[發(fā)明專(zhuān)利]微機(jī)電光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710610657.3
• 申請(qǐng)日: 2017-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109298504B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳亞明;徐靜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安徽中科米微電子技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02B7/18
• 分類(lèi)號(hào): G02B7/18;G02B26/00
• 代理公司: 上海盈盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

本發(fā)明提供的微機(jī)電光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具包括：法布里?珀羅干涉腔，包括相對(duì)設(shè)置的第一光學(xué)反射鏡和第二光學(xué)反射鏡，且第一光學(xué)反射鏡和第二光學(xué)反射鏡中間設(shè)置間隔體；第一光學(xué)反射鏡為由對(duì)稱(chēng)分布的雙材料懸臂梁支撐的可動(dòng)薄膜反射鏡，第二光學(xué)反射鏡為固定光學(xué)反射鏡；雙材料懸臂梁，包括具有不同熱膨脹系數(shù)的懸臂梁主體和覆蓋于懸臂梁主體表面的薄膜層，且能夠隨環(huán)境溫度的變化推動(dòng)第一光學(xué)反射鏡沿著法布里?珀羅干涉腔的法線方向移動(dòng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具透射峰中心波長(zhǎng)隨溫度漂移的高精度補(bǔ)償，提高了光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的溫度穩(wěn)定性，且有效減小了光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的體積、降低了生產(chǎn)成本、可以實(shí)現(xiàn)批量化的生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微機(jī)電光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具。

背景技術(shù)

光學(xué)波長(zhǎng)參考在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)激光波長(zhǎng)穩(wěn)定性具有要求的光電應(yīng)用中，需要采用光學(xué)波長(zhǎng)參考來(lái)鎖定工作激光波長(zhǎng)、或作為波長(zhǎng)計(jì)量的參考基準(zhǔn)。光學(xué)波長(zhǎng)參考通常采用FP(Fabry-Perot)干涉儀即光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具來(lái)實(shí)現(xiàn)，光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具具有準(zhǔn)周期性的光譜峰，這些光譜透射峰有確定的透射中心波長(zhǎng)，就像一把“光譜尺”，常作為光學(xué)波長(zhǎng)參考。作為波長(zhǎng)參考基準(zhǔn)的光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)其光譜透射峰的波長(zhǎng)精準(zhǔn)度、波長(zhǎng)溫度系數(shù)、自由譜域(FSR)大小都提出嚴(yán)格的技術(shù)要求，導(dǎo)致光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具一般需手工制造、制造工藝要求高、成品率低、制造成本居高不下。對(duì)于一些光電工程應(yīng)用，如半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)鎖定、光纖光柵傳感器解調(diào)的波長(zhǎng)參考基準(zhǔn)、光譜儀的波長(zhǎng)參考基準(zhǔn)，需要體積小、成本低的光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具，非常需要發(fā)展中心波長(zhǎng)溫度漂移系數(shù)極低、小體積、能夠批量制造、低成本的光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具。

光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰中心波長(zhǎng)會(huì)隨環(huán)境溫度的變化而漂移，即波長(zhǎng)溫度漂移，普通的光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的中心波長(zhǎng)溫度漂移系數(shù)可達(dá)數(shù)十pm/℃，面對(duì)可能數(shù)十度的環(huán)境溫度變化，其波長(zhǎng)漂移可達(dá)納米量級(jí)，完全不能滿足波長(zhǎng)鎖定的要求。如果要較好地鎖定工作波長(zhǎng)，需要嚴(yán)格控制光學(xué)系統(tǒng)的工作溫度變化小于1℃甚至0.1℃，不僅增加溫控功耗，而且還將大幅度增加系統(tǒng)成本。對(duì)于一些光電應(yīng)用，僅要求光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的波長(zhǎng)溫度漂移系數(shù)很低(例如低于1pm/℃)，而對(duì)透射峰中心波長(zhǎng)的光譜值的精準(zhǔn)位置即波長(zhǎng)精度要求不高，這要求光學(xué)諧振腔腔長(zhǎng)的溫度漂移很低。對(duì)空氣腔型光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具而言，其諧振腔折射率認(rèn)為不隨溫度變化，中間間隔體的溫度膨脹是最主要的光學(xué)諧振腔腔長(zhǎng)溫度漂移原因，一般選擇肖特公司的“零膨脹”玻璃作為中間間隔體材料，但這會(huì)導(dǎo)致成本升高，加工難度增大，而且僅適合手工裝配。對(duì)于一些光電應(yīng)用，不僅對(duì)光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的波長(zhǎng)溫度漂移要求控制到很低的值，而且中心波長(zhǎng)的光譜值也要求很精準(zhǔn)。例如，在DWDM(密集波分復(fù)用)光通信系統(tǒng)中，波分復(fù)用通道的中心波長(zhǎng)光譜值與DWDM標(biāo)準(zhǔn)光譜的偏差在工作溫度范圍內(nèi)要小于10pm，因此光發(fā)射機(jī)的激光波長(zhǎng)必須很精準(zhǔn)，一般需要利用光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行激光波長(zhǎng)鎖定。中心波長(zhǎng)的精確光譜值的控制，對(duì)光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的腔長(zhǎng)控制提出了苛刻的高精度要求，中間間隔體的厚度值要控制到亞納米精度，這對(duì)現(xiàn)有的光學(xué)加工水平來(lái)說(shuō)，是十分困難的、十分昂貴的。

由于中心波長(zhǎng)精準(zhǔn)、無(wú)溫度漂移的光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具具有極高的加工工藝要求，其技術(shù)難度很高，成本也很高，限制了光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的應(yīng)用范圍。在實(shí)際的工程技術(shù)應(yīng)用中，需要進(jìn)行一些技術(shù)折中處理，盡量降低光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具的技術(shù)要求和制造成本。光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具可以分為三類(lèi)：

第一類(lèi)，是僅關(guān)注波長(zhǎng)參考的溫度穩(wěn)定性，而對(duì)透射峰波長(zhǎng)的準(zhǔn)確度、峰與峰的波長(zhǎng)間隔不提出高要求的技術(shù)應(yīng)用，如光纖光柵傳感器解調(diào)的波長(zhǎng)參考基準(zhǔn)，只要求透射峰波長(zhǎng)溫度漂移系數(shù)很低。這是本發(fā)明專(zhuān)利主要針對(duì)的光學(xué)波長(zhǎng)參考標(biāo)準(zhǔn)具。

第二類(lèi)，是對(duì)于波長(zhǎng)參考的波長(zhǎng)精準(zhǔn)度很高、而系統(tǒng)配備有簡(jiǎn)單溫控的光學(xué)系統(tǒng)，需要將中心波長(zhǎng)控制到一定的精準(zhǔn)度，而對(duì)波長(zhǎng)溫度漂移系數(shù)控制在一個(gè)較小的，如數(shù)pm/℃，通過(guò)控制溫控系統(tǒng)的問(wèn)題實(shí)現(xiàn)對(duì)工作波長(zhǎng)的精確控制。