CN1427947A - 可调光学结构特征反馈控制 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

可调光学结构特征反馈控制
                        技术领域
本发明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。
                        背景技术
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。
                        发明内容
本发明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，本发明提供一个装置，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。
本发明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***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***，这可能显著减少可用于总***的光的量。实际上，相对于为调节压缩元件的光学性能，本发明提供一个开路控制***。
从下面在附图中表示的本发明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。
                        附图说明
附图包括几个图，且下面是对它们的简要说明：
图1是一个可调光学装置的方框图，它是本发明的主题；
图2是图1所示可调光学装置的一个实施例的示意图；
图3是一个管中管电容传感器结构的示意图，它可以是图1所示可调光学装置的实施例的一部分；
图4是一个单管电容传感器结构的示意图，它可以是图1所示可调光学装置的实施例的一部分；
图5是一个多管中管电容传感器结构的示意图，它可以是图1所示可调光学装置的实施例的一部分；
图6是一个管中管电容差分传感器结构的示意图，它可以是图1所示可调光学装置的实施例的一部分；
图7是为图1所示可调光学装置的另一个传感器结构的示意图；
图8是为图1所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图9是为图1所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图9A是为图9所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图10是为图1所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图11是为图1所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图12是为图1所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图13是为图1所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图14是为图1所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图15是为图1所示可调光学装置的又一个传感器结构的示意图；
图16A是为图2所示可调光学装置的传感器结构的第一板的示意图；和
图16B是为图2所示可调光学装置的传感器结构的第二板的示意图。
                     具体实施方式
图1：基本发明
图1表示总体上用附图标记20指示的一个可调光学装置，它具有一个压缩调节的光学结构22和一个位移传感器24。
压缩调节的光学结构22响应光学信号，和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，该信号包含关于压缩调节的光学结构的光学特征的改变的信息，且还用于另外提供由在压缩调节的光学结构22的位移中的改变引起的激励信号。
位移传感器24响应来自压缩调节的光学结构22的激励信号，用以提供位移传感器信号，该信号包含关于在压缩调节的光学结构的位移的改变的信息。
压缩调节的光学结构22采取狗骨形结构(以下称“狗骨结构”)，该结构是一个全玻璃压缩单元，它可以通过玻璃沉淀(collapsing)技术形成，该玻璃沉淀技术在1999年12月6日递交的美国专利申请系列号No.09/455,867(CiDRA文档No.CC 0036B)、以及在1999年12月6日递交的美国专利申请系列号No.09/455,865(CiDRA文档No.CC-0078B)中表示和说明，这两个申请整体结合在这里作为参考，下面会详细讨论。压缩调节的光学结构22也可以是称为纤维条的单一大直径波导管形式，其在1999年12月6日递交的美国专利申请系列号No.09/455,868(CiDRA文档No.CC 0230)、以及在1999年12月6日递交的专利申请系列号No.09/456,112(CiDRA文档No.CC 0129B)中表示和说明，这两个申请整体结合在这里作为参考，下面会详细讨论。压缩调节的光学结构22也可以包括基于布拉格光栅、纤维布拉格光栅或以Fabry-Perot干涉仪为基的光学结构，如这里讨论的。下面关于压缩调节的光学结构22和总狗骨结构的多个不同的实施例表示和说明本发明。
位移传感器24可以包括对位移测量的电容或电感的检测。电容检测根据固定在压缩调节的光学结构22上用给定间隙或距离分开的板来表示和说明，而电感检测理解为由给定间隙或距离分开的线圈(代替板)。
本发明的范围无意限制可调光学装置20的任何特定的应用。例如，可预见到的应用有可调光学装置20用作光学检测装置(诸如压力传感器)，以及作为光学信号产生装置(诸如激光装置)。
图2：可调光学装置22
图2表示一个总体上用附图标记50指示的可调光学装置，它具有压缩调节的光学结构22(还请参见图1)和位移传感器24(还请参见图1)。
压缩调节的光学结构22包括一个其内布置有一个压缩元件56的玻璃元件54、一对连接到玻璃元件54并布置在外壳60之内的支架58、和布置在一个支架58和外壳60的壁之间的驱动器62。驱动器62可以是提供压力的任何类型的装置，包括压电(PZT)装置、步进电动机、磁致伸缩装置、或任何类型的压力感应装置。玻璃元件54有两个宽端部54a、54b和一个窄的中间部分54c。位移传感器24包括一个位移传感器电路70、一个位移传感器控制器71和电容元件72、74，该电容元件连接到玻璃元件54和驱动器62上。电容元件72、74固定在玻璃元件54的宽端部54a、54b，并当宽端部54a、54b由压缩力或压力位移时彼此相对运动。
在运行时，玻璃元件54响应沿光纤52的光学信号，而驱动器62响应来自位移传感器控制器71的位移传感器信号，用于提供一个沿光纤52的压缩调节的光学结构信号，该信号包含关于在玻璃元件54内的压缩元件56的光学特征改变的信息，且还用于提供一个由压缩调节的光学结构22的玻璃元件54的宽端部54a、54b的位移变化引起的激励。当驱动器62压缩玻璃元件54时产生该激励。
位移传感器24的电容元件72、74响应激励(亦即运动)用于提供位移传感器信号，该信号包含关于压缩调节的光学结构22的玻璃元件54的宽端部54a、54b的位移变化的信息。该激励由位移电路70检测且由位移传感器控制器71处理。为理解本发明，重要的是要注意，电容元件72、74被描述为位移传感器24的一部分(还请参见图1)。然而，本发明的精神也包括理解电容元件72、74可以被描述为压缩调节的光学结构22的一部分(还请参见图1)。在这种场合，压缩调节的光学结构22应该向位移传感器24提供某个激励信号。该激励信号可以采取电容、电感、光学、微波或飞行时间信号的形式。本发明的范围不打算限制在任何特定类型的位移检测上。
可以使用位移传感器电路70和位移传感器控制器来校准驱动器62的操作。已经发现，玻璃元件54的位移可以由于随时间的消耗而改变，由于在由一个压缩力周期地压缩和驱动下维持的效应改变。位移传感器电路70和位移传感器控制器71将考虑这一位移变化，以便与这一位移变换一致地修改驱动驱动器62的信号。本领域的技术人员在阅读本发明书结合附图中所表示的内容之后，不需要经验就理解，如何实现位移传感器电路70和位移传感器控制器71。
此外，本发明的范围不打算限制在执行校准处理。与位移的变化相关联的校准可以由位移传感器电路70、位移传感器控制器71、或在驱动器62中的一个控制器或某一另外的电路来执行。
图2还表示一个热敏电阻电路和传感器76，用以检测位于压缩元件56附近的玻璃元件54的环境温度。与在1999年11月23日递交的美国专利申请系列号No.09/448,367(CiDRA文档No.CC 0218和WFVA文档No.712-2-76)中表示和描述了与光学结构有关的热敏电阻电路和传感器76，它们整体结合在这里作为参考。
狗骨结构
如上所述，“狗骨”结构104是一个全玻璃纤维布拉格光栅压缩单元，具有纤维布拉格光栅(FBG)114，如图所示，或采取分布式反馈(DFB)激光器的形式。狗骨结构104可以采用具有在其内熔化的光纤102的玻璃管的形式。如图所示，较窄的中间部分104c具有在其内布置的纤维布拉格光栅114，带有沿压缩轴间隔开的光栅。如图所示，较宽的端部104a、104b具有比较窄的中间部分104c更大的横断面。狗骨结构104提供对施加在一个或多个较宽的端部104a、104b上的压缩力的放大，这时压力施加在较窄的中间部分22c内的间隔开的纤维布拉格光栅上。由“狗骨”结构104的放大类似流体动力学中的Pascal原理，该原理指施加在限制在封闭容器中的流体上的外部压力不经减少通过整个流体传输，所以该压力作为在“狗骨”结构104中的每单位面积上的力的函数施加。
狗骨结构104可以通过取光纤并将其***到一个校准管中形成，该校准管的内直径刚好比光纤的外直径大一点，然后把狗骨沉淀在光纤上。例如，这种玻璃沉淀技术在美国专利申请系列号No.09/455,867(CiDRA文档No.CC 0036B)以及在美国专利申请系列号No.09/455,865(CiDRA文档No.CC 0078B)中表示和描述，上面已经讨论。特别是，这一玻璃沉淀技术涉及沉淀1毫米光纤管，然后沉淀3毫米管到该1毫米管上。可以研磨生成的全玻璃管以形成“狗骨”形结构104。本发明相对一个“狗骨”形的压缩单元进行了说明，然而本发明的范围打算包括其他不是“狗骨”的结构，诸如直管形圆柱结构。
狗骨结构104也可以采用具有一个芯的单一大直径波导管的形式，芯内带有间隔开的光栅，也称为纤维条，在美国专利申请系列号No.09/455,868(CiDRA文档No.CC 0230)以及在美国专利申请系列号No.09/456,112(CiDRA文档No.CC 0129B)中表示和描述，上面已经讨论。
压缩调节的狗骨结构104的结构还在专利申请系列号No.09/456,112(CiDRA文档No.CC 0129)中更详细表示和描述，上面已经讨论。
图3：管中管电容传感器结构
图3表示一个总体上用附图标记100指示的管中管电容传感器结构，其可以用于图2所示可调光学装置。该管中管电容传感器结构100相对于连接到一个压缩调节的玻璃元件104上的光纤102表示。可调光学装置100具有一个“管中管”设计，其可以用于使用电容传感器测量压缩调节的玻璃元件104的位移，该电容传感器中的有效面积随位移改变。
如图所示，压缩调节的玻璃元件104具有一个“狗骨”结构，该“狗骨”结构有两个较宽的端部104a、104b，它们由一个较窄的中间部分104c分开。一个较宽的端部104a具有一个内管106，它有一个内电容板108，而另一个较宽的端部104b具有一个外管，它有一个外电容板112。较窄的中间部分104c有一个形式为纤维布拉格光栅的压缩元件114。压缩元件114也可以采用Fabry-Perot干涉仪的形式，它有两个分开一个预定距离的布拉格光栅。在一个实施例中，电容板108、112具有金属包层，诸如金。玻璃元件104的位移的改变引起在两个电容板108、112之间的间隙的改变，而电容的改变依赖于重叠面积的改变。
如图所示，两个包金的管106、110固定在玻璃元件104之上，使得金表面彼此相对，其间间隙很小(大约200微米)。理想上说，管106、110应该焊接到狗骨元件的大直径部分上。然而，因为没有力要抵御，原理上，它们可以用环氧粘接就位。电极(未示出)应该连接到包金管上，以允许电容器连接到一个能够测量电容的电子装置(未示出)上。随着狗骨元件张紧，平行板之间的间隙改变，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，只要该元件的温度要么保持恒定或者被测量。因为管直接连接到玻璃元件104，因此它们完全不活动和不会滑动。本领域的技术人员将能够不需经验而实现该电子电路(未示出)，以测量在两个电容板108、112之间的电容的改变。
图4：单管电容传感器结构
图4表示一个总体上用附图标记200指示的单管电容传感器结构，其可以用于图2所示的可调光学装置100中。单管中管电容传感器结构200相对于连接到压缩调节的玻璃元件204的光纤202表示。在图2-4中相似的元件除100以外用相似的参考标记标示。
上面图3中的设计被简化，如图4所示，这通过去除一个管110和把剩余的管206在压缩调节的玻璃元件204的大直径上延伸而实现。
如图所示，压缩调节的玻璃元件204有两个较宽的端部204a、204b，它们由一个较窄的中间部分204c分开。一个较宽的端部204a具有一个内管206，它有一个内电容板208，而另一个较宽的端部204b具有一个外表面，它带有一个外电容板212。
单管电容传感器结构200大大简化了制造并可以消除与其它设计的校准事项。对于基于三角区域的电容传感器的复杂情况可以是传感器的有限区域改变，因此是测量分辨率的限制。
图5：多管中管电容传感器结构
图5表示总体上用附图标记300指示的多管中管电容传感器结构，其可以用于图2所示的可调光学装置100中。多管中管电容传感器结构300相对于连接到压缩调节的玻璃元件304的光纤302表示。在图3-5中相似的元件除100以外用相似的参考标记标示。可调光学装置300有多个管，它们可以交错，当压缩压缩元件时增加有效面积变化。
如图所示，压缩调节的玻璃元件304有两个较宽的端部304a、304b，它们由一个较窄的中间部分304c分开。一个较宽的端部304a具有管306a、306b，它们有电容板308a、308b、308c，而另一个较宽的端部104b具有管310a、310b，它们带有电容板312a、312b、312c。
图6：管中管电容差分传感器结构
图6表示总体上用附图标记400指示的管中管电容差分传感器结构，其可以用于图2所示的可调光学装置100中。管中管电容差分传感器结构400相对于连接到压缩调节的玻璃元件404的光纤402表示。在图3-6中相似的元件除100以外用相似的参考标记标示。
管中管电容差分传感器结构400作为差分传感器形成，所以一个电容部分将减少其值，而另一个电容部分将增加，提供一个差分测量，其可以提供增加的分辨率。
如图所示，压缩调节的玻璃元件404有两个较宽的端部404a、404b，它们由一个较窄的中间部分404c分开。一个较宽的端部404a具有一个内管406，它有电容板408a、408b，而另一个较宽的端部404b具有一个外管410，它有电容板412a、412b。在操作时，一个电容值随压缩减小，而另一个电容值随压力增加。例如，如图所示，如果施加一个压缩力，则在板408a、412a之间的电容减小(较小的重叠板面积)，而在电容板408b、412b之间的电容增加(较大的重叠板面积)，且反之亦然，当压缩力松弛时。
本领域的技术人员不需经验而能够实现差分电子电路(未示出)，以测量在电容板408a、412a或408b、412b之间的电容的改变。
图7
图7表示总体上用附图标记500指示的一个可调光学装置，其具有带电容元件502、504的电容传感器结构，电容元件可以是板或杆，如图所示。图2和7中相似的元件用相似的参考标记标示。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到电容元件502、504上。
图8
图8表示总体上用附图标记600指示的一个电容传感器结构，其具有电容元件602、604，电容元件可以是L型板或杆，如图所示。图2和7-8中相似的元件用相似的参考标记标示。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到L型电容元件602、604上。
图9和9A
图9表示总体上用附图标记700指示的一个电容传感器结构，带有重叠的电容元件702、704，电容元件可以是板或杆，如图所示。图2和7-9中相似的元件用相似的参考标记标示。图9A表示一个另外可选的实施例，其中，一个重叠的电容元件704’具有锯齿形状。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到电容元件702、704上。
图10
图10表示总体上用附图标记800指示的一个电容传感器结构，带有重叠的电容元件802、804，电容元件可以是板或杆，具有对应的成角度的电容表面，如图所示。图2和7-10中相似的元件用相似的参考标记标示。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到电容元件802、804上。
图11
图11表示总体上用附图标记900指示的一个电容传感器结构，带有电容元件902、904，电容元件可以是具有对应表面的管，如图所示。图2和7-11中相似的元件用相似的参考标记标示。
本发明的范围不打算限制任何特定的可变电容器结构或形状。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到电容元件902、904上。
图12
图12表示总体上用附图标记1000指示的一个电容传感器结构，带有电容元件1002、1004，电容元件可以是具有连接到电容表面的对应线1006、1008的管，如图所示。图2和7-12中相似的元件用相似的参考标记标示。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到电容元件1002、1004上。
图13
图13表示总体上用附图标记1100指示的一个差分电容传感器结构，带有电容元件1102、1104，电容元件可以是重叠的杆、管或板，如图所示。差分电容传感器1100还可以包括一个参考电容器1108和一个可变电容器1110。参考电容器1108不变化和允许补偿温度，而可变电容器1110则关于两个总体上用附图标记1110a、1110b指示的不同的电容器的值变化。图2和7-13中相似的元件用相似的参考标记标示。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到参考电容器1108和可变电容器1110上。
图14
图14表示总体上用附图标记1200指示的一个差分电容传感器结构，带有电容元件1202，它包括两个可变差分电容器1204、1206，如图所示。一个可变差分电容器1204具有板1204a、1204b，它们分别固定在玻璃元件54的一个宽的部分54a的表面上和电容元件202的表面上。另一个可变差分电容器1206具有板1206a、1206b，它们分别固定在玻璃元件54的另一个宽的部分54b的表面上和电容元件1202的表面上。图2和7-13中相似的元件用相似的参考标记标示。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到差分电容器1204、1206上。
图15
图15表示总体上用附图标记1300指示的一个差分电容传感器结构，带有电容元件1302、1304，电容元件可以是重叠的杆、管或板，如图所示。差分电容传感器1100包括一个参考电容器1306和一个可变电容器1310，它具有板1和板2，如图所示。图2和7-15中相似的元件用相似的参考标记标示。
位移传感器24(图1)或位移电路70(图2)未示出，但是应连接到参考电容器1306和可变电容器1308上。
图16A、16B
图16A表示总体上用附图标记1400指示的一第一电容板的例子，它可以用于在图1-15中所示的一个或者多个电容板。该第一电容板与在图16B中表示的一第二电容板1500配合以减少来自在这些电容板的两个接地之间的电磁干扰(EMI)带来的噪声和电压。
第一电容板1400包括一个外环1402、一个中间环1404和一个内环1406。如图所示，中间环1404通过线1404a连接到电压源(未示出)，外环1402和内环1406通过线1406a连接到接地源(未示出)。
第二电容板1500包括一个外环1502和一个中间环1504。如图所示，中间环1504通过线1504a连接到电压源(未示出)，外环1402通过线1406a连接到接地源(未示出)。
电压线1404a和1504a，和接地线1406a和1502a可以通过图2中表示的线72a、74a连接到位移传感器电路70。
在操作中，组合的电容板1400、1500减小边缘效应并作为对漂移干扰的耦合的屏蔽。
本发明的范围
虽然关于使用电容器来测量间隙距离描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，可以使用其它间隙检测技术，诸如基于电感、光学、磁、微波、飞行时间的间隙传感器。此外，本发明的范围还打算包括测量或检测施加在补偿元件之上或其周围的力，并反馈该力以控制光学结构的压缩调节。
虽然参考本发明的实施例描述和表示了本发明，但是在其内或对其可以进行上述以及各种其它的增加或删减，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (22)

1.一种可调光学装置，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。
2.根据权利要求1所述的可调光学装置，其特征在于，所述位移传感器包括连接到压缩调节的光学结构上的电容传感器，用于测量电容的变化，所述电容变化依赖于位移的改变。
3.根据权利要求1所述的可调光学装置，其特征在于，电容传感器包括两个平行相对板，而电容的变化依赖于关于两个平行相对板的间隙或面积的变化。
4.根据权利要求2所述的可调光学装置，其特征在于，所述压缩调节的光学结构的位移的变化引起在两个平行相对板之间的间隙的变化，和电容的变化依赖于间隙的变化。
5.根据权利要求2所述的可调光学装置，其特征在于，所述压缩调节的光学结构的位移的变化引起在两个平行相对板之间的重叠面积的变化，和电容的变化依赖于重叠面积的变化。
6.根据权利要求1所述的可调光学装置，其特征在于，压缩调节的光学结构具有一个电容传感器，它有两个固定在压缩调节的光学结构上的金属包层的管，使得金属表面彼此相对，其间有一个小间隙。
7.根据权利要求6所述的可调光学装置，其特征在于，所述小间隙大约200微米。
8.根据权利要求4所述的可调光学装置，其特征在于，
所述压缩调节的光学结构是一个狗骨结构，它具有由一个较窄的中间部分分开的较宽的端部；
其中，两个金属包层的管的每一个固定在或形成一个较宽的端部的相应的一个上。
9.根据权利要求4所述的可调光学装置，其特征在于，电容传感器具有连接到金属包层管上的电极，以允许将电容传感器连接到能够测量电容的位移传感器电路上。
10.根据权利要求3所述的可调光学装置，其特征在于，较窄的中间部分在其内布置有一个纤维布拉格光栅。
11.根据权利要求4所述的可调光学装置，其特征在于，较窄的中间部分在其内布置有一个Fabry-Perot干涉仪。
12.根据权利要求1所述的可调光学装置，其特征在于，位移传感器包括一个管中管电容传感器结构。
13.根据权利要求12所述的可调光学装置，其特征在于，管中管电容传感器结构包括一个带内电容板的内管和一个带外电容板的外管。
14.根据权利要求1所述的可调光学装置，其特征在于，位移传感器包括一个单管电容传感器结构。
15.根据权利要求14所述的可调光学装置，其特征在于，所述单管电容传感器结构包括一个带第一电容器板的管，用于与布置在压缩调节的光学结构的表面上的第二电容器板电容配合。
16.根据权利要求1所述的可调光学装置，其特征在于，所述位移传感器包括多个管中管电容传感器结构。
17.根据权利要求16所述的可调光学装置，其特征在于，多个管中管电容传感器结构包括多个内管，带有相应的内电容板，和多个外管，带有多个外电容板。
18.根据权利要求1所述的可调光学装置，其特征在于，位移传感器包括一个差分电容传感器结构。
19.根据权利要求1所述的可调光学装置，其特征在于，差分电容传感器结构包括一第一可变电容器和一第二可变电容器。
20.一种可调光学装置，其包括：
一个压缩调节的光学结构，它响应光学信号，且另外响应一个传感器信号，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，和另外提供由关于该压缩调节的光学结构的物理参数的变化引起的激励信号；和
一个传感器，它响应所述激励信号，用于提供传感器信号，所速信号包含关于压缩调节的光学结构的物理参数的变化的信息。
21.根据权利要求20所述的可调光学装置，其特征在于，所述传感器检测关于压缩调节的光学结构的位移。
22.一种调节光栅波长的方法，其包括步骤：
获得其内具有布拉格光栅的压缩可调元件，该压缩可调元件具有横跨布拉格光栅的电容器，该电容器具有与光栅波长相关的板和板之间的间隙；
测量电容器的电容值；和
根据电容值压缩该压缩可调元件以设定希望的基于电容值的光栅波长。
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