RU2720264C1

RU2720264C1 - Tunable fiber reflective interferometer

Info

Publication number: RU2720264C1
Application number: RU2019124254A
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Бабин; Эдуард Геннадьевич Косцов; Валериан Васильевич Коняшкин; Вадим Станиславович Терентьев; Виктор Александрович Симонов
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-04-28

Abstract

FIELD: fiber optics.

SUBSTANCE: tunable fiber reflecting interferometer includes an external rigid casing, a first fibrous cylindrical bushing, a second fiber cylindrical bushing fixed in an external rigid casing. Cylindrical sleeves are located with their faces to each other with air gap and have aligned axial axes by means of cylindrical spring. First fibrous cylindrical bushing comprises optical fiber in its channel, which is both input and output for optical radiation. At the end of this fiber there is a front mirror of the optical resonator of the interferometer, which is asymmetric by reflection coefficients. Micro-opto-electromechanical structure made in the form of a capacitor is applied on the end of the second fibrous cylindrical bushing. Capacitor consists of a fixed electrode located in the channel of the second fiber-type cylindrical bushing, of an air gap and movable coating of the capacitor. Rear mirror of the optical resonator of the interferometer is applied on the movable plate on the side of the first fiber cylindrical bushing. It is possible formation of electric voltage between the fixed electrode and movable coating of capacitor. Input optical fiber is docked in the channel of the first fiber-type cylindrical bushing with a piece of optical fiber, which with an air gap between the first and second fiber-type cylindrical bushes, forms by front and rear mirrors an optical resonator of the interferometer with possibility of realizing the base length of said optical resonator.

EFFECT: technical result consists in reduction of vibration sensitivity of interferometer, reduction of inertial effects of structure on uniformity of spectral adjustment, increase in rate of adjustment.

15 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к волоконной оптике, а именно к многолучевому интерференционному устройству для спектральной узкополосной фильтрации излучения в отраженном свете.The invention relates to fiber optics, namely to a multi-beam interference device for spectral narrow-band filtering of radiation in reflected light.

Интерферометры - это спектральные приборы, предназначенные для проведения различных измерений с высокой точностью, а также фильтрации света за счет эффекта интерференции. Простейший интерферометр состоит из двух полупрозрачных зеркал, установленных параллельно друг другу и имеющих высокие коэффициенты отражения внутренних сторон зеркал. Пучок света, прошедший через переднее (входное) зеркало, многократно отражается между зеркалами. Такие интерферометры называются многолучевыми. В пространстве между зеркалами возникают стоячие волны, и интерференционная картина, которая для наблюдения выводится («пропускается») через заднее (выходное) зеркало на плоский экран, имеет вид светлых интерференционных полос (колец) на темном фоне для разных углов падения. Такая интерференционная картина называется «необращенной», а интерферометр работает на «пропускание» света. В противоположность необращенной картине в пропускании, в отражении у такого интерферометра наблюдается «обращенная» интерференционная картина, представляющая узкие темные полосы интенсивности на светлом поле.Interferometers are spectral instruments designed to perform various measurements with high accuracy, as well as filtering light due to the effect of interference. The simplest interferometer consists of two translucent mirrors mounted parallel to each other and having high reflection coefficients on the inner sides of the mirrors. A beam of light transmitted through the front (entrance) mirror is repeatedly reflected between the mirrors. Such interferometers are called multipath. Standing waves appear in the space between the mirrors, and the interference pattern, which is displayed (“passed through”) through the rear (output) mirror for observation, looks like light interference fringes (rings) against a dark background for different angles of incidence. Such an interference pattern is called “unconverted”, and the interferometer works to “transmit” light. In contrast to the unreversed transmission pattern, the reflection of such an interferometer exhibits a “reversed” interference pattern, representing narrow dark bands of intensity in a bright field.

В последнее время ведутся исследования так называемых интерферометров отраженного света или отражательных интерферометров. Первые исследования, относящиеся к таким интерферометрам появились примерно сто лет назад, например (Ю.В. Троицкий, Многолучевые интерферометры отраженного света, 1985, изд. «Наука»). Однако, их применение и исследования в этой области сдерживались уровнем технологий того времени для создания материалов, требуемых для построения интерферометров. В таких устройствах интерференционная картина наблюдается в отраженном свете, что делает их незаменимыми, например, при исследовании поверхностей непрозрачных предметов. В этом случае, интерферометр работает на «отражение», называется «отражательным» и может иметь в общем случае разную форму интерференционной картины (как обращенную, так и необращенную, а также промежуточные между ними). Известно, что двухзеркальный интерферометр «на пропускание» может приобретать характеристики отражательного с необращенной формой полос в отражении в случае, когда его переднее зеркало будет имеет асимметрию коэффициентов отражения. Такое зеркало должно иметь очень низкий коэффициент отражения в сторону источника света и очень высокий - с обратной стороны. Заднее зеркало для такого интерферометра должно иметь максимально высокий коэффициент отражения.Recently, studies of the so-called reflected light interferometers or reflective interferometers are being conducted. The first studies related to such interferometers appeared about a hundred years ago, for example (Yu.V. Troitsky, Multipath reflected light interferometers, 1985, ed. "Science"). However, their application and research in this area was restrained by the level of technology of that time to create the materials required for the construction of interferometers. In such devices, the interference pattern is observed in reflected light, which makes them indispensable, for example, when examining the surfaces of opaque objects. In this case, the interferometer operates on “reflection”, is called “reflective” and can generally have a different shape of the interference pattern (both reversed and non-reversed, as well as intermediate between them). It is known that a “transmitting” two-mirror interferometer can acquire the characteristics of a reflective with an irreversible form of bands in the reflection when its front mirror has an asymmetry of reflection coefficients. Such a mirror should have a very low reflection coefficient towards the light source and a very high one from the back. The rear mirror for such an interferometer should have the highest possible reflection coefficient.

Устройства микро-опто-электромеханики находятся на стыке трех областей техники: механики, электроники и оптики, например (Э.Г. Косцов. «Состояние и перспективы микро- и наноэлектромеханики» // Автометрия, 2009, Т. 45, №3, с. 3-52). Размеры микро-опто-электромеханических устройств могут быть миниатюрными (от 1 мм до нескольких или даже менее микрометра). При таких малых габаритах они имеют малую массу, что позволяет получать с их помощью перестраиваемые (перемещаемые, деформируемые и т.д.) элементы, работающие на частотах свыше 1 МГц.Micro-optoelectromechanical devices are at the junction of three areas of technology: mechanics, electronics, and optics, for example (EG Kostsov. “The State and Prospects of Micro- and Nanoelectromechanics” // Avtometriya, 2009, V. 45, No. 3, p. . 3-52). The sizes of micro-optoelectromechanical devices can be miniature (from 1 mm to several or even less than a micrometer). With such small dimensions, they have a small mass, which makes it possible to obtain using them tunable (movable, deformable, etc.) elements operating at frequencies above 1 MHz.

Известно техническое решение, представленное в перестраиваемом резонаторе волоконного интерферометра Фабри-Перо, который выполнен на основе двух волоконных втулок и промежуточной стеклянной пластины (Патент US 9246312, "Dynamical fabry-perot tuneable filter device", МПК H01S 5/42, G01J 3/26, опубликован 18.12.2014). Стеклянная пластина толщиной 200 мкм находится между втулками и закреплена на пьезокерамическом преобразователе. На поверхность пластины нанесено диэлектрическое отражающее покрытие. Пластина и одна из волоконных втулок образуют резонатор Фабри-Перо. Перестройка длины резонатора осуществляется передвижением в пространстве пластины с помощью пьезокерамического актюатора. Прошедший через пластинку свет заводится в волокно второй втулки с помощью микролинзы (градиентной линзы). При этом, частота перестройки может достигать сотен килогерц. Данный вариант волоконного фильтра применяется в пропускании.A technical solution is known, presented in a tunable resonator of a Fabry-Perot fiber interferometer, which is made on the basis of two fiber bushings and an intermediate glass plate (Patent US 9246312, "Dynamical fabry-perot tuneable filter device", IPC H01S 5/42, G01J 3/26 , published December 18, 2014). A glass plate 200 μm thick is located between the bushings and mounted on a piezoceramic transducer. A dielectric reflective coating is applied to the surface of the plate. The plate and one of the fiber bushings form a Fabry-Perot resonator. The resonator length is rearranged by moving in the space of the plate using a piezoceramic actuator. The light transmitted through the plate is introduced into the fiber of the second sleeve using a microlens (gradient lens). At the same time, the tuning frequency can reach hundreds of kilohertz. This version of the fiber filter is used in transmission.

Недостатками известного технического решения являются повышенная виброчувствительность, а так же из-за использования полностью неволоконного воздушного промежутка в качестве базы резонатора и относительно массивных элементов, которые могут перестраиваться на большой спектральный диапазон (~100 нм) только в резонансном режиме, что не дает возможности делать быструю пошаговую перестройку фильтра.The disadvantages of the known technical solutions are the increased vibration sensitivity, as well as due to the use of a completely non-fiber air gap as the base of the resonator and relatively massive elements that can be tuned to a large spectral range (~ 100 nm) only in the resonant mode, which makes it impossible to do quick step-by-step adjustment of the filter.

Известно техническое решение, представленное в электрически перестраиваемой структуре Фабри-Перо (Патент US №6597490, "Electrically tunable fabry-perot structure utilizing a deformable multi-layer mirror and method of making the same", МПК G02B 26/00, G02B 26/08, H01S 3/08, опубликован 12.09.2002). В патенте представлено микро-опто-электромеханическое устройство фильтра Фабри-Перо, состоящее из двух зеркал, с воздушным промежутком между ними. Каждое зеркало выполнено на основе полупроводниковых структур. Геометрически зеркала скреплены в виде консоли. Расстояние между зеркалами изменяется с помощью электростатической силы. Каждое зеркало выполнено из многослойной структуры, в которой чередуются воздушный слой и слой GaAlAs.A technical solution is known, presented in the electrically tunable Fabry-Perot structure (US Patent No. 6597490, "Electrically tunable fabry-perot structure utilizing a deformable multi-layer mirror and method of making the same", IPC G02B 26/00, G02B 26/08 , H01S 3/08, published September 12, 2002). The patent presents a micro-optoelectromechanical device of the Fabry-Perot filter, consisting of two mirrors, with an air gap between them. Each mirror is made on the basis of semiconductor structures. Geometrically mirrors are fastened in the form of a console. The distance between the mirrors is changed by electrostatic force. Each mirror is made of a multilayer structure in which the air layer and the GaAlAs layer alternate.

Недостатки технического решения связаны с тем, что для изменения расстояния между зеркалами консоль должна несимметрично изогнуться, что приводит к оптической разъюстировке и дополнительным потерям света, т.е. к потере добротности резонатора. Кроме того, данная схема работает на пропускание, а для ее интегрирования в волоконную оптику необходимо предпринять дополнительные усилия.The disadvantages of the technical solution are related to the fact that in order to change the distance between the mirrors the console must bend asymmetrically, which leads to optical misalignment and additional loss of light, i.e. to the loss of the quality factor of the resonator. In addition, this scheme works for transmission, and for its integration into fiber optics, additional efforts must be made.

Известно техническое решение, представленное перестраиваемом волоконном двухзеркальном отражательном интерферометре (Патент RU №2679474, "Перестраиваемый волоконный двухзеркальный отражательный интерферометр", МПК G01B 9/02, опубликован 11.02.2019 г.), выбранный в качестве прототипа. Схема перестраиваемого волоконного двухзеркального отражательного интерферометра собрана на основе двух волоконных цилиндрических втулок, расположенных торцами друг к другу и прикрепленных к внешнему корпусу, который является линейным актюатором на основе пьезокерамического преобразователя, при этом оси упомянутых волоконных втулок центрированы с помощью цилиндрической пружины, а между торцами втулок присутствует воздушный промежуток в несколько микрометров, при этом волоконные втулки содержат оптические волокна, одно из которых является входным и расположено в первой волоконной втулке, а его торец находится в плоскости торца первой волоконной втулки, другой отрезок оптического волокна, образующий базу резонатора интерферометра, расположен во второй волоконной втулке, при этом один торец данного отрезка расположен в плоскости торца второй волоконной втулки, а второй торец расположен внутри второй волоконной втулки и находится в стыке с торцом третьего выходного оптического волокна, также расположенного во второй волоконной втулке, при этом на торце входного волокна сформировано переднее асимметричное по коэффициентам отражения зеркало на основе поглощающей или рассеивающей структуры в сочетании с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием, а на торец оптического волокна базы, примыкающего к торцу выходного волокна, нанесено заднее высокоотражающее зеркало на основе диэлектрического многослойного покрытия. Технология изготовления зеркал с требуемыми для отражательного интерферометра характеристиками подразумевает, чтобы в переднее зеркало интерферометра были внесены потери для бегущей волны света, тогда такое зеркало становится асимметричным по коэффициентам отражения.A known technical solution presented by a tunable fiber two-mirror reflective interferometer (Patent RU No. 2679474, "Tunable fiber two-mirror reflective interferometer", IPC G01B 9/02, published 02/11/2019), selected as a prototype. The scheme of the tunable fiber two-mirror reflective interferometer is assembled on the basis of two fiber cylindrical bushings located end-to-end and attached to an external casing, which is a linear actuator based on a piezoceramic transducer, while the axes of the fiber bushings are centered using a coil spring, and between the ends of the bushings there is an air gap of several micrometers, while the fiber bushings contain optical fibers, one of which is the input and is located in the first fiber sleeve, and its end is in the plane of the end face of the first fiber sleeve, the other segment of the optical fiber forming the base of the resonator interferometer is located in the second fiber sleeve, with one end of this segment located in the plane of the end face of the second fiber sleeve, and the second end is located inside the second fiber sleeve and is in contact with the end of the third output optical fiber, also located in the second fiber sleeve, while at the end of the input olokna formed asymmetrical front of mirror reflection coefficients on the basis of absorbing or scattering structures in combination with a consistent dielectric multilayer coating, and the base end of the optical fiber adjacent to the end face of the output fiber is plotted highly reflective rear mirror based on a dielectric multilayer coating. The technology of manufacturing mirrors with the characteristics required for a reflective interferometer implies that losses for the traveling light wave are introduced into the front mirror of the interferometer, then such a mirror becomes asymmetric in reflection coefficients.

Недостатки известного технического заключаются в повышенной виброчувствительности конструкции, так как сборка из втулок и центрирующей цилиндрической пружины находится в подвешенном состоянии, опираясь краями втулок на боковые фланцы, а внешние вибрации приводят к микроизгибам пружины, что влияет на интенсивность отражения отражательного интерферометра. Кроме этого, массивность элементов конструкции и трение не дают возможности иметь частоты перестройки фильтра >10 кГц, так как начинают оказывать существенное влияние собственные резонансы конструкции. Для преодоления силы трения требуются сравнительно мощные источники питания. Кроме этого, сила трения приводит к паразитному инерционному эффекту, связанному с ускорением спектральной перестройки интерферометра, что приводит к трудностям с обработкой сигнала (например, определению длины волны генерации лазера на основе интерферометра) в системах спектрального опроса.The disadvantages of the known technical are the increased vibration sensitivity of the structure, since the assembly of the bushings and the centering coil spring is suspended, relying on the edges of the bushings on the side flanges, and external vibrations lead to microbending of the spring, which affects the reflection intensity of the reflective interferometer. In addition, the massiveness of the structural elements and friction do not make it possible to have filter tuning frequencies> 10 kHz, since the own resonances of the structure begin to have a significant effect. To overcome the friction force, relatively powerful power sources are required. In addition, the friction force leads to a parasitic inertial effect associated with the acceleration of the spectral tuning of the interferometer, which leads to difficulties in processing the signal (for example, determining the wavelength of the laser generation based on the interferometer) in spectral interrogation systems.

Перед авторами ставилась задача разработать перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр для применения в волоконной оптике в качестве узкополосного быстроперестраиваемого по оптическому спектру отражательного фильтра со сниженной зависимостью от внешних вибрационных воздействий.The authors were tasked with developing a tunable fiber reflective interferometer for use in fiber optics as a narrow-band reflective filter that is rapidly tunable in the optical spectrum with a reduced dependence on external vibration influences.

Поставленная задача решается тем, что в перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр, включающий в себя внешний жесткий кожух, первую волоконную цилиндрическую втулку, вторую волоконную цилиндрическую втулку, закрепленных во внешнем жестком кожухе, и расположенных торцами друг к другу с воздушным промежутком и имеющих совмещенные аксиальные оси с помощью цилиндрической пружины, при этом первая волоконная цилиндрическая втулка содержит в своем канале оптическое волокно, которое является как входным, так и выходным для оптического излучения, и на торце которого сформировано переднее зеркало оптического резонатора интерферометра, асимметричное по коэффициентам отражения, и образованное поглощающей либо рассеивающей оптическое излучение структурой с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием дополнительно на торец второй волоконной цилиндрической втулки нанесена микро-опто-электромеханическая структура, которая выполнена в виде конденсатора, состоящего из неподвижного электрода, расположенного в канале второй волоконной цилиндрической втулки, воздушного промежутка и подвижной обкладки конденсатора, на которую со стороны первой волоконной цилиндрической втулки нанесено заднее зеркало оптического резонатора интерферометра, при этом с возможностью формирования между неподвижным электродом и подвижной обкладкой конденсатора электрического напряжения, а входное оптическое волокно выполнено состыкованным в канале первой волоконной цилиндрической втулки с отрезком оптического волокна, который с воздушным промежутком между первой волоконной цилиндрической втулкой и второй волоконной цилиндрической втулкой, передним зеркалом и задним зеркалом формирует оптический резонатор интерферометра с возможностью перестройки длины базы данного оптического резонатора, при этом микро-опто-электромеханическая структура выполнена содержащей диэлектрический слой, расположенный на неподвижном электроде, далее подвижный электрод выполнен содержащим гибкую диэлектрическую пленку с нанесенным на нее проводящим отражающим металлическим покрытием либо подвижный электрод выполнен содержащим металлический слой и нанесенное на него диэлектрическое многослойное покрытие, далее неподвижный электрод выполнен в виде непрерывной тонкой металлической пленки, нанесенной на поверхность оптического волокна, которое расположено в канале второй цилиндрической волоконной втулки, при этом оптическое волокно выполнено в виде одномодового оптического волокна либо оптическое волокно выполнено в виде одномодового оптического волокна с сохранением поляризации либо оптическое волокно выполнено в виде многомодового оптического волокна либо оптическое волокно выполнено в виде активного оптического волокна либо оптическое волокно выполнено с градиентным распределением показателя преломления в поперечном сечении либо оптическое волокно выполнено с увеличенным диаметром основной поперечной моды либо оптическое волокно выполнено в виде фотонно-кристаллического оптического волокна, при этом переднее зеркало выполнено содержащей в своей структуре тонкую металлическую пленку с согласованным переднее зеркало выполнено содержащей в своей структуре металлическую дифракционную структуру с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием либо переднее зеркало выполнено содержащей в своей структуре фазовую диэлектрическую дифракционную структуру с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием.The problem is solved in that in a tunable fiber reflective interferometer, which includes an external rigid casing, a first fiber cylindrical sleeve, a second fiber cylindrical sleeve, mounted in an external rigid casing, and located end to face with an air gap and having aligned axial axes with using a coil spring, while the first fiber cylindrical sleeve contains in its channel an optical fiber, which is both input and output for optical radiation, and at the end of which a front mirror of the optical resonator of the interferometer is formed, asymmetric in reflection coefficients, and formed by an absorbing or scattering optical radiation structure with a matched dielectric multilayer coating, an additional micro-optomechanical structure is applied to the end of the second fiber cylindrical sleeve, which is made in in the form of a capacitor consisting of a fixed electrode located in the channel of the second fiber cylindrical w of a piece of air, an air gap and a movable lining of the capacitor, on which a rear mirror of the optical resonator of the interferometer is applied from the side of the first fiber cylindrical sleeve, with the possibility of forming an electric voltage between the fixed electrode and the moving lining of the capacitor, and the input optical fiber is made in the channel of the first fiber cylindrical bushings with a piece of optical fiber, which with an air gap between the first fiber cylindrical sleeve and W forms an optical interferometer resonator with the possibility of tuning the base length of this optical resonator, while the micro-opto-electromechanical structure is made containing a dielectric layer located on a fixed electrode, then the movable electrode is made containing a flexible dielectric film with deposited on it with a conductive reflective metal coating or a movable electrode is made containing a metal layer and the dielectric multilayer coating deposited on it, then the fixed electrode is made in the form of a continuous thin metal film deposited on the surface of the optical fiber, which is located in the channel of the second cylindrical fiber sleeve, while the optical fiber is made in the form of a single-mode optical fiber or the optical fiber is made in the form of a single-mode polarization-preserving optical fiber either optical fiber is made in the form of a multimode optical fiber or optical fiber o is made in the form of an active optical fiber or the optical fiber is made with a gradient distribution of the refractive index in the cross section or the optical fiber is made with an increased diameter of the main transverse mode or the optical fiber is made in the form of a photonic crystalline optical fiber, while the front mirror is made containing in its structure a thin metal film with a matched front mirror is made containing in its structure a metal diffraction structure with the agreed dielectric multilayer coating or the front mirror is made containing in its structure a phase dielectric diffraction structure with a matched dielectric multilayer coating.

Технический эффект заявляемого устройства заключается в понижении виброчувствительности перестраиваемого волоконного отражательного интерферометра, уменьшении инерционных влияний конструкции интерферометра на равномерность спектральной перестройки, увеличении скорости спектральной перестройки, снижении энергопотребления для работы, а так же в расширении ассортимента средств данного назначения.The technical effect of the claimed device is to reduce the vibration sensitivity of the tunable fiber reflective interferometer, reduce the inertial effects of the design of the interferometer on the uniformity of spectral tuning, increasing the speed of spectral tuning, reducing power consumption for work, as well as expanding the range of tools for this purpose.

На Фиг. 1. представлена схема перестраиваемого волоконного отражательного интерферометра, где 1 - первая волоконная цилиндрическая втулка, 2 - вторая волоконная цилиндрическая втулка, 3 - оптическое волокно, 4 - оболочка оптического волокна, 5 - световедущая сердцевина, 6 - волокно базы интерферометра, 7 - переднее зеркало, 8 - неподвижный электрод, 9 - подвижная обкладка конденсатора, 10 - микро-опто-электромеханическая структура, 11 -изолированный от подвижного электрода провод, 12 - провод неподвижного электрода. 13 - цилиндрическая пружина, 14 - внешний жесткий кожух, 15 - склеивающий компаунд, 16 - падающее оптическое излучение, 17 - отраженное излучение, 18 - база интерферометра, 19 - поглощающая либо рассеивающая оптическое излучение структура, 20 - согласованное диэлектрическое многослойное покрытие. 21 - заднее зеркало.In FIG. 1. A diagram of a tunable fiber reflective interferometer is presented, where 1 is the first fiber cylindrical sleeve, 2 is the second fiber cylindrical sleeve, 3 is an optical fiber, 4 is an optical fiber sheath, 5 is a light guide core, 6 is an interferometer base fiber, 7 is a front mirror 8 - fixed electrode, 9 - movable capacitor plate, 10 - micro-optoelectromechanical structure, 11 - wire insulated from the movable electrode, 12 - fixed electrode wire. 13 - coil spring, 14 - external hard shell, 15 - gluing compound, 16 - incident optical radiation, 17 - reflected radiation, 18 - interferometer base, 19 - structure absorbing or scattering optical radiation, 20 - matched dielectric multilayer coating. 21 - a back mirror.

На Фиг. 2. представлена микро-опто-электромеханическая структура выполненная содержащей диэлектрический слой, расположенный на неподвижном электроде, где 8 - неподвижный электрод, 9 - подвижная обкладка конденсатора, 21 - заднее зеркало, 22 - диэлектрический слой, L - длина подвижной обкладки конденсатора, h - толщина подвижной обкладки конденсатора, w - ширина подвижной обкладки конденсатора (перпендикулярно плоскости рисунка), d₁ -толщина воздушного промежутка, d₂ - толщина диэлектрического слоя 22.In FIG. 2. presents a micro-optoelectromechanical structure made containing a dielectric layer located on a fixed electrode, where 8 is a fixed electrode, 9 is a movable capacitor plate, 21 is a rear mirror, 22 is a dielectric layer, L is the length of the capacitor plate, h - the thickness of the movable plate of the capacitor, w is the width of the movable plate of the capacitor (perpendicular to the plane of the figure), d ₁ is the thickness of the air gap, d ₂ is the thickness of the dielectric layer 22.

На Фиг. 3. Представлена экспериментальная установка по измерению перестройки оптического резонатора интерферометра на основе микро-опто-электромеханической структуры.In FIG. 3. An experimental setup for measuring the tuning of the optical resonator of an interferometer based on a micro-optoelectromechanical structure is presented.

На Фиг. 4. Представлены (а) график временной зависимости напряжения на первом канале осциллографа, (б) график временной зависимости напряжения на втором канале осциллографа, где вертикальная штриховая линия показывает плоскость симметрии оптического сигнала U₂ относительно модуля U₁.In FIG. 4. Presented are (a) a graph of the voltage dependence of the voltage on the first channel of the oscilloscope, (b) a graph of the voltage dependence of the voltage on the second channel of the oscilloscope, where the vertical dashed line shows the plane of symmetry of the optical signal U ₂ relative to the module U ₁ .

Заявляемый перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр, представленный на Фиг. 1, работает следующим образом. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр выполнен на основе первой волоконной цилиндрической втулки 1 и второй волоконной цилиндрической втулки 2, обращенных своими торцами друг к другу, которые могут быть как керамическими, например, из оксида циркония (ZrO₂), так и стеклянными. Диаметр внутреннего канала первой волоконной цилиндрической втулки 1 и второй волоконной цилиндрической втулки 2 должен соответствовать диаметру используемых оптических волокон. В первой волоконной цилиндрической втулке 1 размещается оптическое волокно 3. На торец оптического волокна 3, расположенный внутри канала первой волоконной цилиндрической втулки 1, нанесено переднее асимметричное по коэффициентам отражения переднее зеркало 7. К переднему зеркалу 7 вплотную примыкает торец волокна 6 базы интерферометра, другой торец которого находится в плоскости торца первой волоконной цилиндрической втулки 1. Длина отрезка волокна 6 базы интерферометра меньше длины первой волоконной цилиндрической втулки 1. Во второй волоконной цилиндрической втулке 2 располагается неподвижный (тянущий) электрод 8, который представляет собой металлический проводник. Торцы первой волоконной цилиндрической втулки 1 и второй волоконной цилиндрической втулки 2 отполированы. На торец второй волоконной цилиндрической втулки 2 и неподвижный электрод 8 нанесена микро-опто-механическая структура 10 (обведена штриховой линией на Фиг. 1). Также может быть нанесен диэлектрический слой 22 (например кремний SiO₂, см. Фиг. 2) толщиной около 1 мкм. На второй волоконной цилиндрической втулке 2 или диэлектрическом слое с ненанесенной микро-опто-электромеханическая структурой формируется металлический (металло-диэлектрический) конденсатор содержащий подвижную обкладку конденсатора 9, например, в виде балки, консоли и т.п. методом удаления жертвенного слоя (например, алюминия в 10% водном растворе едкой щелочи), неподвижный электрод 8, расположенный в канале второй волоконной цилиндрической втулки 2 и воздушного промежутка. Между подвижной обкладкой конденсатора 9 и неподвижным электродом 8 (или диэлектрическим слоем 22) образуется воздушный промежуток до нескольких микрон (Фиг. 2). Подвижная обкладка конденсатора 9 и неподвижный электрод 8 гальванически развязаны. Диэлектрический слой 22 предохраняет от короткого замыкания конденсатор с подвижной обкладкой конденсатора 9 и неподвижный электрод 8. Изолированный от неподвижного электрода провод 11, соединенный с подвижной обкладкой конденсатора 9 конденсатора, и провод 12 неподвижного электрода 8 выведены наружу интерферометра. При подаче электрического напряжения на подвижную обкладку конденсатора 9 и неподвижный электрод 8, начинает действовать электростатическая сила F, стремящаяся сблизить их:The inventive tunable fiber reflective interferometer of FIG. 1, works as follows. The tunable fiber reflective interferometer is made on the basis of the first fiber cylindrical sleeve 1 and the second fiber cylindrical sleeve 2, facing each other with their ends, which can be either ceramic, for example, zirconium oxide (ZrO ₂ ), or glass. The diameter of the inner channel of the first fiber cylindrical sleeve 1 and the second fiber cylindrical sleeve 2 should correspond to the diameter of the optical fibers used. An optical fiber 3 is placed in the first fiber cylindrical sleeve 1. An front asymmetric front mirror 7 is applied to the end of the optical fiber 3 located inside the channel of the first fiber cylindrical sleeve 1. The end of the fiber 6 of the interferometer base is adjacent adjacent to the front mirror 7 and the other end which is in the plane of the end face of the first fiber cylindrical sleeve 1. The length of the length of the fiber 6 of the base of the interferometer is less than the length of the first fiber cylindrical sleeve 1. In the second windowing the cylindrical sleeve 2 is fixed (pulling) electrode 8, which is a metal conductor. The ends of the first fiber cylindrical sleeve 1 and the second fiber cylindrical sleeve 2 are polished. On the end face of the second fiber cylindrical sleeve 2 and the stationary electrode 8, a micro-opto-mechanical structure 10 is applied (circled by a dashed line in Fig. 1). A dielectric layer 22 (eg, silicon SiO ₂ , see FIG. 2) with a thickness of about 1 μm can also be applied. A metal (metal-dielectric) capacitor is formed on the second fiber cylindrical sleeve 2 or a dielectric layer with an uncoated micro-optoelectromechanical structure containing a movable lining of the capacitor 9, for example, in the form of a beam, console, etc. by removing the sacrificial layer (for example, aluminum in a 10% aqueous solution of caustic alkali), a fixed electrode 8 located in the channel of the second fiber cylindrical sleeve 2 and the air gap. Between the movable plate of the capacitor 9 and the fixed electrode 8 (or the dielectric layer 22) an air gap of up to several microns is formed (Fig. 2). The movable lining of the capacitor 9 and the fixed electrode 8 are galvanically isolated. The dielectric layer 22 protects against short circuit the capacitor with the movable lining of the capacitor 9 and the fixed electrode 8. The wire 11 isolated from the fixed electrode connected to the movable lining of the capacitor 9 and the wire 12 of the fixed electrode 8 are led outside the interferometer. When applying electric voltage to the movable plate of the capacitor 9 and the stationary electrode 8, the electrostatic force F begins to act, trying to bring them closer:

где ε₀ - диэлектрическая постоянная, ε₁ - диэлектрическая проницаемость воздуха, d₁ - толщина воздушного промежутка между подвижной обкладкой конденсатора 9 и диэлектрическим слоем 22, индекс «2» относится к соответствующим величинам для диэлектрического слоя 22, S - площадь контактной области балки (электрода), U - разница потенциалов между обкладкой конденсатора 9 и неподвижным электродом 8.where ε ₀ is the dielectric constant, ε ₁ is the dielectric constant of air, d ₁ is the thickness of the air gap between the movable lining of the capacitor 9 and the dielectric layer 22, the index "2" refers to the corresponding values for the dielectric layer 22, S is the area of the contact region of the beam ( electrode), U is the potential difference between the lining of the capacitor 9 and the fixed electrode 8.

Формулу для прогиба у подвижной обкладки конденсатора 9 можно получить из уравнения колебаний:The formula for the deflection of the moving plate of the capacitor 9 can be obtained from the equation of oscillation

где

(для подвижной обкладки конденсатора 9 в виде балки у которой w - ширина, h - толщина, L - длина балки), t - время, у=y(t) - положение центра балки от времени (Фиг. 2), М - масса балки, R - коэффициент сопротивления (воздуха), G - жесткость подвижной обкладки конденсатора 9, Е - модуль Юнга вещества подвижной обкладки конденсатора 9. В стационарном случае, когда на балку приложено постоянное во времени напряжение уравнение (2) переходит в:Where

(for the movable lining of the capacitor 9 in the form of a beam in which w is the width, h is the thickness, L is the length of the beam), t is time, y = y (t) is the position of the center of the beam from time to time (Fig. 2), M is the mass beams, R is the coefficient of resistance (air), G is the stiffness of the movable plate of the capacitor 9, E is the Young's modulus of the substance of the movable plate of the capacitor 9. In the stationary case, when the voltage constant in time is applied to the beam, equation (2) goes into:

Выражая из (3) зависимость напряжения от у:Expressing from (3) the dependence of voltage on y:

Находя максимум подкоренной функции:Finding the maximum of the root function:

в которой можно определить напряжение срыва, т.е. такое максимальное напряжение U_max, при котором силы, противостоящие прогибу балки, не могут уже справиться с нарастающей электростатической силой и балка падает на диэлектрический слой 22:in which the stall voltage can be determined, i.e. such a maximum voltage U _max at which the forces opposing the deflection of the beam can no longer cope with the increasing electrostatic force and the beam falls on the dielectric layer 22:

Деформация балки должна быть больше половины длины волны света λ, чтобы интерферометр перестраивался на одну область свободной дисперсии у_max>λ/2. Отсюда следует ограничение на d₁. Однако, при росте d₁, растет и

при этом ограничение на максимальное напряжение желательно иметь U_max<300 В, чтобы не возникало условий для возникновения тлеющего разряда между балкой и неподвижным электродом 8, который может привести к деградации всей микро-опто-электромеханической структуры 10. По формуле (5) и указанным ограничениям можно определить допустимый диапазон изменений d₁, минимально необходимый для работы интерферометра:The beam deformation should be greater than half the wavelength of light λ, so that the interferometer is tuned to one region of free dispersion at _max > λ / 2. This implies the restriction on d ₁ . However, as d ₁ increases, so does

while the maximum voltage limitation is desirable to have U _max <300 V, so that there are no conditions for a glow discharge between the beam and the stationary electrode 8, which can lead to the degradation of the entire micro-optoelectromechanical structure 10. According to formula (5) and the indicated restrictions, you can determine the permissible range of changes d ₁ , the minimum necessary for the operation of the interferometer:

Воздушный промежуток между торцом первой волоконной цилиндрической втулки 1 и подвижной обкладкой 9 конденсатора, а также волокно базы 6 интерферометра определяют область свободной дисперсии интерферометра (Фиг. 1). Оптическое волокно 3 выходит из первой волоконной цилиндрической втулки 1 наружу и может иметь произвольную длину. Оптическое волокно 3, волокно базы интерферометра 6 могут заклеиваться в канале первой волоконной цилиндрической втулки 1 с помощью эпоксидного клея. Оси первой волоконной цилиндрической втулки 1 второй волоконной цилиндрической втулки 2 волокно базы интерферометра 6 и подвижной обкладкой конденсатора 9 совмещаются с помощью цилиндрической пружины 13 выполненной из керамики. Оси оптического волокна 3 и волокна базы интерферометра 6 совмещаются в канале первой волоконной цилиндрической втулки 1. Как правило, диаметр оптического волокна 3 отличается от диаметра отверстия первой волоконной цилиндрической втулки 1 на величину менее 1 мкм, таким образом, точность совмещения осей менее 1 мкм. Размер воздушного промежутка между торцом волокна базы интерферометра 6 и подвижной обкладкой конденсатора 9 составляет несколько микрометров (2-4 длины волны света). Такая небольшая величина промежутка необходима, чтобы свет, распространяющийся по базе интерферометра и, проходя воздушный отрезок, имел пренебрежимо малые потери на рассеяние. Также воздушный промежуток необходим для перемещения (прогиба) подвижной обкладки конденсатора 9. Первая волоконная цилиндрическая втулка 1 и вторая волоконная цилиндрическая втулка 2, помимо цилиндрической пружины 13 закреплены во внешнем жестком корпусе 14 с помощью цементирующего, клеящего отверждаемого раствора, например склеивающего компаунда 15, заполняющего полости внутри внешнего жесткого кожуха 14. Внешний жесткий кожух 14 может быть выполнен из жесткого материала (например металла, керамики), который может максимально стабильно фиксировать длину базы интерферометра 18 при воздействии внешних акустических или иных механических воздействий на интерферометр. Также, механические шумы имеют частоты, не превосходящие двух десятков килогерц, что будет оказывать пренебрежимо малое воздействие на интерферометр, работающий на частотах около 100 кГц. В отличие от прототипа, внешний жесткий кожух 14 не деформируется. Механическое трение в такой системе практически отсутствует (присутствует небольшое трение или сопротивление воздуха перемещению пленки). Это означает, что для работы заявляемого перестраиваемого волоконного отражательного интерферометра будет требоваться ничтожная мощность, несравнимая с необходимой для работы устройства из патента-прототипа. Переднее зеркало 7 имеет асимметрию коэффициентов отражения и изготовлено на основе поглощающей или рассеивающей структуры 19 в сочетании с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием 20.The air gap between the end face of the first fiber cylindrical sleeve 1 and the movable lining 9 of the capacitor, as well as the fiber of the base 6 of the interferometer determine the free dispersion region of the interferometer (Fig. 1). The optical fiber 3 exits from the first fiber cylindrical sleeve 1 to the outside and can have an arbitrary length. The optical fiber 3, the base fiber of the interferometer 6 can be sealed in the channel of the first fiber cylindrical sleeve 1 using epoxy glue. The axis of the first fiber cylindrical sleeve 1 of the second fiber cylindrical sleeve 2, the fiber base of the interferometer 6 and the movable lining of the capacitor 9 are combined using a coil spring 13 made of ceramic. The axes of the optical fiber 3 and the base fiber of the interferometer 6 are aligned in the channel of the first fiber cylindrical sleeve 1. Typically, the diameter of the optical fiber 3 differs from the hole diameter of the first fiber cylindrical sleeve 1 by less than 1 μm, thus, the alignment accuracy of the axes is less than 1 μm. The size of the air gap between the end face of the fiber of the base of the interferometer 6 and the movable lining of the capacitor 9 is several micrometers (2-4 wavelengths of light). Such a small gap is necessary so that the light propagating along the base of the interferometer and passing through the air segment has negligible scattering losses. Also, the air gap is necessary for moving (deflection) of the movable lining of the capacitor 9. The first fiber cylindrical sleeve 1 and the second fiber cylindrical sleeve 2, in addition to the coil spring 13, are fixed in the external rigid housing 14 using a cementing, adhesive curing mortar, for example, adhesive compound 15 filling cavities inside the external hard casing 14. The external hard casing 14 can be made of hard material (for example, metal, ceramics), which can stably ksirovat length interferometer base 18 when subjected to acoustic or other external mechanical influences on the interferometer. Also, mechanical noises have frequencies not exceeding two tens of kilohertz, which will have a negligible effect on an interferometer operating at frequencies of about 100 kHz. Unlike the prototype, the external hard casing 14 is not deformed. Mechanical friction in such a system is practically absent (there is slight friction or air resistance to film movement). This means that for the operation of the inventive tunable fiber reflective interferometer, an insignificant power will be required, incomparable with the device required from the patent prototype. The front mirror 7 has an asymmetry of reflection coefficients and is made on the basis of an absorbing or scattering structure 19 in combination with a matched dielectric multilayer coating 20.

Заднее зеркало 21 интерферометра находится (формируется) на внешней стороне подвижной обкладки 9 конденсатора, обращенной в оптический резонатор. Заднее зеркало 21 должно быть высокоотражающим, с коэффициентом отражения более 99%, например, состоящее из большого количества чередующихся пар диэлектрических покрытий с большой разницей коэффициентов преломления (TiO₂, SiO₂). При этом, подвижная обкладка 9 конденсатора, выполненная, например, виде металлической балки уже сама по себе может являться таким зеркалом, если коэффициент отражения будет достаточно высоким (медь >97% на длине волны 1550 нм), также слой серебра толщиной 100 нм имеет высокий коэффициент отражения на длине волны 1550 нм. Наносимые слои могут существенно повлиять на жесткость балки, повышая ее, что может привести к невозможности необходимого прогиба балки (λ/2, где λ - длина волны работы интерферометра). Жесткость балки G можно регулировать, изменяя ее размеры в соответствии с формулой (2).The rear mirror 21 of the interferometer is located (formed) on the outside of the movable plate 9 of the capacitor facing the optical resonator. The rear mirror 21 should be highly reflective, with a reflection coefficient of more than 99%, for example, consisting of a large number of alternating pairs of dielectric coatings with a large difference in refractive indices (TiO ₂ , SiO ₂ ). In this case, the movable plate 9 of the capacitor, made, for example, in the form of a metal beam, can itself be such a mirror if the reflection coefficient is sufficiently high (copper> 97% at a wavelength of 1550 nm), and a silver layer with a thickness of 100 nm is high reflection coefficient at a wavelength of 1550 nm. The applied layers can significantly affect the stiffness of the beam, increasing it, which can lead to the impossibility of the necessary deflection of the beam (λ / 2, where λ is the wavelength of the interferometer). The rigidity of the beam G can be adjusted by changing its dimensions in accordance with the formula (2).

Оптический резонатор интерферометра формируется на основе переднего зеркала 7, отрезком оптического волокна 6 базы интерферометра, воздушным промежутком между первой 1 волоконной цилиндрической втулкой и второй 2 волоконной цилиндрической втулкой и задним зеркалом 21 с возможностью перестройки длины базы данного оптического резонатора.The optical resonator of the interferometer is formed on the basis of the front mirror 7, a piece of optical fiber 6 of the base of the interferometer, the air gap between the first 1 fiber cylindrical sleeve and the second 2 fiber cylindrical sleeve and the rear mirror 21 with the possibility of tuning the base length of this optical resonator.

Оптическое волокно 3 и волокно базы интерферометра 6 могут быть одномодовыми (поддерживающими распространение только одной поперечной собственной моды волокна), многомодовыми (поддерживающими распространение более одной поперечной собственной моды), с сохранением поляризации (типа Panda, Bow-tie, в которых специальные стеклянные стержни, проложенные параллельно сердцевине волокна, создают механическое напряжение, которое приводит к двулучепреломлению), активными оптическими волокнами (легированные, содержащие в своей структуре примеси редкоземельных металлов эрбия (Er), иттербия (Yb), тулия (Tm), гольмия (Но), ниодима (Nd), висмута (Bi) и других), градиентными оптическими волокнами (с градиентным распределением коэффициента преломления в поперечном сечении оптического волокна), оптическими волокнами с большим диаметром моды (одномодовые оптические волокна, у которых специальным образом подобрано распределение показателя преломления в поперечном сечении, что приводит к увеличению диаметра основной поперечной моды), фотонно-кристаллические волокна (микроструктурированное оптическое волокно, дырчатый волновод - класс оптических волокон, оболочка которых имеет структуру двумерного фотонного кристалла и зачастую содержит воздушные полости).The optical fiber 3 and the base fiber of the interferometer 6 can be single-mode (supporting the propagation of only one transverse eigenmode of the fiber), multi-mode (supporting the propagation of more than one transverse eigenmode), while maintaining polarization (such as Panda, Bow-tie, in which special glass rods, laid parallel to the fiber core, create mechanical stress, which leads to birefringence), active optical fibers (doped, containing in its structure impurities the earth metals Erbium (Er), Ytterbium (Yb), Thulium (Tm), Holmium (Ho), Nd (Nd), Bismuth (Bi) and others), gradient optical fibers (with a gradient distribution of the refractive index in the cross section of the optical fiber) , with optical fibers with a large mode diameter (single-mode optical fibers, in which the distribution of the refractive index in the cross section is specially selected, which leads to an increase in the diameter of the main transverse mode), photonic crystal fibers (microstructure optical th fiber, a holey fiber - grade optical fibers, the sheath having a two-dimensional photonic crystal structure and often includes air spaces).

Технический эффект заявляемого устройства достигается за счет малой массы и определенно выбранной жесткости подвижной обкладки 9 конденсатора, что приводит к очень высоким собственным частотам колебаний, это снижает виброчувствительность, инерционные эффекты спектральной перестройки, энергопотребление и увеличивает скорость спектральной перестройки интерферометра.The technical effect of the inventive device is achieved due to the low mass and definitely selected stiffness of the movable plate 9 of the capacitor, which leads to very high natural frequencies, this reduces vibration sensitivity, inertial effects of spectral tuning, energy consumption and increases the speed of spectral tuning of the interferometer.

Возможность создания волоконного асимметричного переднего зеркала 7 на основе структуры 19 в виде тонкой металлической пленки и согласованного диэлектрического многослойного покрытия 20, а также создание волоконного отражательного интерферометра была продемонстрирована в работе V.S. Terentyev, V.A. Simonov, and S.A. Babin, "Multiple-beam reflection interferometer formed in a single-mode fiber for applications in fiber lasers" // Optic Express, 2016, V. 24, No. 5, p. 4512-4518); элемента 19 в виде фазовой дифракционной структуры (B.C. Терентьев, В.А. Симонов. «Многолучевой волоконный отражательный интерферометр на основе полностью диэлектрической дифракционной структуры» // Квантовая электроника, 2017, т. 47, №10, с. 971-976); элемента 19 в виде металло-дифракционной структуры (B.C. Терентьев, В.А. Симонов, И.А. Лобач, С.А. Бабин, "Метод изготовления волоконного отражательного интерферометра на основе металлодиэлектрической дифракционной структуры", Квант, электроника, 2019, 49 (4), 399-403).The possibility of creating a fiber asymmetric front mirror 7 based on the structure 19 in the form of a thin metal film and a matched dielectric multilayer coating 20, as well as the creation of a fiber reflective interferometer was demonstrated by V.S. Terentyev, V.A. Simonov, and S.A. Babin, "Multiple-beam reflection interferometer formed in a single-mode fiber for applications in fiber lasers" // Optic Express, 2016, V. 24, No. 5, p. 4512-4518); element 19 in the form of a phase diffraction structure (B.C. Terentyev, VA Simonov. “Multipath fiber reflective interferometer based on a completely dielectric diffraction structure” // Quantum Electronics, 2017, v. 47, No. 10, p. 971-976); element 19 in the form of a metal-diffraction structure (BC Terentyev, V.A. Simonov, I.A. Lobach, S.A. Babin, "A method for manufacturing a fiber reflective interferometer based on a metal-dielectric diffraction structure", Kvant, electronics, 2019, 49 (4), 399-403).

На Фиг. 3 приводится экспериментальная установка для демонстрации работы микро-опто-электромеханической структуры, с помощью которой осуществляется перестройка длины оптического резонатора интерферометра. Она состоит из звукового генератора Г3-53 (3 В), сигнал с которого подается на усиливающий трансформатор ТТП-3 (5 В - 220 В) на его вторичную обмотку, далее напряжение снимается с первичной обмотки, усиливается в 220/5 раз и подается на прототип перестраиваемого резонатора. Для измерения подаваемого напряжения используется двухканальный цифровой осциллограф типа Tektronix TDS 3032 В (первый канал). Оптической сигнал с устройства измеряется на втором канале осциллографа. Для подачи оптического сигнала на устройство используется одночастотный лазерный диод с длиной волны генерации 1530 нм и волоконный циркулятор. Отраженный от интерферометра свет, проходя через циркулятор, попадает на фотодетектор с усилителем. Сигнал с усилителя подается на второй канал осциллографа и отображается на экране.In FIG. Figure 3 shows an experimental setup for demonstrating the operation of a micro-optoelectromechanical structure, with the help of which the length of the optical resonator of an interferometer is tuned. It consists of a sound generator G3-53 (3 V), the signal from which is fed to an amplifying transformer TTP-3 (5 V - 220 V) to its secondary winding, then the voltage is removed from the primary winding, amplified 220/5 times and applied on a prototype tunable resonator. To measure the applied voltage, a two-channel digital oscilloscope of the Tektronix TDS 3032 V type (first channel) is used. The optical signal from the device is measured on the second channel of the oscilloscope. A single-frequency laser diode with a wavelength of 1530 nm and a fiber circulator are used to supply an optical signal to the device. The light reflected from the interferometer, passing through the circulator, enters the photodetector with an amplifier. The signal from the amplifier is fed to the second channel of the oscilloscope and displayed on the screen.

На Фиг. 4 приведены сигналы с осциллографа. На верхнем графике: U₁ - первый канал от времени; на нижнем: U₂ - второй канал от времени. Как видно из Фиг. 5 (верхний график) на пленку подается напряжение |U₁|=250 В, что достаточно, чтобы переместить пленку и изменить интенсивность отражения от интерферометра. Перестройка базы нелинейная от времени, так как сила, действующая на пленку зависит от напряжения по формулам (2, 3). Сигнал симметричен относительно вертикальной штриховой линии, так как модуль напряжения U₁ одинаков.In FIG. Figure 4 shows the signals from the oscilloscope. On the upper graph: U ₁ - the first channel from time to time; on the bottom: U ₂ - the second channel from time to time. As can be seen from FIG. 5 (upper graph), the voltage | U ₁ | = 250 V is applied to the film, which is enough to move the film and change the intensity of reflection from the interferometer. Base restructuring is nonlinear with time, since the force acting on the film depends on the voltage according to formulas (2, 3). The signal is symmetrical with respect to the vertical dashed line, since the voltage modulus U _{1 is the} same.

Эксперименты показали работоспособность конструкции перестраиваемого волоконного отражательного интерферометра на основе микро-опто-электромеханической структуры.The experiments showed the operability of the tunable fiber reflective interferometer based on the micro-optoelectromechanical structure.

Claims

1. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр, включающий в себя внешний жесткий кожух, первую волоконную цилиндрическую втулку, вторую волоконную цилиндрическую втулку, закрепленные во внешнем жестком кожухе, и расположенные торцами друг к другу с воздушным промежутком, и имеющие совмещенные аксиальные оси с помощью цилиндрической пружины, при этом первая волоконная цилиндрическая втулка содержит в своем канале оптическое волокно, которое является как входным, так и выходным для оптического излучения, и на торце которого сформировано переднее зеркало оптического резонатора интерферометра, асимметричное по коэффициентам отражения, и образованное поглощающей либо рассеивающей оптическое излучение структурой с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием, отличающийся тем, что дополнительно на торец второй волоконной цилиндрической втулки нанесена микро-опто-электромеханическая структура, которая выполнена в виде конденсатора, состоящего из неподвижного электрода, расположенного в канале второй волоконной цилиндрической втулки, воздушного промежутка и подвижной обкладки конденсатора, на которую со стороны первой волоконной цилиндрической втулки нанесено заднее зеркало оптического резонатора интерферометра, при этом с возможностью формирования между неподвижным электродом и подвижной обкладкой конденсатора электрического напряжения, а входное оптическое волокно выполнено состыкованным в канале первой волоконной цилиндрической втулки с отрезком оптического волокна, который с воздушным промежутком между первой волоконной цилиндрической втулкой и второй волоконной цилиндрической втулкой, передним зеркалом и задним зеркалом формирует оптический резонатор интерферометра с возможностью перестройки длины базы данного оптического резонатора.1. A tunable fiber reflective interferometer including an external rigid casing, a first fiber cylindrical sleeve, a second fiber cylindrical sleeve fixed in an external rigid casing, and located to each other with an air gap, and having aligned axial axes using a coil spring, the first fiber cylindrical sleeve contains in its channel an optical fiber, which is both input and output for optical radiation, and at the end of which formed a front mirror of the optical resonator of the interferometer, asymmetric in reflection coefficients, and formed by an absorbing or scattering optical radiation structure with a matched dielectric multilayer coating, characterized in that in addition to the end face of the second fiber cylindrical sleeve, a micro-optoelectromechanical structure is applied, which is made in the form of a capacitor consisting of a fixed electrode located in the channel of the second fiber cylindrical sleeve, air about the gap and the movable lining of the capacitor, on which the rear mirror of the optical resonator of the interferometer is applied from the side of the first fiber cylindrical sleeve, with the possibility of forming an electric voltage between the fixed electrode and the moving lining of the capacitor, and the input optical fiber is made in the channel of the first fiber cylindrical sleeve with a piece of optical fiber that has an air gap between the first fiber cylindrical sleeve and the second fiber a cylindrical sleeve, the front mirror and rear mirror of the interferometer generates the optical resonator, with adjustment of the base length of the optical resonator.

2. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что микро-опто-электромеханическая структура выполнена содержащей диэлектрический слой, расположенный на неподвижном электроде.2. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the micro-opto-electromechanical structure is made containing a dielectric layer located on a fixed electrode.

3. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что подвижный электрод выполнен содержащим гибкую диэлектрическую пленку с нанесенным на нее проводящим отражающим металлическим покрытием.3. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the movable electrode is made containing a flexible dielectric film with a conductive reflective metal coating deposited on it.

4. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что подвижный электрод выполнен содержащим металлический слой и нанесенное на него диэлектрическое многослойное покрытие.4. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the movable electrode is made containing a metal layer and a dielectric multilayer coating deposited on it.

5. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что неподвижный электрод выполнен в виде непрерывной тонкой металлической пленки, нанесенной на поверхность оптического волокна, которое расположено в канале второй цилиндрической волоконной втулки.5. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the fixed electrode is made in the form of a continuous thin metal film deposited on the surface of the optical fiber, which is located in the channel of the second cylindrical fiber sleeve.

6. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптическое волокно выполнено в виде одномодового оптического волокна.6. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the optical fiber is made in the form of a single-mode optical fiber.

7. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптическое волокно выполнено в виде одномодового оптического волокна с сохранением поляризации.7. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the optical fiber is made in the form of a single-mode optical fiber while maintaining polarization.

8. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптическое волокно выполнено в виде многомодового оптического волокна.8. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the optical fiber is made in the form of a multimode optical fiber.

9. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптическое волокно выполнено в виде активного оптического волокна.9. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the optical fiber is made in the form of an active optical fiber.

10. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптическое волокно выполнено с градиентным распределением показателя преломления в поперечном сечении.10. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the optical fiber is made with a gradient distribution of the refractive index in the cross section.

11. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптическое волокно выполнено с увеличенным диаметром основной поперечной моды.11. Tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the optical fiber is made with an increased diameter of the main transverse mode.

12. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптическое волокно выполнено в виде фотонно-кристаллического оптического волокна.12. Tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the optical fiber is made in the form of a photonic crystalline optical fiber.

13. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что переднее зеркало выполнено содержащим в своей структуре тонкую металлическую пленку с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием.13. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the front mirror is made containing a thin metal film with a matched dielectric multilayer coating in its structure.

14. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что переднее зеркало выполнено содержащим в своей структуре металлическую дифракционную структуру с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием.14. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the front mirror is made containing a metal diffraction structure with a matched dielectric multilayer coating.

15. Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что переднее зеркало выполнено содержащим в своей структуре фазовую диэлектрическую дифракционную структуру с согласованным диэлектрическим многослойным покрытием.15. A tunable fiber reflective interferometer according to claim 1, characterized in that the front mirror is made containing a phase dielectric diffraction structure with a matched dielectric multilayer coating in its structure.