[發(fā)明專利]一種可調(diào)的高穩(wěn)定F-P整體腔裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310410917.4
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103457144A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田曉;常宏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 曹宇飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種可調(diào)的高穩(wěn)定F-P整體腔裝置。

背景技術(shù)

法布里-鉑羅腔（F-P腔）是光譜學實驗中常用到的一種物理裝置，一方面作為標準具用于譜線頻率定標；另一方面作為鑒頻標準信號產(chǎn)生的主要工具之一用于激光頻率的鎖定，尤其是對于原子物理實驗中經(jīng)常用到的半導(dǎo)體激光器。除以上應(yīng)用外，特別地，它還可以用于腔內(nèi)吸收實驗，優(yōu)化吸收信號。

做法是將樣品池（或吸收物質(zhì)）置于腔內(nèi)，激光注入腔內(nèi)，光線在腔內(nèi)通過兩片高反射率鏡片多次反射，其等效吸收長度為腔長和平均傳播次數(shù)的乘積，從而增加了池內(nèi)樣品與光子作用的有效吸收光程，提高樣品吸收信號的強度及信噪比，尤其是對于微弱信號。

一般地，法布里-鉑羅腔可直接由一對平凹鏡片組成，其中兩鏡片各被夾置于三維調(diào)節(jié)鏡架內(nèi)，然后兩鏡架相對平行放置且鏡片凹面相對，并在距空間距離L后由螺釘固定或者直接膠粘于平板上，間距L的長度等于鏡片的曲率半徑，所用平板一般為石英平板。以高準直度的633nm為參考光源，通過鏡架的螺絲調(diào)節(jié)，實現(xiàn)腔長匹配和光路閉合，從而實現(xiàn)開放式的光學F-P腔。此類開放式光學F-P腔雖然容易調(diào)節(jié)，但極易受外界環(huán)境干擾，造成復(fù)現(xiàn)性差，每次使用前需進行調(diào)節(jié)甚至是在使用過程中受振動、氣流等都會對不利于光路閉合效果，給輸出譜線的信噪比、對稱度及精細度帶來不利影響。此外，由于兩鏡架是固定在一平板上，其空間自由度很大，對于兩鏡架軸向光學中心的一致性，并不能完全保證，相應(yīng)地，導(dǎo)致分別固定于鏡架中的平凹鏡片之間的中心位置在軸向上可能不一致，影響光路閉合，降低信號輸出強度、譜線精細度等。考慮到其機械穩(wěn)定性較差，易受到外界振動、氣流等對鏡架的干擾以及兩鏡片的中心軸向不一致等因素，后來設(shè)計了一種整體式F-P腔，具體地，腔體為中空的圓柱體設(shè)計，圓柱體上下底部各有一端蓋，端蓋中心處各開有一小孔，用于固定鏡片，摒棄鏡架的使用，通過膠粘方式使兩鏡片固定至小孔處，兩鏡片中心分別與腔體上下底部中心重合，并且兩鏡片間保持平行。腔體的上端蓋用螺釘直接與中空圓柱體連接，下端蓋較上端蓋有一定厚度且表面加工有螺紋，腔體內(nèi)壁螺紋和下端蓋表面螺紋聯(lián)接，通過軸向中心旋轉(zhuǎn)下端蓋調(diào)節(jié)其在腔體內(nèi)部的進出位置完成腔長匹配。但此整體式F-P腔仍存在一些問題：一方面，雖然其穩(wěn)定性相對于開放式F-P腔好，但是其可調(diào)程度受到很大限制，其光線的光路閉合很大程度上依靠操作者粘貼鏡片的經(jīng)驗，以達到兩片鏡片絕對平行為目的，這對操作者是很大的挑戰(zhàn)。并且由于采用膠粘方式，所以是一次性的過程，如果粘貼完的鏡片間存在角度問題，需要去膠再重復(fù)操作，使實驗操作復(fù)雜化，費時費力。另一方面，腔一體化的設(shè)計雖然保證了兩平凹鏡片在軸向中心一致，但這樣的軸向中心一致性結(jié)果僅僅在下端蓋沒有進行旋轉(zhuǎn)操作前成立，當實驗中進行腔體匹配需要旋轉(zhuǎn)下端蓋時，下端蓋中心區(qū)域的平凹鏡片的中心位置隨旋轉(zhuǎn)螺紋變化，破壞了其與上端蓋的平凹鏡片在軸向中心上的一致，對光路閉合以及譜線強度輸出、精細度都造成不利影響。此外，對于樣品池吸收探測的物理實驗，開放式光學F-P腔無法提供機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、光學中心絕對一致的裝載裝置，而整體式光學F-P腔由于結(jié)構(gòu)限制無法方便地將樣品池置于腔內(nèi)，并且一旦整體F-P腔完成光路閉合，鏡片固定，腔內(nèi)樣品便無法從封閉的腔體內(nèi)取出，對后期進一步操作帶來困難，如樣品池溫度控制、位置調(diào)整等。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的F-P腔所存在的不足，本發(fā)明提供了一種能夠方便使用、穩(wěn)定性高、檢測精度高的可調(diào)的高穩(wěn)定F-P整體腔裝置。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該可調(diào)的高穩(wěn)定F-P整體腔裝置包括信號源、與信號源相連的高壓放大器、光源以及依次設(shè)置在光源出射光路上的光學隔離器和反射平面鏡組、依次設(shè)置在反射平面鏡組反射光路上的匹配透鏡和F-P整體腔鏡組；

上述反射平面鏡組是相互平行的第一平面鏡和第二平面鏡構(gòu)成，第一平面鏡設(shè)置在光源出射光路上且與光源光軸之間的夾角為45°，第二平面鏡設(shè)置在第一平面鏡的下方且與第一平面鏡平行；

上述F-P整體腔鏡組為：在基座外設(shè)置有腔罩，腔罩的前端與后端分別加工有透光窗口，在基座頂部加工有V形槽，V形槽內(nèi)依次設(shè)置有前三維調(diào)節(jié)鏡架和后三維調(diào)節(jié)鏡架，前三維調(diào)節(jié)鏡架上設(shè)置有第一平凹透鏡，后三維調(diào)節(jié)鏡架上設(shè)置安裝有壓電陶瓷的套環(huán)，壓電陶瓷上設(shè)置第二平凹透鏡，第一平凹透鏡的凹面與第二平凹透鏡的凹面一側(cè)相對且第一平凹透鏡與第二平凹透鏡的中心軸在同一條直線上，第一平凹透鏡與第二平凹透鏡的表面均鍍有高反射膜，壓電陶瓷通過導(dǎo)線與高壓放大器相連。