专利名称：温度补偿型光频分复用鉴频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及扫描干涉仪，属于电子仪器。
在研制和使用精细光谱激光器时，要观测光谱，模式漂移，频率变化等。一般多采用光栅光谱仪，由于目前常用的光栅光谱仪分辨率太低，无法分辨光谱的精细结构。所以要使用扫描干涉仪来进行分析。在光通讯中扫描干涉仪也可作为鉴频器和滤波器使用。但目前常用的扫描干涉仪存在下列缺点1.透过峰频率随温度漂移较大。
2.所需扫描电压较高。
3.对激光器的反馈影响大。
本实用新型的目的是设计一种温度漂移小，所需扫描电压较低，对激光器的反馈影响较小的扫描干涉仪。
一般的球面扫描干涉仪由共焦腔，压电陶瓷，光电探测器，放大电路，显示器所组成，共焦腔由两块曲率半径相同的凹面镜组成。光电探测器测得的信号经放大后在显示器(示波器)上显示。球面共焦扫描干涉仪结构如图1所示。它是由两块镀有高反射率的反射膜，曲率半径相同的凹面镜组成。两面凹面镜(M1，M2)经调整处于共焦位置，其腔长L与两反射镜曲率半径相等，组成一个共焦谐振腔。反射镜M1固定不动，另一反射镜M2与压电陶瓷(PZT)相连。入射光沿干涉仪的光轴00′方向入射时，光波在干涉仪腔内的反射光路如图1中所示。入射光在共焦腔内经多次反射进行相干迭加形成干涉，根据多光束干涉原理，可得到其光强透射率为T(γ)＝(1－Am／1－Rm)2·1／1＋F·Sin2(δ／2)其中T为共焦腔(F－P腔)透过率，γ为入射光频率，Rm＋Tm＋Am＝1，F＝4·Rm／(1－Rm)2，δ＝2πv／FSR；Rm，Tm，Am分别为反射镜的反射率，透射率和光强损耗率。当入射光波长满足4L＝mλ时(其中λ为光波长，m为整数，L为腔长)，透射光相干迭加产生干涉极大。如果在PZT上加锯齿波电压，使腔长作周期性扫描，可以在接收示波器上显示出入射光的光谱特性，当腔长每变化λ／4时，便出现一个透过极大值，称为F－P腔的透过峰。F－P腔的细度N定义为FSR与分辨率δν的比值N=δv/FSR=F·π/2]]>扫描干涉仪的透过峰很窄，而且具有固定间隔Δν＝FSR＝C／4L(FSR即扫描干涉仪的自由光谱区范围)其中C——空气中的光速L——F－P腔腔长所以可以用来做鉴频及多路激光频率锁定标准。由于共焦腔的集光性能好，且可避免平面F－P腔中存在的轴向模式简并现象，因此可以得到高的光学鉴频特性，调整容易，稳定性好。
本实用新型的技术解决方案是采用了温度补偿装置及自动控温装置，并以载镜片承载反射镜，以减轻压电陶瓷的驱动负载，又将反射镜镜体制成凹凸形，且在其凸面上镀增透膜。由于采用了温度补偿装置，可以使压电陶瓷由于温度的影响而产生的升缩，得到抵消，又由于采用了自动控温装置，所以可使共焦腔的温度处于恒温，其精度可达0.01℃。将反射镜镜体制成凹凸形，并在其凸面镀上增透膜后可以减少光反馈量。
采取了上述措施以后，可达到下列指标1.自由光谱区(FSR)范围FSR＝4.8GHz2.精细度系数大于1503.反向光反馈量小于－20dB4.最小可测光功率为1μW5.温度漂移系数小于200MHz／℃采取控温措施后，24小时内透过峰频率漂移小于5MHz6.当所加锯齿波电压幅度为52V时即可扫描出一个完整的自由光谱区范围。
说明附图如下图1为共焦扫描干涉仪原理图图2为本实用新型鉴频器外形图图3为本实用新型鉴频器结构示意图图4为本实用新型鉴频器温度补偿装置结构示意图图5为本实用新型鉴频器控温原理图图6为本实用新型鉴频器载镜片结构图图7为本实用新型鉴频器的反射镜结构图结合
工作原理及实施例如下图2为本实用新型鉴频器的外形图。1为外壳，F－P腔即封装在其中，前端设有光阑2以防止杂散光的射入。外壳1的后端装有光电探测器3，并有压电陶瓷引线4及光电探测器引线5向外引出。
图3为本实用新型鉴频器的结构示意图。鉴频器主体由外壳1，底座6，后盖7组成。压电陶瓷(PZT)8用环氧树脂粘接在底座6上。压电陶瓷为圆筒形结构，要求电压致伸长量大于0.375μm／50V。底座6的中心装一调整杆9，在调整杆9的一端粘接反射镜10，反射镜11通过一载镜片12粘接在压电陶瓷8上，反射镜10及反射镜11相互构成一共焦腔。共焦腔的长度L与反射镜的曲率半径相等，可取r＝L＝1.56cm。压电陶瓷引出线4通过底座6向外引出。后盖7上安装光电控测器支架13，在光电控测器支架13上安装光电控测器14，并由光电控测器引线5向外引出。
反射镜为凸凹形，由高质量石英玻璃制成。在凹面真空镀敷多层SiO2(L)ZrOz(H)膜层，镀到反射率为R＝99％的镀层厚度。
为解决鉴频频标稳定问题，采用了图4所示的温度补偿装置。图4中所示反射镜11通过载镜片安装在压电陶瓷8上，反射镜10安装在调整杆9上，调整杆9可通过螺纹来调节其伸出长度。两反射镜构成一共焦腔，压电陶瓷伸长，使共焦腔的长度L变长，但因反射镜10安装在调整杆9上，调整杆9也因温度增加而伸长，所以共焦腔的长度变化就较小。取压电陶瓷长度为LPZT＝35mm，反射镜厚度为4mm，调整杆长度L杆＝11.4mm，相应的线膨胀系数为ηPZT＝3×10－6／℃ η石英＝5.5×10－7／℃ η钢＝1×10－5／℃则当温度变化1℃时，共焦腔的长度变化为△L共＝(ηPZT·LPZT－η石英·L石英)×1＝3×10－6×35－5.5×10－7×8＝0.0254μm(每个反射镜厚度为4mm，二个反射镜的厚度为8mm，相当于石英的总长度。)该共焦腔长度的变化相当于频率漂移1.3GHz／℃。
当采用本温度补偿装置时，温度变化1℃，共焦腔温度变化为△L共＝(ηPZT·LPZT－η石英·L石英－η钢·L杆)×1＝0.013μm相当于频率变化180MHz／℃。
为了进一步减少温度变化的影响，对共焦腔进行了恒温控制。图5为控温原理图。鉴频器(15)内设置半导体致冷器(16)，由热敏电阻Rt来测得共焦腔内的温度变化。温度变化由一个比较电桥(17)给出误差信号，通过PID电路(18)来控制并改变通过致冷器的致冷电流，从而调整腔体温度趋于某一恒定值，其控温精度可达0.01℃。
为了减低必需加于压电陶瓷上的电压，采用高效压电陶瓷，其电压致伸长量大于0.375μm／50V，并采用轻型载镜片，其具体结构如图6。为一中间带有圆孔及粘接反射镜的凸缘的圆片。采用上述措施后，当所加电压幅度为52V时，即可扫描出一个完整的自由光谱区范围。
为了减少对激光器反馈的影响，在反射镜的凸面上镀增透膜以减少光反馈量。在采用高灵敏度探测器的条件下，可测得功率小于1μw。
权利要求1.一种光频分复用鉴频器，由共焦腔，压电陶瓷，光电探测器，放大电路，显示器及相应的引出线所组成，其特征是采用了温度补偿装置，及自动控温装置，并以载镜片承载反射镜，反射镜为凹凸形，且在其上镀有增透膜。
2.按权利要求1所说的鉴频器，其特征是温度补偿装置的结构为一个反射镜通过载镜片安装在压电陶瓷的一端，另一个反射镜安装在一带螺纹的调整杆上，两反射镜构成一共焦腔。
3.按权利要求1、2所说的鉴频器，其特征是载镜片为一轻型载镜片，其结构为一中间带有圆孔及粘接反射镜的凸缘的圆片。
4.按权利要求1所说的鉴频器，其特征是自动控温装置为在鉴频器内设置半导体致冷器，由热敏电阻测得共焦腔内的温度变化，通过PID电路来控制并改变致冷电流。
专利摘要一种光频分复用鉴频器，由共焦腔，压电陶瓷，光电探测器，放大电路，显示器等所组成，该鉴频器采用了温度补偿装置及自动控温装置，并以载镜片承载反射镜，反射镜为凹凸形，且在其上镀有增透膜。由于采取了上述措施，所以该鉴频器可以达到精细度系数大于150，反向光反馈量小于一20dB，最小可测光功率为1μW，温度漂移系数小于200MHz/℃，所加锯齿波电压幅度为52V时，即可扫描出一个完整的自由光谱区。
文档编号G01J3/45GK2105681SQ9122691
公开日1992年5月27日 申请日期1991年10月24日 优先权日1991年10月24日
发明者张汉一, 周炳琨, 柴燕杰, 谢世钟, 黄河, 李海峰, 孙波 申请人:清华大学