[发明专利]微机电光学波长参考标准具

说明书

本发明提供的微机电光学波长参考标准具包括：法布里‑珀罗干涉腔，包括相对设置的第一光学反射镜和第二光学反射镜，且第一光学反射镜和第二光学反射镜中间设置间隔体；第一光学反射镜为由对称分布的双材料悬臂梁支撑的可动薄膜反射镜，第二光学反射镜为固定光学反射镜；双材料悬臂梁，包括具有不同热膨胀系数的悬臂梁主体和覆盖于悬臂梁主体表面的薄膜层，且能够随环境温度的变化推动第一光学反射镜沿着法布里‑珀罗干涉腔的法线方向移动。本发明实现了对光学波长参考标准具透射峰中心波长随温度漂移的高精度补偿，提高了光学波长参考标准具的温度稳定性，且有效减小了光学波长参考标准具的体积、降低了生产成本、可以实现批量化的生产。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种微机电光学波长参考标准具。

背景技术

光学波长参考在现代光学技术领域具有广泛的应用，特别是对激光波长稳定性具有要求的光电应用中，需要采用光学波长参考来锁定工作激光波长、或作为波长计量的参考基准。光学波长参考通常采用FP(Fabry-Perot)干涉仪即光学波长参考标准具来实现，光学波长参考标准具具有准周期性的光谱峰，这些光谱透射峰有确定的透射中心波长，就像一把“光谱尺”，常作为光学波长参考。作为波长参考基准的光学波长参考标准具，在实际应用中对其光谱透射峰的波长精准度、波长温度系数、自由谱域(FSR)大小都提出严格的技术要求，导致光学波长参考标准具一般需手工制造、制造工艺要求高、成品率低、制造成本居高不下。对于一些光电工程应用，如半导体激光波长锁定、光纤光栅传感器解调的波长参考基准、光谱仪的波长参考基准，需要体积小、成本低的光学波长参考标准具，非常需要发展中心波长温度漂移系数极低、小体积、能够批量制造、低成本的光学波长参考标准具。

光学波长参考标准具的透射峰中心波长会随环境温度的变化而漂移，即波长温度漂移，普通的光学波长参考标准具的中心波长温度漂移系数可达数十pm/℃，面对可能数十度的环境温度变化，其波长漂移可达纳米量级，完全不能满足波长锁定的要求。如果要较好地锁定工作波长，需要严格控制光学系统的工作温度变化小于1℃甚至0.1℃，不仅增加温控功耗，而且还将大幅度增加系统成本。对于一些光电应用，仅要求光学波长参考标准具的波长温度漂移系数很低(例如低于1pm/℃)，而对透射峰中心波长的光谱值的精准位置即波长精度要求不高，这要求光学谐振腔腔长的温度漂移很低。对空气腔型光学波长参考标准具而言，其谐振腔折射率认为不随温度变化，中间间隔体的温度膨胀是最主要的光学谐振腔腔长温度漂移原因，一般选择肖特公司的“零膨胀”玻璃作为中间间隔体材料，但这会导致成本升高，加工难度增大，而且仅适合手工装配。对于一些光电应用，不仅对光学波长参考标准具的波长温度漂移要求控制到很低的值，而且中心波长的光谱值也要求很精准。例如，在DWDM(密集波分复用)光通信系统中，波分复用通道的中心波长光谱值与DWDM标准光谱的偏差在工作温度范围内要小于10pm，因此光发射机的激光波长必须很精准，一般需要利用光学波长参考标准具进行激光波长锁定。中心波长的精确光谱值的控制，对光学波长参考标准具的腔长控制提出了苛刻的高精度要求，中间间隔体的厚度值要控制到亚纳米精度，这对现有的光学加工水平来说，是十分困难的、十分昂贵的。

由于中心波长精准、无温度漂移的光学波长参考标准具具有极高的加工工艺要求，其技术难度很高，成本也很高，限制了光学波长参考标准具的应用范围。在实际的工程技术应用中，需要进行一些技术折中处理，尽量降低光学波长参考标准具的技术要求和制造成本。光学波长参考标准具可以分为三类：

第一类，是仅关注波长参考的温度稳定性，而对透射峰波长的准确度、峰与峰的波长间隔不提出高要求的技术应用，如光纤光栅传感器解调的波长参考基准，只要求透射峰波长温度漂移系数很低。这是本发明专利主要针对的光学波长参考标准具。

第二类，是对于波长参考的波长精准度很高、而系统配备有简单温控的光学系统，需要将中心波长控制到一定的精准度，而对波长温度漂移系数控制在一个较小的，如数pm/℃，通过控制温控系统的问题实现对工作波长的精确控制。