ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ СВЕТОФИЛЬТРЫ С ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ
В. В. ЧЕСНОКОВ, Д. В. ЧЕСНОКОВ, Д. М. НИКУЛИН
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ СВЕТОФИЛЬТРЫ С ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ
63
Рассчитаны параметры микромеханических мультиплекс-светофильтров, перестраиваемых во всей полосе видимого диапазона спектра управляющим напряжением 3—5 В с расчетной шириной полосы пропускания около 10 Å.
Ключевые слова: мультиплекс-светофильтр, субмикронный эквидистантный воздушный зазор, перестраиваемая полоса пропускания.
Интерференционные светофильтры находят широкое применение в физических исследованиях, измерительной технике, промышленности [1, 2]. Их достоинством является простота и удобство в работе, высокая степень монохроматичности выделяемого излучения. Дополнительные преимущества этим элементам принесет выполнение их перестраиваемыми по выделяемой полосе спектра, что может быть достигнуто при использовании микро- и нанотехнологий [3, 4]. В перестраиваемых интерференционных светофильтрах [3, 4] изменяется воздушный зазор между зеркалами резонатора Фабри—Перо, соответствующий первому порядку интерференции в видимом диапазоне спектра. Полоса пропускания при перестройке в видимом диапазоне спектра может иметь значение 2δλ ≈ λ/50 Å, если в качестве зеркала применяются металлические пленки на стеклянных подложках.
В статье рассматриваются вопросы разработки перестраиваемых мультиплекс-светофильтров, в которых используется комбинация двух интерференционных светофильтров с высоким и первым порядком интерференции.
За счет использования двух светофильтров — низкого и высокого порядка — можно выделять из спектра источника излучение с большей степенью монохроматичности при сохранении перестраиваемого диапазона. Упрощенная схема такого светофильтра показана на рис. 1.
Светофильтр первого порядка образован зеркалами 1 и 2 и воздушным зазором между ними. Светофильтр высокого порядка образован зеркалами 3 и 10 и прозрачной пластиной 5 между ними. Зеркальное покрытие 1 нанесено на прозрачную пластину 8; корпус 6 фиксирует между зеркалами 1 и 2 воздушный зазор 0,2—0,4 мкм. Пластина 8 имеет форму диска с тремя радиально расположенными держателями 7. Управление воздушным зазором — электростатическое: управляющее напряжение U0 подается между зеркалом 1 и электродом 9. Держатели 7 обеспечивают упругую поддержку подвижного зеркала и регулируют величину зазора.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
64 В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, Д. М. Никулин
Определим возможные параметры рассматриваемого микромеханического мультиплекс-светофильтра. Сила электростатического притяжения зеркал 1 и 2 друг к другу равна
F
=
ε0SE 2 2
=
ε0 SU 02 2d 2
,
(1)
где ε0 — диэлектрическая постоянная, S — площадь зеркала, E — напряженность электрического поля в воздушном зазоре, U — напряжение на зазоре, d — величина зазора.
U0
82
17
6
5
10 3
49
7
2
Рис. 1
Изгиб держателей 7 при возникновении силы F определим по формуле изгиба балки, нагруженной сосредоточенной силой на конце [5]:
f
=
Pl 3 3EЮ I
.
(2)
Здесь f — прогиб конца балки; P = F/3 — сосредоточенная сила, нагружающая конец балки; l — длина балки; EЮ — модуль Юнга ее материала; I = hb3/12 — момент инерции сечения балки относительно оси симметрии сечения; b и h — толщина и ширина балки. Объединив
(1) и (2), получим
f
=
2
ε0 SE 2 l 3 EЮ hb3
.
(3)
Рассмотрим оптические характеристики светофильтра. В мультиплекс-интерферометре
при отношении значений оптической толщины интерферометров, кратном целому числу, об-
ласть дисперсии определяется областью дисперсии тонкого интерферометра, разрешение
обусловлено параметрами толстого интерферометра.
Прозрачность Tm мультиплекс-светофильтра аналогично прозрачности четырехзеркального интерферометра на длине волны максимума пропускания определяется формулой [1]:
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
Интерференционные светофильтры с перестраиваемой полосой пропускания
65
Tm
=
⎣⎡⎢(1 −
R)2
+
4R sin2
T4
δ1 2
⎤ ⎦⎥
⎣⎢⎡(1
−
R)2
+
4R sin2
δ2 2
⎤ ⎥⎦
,
(4)
где
δ1 2
=
2π λ
n1L1
,
δ2 2
=
2π λ
n2
L2
(без учета скачков фаз на отражающих поверхностях), n1, L1 и
n2, L2 — показатель преломления среды и расстояние между зеркалами тонкого и толстого
светофильтра; T и R — энергетические прозрачность и коэффициент отражения каждого зер-
кала. Порядок спектра пропускания толстого светофильтра определяется выражением
q = 2L2n2 , λq
(5)
где λq — средняя длина волны области дисперсии интерферометра с порядком q. Область дисперсии мультиплекс-светофильтра ∆λm примерно равна области дисперсии
тонкого светофильтра [2]:
∆λm
=
λ q1
,
(6)
где q1 — порядок спектра тонкого светофильтра, λ = (λmax + λmin)/2, λmax и λmin — максимальная и минимальная длина волны рабочего диапазона мультиплекс-светофильтра.
Разрешение мультиплекс-светофильтра определяется разрешением тонкого свето-
фильтра [2]:
δλm
=
δλ1
=
λq q2
1− R πR
.
(7)
Аппаратная функция мультиплекс-светофильтра представляет собой произведение аппаратных функций его составных частей, светофильтр пропускает излучение с длинами волн, общими для полос пропускания обоих составляющих его светофильтров.
При перестройке светофильтра (путем изменения зазора между зеркалами) с первым порядком интерференции его полоса пропускания смещается по спектру, происходит выделение одной полосы дисперсии, затем другой полосы второго светофильтра, т.е. „переключение“ пропускаемых светофильтром с большим порядком интерференции диапазонов ∆λq этого светофильтра. В спектре пропускания мультиплекс-светофильтра не будут наблюдаться одновременно две или более дисперсионные области, если ширина полосы пропускания светофильтра с меньшим зазором на наименьшей длине волны рабочего диапазона мультифлекссветофильтра δλ1 меньше полосы дисперсии ∆λq второго:
δλ1 ≤ ∆λq .
Значение δλ1 определяется из выражения (7) путем подстановки в него параметров тонкого светофильтра.
Найдем полосу дисперсии второго интерферометра:
∆λq
=
λ
2 q
2L2
.
Число „переключаемых“ полос дисперсии M равно:
M
= qmin
− qmax
=
2 L2 n2
⎛ ⎜ ⎝
1 λmax
−1 λmin
⎞ ⎟
.
⎠
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
66 В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, Д. М. Никулин
Проведем количественную оценку достижимых параметров рассматриваемого устройства,
в котором интерферометр с меньшим зазором имеет порядок q1 = 1, регулируемый диапазон
спектра ∆λ = ∆λm = 0,4—0,8 мкм и величину зазора L1 в крайних точках диапазона перестройки
в соответствии с (5) L1 = 0,2—0,4 мкм. Результаты расчетов приведены в табл. 1—3.
Таблица 1
Расчетные геометрические и электрические параметры перестраиваемого мультиплекс-светофильтра (EЮ = 0,7·1011 Па)
Параметры держателя, м
f = ∆L1 0,2·10–6
h 1·10–3
b 1·10–4
l 3·10–3
E,
В/м 1,7·106
L2, мкм 2·10–6
U = Ed, В
3,4
S, м2 1·10–4
Таблица 2
Расчетные оптические параметры
микромеханического мультиплекс-светофильтра (R = 0,9, T = 0,07, n2L2 = 5,8 мкм)
L1, λ, мкм мкм
δλ1, мкм
∆λm, мкм
δλm, мкм
q M = qmin – qmax
Tm
0,2 0,4 0,013 0,013 0,00046 29
14,5
0,24
0,3
0,6
0,02
0,031
0,001 19,3
14,5
0,0009
0,4 0,8 0,027 0,055 0,0019 14,5
14,5
0,0007
Таблица 3
Расчетные оптические параметры
микромеханического мультиплекс-светофильтра (R = 0,85, T = 0,1, n2L2 = 5,8 мкм)
L1, λ, мкм мкм
δλ1, мкм
∆λm, мкм
δλm, мкм
q
M = qmin – qmax
Tm
0,2 0,4
0,02
0,013
0,00071
29
14,5
0,2
0,3 0,6
0,03
0,031
0,0016 19,3
14,5
0,0017
0,4 0,8
0,04
0,055
0,0028 14,5
14,5
0,0013
Результаты расчетов подтверждают, что мультиплекс-светофильтр может перестраи-
ваться в диапазоне длин волн 0,4—0,8 мкм, управляющее напряжение не превышает 3—4 В;
расчетное разрешение δλ ≈ 7,5—13 Å.
Таким образом, показано, что микромеханический мультиплекс-светофильтр может ра-
ботать, перекрывая весь видимый диапазон спектра с разрешением порядка 10 Å. Управляю-
щее электрическое напряжение по своей величине совместимо с рабочими напряжениями по-
лупроводниковых микросхем.
Подобный светофильтр, по
нашему мнению, может найти Tm применение в системах экс-
пресс-анализа химических ве-
0,15 ществ и различных промышлен-
ных жидкостей и газов при ис-
0,1 следованиях содержания вредных веществ в окружающей
0,05
0 0,8
0,7 0,6 λ, мкм
среде. Светофильтр может
0,4 иметь модификации, работаю-
щие в различных участках ин-
0,5
0,4 0,2
0,3 d, мкм
фракрасного диапазона спектра. На рис. 2 приведен расчет-
ный график зависимости (по фор-
Рис. 2
муле (4)) коэффициента пропус-
кания мультиплекс-светофильтра в видимом диапазоне спектра от величины регулируемого
зазора тонкого светофильтра. Толщина зазора толстого светофильтра n2L2 = 5,8 мкм, энерге-
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
Интерференционные светофильтры с перестраиваемой полосой пропускания
67
тические прозрачность и коэффициент отражения каждого зеркала соответственно равны: T = 0,1 и R = 0,85.
Проведены предварительные исследования экспериментальных образцов с субмикронными эквидистантными воздушными зазорами между зеркалами резонатора с первым порядком интерференции. Упрощенная схема такого перестраиваемого мультиплекс-светофильтра представлена на рис. 3.
Светофильтр первого порядка образован зеркалами 1, 2 и воздушным зазором между ними. Светофильтр высокого порядка (в экспериментальном образце отсутствовал) образован зеркалами 3, 4 и прозрачной пластиной 5 между ними. К пьезокерамической шайбе 8 прикреплена державка 9, в которой закреплена прозрачная пластина 7 с зеркалом 1. Важнейшей конструктивной особенностью устройства является использование между зеркалами 1 и 2 субмикронного эквидистантного воздушного зазора [6], регулируемого в пределах 0,2—0,4 мкм на всей площади оптической апертуры диаметром 10 мм.
U0
8
72 1
9
43
56
Рис. 3
Управление величиной воздушного зазора осуществляется изменением управляющего напряжения, приложенного между обкладками пьезокерамической шайбы 8.
Исследованные экспериментальные образцы с субмикронными эквидистантными воздушными зазорами между зеркалами резонатора с первым порядком интерференции имели отклонения от эквидистантности порядка 0,09 мкм (определялись по интерференционным цветам) на световом диаметре 8 мм. При изменении зазора на 0,125 мкм происходила перестройка резонатора с пропускания в области синего цвета на пропускание в области красного.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Скоков И. В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. М.: Машиностроение, 1989. 256 с.
2. Лебедева В. В. Экспериментальная оптика. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994. 352 с.
3. Чесноков В. В., Чесноков Д. В. (отв. исполнитель). Исследование физических проблем нано- и микроразмерных функциональных механических устройств информационных оптоэлектронных систем. Отчет о НИР, № Госрегистрации 0199.0010326, инв. № 022001.0314. Новосибирск, 2003.
4. Чесноков А. Е. Исследование оптических характеристик многослойных структур управляемого резонатора Фабри—Перо // Сб. матер. III Междунар. науч. конгресса „ГЕО-Сибирь-2007“. Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 4. Ч. 1. С. 167—170.
5. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1988. 736 с.
6. Заявка на патент РФ № 2008130196. Способ изготовления перестраиваемого светофильтра с интерферометром Фабри—Перо / В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, Д. М. Никулин, А. Е. Чесноков. Приоритет от 21.07.2008.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
68 В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, Д. М. Никулин
Сведения об авторах
Владимир Владимирович Чесноков — д-р техн. наук, профессор; Сибирская государственная геодезиче-
ская академия, кафедра физики, Новосибирск; E-mail: garlic@ngs.ru
Дмитрий Владимирович Чесноков — канд. техн. наук, доцент; Сибирская государственная геодезическая
академия, кафедра физики, Новосибирск;
E-mail: garlic@yandex.ru
Дмитрий Михайлович Никулин
— Сибирская государственная геодезическая академия, кафедра физи-
ки, Новосибирск; инженер; E-mail: dimflint@mail.ru
Поступила в редакцию 12.01.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ СВЕТОФИЛЬТРЫ С ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ
63
Рассчитаны параметры микромеханических мультиплекс-светофильтров, перестраиваемых во всей полосе видимого диапазона спектра управляющим напряжением 3—5 В с расчетной шириной полосы пропускания около 10 Å.
Ключевые слова: мультиплекс-светофильтр, субмикронный эквидистантный воздушный зазор, перестраиваемая полоса пропускания.
Интерференционные светофильтры находят широкое применение в физических исследованиях, измерительной технике, промышленности [1, 2]. Их достоинством является простота и удобство в работе, высокая степень монохроматичности выделяемого излучения. Дополнительные преимущества этим элементам принесет выполнение их перестраиваемыми по выделяемой полосе спектра, что может быть достигнуто при использовании микро- и нанотехнологий [3, 4]. В перестраиваемых интерференционных светофильтрах [3, 4] изменяется воздушный зазор между зеркалами резонатора Фабри—Перо, соответствующий первому порядку интерференции в видимом диапазоне спектра. Полоса пропускания при перестройке в видимом диапазоне спектра может иметь значение 2δλ ≈ λ/50 Å, если в качестве зеркала применяются металлические пленки на стеклянных подложках.
В статье рассматриваются вопросы разработки перестраиваемых мультиплекс-светофильтров, в которых используется комбинация двух интерференционных светофильтров с высоким и первым порядком интерференции.
За счет использования двух светофильтров — низкого и высокого порядка — можно выделять из спектра источника излучение с большей степенью монохроматичности при сохранении перестраиваемого диапазона. Упрощенная схема такого светофильтра показана на рис. 1.
Светофильтр первого порядка образован зеркалами 1 и 2 и воздушным зазором между ними. Светофильтр высокого порядка образован зеркалами 3 и 10 и прозрачной пластиной 5 между ними. Зеркальное покрытие 1 нанесено на прозрачную пластину 8; корпус 6 фиксирует между зеркалами 1 и 2 воздушный зазор 0,2—0,4 мкм. Пластина 8 имеет форму диска с тремя радиально расположенными держателями 7. Управление воздушным зазором — электростатическое: управляющее напряжение U0 подается между зеркалом 1 и электродом 9. Держатели 7 обеспечивают упругую поддержку подвижного зеркала и регулируют величину зазора.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
64 В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, Д. М. Никулин
Определим возможные параметры рассматриваемого микромеханического мультиплекс-светофильтра. Сила электростатического притяжения зеркал 1 и 2 друг к другу равна
F
=
ε0SE 2 2
=
ε0 SU 02 2d 2
,
(1)
где ε0 — диэлектрическая постоянная, S — площадь зеркала, E — напряженность электрического поля в воздушном зазоре, U — напряжение на зазоре, d — величина зазора.
U0
82
17
6
5
10 3
49
7
2
Рис. 1
Изгиб держателей 7 при возникновении силы F определим по формуле изгиба балки, нагруженной сосредоточенной силой на конце [5]:
f
=
Pl 3 3EЮ I
.
(2)
Здесь f — прогиб конца балки; P = F/3 — сосредоточенная сила, нагружающая конец балки; l — длина балки; EЮ — модуль Юнга ее материала; I = hb3/12 — момент инерции сечения балки относительно оси симметрии сечения; b и h — толщина и ширина балки. Объединив
(1) и (2), получим
f
=
2
ε0 SE 2 l 3 EЮ hb3
.
(3)
Рассмотрим оптические характеристики светофильтра. В мультиплекс-интерферометре
при отношении значений оптической толщины интерферометров, кратном целому числу, об-
ласть дисперсии определяется областью дисперсии тонкого интерферометра, разрешение
обусловлено параметрами толстого интерферометра.
Прозрачность Tm мультиплекс-светофильтра аналогично прозрачности четырехзеркального интерферометра на длине волны максимума пропускания определяется формулой [1]:
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
Интерференционные светофильтры с перестраиваемой полосой пропускания
65
Tm
=
⎣⎡⎢(1 −
R)2
+
4R sin2
T4
δ1 2
⎤ ⎦⎥
⎣⎢⎡(1
−
R)2
+
4R sin2
δ2 2
⎤ ⎥⎦
,
(4)
где
δ1 2
=
2π λ
n1L1
,
δ2 2
=
2π λ
n2
L2
(без учета скачков фаз на отражающих поверхностях), n1, L1 и
n2, L2 — показатель преломления среды и расстояние между зеркалами тонкого и толстого
светофильтра; T и R — энергетические прозрачность и коэффициент отражения каждого зер-
кала. Порядок спектра пропускания толстого светофильтра определяется выражением
q = 2L2n2 , λq
(5)
где λq — средняя длина волны области дисперсии интерферометра с порядком q. Область дисперсии мультиплекс-светофильтра ∆λm примерно равна области дисперсии
тонкого светофильтра [2]:
∆λm
=
λ q1
,
(6)
где q1 — порядок спектра тонкого светофильтра, λ = (λmax + λmin)/2, λmax и λmin — максимальная и минимальная длина волны рабочего диапазона мультиплекс-светофильтра.
Разрешение мультиплекс-светофильтра определяется разрешением тонкого свето-
фильтра [2]:
δλm
=
δλ1
=
λq q2
1− R πR
.
(7)
Аппаратная функция мультиплекс-светофильтра представляет собой произведение аппаратных функций его составных частей, светофильтр пропускает излучение с длинами волн, общими для полос пропускания обоих составляющих его светофильтров.
При перестройке светофильтра (путем изменения зазора между зеркалами) с первым порядком интерференции его полоса пропускания смещается по спектру, происходит выделение одной полосы дисперсии, затем другой полосы второго светофильтра, т.е. „переключение“ пропускаемых светофильтром с большим порядком интерференции диапазонов ∆λq этого светофильтра. В спектре пропускания мультиплекс-светофильтра не будут наблюдаться одновременно две или более дисперсионные области, если ширина полосы пропускания светофильтра с меньшим зазором на наименьшей длине волны рабочего диапазона мультифлекссветофильтра δλ1 меньше полосы дисперсии ∆λq второго:
δλ1 ≤ ∆λq .
Значение δλ1 определяется из выражения (7) путем подстановки в него параметров тонкого светофильтра.
Найдем полосу дисперсии второго интерферометра:
∆λq
=
λ
2 q
2L2
.
Число „переключаемых“ полос дисперсии M равно:
M
= qmin
− qmax
=
2 L2 n2
⎛ ⎜ ⎝
1 λmax
−1 λmin
⎞ ⎟
.
⎠
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
66 В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, Д. М. Никулин
Проведем количественную оценку достижимых параметров рассматриваемого устройства,
в котором интерферометр с меньшим зазором имеет порядок q1 = 1, регулируемый диапазон
спектра ∆λ = ∆λm = 0,4—0,8 мкм и величину зазора L1 в крайних точках диапазона перестройки
в соответствии с (5) L1 = 0,2—0,4 мкм. Результаты расчетов приведены в табл. 1—3.
Таблица 1
Расчетные геометрические и электрические параметры перестраиваемого мультиплекс-светофильтра (EЮ = 0,7·1011 Па)
Параметры держателя, м
f = ∆L1 0,2·10–6
h 1·10–3
b 1·10–4
l 3·10–3
E,
В/м 1,7·106
L2, мкм 2·10–6
U = Ed, В
3,4
S, м2 1·10–4
Таблица 2
Расчетные оптические параметры
микромеханического мультиплекс-светофильтра (R = 0,9, T = 0,07, n2L2 = 5,8 мкм)
L1, λ, мкм мкм
δλ1, мкм
∆λm, мкм
δλm, мкм
q M = qmin – qmax
Tm
0,2 0,4 0,013 0,013 0,00046 29
14,5
0,24
0,3
0,6
0,02
0,031
0,001 19,3
14,5
0,0009
0,4 0,8 0,027 0,055 0,0019 14,5
14,5
0,0007
Таблица 3
Расчетные оптические параметры
микромеханического мультиплекс-светофильтра (R = 0,85, T = 0,1, n2L2 = 5,8 мкм)
L1, λ, мкм мкм
δλ1, мкм
∆λm, мкм
δλm, мкм
q
M = qmin – qmax
Tm
0,2 0,4
0,02
0,013
0,00071
29
14,5
0,2
0,3 0,6
0,03
0,031
0,0016 19,3
14,5
0,0017
0,4 0,8
0,04
0,055
0,0028 14,5
14,5
0,0013
Результаты расчетов подтверждают, что мультиплекс-светофильтр может перестраи-
ваться в диапазоне длин волн 0,4—0,8 мкм, управляющее напряжение не превышает 3—4 В;
расчетное разрешение δλ ≈ 7,5—13 Å.
Таким образом, показано, что микромеханический мультиплекс-светофильтр может ра-
ботать, перекрывая весь видимый диапазон спектра с разрешением порядка 10 Å. Управляю-
щее электрическое напряжение по своей величине совместимо с рабочими напряжениями по-
лупроводниковых микросхем.
Подобный светофильтр, по
нашему мнению, может найти Tm применение в системах экс-
пресс-анализа химических ве-
0,15 ществ и различных промышлен-
ных жидкостей и газов при ис-
0,1 следованиях содержания вредных веществ в окружающей
0,05
0 0,8
0,7 0,6 λ, мкм
среде. Светофильтр может
0,4 иметь модификации, работаю-
щие в различных участках ин-
0,5
0,4 0,2
0,3 d, мкм
фракрасного диапазона спектра. На рис. 2 приведен расчет-
ный график зависимости (по фор-
Рис. 2
муле (4)) коэффициента пропус-
кания мультиплекс-светофильтра в видимом диапазоне спектра от величины регулируемого
зазора тонкого светофильтра. Толщина зазора толстого светофильтра n2L2 = 5,8 мкм, энерге-
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
Интерференционные светофильтры с перестраиваемой полосой пропускания
67
тические прозрачность и коэффициент отражения каждого зеркала соответственно равны: T = 0,1 и R = 0,85.
Проведены предварительные исследования экспериментальных образцов с субмикронными эквидистантными воздушными зазорами между зеркалами резонатора с первым порядком интерференции. Упрощенная схема такого перестраиваемого мультиплекс-светофильтра представлена на рис. 3.
Светофильтр первого порядка образован зеркалами 1, 2 и воздушным зазором между ними. Светофильтр высокого порядка (в экспериментальном образце отсутствовал) образован зеркалами 3, 4 и прозрачной пластиной 5 между ними. К пьезокерамической шайбе 8 прикреплена державка 9, в которой закреплена прозрачная пластина 7 с зеркалом 1. Важнейшей конструктивной особенностью устройства является использование между зеркалами 1 и 2 субмикронного эквидистантного воздушного зазора [6], регулируемого в пределах 0,2—0,4 мкм на всей площади оптической апертуры диаметром 10 мм.
U0
8
72 1
9
43
56
Рис. 3
Управление величиной воздушного зазора осуществляется изменением управляющего напряжения, приложенного между обкладками пьезокерамической шайбы 8.
Исследованные экспериментальные образцы с субмикронными эквидистантными воздушными зазорами между зеркалами резонатора с первым порядком интерференции имели отклонения от эквидистантности порядка 0,09 мкм (определялись по интерференционным цветам) на световом диаметре 8 мм. При изменении зазора на 0,125 мкм происходила перестройка резонатора с пропускания в области синего цвета на пропускание в области красного.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Скоков И. В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. М.: Машиностроение, 1989. 256 с.
2. Лебедева В. В. Экспериментальная оптика. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994. 352 с.
3. Чесноков В. В., Чесноков Д. В. (отв. исполнитель). Исследование физических проблем нано- и микроразмерных функциональных механических устройств информационных оптоэлектронных систем. Отчет о НИР, № Госрегистрации 0199.0010326, инв. № 022001.0314. Новосибирск, 2003.
4. Чесноков А. Е. Исследование оптических характеристик многослойных структур управляемого резонатора Фабри—Перо // Сб. матер. III Междунар. науч. конгресса „ГЕО-Сибирь-2007“. Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 4. Ч. 1. С. 167—170.
5. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1988. 736 с.
6. Заявка на патент РФ № 2008130196. Способ изготовления перестраиваемого светофильтра с интерферометром Фабри—Перо / В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, Д. М. Никулин, А. Е. Чесноков. Приоритет от 21.07.2008.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6
68 В. В. Чесноков, Д. В. Чесноков, Д. М. Никулин
Сведения об авторах
Владимир Владимирович Чесноков — д-р техн. наук, профессор; Сибирская государственная геодезиче-
ская академия, кафедра физики, Новосибирск; E-mail: garlic@ngs.ru
Дмитрий Владимирович Чесноков — канд. техн. наук, доцент; Сибирская государственная геодезическая
академия, кафедра физики, Новосибирск;
E-mail: garlic@yandex.ru
Дмитрий Михайлович Никулин
— Сибирская государственная геодезическая академия, кафедра физи-
ки, Новосибирск; инженер; E-mail: dimflint@mail.ru
Поступила в редакцию 12.01.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2009. Т. 52, № 6