[发明专利]基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置及方法

权利要求书

1.一种基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述装置由宽光谱光源，输出光纤，准直透镜，光阑，菲涅尔透镜，第一固态变焦透镜组件，第二固态变焦透镜组件，像差矫正透镜，空间滤波器，控制及显示模块，信号传输线组成；所述固态变焦透镜组件由一个光学平面，一个光学自由曲面以及固态变焦透镜驱动器组成；第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件构成一个固态变焦透镜；所述固态变焦透镜驱动器通过控制及显示模块经由信号传输线输出的信号驱动，可连续高精度改变固态变焦透镜的焦距；

所述宽光谱光源的输出光束耦合进输出光纤，光束自光纤输出端输出，耦合至准直透镜，经准直透镜准直后的光束入射至光阑进行光束尺寸调节；通过光阑后的平行光束入射至菲涅尔透镜，光束轴向色差被菲涅尔透镜加大后依次经过第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件，然后经过像差矫正透镜后聚焦；由于宽光谱光束经过菲涅尔透镜后产生严重的轴向色差，不同波长的光束成分被聚焦到光轴上不同位置，仅有聚焦位置与空间滤波器中心小孔位置重合的光谱成分才可被输出，其它光束成分被遮挡；控制及显示模块通过信号传输线输出控制信号至固态变焦透镜驱动器控制固态变焦透镜组的焦距发生变化，改变光束在光轴上的聚焦位置，进而改变聚焦到空间滤波器中心小孔位置处的光谱成分，实现对不同波长光谱成分的输出。

2.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述宽光谱光源为超连续谱光源。

3.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述准直透镜焦距为10mm。

4.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述空间滤波器上小孔的孔径为Φ50μm，所述光阑孔径为Φ5mm。

5.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述固态变焦透镜驱动器为弹簧支撑配合压电驱动器，输出最大位移为0.2mm。

6.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述固态变焦透镜驱动器为弹簧支撑配合音圈马达，输出最大位移为0.2mm。

7.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述固态变焦透镜驱动器为MEMS驱动器，输出最大位移为0.2mm。

8.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述控制及显示模块包括可编程稳压电源与显控系统；所述可编程稳压电源输出最大电压不低于12V，恒压调节率0.01％，编程分辨率10mV，命令处理时间小于10ms；所述显控系统包括数值显示及参数交互功能。

9.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：在所述固态变焦透镜组件的布置上，布置两个固态变焦透镜组件的自由曲面紧邻，或者布置为两个固态变焦透镜组件的自由曲面在外，两个平面紧邻。

10.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述固态变焦透镜的光学自由曲面面型描述函数为：

z＝A(x³/3+xy²)+Dx+E，

其中A、D及E为常数，x、y为三维直角坐标系下的变量，z为单个固态变焦透镜组件的厚度。

11.根据权利要求1所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述固态变焦透镜的光学自由曲面由高阶XY多项式、Zernike多项式、径向基函数、NURBS自由曲面中的任一种描述。

12.根据权利要求11所述基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，其特征在于：所述固态变焦透镜的光学自由曲面由XY多项式描述，焦距变化范围为0.01米～∞。

13.一种利用如权利要求1所述装置进行超连续谱光源波长选择的方法，该方法的步骤如下：

第一步，连接好如权利要求1所述的装置；

第二步，依次打开所述宽光谱光源、控制及显示模块；

第三步，利用所述控制及显示模块输出控制信号至所述固态变焦透镜驱动器，控制所述固态变焦透镜的焦距发生改变，选择所需波长输出。