專利名稱：溫度補償型光頻分復用鑒頻器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及掃描干涉儀，屬于電子儀器。
在研制和使用精細光譜激光器時，要觀測光譜，模式漂移，頻率變化等。一般多采用光柵光譜儀，由于目前常用的光柵光譜儀分辨率太低，無法分辨光譜的精細結構。所以要使用掃描干涉儀來進行分析。在光通訊中掃描干涉儀也可作為鑒頻器和濾波器使用。但目前常用的掃描干涉儀存在下列缺點1.透過峰頻率隨溫度漂移較大。
2.所需掃描電壓較高。
3.對激光器的反饋影響大。
本實用新型的目的是設計一種溫度漂移小，所需掃描電壓較低，對激光器的反饋影響較小的掃描干涉儀。
一般的球面掃描干涉儀由共焦腔，壓電陶瓷，光電探測器，放大電路，顯示器所組成，共焦腔由兩塊曲率半徑相同的凹面鏡組成。光電探測器測得的信號經放大后在顯示器(示波器)上顯示。球面共焦掃描干涉儀結構如圖1所示。它是由兩塊鍍有高反射率的反射膜，曲率半徑相同的凹面鏡組成。兩面凹面鏡(M1，M2)經調整處于共焦位置，其腔長L與兩反射鏡曲率半徑相等，組成一個共焦諧振腔。反射鏡M1固定不動，另一反射鏡M2與壓電陶瓷(PZT)相連。入射光沿干涉儀的光軸00′方向入射時，光波在干涉儀腔內的反射光路如圖1中所示。入射光在共焦腔內經多次反射進行相干迭加形成干涉，根據多光束干涉原理，可得到其光強透射率為T(γ)＝(1－Am／1－Rm)2·1／1＋F·Sin2(δ／2)其中T為共焦腔(F－P腔)透過率，γ為入射光頻率，Rm＋Tm＋Am＝1，F＝4·Rm／(1－Rm)2，δ＝2πv／FSR；Rm，Tm，Am分別為反射鏡的反射率，透射率和光強損耗率。當入射光波長滿足4L＝mλ時(其中λ為光波長，m為整數，L為腔長)，透射光相干迭加產生干涉極大。如果在PZT上加鋸齒波電壓，使腔長作周期性掃描，可以在接收示波器上顯示出入射光的光譜特性，當腔長每變化λ／4時，便出現一個透過極大值，稱為F－P腔的透過峰。F－P腔的細度N定義為FSR與分辨率δν的比值N=δv/FSR=F·π/2]]>掃描干涉儀的透過峰很窄，而且具有固定間隔Δν＝FSR＝C／4L(FSR即掃描干涉儀的自由光譜區范圍)其中C——空氣中的光速L——F－P腔腔長所以可以用來做鑒頻及多路激光頻率鎖定標準。由于共焦腔的集光性能好，且可避免平面F－P腔中存在的軸向模式簡并現象，因此可以得到高的光學鑒頻特性，調整容易，穩定性好。
本實用新型的技術解決方案是采用了溫度補償裝置及自動控溫裝置，并以載鏡片承載反射鏡，以減輕壓電陶瓷的驅動負載，又將反射鏡鏡體制成凹凸形，且在其凸面上鍍增透膜。由于采用了溫度補償裝置，可以使壓電陶瓷由于溫度的影響而產生的升縮，得到抵消，又由于采用了自動控溫裝置，所以可使共焦腔的溫度處于恒溫，其精度可達0.01℃。將反射鏡鏡體制成凹凸形，并在其凸面鍍上增透膜后可以減少光反饋量。
采取了上述措施以后，可達到下列指標1.自由光譜區(FSR)范圍FSR＝4.8GHz2.精細度系數大于1503.反向光反饋量小于－20dB4.最小可測光功率為1μW5.溫度漂移系數小于200MHz／℃采取控溫措施后，24小時內透過峰頻率漂移小于5MHz6.當所加鋸齒波電壓幅度為52V時即可掃描出一個完整的自由光譜區范圍。
說明附圖如下圖1為共焦掃描干涉儀原理圖圖2為本實用新型鑒頻器外形圖圖3為本實用新型鑒頻器結構示意圖圖4為本實用新型鑒頻器溫度補償裝置結構示意圖圖5為本實用新型鑒頻器控溫原理圖圖6為本實用新型鑒頻器載鏡片結構圖圖7為本實用新型鑒頻器的反射鏡結構圖結合
工作原理及實施例如下圖2為本實用新型鑒頻器的外形圖。1為外殼，F－P腔即封裝在其中，前端設有光闌2以防止雜散光的射入。外殼1的后端裝有光電探測器3，并有壓電陶瓷引線4及光電探測器引線5向外引出。
圖3為本實用新型鑒頻器的結構示意圖。鑒頻器主體由外殼1，底座6，后蓋7組成。壓電陶瓷(PZT)8用環氧樹脂粘接在底座6上。壓電陶瓷為圓筒形結構，要求電壓致伸長量大于0.375μm／50V。底座6的中心裝一調整桿9，在調整桿9的一端粘接反射鏡10，反射鏡11通過一載鏡片12粘接在壓電陶瓷8上，反射鏡10及反射鏡11相互構成一共焦腔。共焦腔的長度L與反射鏡的曲率半徑相等，可取r＝L＝1.56cm。壓電陶瓷引出線4通過底座6向外引出。后蓋7上安裝光電控測器支架13，在光電控測器支架13上安裝光電控測器14，并由光電控測器引線5向外引出。
反射鏡為凸凹形，由高質量石英玻璃制成。在凹面真空鍍敷多層SiO2(L)ZrOz(H)膜層，鍍到反射率為R＝99％的鍍層厚度。
為解決鑒頻頻標穩定問題，采用了圖4所示的溫度補償裝置。圖4中所示反射鏡11通過載鏡片安裝在壓電陶瓷8上，反射鏡10安裝在調整桿9上，調整桿9可通過螺紋來調節其伸出長度。兩反射鏡構成一共焦腔，壓電陶瓷伸長，使共焦腔的長度L變長，但因反射鏡10安裝在調整桿9上，調整桿9也因溫度增加而伸長，所以共焦腔的長度變化就較小。取壓電陶瓷長度為LPZT＝35mm，反射鏡厚度為4mm，調整桿長度L桿＝11.4mm，相應的線膨脹系數為ηPZT＝3×10－6／℃ η石英＝5.5×10－7／℃ η鋼＝1×10－5／℃則當溫度變化1℃時，共焦腔的長度變化為△L共＝(ηPZT·LPZT－η石英·L石英)×1＝3×10－6×35－5.5×10－7×8＝0.0254μm(每個反射鏡厚度為4mm，二個反射鏡的厚度為8mm，相當于石英的總長度。)該共焦腔長度的變化相當于頻率漂移1.3GHz／℃。
當采用本溫度補償裝置時，溫度變化1℃，共焦腔溫度變化為△L共＝(ηPZT·LPZT－η石英·L石英－η鋼·L桿)×1＝0.013μm相當于頻率變化180MHz／℃。
為了進一步減少溫度變化的影響，對共焦腔進行了恒溫控制。圖5為控溫原理圖。鑒頻器(15)內設置半導體致冷器(16)，由熱敏電阻Rt來測得共焦腔內的溫度變化。溫度變化由一個比較電橋(17)給出誤差信號，通過PID電路(18)來控制并改變通過致冷器的致冷電流，從而調整腔體溫度趨于某一恒定值，其控溫精度可達0.01℃。
為了減低必需加于壓電陶瓷上的電壓，采用高效壓電陶瓷，其電壓致伸長量大于0.375μm／50V，并采用輕型載鏡片，其具體結構如圖6。為一中間帶有圓孔及粘接反射鏡的凸緣的圓片。采用上述措施后，當所加電壓幅度為52V時，即可掃描出一個完整的自由光譜區范圍。
為了減少對激光器反饋的影響，在反射鏡的凸面上鍍增透膜以減少光反饋量。在采用高靈敏度探測器的條件下，可測得功率小于1μw。
權利要求1.一種光頻分復用鑒頻器，由共焦腔，壓電陶瓷，光電探測器，放大電路，顯示器及相應的引出線所組成，其特征是采用了溫度補償裝置，及自動控溫裝置，并以載鏡片承載反射鏡，反射鏡為凹凸形，且在其上鍍有增透膜。
2.按權利要求1所說的鑒頻器，其特征是溫度補償裝置的結構為一個反射鏡通過載鏡片安裝在壓電陶瓷的一端，另一個反射鏡安裝在一帶螺紋的調整桿上，兩反射鏡構成一共焦腔。
3.按權利要求1、2所說的鑒頻器，其特征是載鏡片為一輕型載鏡片，其結構為一中間帶有圓孔及粘接反射鏡的凸緣的圓片。
4.按權利要求1所說的鑒頻器，其特征是自動控溫裝置為在鑒頻器內設置半導體致冷器，由熱敏電阻測得共焦腔內的溫度變化，通過PID電路來控制并改變致冷電流。
專利摘要一種光頻分復用鑒頻器，由共焦腔，壓電陶瓷，光電探測器，放大電路，顯示器等所組成，該鑒頻器采用了溫度補償裝置及自動控溫裝置，并以載鏡片承載反射鏡，反射鏡為凹凸形，且在其上鍍有增透膜。由于采取了上述措施，所以該鑒頻器可以達到精細度系數大于150，反向光反饋量小于一20dB，最小可測光功率為1μW，溫度漂移系數小于200MHz/℃，所加鋸齒波電壓幅度為52V時，即可掃描出一個完整的自由光譜區。
文檔編號G01J3/45GK2105681SQ9122691
公開日1992年5月27日 申請日期1991年10月24日 優先權日1991年10月24日
發明者張漢一, 周炳琨, 柴燕杰, 謝世鐘, 黃河, 李海峰, 孫波 申請人:清華大學