入声光滤光系统，设置角度精密控制转台的角度和射频源输出的射频信号频率，对来自起偏器的光束进行声光滤光；

步骤03：调整起偏器的偏振方向，使经声光滤光器输出的负一级衍射光束消光，保证经声光滤光器后只有零级非衍射光束以及正一级衍射光束，利用挡光板接收零级非衍射光束；

步骤04：调节光谱检测系统中光纤探头的位置，对正一级衍射光束进行准确接收，调整光谱检测系统中光电二极管的增益，完成正一级衍射光束光谱的最佳测量，将测量的光谱数据通过USB连接线送至计算机控制与分析系统；

步骤05：利用声光作用关系，计算当声光滤光器的超声极角为θ_a，入射光极角为最佳入射光极角θ_opt，射频源输出射频信号的频率为F₀时，经声光滤光器输出的正一级衍射光束的中心波长λ₀及其带通B₀；计算机控制与分析系统利用射频源控制用软件以及角度精密控制转台控制用软件，同时控制射频源输出射频信号的频率F以及声光滤光器的入射光极角θ_i，以0.01MHz为步长增加F，F每增加0.01MHz，转动一次角度精密控制转台的角度，调整声光滤光器的入射光极角θ_i以保证声光滤光器正一级衍射光束的中心波长λ₀不变，当入射光极角θ_i随着F的增加逐渐变大时，中心波长为λ₀的正一级衍射光的带通B不断减小；当入射光极角θ_i随着F的增加逐渐减小时，中心波长为λ₀的正一级衍射光的带通B不断变大；通过对射频源输出的射频信号频率F以及入射光极角θ_i的调整和组合，在保证声光滤光器正一级衍射光束的中心波长λ₀不变的情况下，连续调节声光滤光器的带通B；同理，在任意中心波长λ处，可以通过对射频信号的频率F以及入射光极角θ_i的调整和组合，连续调节声光滤光器的带通B；

步骤06：对获得的带通可调滤光光谱进行存储，带通可调滤光过程结束，系统关闭。