一种波长可调的标准具及其调节方法技术

本发明专利技术公开了一种波长可调的标准具，该标准具包括矩形基片和楔形基片，矩形基片包括第一反射面S1和第二反射面S2，楔形基片包括第三反射面S3和第四反射面S4，第三反射面S3为相对于第二反射面S2倾斜的斜面，所述第三反射面S3与第二反射面S2之间的夹角α为0.1′‑1′，通过微调驱动基座上下运动带动楔形基片沿竖直方向上下移动，楔形基片上下移动从而达到腔长L的改变，实现中心波长λ的改变。本发明专利技术利用了加工精度自然产生的楔角，结构简单，设计巧妙，加工成本低，不需要复杂的控制方式，且巧妙利用了楔形基片竖向长距离（毫米级）的改变引起腔长的微小（微米级）改变，即通过竖向上毫米量级的改变引起腔长微米量级的改变，实现中心波长的精确控制。

Etalon with adjustable wavelength and regulating method thereof

The invention discloses a wavelength tunable etalon, the etalon comprises a rectangular substrate and a wedge-shaped substrate, a rectangular substrate includes a first reflector and second reflector S1 S2 wedge substrate comprises third reflecting surface S3 and the fourth reflecting surface S4 third reflection surface S3 relative to the second reflection inclined plane S2 tilt, angle between the third reflecting surface S3 and the second reflecting surface S2 is 0.1 '1', driven by fine-tuning the base motion driven wedge substrate along the vertical direction on the next move, the wedge substrate moves so as to achieve the cavity length change in L in the realization of the wave length. Change. The invention uses the processing precision of naturally occurring wedge angle, simple structure, ingenious design, low processing cost, does not need complex control methods, and clever use of the wedge-shaped substrate vertical distance (mm) caused by the change of cavity length small (micron) change, namely through the vertical millimeter changes caused by the cavity length micrometer change, achieve precise control of the center wavelength.

【技术实现步骤摘要】
一种波长可调的标准具及其调节方法
本专利技术属于光学元器件领域，具体涉及一种波长可调的标准具及其调节方法。
技术介绍
光学领域的标准具通常采用固体(态)的形式设置，由相互平行的两个基面构成。为了满足低损耗及波长的精确选择，该两个基面要求严格平行。通常该标准具适用的波长可调范围极其有限，或者是只能用于固定波长，而且不易做到波长的连续调节。而且在上述现有技术中，波长调节的过程中存在以下问题，难以实现波长的微调，因为当波长范围很小的时候，腔长的调节值很小（微米/亚微米量级），如果只是单纯微小的调节腔长，很难实现精确的微调节（微米/亚微米量级），且器件复杂、成本高，而且中心波长调节费时。例如，有通过温控调节谐振腔的腔长的方案，中国专利申请申请号为CN201310085991.3，记载了一种通过采用热膨胀系数极低的材料，实现谐振腔的腔长随加于热膨胀系数为α1的材料和热膨胀系数为α2的材料的温度变化而可控变化，从而达到波长的调节（改变的）方案，该控制方案采用了两种热膨胀系数不同的特殊材料制作，结构复杂，加工成本高，而且通过温控调节需要逐渐向需要的波长靠拢，控制难度大，耗费时间长。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种波长可调的标准具及其调节方法，而且结构简单、成本低，还能够增加波长选择的精确性和便捷性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种波长可调的标准具，该标准具包括矩形基片和楔形基片，所述矩形基片包括第一反射面S1和第二反射面S2，所述楔形基片包括第三反射面S3和第四反射面S4，所述第二反射面S2和第三反射面S3之间形成谐振腔，所述第二反射面S2和第三反射面S3之间的距离L为谐振腔的腔长，所述第三反射面S3为相对于第二反射面S2倾斜的斜面，所述第三反射面S3与第二反射面S2之间的夹角α为0.1′-1′（该楔角是由机械加工精度自然产生的），所述矩形基片垂直固定在基座上，所述楔形基片下端通过微调驱动基座设置在基座上，通过微调驱动基座上下运动带动楔形基片沿竖直方向上下移动，楔形基片上下移动从而达到腔长的改变，实现中心波长λ的改变，所述楔形基片的高度为H，所述楔形基片上下移动的变化值记为ΔH，所述腔长的变化值记为ΔL，所述ΔL=ΔH×tanα。入射的光束在第二反射面S2和第三反射面S3之间多次反射形成多光束干涉，多光束干涉的中心波长λ与厚度L之间的关系为：多光束干涉的中心波长λ=2×n×L×cosθ/k，所述n为矩形基片和楔形基片之间的空气的折射率，θ为光束在第二反射面S1和第三反射面S3的入射角，k为干涉级数，k取值为正整数。所述微调驱动基座为毫米量级微电子机械调节基座。所述微调驱动基座为毫米量级压电陶瓷微调基座。一种波长可调的标准具的调节方法，包括以下步骤：步骤1，由中心波长计算公式λ=2×n×L×cosθ/k可知，中心波长变化值Δλ=2×n×ΔL×cosθ/k，根据Δλ值、空气的折射率n值，光束的入射角θ值和干涉级数k值，计算出腔长的变化量ΔL；步骤2，由公式ΔL=ΔH×tanα，根据夹角α值和所述步骤1计算得到的ΔL值，得出ΔH值，步骤3，根据所述步骤2得到的ΔH值，沿竖直方向移动楔形基片，步骤4，当ΔH值小于零时，则沿竖直方向向上移动楔形基片，向上移动的距离为ΔH；当ΔH值大于零时，则沿竖直方向向下移动楔形基片，向下移动的距离为|ΔH|。本专利技术中的标准具均指法布里-珀罗（F-P）标准具，谐振腔的腔长均指标准具的中心厚度，本专利技术中夹角α即楔角，该楔角是由机械加工精度自然产生的。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：①本专利技术通过楔形基片的竖向移动（上移或下移），从而使楔形基片的楔角α所在的斜边沿楔角所在的方向移动，从而实现谐振腔的腔长（标准具的中心厚度）的改变，从而实现入射光中心波长的调节；②本专利技术利用了由机械加工精度自然产生的楔角，结构简单，设计巧妙，加工成本低，不需要复杂的控制方式，而且巧妙利用了楔形基片竖向长距离的改变引起腔长的微小改变，即通过竖直方向上毫米量级的改变引起腔长微米/亚微米量级的改变，便于实现精确控制，能够快速调节到所需的中心波长，大大节省调节时间，提高工作效率。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细阐述。以下实施例中k值的选取均是为了使得实际的中心波长均在设定的波长附近。实施例1如图1所示，本实施例波长可调的标准具，该标准具包括矩形基片1和楔形基片2，所述矩形基片1包括第一反射面S1和第二反射面S2，所述楔形基片2包括第三反射面S3和第四反射面S4，所述第二反射面S2和第三反射面S3之间形成谐振腔3，所述第二反射面S2和第三反射面S3之间的距离L为谐振腔3的腔长，所述第三反射面S3为相对于第二反射面S2倾斜的斜面，所述第三反射面S3与第二反射面S2之间的夹角α为0.1′-1′，所述矩形基片1垂直固定在基座4上，所述楔形基片2下端通过微调驱动基座5设置在基座6上，通过微调驱动基座5上下运动带动楔形基片2沿竖直方向上下移动，楔形基片2上下移动从而达到腔长的改变，实现中心波长λ的改变，所述楔形基片的高度为H，所述楔形基片上下移动的变化值记为ΔH，所述腔长的变化值记为ΔL，所述ΔL=ΔH×tanα。入射的光束在第二反射面S2和第三反射面S3之间多次反射形成多光束干涉，多光束干涉的中心波长λ与厚度L之间的关系为：多光束干涉的中心波长λ=2×n×L×cosθ/k，所述n为矩形基片1和楔形基片2之间的空气的折射率，θ为光束在第二反射面S1和第三反射面S3的入射角，k为干涉级数，k取值为正整数。本实施例中微调驱动基座选择毫米量级微电子机械调节基座或毫米量级压电陶瓷微调基座。本实施例波长可调的标准具的调节方法，包括以下步骤：步骤1，由中心波长计算公式λ=2×n×L×cosθ/k可知，中心波长变化值Δλ=2×n×ΔL×cosθ/k，根据Δλ值、空气的折射率n值，光束的入射角θ值和干涉级数k值，计算出腔长的变化量ΔL；步骤2，由公式ΔL=ΔH×tanα，根据夹角α值和所述步骤1计算得到的ΔL值，得出ΔH值，步骤3，根据所述步骤2得到的ΔH值，沿竖直方向移动楔形基片2，步骤4，当ΔH值小于零时，则沿竖直方向向上移动楔形基片2，向上移动的距离为ΔH；当ΔH值大于零时，则沿竖直方向向下移动楔形基片2，向下移动的距离为|ΔH|。本实施例中α为1′（0.017°），θ为0°，n=1，标准具的初始腔长为100μm，k为正整数，当中心波长在1064nm附近增加4nm，即Δλ值为4nm，由Δλ=2×n×ΔL×cosθ/k时，可得ΔL=k×Δλ/2，则ΔL=2×knm，当k取不同的数值时，得到相对应的ΔL值，见表1.1：表1.1k取不同的数值时，相对应的ΔL值k187188189ΔL（μm）0.3740.3760.378α为1′（0.017°），tan0.017°=0.0002967，ΔL=ΔH×tanα，可知ΔH=ΔL/tanα，则ΔL对应的ΔH值见表1.2：表1.2ΔL值对应的ΔH值ΔL（μm）0.3740.3760.378ΔH（mm）1.2611.2671.274由表1.2可知，当中心波长在1064nm附近增加4nm，即Δλ值为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波长可调的标准具，其特征在于，该标准具包括矩形基片（1）和楔形基片（2），所述矩形基片（1）包括第一反射面S1（11）和第二反射面S2（12），所述楔形基片（2）包括第三反射面S3（21）和第四反射面S4（22），所述第二反射面S2（12）和第三反射面S3（21）之间形成谐振腔（3），所述第二反射面S2（12）和第三反射面S3（21）之间的距离L为谐振腔（3）的腔长，所述第三反射面S3（21）为相对于第二反射面S2（12）倾斜的斜面，所述第三反射面S3（21）与第二反射面S2（12）之间的夹角α为0.1′‑1′，所述矩形基片（1）垂直固定在基座（4）上，所述楔形基片（2）下端通过微调驱动基座（5）设置在基座（6）上，通过微调驱动基座（5）上下运动带动楔形基片（2）沿竖直方向上下移动，楔形基片（2）上下移动从而达到腔长L的改变，从而实现中心波长λ的改变，所述楔形基片的高度为H，所述楔形基片上下移动的变化值记为ΔH，所述腔长的变化值记为ΔL，所述ΔL=ΔH×tanα。

【技术特征摘要】
1.一种波长可调的标准具，其特征在于，该标准具包括矩形基片（1）和楔形基片（2），所述矩形基片（1）包括第一反射面S1（11）和第二反射面S2（12），所述楔形基片（2）包括第三反射面S3（21）和第四反射面S4（22），所述第二反射面S2（12）和第三反射面S3（21）之间形成谐振腔（3），所述第二反射面S2（12）和第三反射面S3（21）之间的距离L为谐振腔（3）的腔长，所述第三反射面S3（21）为相对于第二反射面S2（12）倾斜的斜面，所述第三反射面S3（21）与第二反射面S2（12）之间的夹角α为0.1′-1′，所述矩形基片（1）垂直固定在基座（4）上，所述楔形基片（2）下端通过微调驱动基座（5）设置在基座（6）上，通过微调驱动基座（5）上下运动带动楔形基片（2）沿竖直方向上下移动，楔形基片（2）上下移动从而达到腔长L的改变，从而实现中心波长λ的改变，所述楔形基片的高度为H，所述楔形基片上下移动的变化值记为ΔH，所述腔长的变化值记为ΔL，所述ΔL=ΔH×tanα。2.根据权利要求1所述的波长可调的标准具，其特征在于，入射的光束在第二反射面S2（12）和第三反射面S3（21）之间多次反射形成多光束干涉，多光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐冰，菅云峰，周军，罗巧梅，
申请(专利权)人：浙江中电智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33