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一种变间距光栅的参数优化设计

刘正坤  付绍军  楼俊  
【摘要】:本文简单介绍了利用变间距光栅(Variable Line—Space Gratings,简称VLS光栅)作为主要色散元件制作的位移传感器:通过使包含较宽光谱(400nm~800nm)的平行光照射到VLS光栅上,在光栅的自准直衍射方向接收衍射光,通过分析衍射光的波长确定该位置VLs光栅的周期,从而代入已有的VLS 光栅的周期——位移公式,求出对应的位置,移动VLS光栅,则可以从接收的波长变化求出位移变化。本文分析了以前设计的传感器中要求的周期线性变化的VLS光栅在实际使用中的优缺点,通过计算发现这种光栅虽然能够在位移和波长之间建立起简单的对应关系,但存在严重的分辨率的问题,即在VLS光栅的不同位置为满足实际分辨率的要求时,在高线密度一端较易满足;而在低线密度一端为了满足同样的分辨率时,对入射的光斑直径要求过大(由光栅的分辨率计算公式知光栅在使用中的面积增加,可以提高分辨率),使得在实际使用中出现位移分辨在该处很难满足。通过对传感器实际使用要求的全面分析,发现关键的问题并不在于位移和波长的简单对应关系式上。所以本文提出使用全息法较易制作的线密度线性变化的VLS光栅来作为传感器的色散光学元件,这种光栅在不增加计算难度的同时,解决了分辨率的问题,使得在位移传感器的各个位置都能满足分辨率的要求,而入射光斑的理论计算的最大直径要求是使用周期线性变化的变间距光栅的1/2。这个方案的提出极大的提高了VLS光栅位移传感器的分辨率,同时降低了VLS光栅制作的难度。

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