[发明专利]一种芯片化波长标准获取装置及波长测量装置

权利要求书

1.一种芯片化波长标准获取装置，其特征在于：包括多模二极管、微腔芯片、扫描电压控制模块、λ/4玻片、原子气室、光电二极管、信号控制采集系统、扩束模块、准直模块、薄膜劈尖、CCD、数据处理模块；多模二极管发出的光经过PN结结构微腔芯片选模得到单色光，通过电压扫描控制模块控制微腔芯片谐振波长，实现波长可调谐输出；经过偏振处理后，入射原子气室，当激光频率与气室内碱金属原子超精细基态能级差相等时，由于相干布局囚禁效应，原子不再吸收激光，此时透射光最强；通过对探测器接收信号进行分析，将透射光信号最强状态反馈给扫描电压控制模块，锁定此时的波长，即能够得到波长锁定至原子基态能极差的芯片化波长标准。

2.如权利要求1所述的一种芯片化波长标准获取装置，其特征在于：原子气室采用MEMS工艺制备，里面包含铷原子；原子气室外部有一个微型线圈加热装置，在工作状态时，线圈加热，保持气室内铷原子处于气体状态。

3.如权利要求1所述的一种芯片化波长标准获取装置，其特征在于：所述芯片级二极管为普通多模半导体二极管，输出光谱范围有一定宽度，其中心波长与碱金属原子基态能级频率差相当。

4.如权利要求1所述的一种芯片化波长标准获取装置，其特征在于：所述的微腔芯片是一种由P型半导体材料和N型半导体材料组成的PN结半导体结构微环腔，在P型半导体材料和N型半导体材料两侧均分布微型电极；微腔芯片的谐振波长与碱金属原子基态能级频率差相当，谐振波长可以通过直条波导耦合输出。

5.如权利要求1所述的一种芯片化波长标准获取装置，其特征在于：所述微腔芯片对多模二极管输入的光具有选模作用，多模二极管的光进入微腔后，输出光的波长为微腔谐振波长；通过电压扫描模块可以对PN结型微环腔加电压，加电压后改变了微腔芯片内部载流子浓度，从而改变微腔芯片折射率，进而改变微腔芯片谐振波长，实现可调谐波长输出。

6.如权利要求1所述的一种芯片化波长标准获取装置，其特征在于：所述λ/4玻片为微型玻片，用于将微腔输出的线偏振光转变为圆偏振光。

7.如权利要求1所述的一种芯片化波长标准获取装置，其特征在于：所述的薄膜劈尖材料采用与CMOS工艺兼容的透光材料，所述与CMOS工艺兼容的透光材料包括氧化硅、氮化硅。

8.一种基于芯片化波长标准的波长测量装置，基于如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一种芯片化波长标准获取装置实现，其特征在于：在得到波长锁定至原子基态能极差的芯片化波长标准基础上，引入薄膜劈尖材料，分别测量标准波长和待测波长通过薄膜劈尖时产生的干涉条纹间距，将波长的测量直接与量子化的芯片化波长标准联系起来，通过条纹间距的比值确定待测波长。

9.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一种基于芯片化波长标准的波长测量装置，工作方法包括如下步骤，

步骤一：波长标准激光经过扩束准直模块后，形成单色平行光；单色平行光经薄膜劈尖上下表面反射，在薄膜上表面形成明暗相间的干涉条纹；通过CCD将干涉条纹信号感应成电信号输出，并经过放大、模数转换、傅里叶变化等操作测出条纹间距d₀；

步骤二：将待测波长经过扩束准直模块后，形成单色平行光；单色平行光经薄膜劈尖上下表面反射，在薄膜上表面形成明暗相间的干涉条纹；通过CCD测量出条纹间距d；

步骤三：根据薄膜劈尖干涉中干涉条纹间距和波长的确切关系，由d和d₀的比值求出待测波长。