[发明专利]一种宽范围波长可调的标准具

说明书

技术领域

    本发明涉及光学领域，特别涉及到可在宽范围内进行波长调节的光学标准具。

背景技术

波长可调器件广泛用于光通信和光学测量领域。目前常用的波长可调器件使用的技术包括有温度调节、电光技术、压电陶瓷技术、机械调节及微电子机械调节等。其中，温度调节利用材料的热膨胀效应或热光效应或二者综合；电光技术利用给材料施加电场改变其介电常数从而调节波长；压电陶瓷技术利用给材料施加电场改变其厚度从而调节波长；机械调节及微电子机械调节利用机械移动或转动机械光学元件改变空间光路从而调节波长。

在上述现有技术中，电机或压电陶瓷改变腔长实现波长可调的方案存在短期或长期漂移的问题，并且可靠性差。而热光或电光效应改变腔体的折射率实现波长可调的方案存在波长调节范围小的不足，其难以实现整个C或L波段波长可调。举例来说，目前常用的温度调节技术其能够调节的波长范围为10nm以内，这样其适用的范围就收到很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种新的结构类型的宽范围波长可调的标准具。本发明的标准具结构简单、制作方便，并且可以实现中心波长在较宽的范围内进行调节。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种宽范围波长可调的标准具，该标准具包括有平行设置的第一基片和第二基片，在第一基片和第二基片之间夹设有起支撑作用的侧过渡层，其特征在于，所述的侧过渡层由一种热膨胀系数为α1的材料制成，在第一基片和第二基片之间还设有中心过渡层，该中心过渡层由一种热膨胀系数为α2的材料制成，且所述中心过渡层的厚度小于所述侧过渡层的厚度，所述中心过渡层的一个面紧贴地设置于所述第一基片的内侧面，中心过渡层上相对的另一面与第二基片的内侧面之间存在可变化宽度的空隙，该空隙作为对光束反射或透射的谐振腔。该谐振腔的腔长因两种材料的热胀冷缩系数差别而实现可控调节，当准直器发出的光束在谐振腔中多次反射形成多光束干涉，则出射后光束的中心波长随温度可控变化。

在本发明宽范围波长可调的标准具中，作为一种实现方式，标准具中包括有两个基片和三片过渡层，所述的基片包括有平行设置的第一基片和第二基片，三片过渡层分别为两片侧过渡层和一片中心过渡层，所述的中心过渡层的厚度小于侧过渡层的厚度，两片侧过渡层形状相同且相互平行地架设于两个基片之间，所述的中心过渡层设置于两个侧过渡层的中间，该中心过渡层的一个面紧贴并固定于第一基片的内侧面，其相对的另一个面作为谐振腔的第一部分反射面S1，所述第二基片的内侧面作为谐振腔的第二部分反射面S2。

在本发明宽范围波长可调的标准具中，所述侧过渡层为热膨胀系数为α1的材料，其在温度T0时长度为L1，所述中心过渡层为热膨胀系数为α2的材料，其在温度T0时长度为L2，所述第一基片和第二基片为同材质的透明材料，谐振腔的腔长为所述第一部分反射面S1和第二部分反射面S2之间的距离L；发射准直器发出的光束在谐振腔中第一部分反射面S1和第二部分反射面S2之间多次反射形成多光束干涉，该多光束干涉的光程差为2L*n*cos(θ), 多光束干涉的中心波长为2L*n*cos(θ)/k，其中n为空气的折射率，θ为光束12在第一部分反射面S1和第二部分反射面S2的入射角，k为干涉级数，k为正整数，不同k对应不同的干涉级数，本专利中只针对其中一个干涉级数进行分析讨论；

在温度为T时，腔长L(T)=L1[1+α1(T-T0)]- L2[1+α2(T-T0)]，

中心波长为λ(T)=2{L1[1+α1(T-T0)]- L2[1+α2(T-T0)]}*n*cos(θ)/k，

中心波长的温度变化系数为(L1*α1- L2*α2)/(L1-L2)*λ0，其中λ0为 温度T0时的中心波长。

在本发明宽范围波长可调的标准具中，所述第一基片、第二基片、中心过渡层的通光面与所述第一腔镜S1和第二腔镜S2之间形成夹角，该夹角小于2°。

在本发明宽范围波长可调的标准具中，作为另一种实现方式，所述的标准具中包括有两个基片和两个过渡层，所述的基片包括有平行设置的第一基片和第二基片，两片过渡层分别为管状的环过渡层和中心过渡层，所述的中心过渡层的厚度小于环过渡层的厚度，所述的环过渡层架设于所述第一基片和第二基片之间，所述的中心过渡层放置于环过渡层的中间位置，该中心过渡层的一个面紧贴并固定于第一基片的内侧面，其相对的另一个面作为谐振腔的第三部分反射面S3，所述第二基片的内侧面作为谐振腔的第四部分反射面S4。