一种基于电热效应的可改变的光栅结构的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种透射光栅，是通过电流可控制结构的一种透射光栅，涉及光测量和光信息处理领域。
【背景技术】
[0002]光栅通常为大量等宽等间距的狭缝构成的光学元件。但是，近代光栅的种类已经很多，有些光栅的衍射单元已经不再是通常意义下的狭缝。因此，光栅如今被定义为，能使入射光的振幅或相位，或者两者同时产生周期性空间调制的光学元件。光栅根据它是用于透射光还是用于反射光分类时，可以分为透射光栅和反射光栅两类。其中透射光栅一般是在光学平板玻璃上刻划出一道道等宽等间距的刻痕制成；刻痕出不透光，未刻处则是透光的狭缝。
[0003]随着光测量和光信息处理的的发展，要求越来越要求简化光路和步骤，通过外接电路得到电控制的可改变光栅参数和结构，而不用更换光栅，这种方法具有明显的优势。
[0004]与本为原理类似的有专利CN1922914，是利用光热效应，改变透镜的折射率，从而改变光束的传播方向，达到改变光路的要求。该专利保持原有器件，不增加光学器件，不改变光源位置，简化了光路，步骤从而改变光路具有较大优势。但光束光源不易控制和监测，本文使用更容易控制的电信号，提出了电控制的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:提供一种基于电热效应的可改变的光栅结构的方法，该方法可以用电信号进行控制，在不增加线路和节点的情况下，改变透明介质的折射率，即入射的单色平行光束在通过内镶有电阻片的透镜后，由于电阻片产生的热量改变了介质的折射率，改变了介质的透光属性，达到了改变光栅常数d的左右，最终改变了光束通过该光栅后的衍射光束。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0007]一种基于电热效应的可改变的光栅结构的控制方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1，建立基于电热效应的可改变的光栅结构，包括平行光源、透明介质、电阻片、信号发生器、电源，多个电阻片等间距平行嵌入在透明介质内部，电阻片与平行光源的入射光平行，且垂直于透明介质；
[0009]步骤2，各个电阻片一端用导线并联后依次串接信号发生器，电源；通过外接电路中的信号发生器，此信号发生器提供各种频率、波形的输出电平，能产生某些特定的周期性时间函数波形；
[0010]步骤3，平行光源通过透明介质，由于等间距的电阻片与外接的信号发生器、电源相连后，电源给电阻片供电，根据光栅方程dsin Θ =mA,由于入射光为单色平行光，光的波长λ不变，因此当光栅常数d变小时，sin Θ变大，即衍射角变大，当d变大时，sin Θ变小，即衍射角变小，通过d的变化，直接导致了出射的衍射光的方向的改变；
[0011]步骤4，调节信号发生器，产生的不同的电流信号波形，通过改变出射的衍射角Θ不同的变化趋势，从而达到电控制的效果。
[0012]进一步，所述步骤I中的多个电阻片相同，且厚度在0.8-2mm范围内。
[0013]进一步，所述步骤I中透明介质为聚酰亚胺树脂，保持固化可承受的最高温度为300。。。
[0014]进一步，所述聚酰亚胺树脂和电阻片的放置方法为:聚酰亚胺树脂在高温状态下为液态，在树脂液态时，将完全相同的发热电阻片等间距的放置在液化树脂中，液化树脂此时放置在模具中，模具有对应的数据标注，用来准确的等间距放置发热电阻片，然后将聚酰亚胺树脂冷却硬化，得到成品。
[0015]进一步，所述聚酰亚胺树脂冷却硬化过程是一个不加硬化剂的聚合过程，其聚合过程亦分两步:第一步是聚酰亚胺预聚物在低温下熔化；第二步是将预聚物在较高温度下环化成不熔性聚酰亚胺，具体为:模具在热压机上加热硬化30-40分钟完成一次硬化，然后在电烘箱内进行二次补充硬化。
[0016]进一步，所述步骤2中的电源电压选用5v，信号发生器通入的最大输出电流为2.5ma，发热电阻片的温度根据电阻不同最大可以达到250°C。
[0017]进一步，所述各个电阻片之间的透明介质的距离大于电阻片的厚度。
[0018]本发明有以下技术特点:
[0019]I)该装置包括平行光源、透光介质、电阻片、电源和信号发生器。采用的光路由平行光源、透光介质镜组成。透光介质中内镶嵌有完全相同的电阻片，且电阻片是等间距放置，电阻片垂直于透光介质，于入射的单色平行光平行。当电源给内镶的电阻片供电后，电能转化成热能，电阻片周围形成了一处热效应区，热改变了介质的微结构，进而改变了介质的透射率，使得热效应也基本成为了不透光的区域，从而改变了光栅的光栅常数d。
[0020]2)根据光栅方程dsin θ =πιλ，由于入射光为单色平行光，光的波长λ不变，因此当d变小时，sin Θ变大，即衍射角变大，当d变大时，sin Θ变小，即衍射角变小。即d的变化，直接导致了出射的衍射光的改变。
[0021]3)透明介质材料为聚酰亚胺树脂，该材料的吸热性能极好，熔点在300°C，发热电阻根据不同的电阻值发热范围最大可达250°C，此时聚酰亚胺树脂的微结构变化剧烈，其透光性受到极大影响，入射平行光此时很难透过透明介质，即此时的衍射角将无限接近于90°。这使得本发明在发热电阻通电后，对入射平行光的衍射角的影响范围基本为0°?90°，与其他方案相比衍射角范围更大，也就使得衍射角影响的光栅常数变化范围更大。
[0022]4)通过外接电路控制系统，控制输入进电阻片的电流信号，信号发生器可输入时序脉冲信号，正弦信号，三角薄信号等，信号的不同会导致热效应区形成的变化，d会随着不同的电流信号波形有相应的不同波形的变化，使得衍射角Θ的变化趋势不同，从而达到电控制的改变光栅结构的效果。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的具体实施结构示意图。
[0024]图2是光在有热效应作用和无热效应作用下的光束对比示意图。
[0025]图中:平行光源1、透明介质2、电阻片3、信号发生器4、电源5、第一光束6、热效应区7、第二光束8。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0027]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0028]一种基于电热效应的可改变的光栅结构的控制方法，包括以下步骤:
[0029]步骤1，建立基于电热效应的可改变的光栅结构，包括平行光源1、透明介质2、电阻片3、信号发生器4、电源5，多个电阻片3等间距平行嵌入在透明介质2内部，电阻片3与平行光源I的入射光平行，且垂直于透明介质2 ;
[0030]步骤2，各个电阻片3 —端用导线并联后依次串接信号发生器4，电源5 ;通过外接电路中的信号发生器4，此信号发生器4提供各种频率、波形的输出电平，能产生某些特定的周期性时间函数波形；
[0031]步骤3，平行光源I通过透明介质2，由于等间距的电阻片3与外接的信号发生器4、电源5相连后，电源5给电阻片3供电，根据光栅方程dsin Θ = mA，由于入射光为单色平行光，光的波长λ不变，因此当光栅常数d变小时，sin Θ变大，即衍射角变大，当d变大时，sin Θ变小，即衍射角变小，通过d的变化，直接导致了出射的衍射光的方向的改变；
[0032]步骤4，调节信号发生器4，产生的不同的电流信号波形，通过改变出射的衍射角Θ不同的变化趋势，从而达到电控制的效果。
[0033]下面参考图1-图2描述进一步具体描述本发明提供一种基于电热效应的可改变的光栅结构的方法。入射光源为单色的平行光源I通过一个透明介质2，透明介质2内部镶嵌有电阻片3，发热电阻片完全相同，电阻片3的厚度需求较薄，一般可在0.8-2mm范围内(本实施例优选1.2_)，它们等间距的排列放置在该透明介质的内部，放置方向为垂直于该透明介质并且平行于入射光。透明介质2材料为聚酰亚胺树脂(C35H28N207)，保持固化可承受的最高温度为300°C。放置方法为:树脂在高温状态下为液态，在树脂液