[发明专利]高精度光学波长参考标准具

说明书

本发明提供的高精度光学波长参考标准具包括：法布里‑珀罗谐振腔；光学补偿片，设置于法布里‑珀罗谐振腔内，包括第一光学平行平板和支撑第一光学平行平板的双材料悬臂梁，双材料悬臂梁包括悬臂梁主体及薄膜层，悬臂梁主体与薄膜层具有不同的热膨胀系数，在温度变化时能够改变光学补偿片的法线与光学波长参考标准具的光轴之间的夹角，以补偿由于腔长发生变化而带来的误差。本发明提供的光学波长参考标准具，可以实现高精度补偿光学波长参考标准具的透射峰的中心波长值、透射峰波长温度漂移，同时实现了光学波长参考标准具的批量制造，大大降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种高精度光学波长参考标准具。

背景技术

光学波长参考标准具在现代光学技术中，提供准确、稳定的光波长参考基准，是光谱学、激光技术、光通信、光纤传感、光学精密测量等光学技术中的关键光学器件，具有广阔的应用前景。光学波长参考标准具是基于F-P(法布里-珀罗)干涉仪的光学器件，其具有周期性的窄带宽光学透射峰，也称为“光梳”，其系列化的光学透射峰峰值波长通常作为现代光学技术的波长参考基准。但由于制造工艺偏差，环境温度的变化，导致普通的F-P干涉仪光学波长参考标准具的波长漂移、波长精度不高，难以满足应用的需要。

高精度光学波长参考标准具包括两方面的含义：其一是光学波长参考标准具的透射峰波长、自由光谱域(FSR)与理论参考波长保持准确一致；其二是光学波长参考标准具的透射峰波长、自由光谱域(FSR)的稳定性，影响稳定性的因素主要是环境温度导致的透射峰波长变化。

传统的光学波长参考标准具采用手工加工工艺，由于加工工艺难以准确控制其腔长，因此其透射峰波长偏离设计的参考波长值，当腔长控制偏差超过半波长时，光学波长参考标准具的自由光谱域(FSR)也会偏离设计值，导致光学标准具的透射峰波长与理论的参考波长出现偏差，影响波长基准精度。为了制造出高波长精度的光学标准具，需要反复高精度的研磨加工、测试，导致制造成本非常高。为了实现高稳定性的光学波长参考标准具，要求谐振腔腔长不随环境温度变化，通常采用肖特公司的“零膨胀”玻璃材料作为光学腔的间隔体，这样虽然极大的提高光学标准具的温度稳定性，但“零膨胀”玻璃材料的物理膨胀系数并不严格等于零，还存在10^-7/度的热膨胀系数，所以并不能完全补偿波长的温度漂移。

在光通信技术中，由于密集波分复用(DWDM)技术的广泛应用，对激光发射机的波长稳定性有较高的要求。在100G相干光通信系统，对发射机的激光波长、相干接收机的本振激光器对激光波长具有很高的准确度、稳定度要求，需要采用光学波长参考来锁定激光工作波长。在光谱分析技术中，需要高准确度、高稳定度的波长参考来标定光谱的波长。在光学精密测量中，需要高波长稳定度的激光光源，这些激光器通常要锁定到高准确度、高稳定度的波长参考上。高准确度、高稳定度的光学波长参考标准具在精密测量中是核心器件，例如激光多普勒频移的测量(激光测速)，就需要高稳定度的光学标准具作为波长参考。

光学波长参考通常采用基于F-P干涉仪的光学波长参考标准具来实现，其具有准周期性的系列光谱峰，可以形象地成称为“光谱梳”。所有光谱峰具有确定的透射峰中心波长，其相邻透射峰的中心波长间距称为自由谱域(FSR)。这样的“光谱梳”在应用中作为波长参考基准，对其波长准确性、自由谱域大小、波长稳定性都提出严格的技术要求，导致光学波长参考标准具制造工艺要求高、体积较大、成品率低、成本居高不下。在精细光谱技术中，甚至采用已知精细原子光谱结构的“原子滤波器”作为波长参考，成本很高，而且使用受到很大的限制，只能提供很少数量的参考波长。

光学波长参考标准具通常有两种结构，即“空气腔”和“固体腔”光学标准具。最常用的光学标准具是“空气腔”型，由两块平行的高光学质量的光学反射镜及中间间隔体构成。由于其光学谐振腔为空气，其折射率为1，在一个大气压下可以忽略空气密度与成分变化对折射率的影响，因此工程上认为空气的折射率不随温度变化，因此决定透射峰波长随温度变化特性的主要因素是中间间隔体的线温度膨胀系数，与材料的热光系数无关。因此，“空气腔”型光学波长参考标准具是高稳定度波长参考滤波器的主要技术方案。