微机电光学波长参考标准具制造技术

本发明专利技术提供的微机电光学波长参考标准具包括：法布里‑珀罗干涉腔，包括相对设置的第一光学反射镜和第二光学反射镜，且第一光学反射镜和第二光学反射镜中间设置间隔体；第一光学反射镜为由对称分布的双材料悬臂梁支撑的可动薄膜反射镜，第二光学反射镜为固定光学反射镜；双材料悬臂梁，包括具有不同热膨胀系数的悬臂梁主体和覆盖于悬臂梁主体表面的薄膜层，且能够随环境温度的变化推动第一光学反射镜沿着法布里‑珀罗干涉腔的法线方向移动。本发明专利技术实现了对光学波长参考标准具透射峰中心波长随温度漂移的高精度补偿，提高了光学波长参考标准具的温度稳定性，且有效减小了光学波长参考标准具的体积、降低了生产成本、可以实现批量化的生产。

【技术实现步骤摘要】
微机电光学波长参考标准具
本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种微机电光学波长参考标准具。
技术介绍
光学波长参考在现代光学
具有广泛的应用，特别是对激光波长稳定性具有要求的光电应用中，需要采用光学波长参考来锁定工作激光波长、或作为波长计量的参考基准。光学波长参考通常采用FP(Fabry-Perot)干涉仪即光学波长参考标准具来实现，光学波长参考标准具具有准周期性的光谱峰，这些光谱透射峰有确定的透射中心波长，就像一把“光谱尺”，常作为光学波长参考。作为波长参考基准的光学波长参考标准具，在实际应用中对其光谱透射峰的波长精准度、波长温度系数、自由谱域(FSR)大小都提出严格的技术要求，导致光学波长参考标准具一般需手工制造、制造工艺要求高、成品率低、制造成本居高不下。对于一些光电工程应用，如半导体激光波长锁定、光纤光栅传感器解调的波长参考基准、光谱仪的波长参考基准，需要体积小、成本低的光学波长参考标准具，非常需要发展中心波长温度漂移系数极低、小体积、能够批量制造、低成本的光学波长参考标准具。光学波长参考标准具的透射峰中心波长会随环境温度的变化而漂移，即波长温度漂移，普通的光学波长参考标准具的中心波长温度漂移系数可达数十pm/℃，面对可能数十度的环境温度变化，其波长漂移可达纳米量级，完全不能满足波长锁定的要求。如果要较好地锁定工作波长，需要严格控制光学系统的工作温度变化小于1℃甚至0.1℃，不仅增加温控功耗，而且还将大幅度增加系统成本。对于一些光电应用，仅要求光学波长参考标准具的波长温度漂移系数很低(例如低于1pm/℃)，而对透射峰中心波长的光谱值的精准位置即波长精度要求不高，这要求光学谐振腔腔长的温度漂移很低。对空气腔型光学波长参考标准具而言，其谐振腔折射率认为不随温度变化，中间间隔体的温度膨胀是最主要的光学谐振腔腔长温度漂移原因，一般选择肖特公司的“零膨胀”玻璃作为中间间隔体材料，但这会导致成本升高，加工难度增大，而且仅适合手工装配。对于一些光电应用，不仅对光学波长参考标准具的波长温度漂移要求控制到很低的值，而且中心波长的光谱值也要求很精准。例如，在DWDM(密集波分复用)光通信系统中，波分复用通道的中心波长光谱值与DWDM标准光谱的偏差在工作温度范围内要小于10pm，因此光发射机的激光波长必须很精准，一般需要利用光学波长参考标准具进行激光波长锁定。中心波长的精确光谱值的控制，对光学波长参考标准具的腔长控制提出了苛刻的高精度要求，中间间隔体的厚度值要控制到亚纳米精度，这对现有的光学加工水平来说，是十分困难的、十分昂贵的。由于中心波长精准、无温度漂移的光学波长参考标准具具有极高的加工工艺要求，其技术难度很高，成本也很高，限制了光学波长参考标准具的应用范围。在实际的工程技术应用中，需要进行一些技术折中处理，尽量降低光学波长参考标准具的技术要求和制造成本。光学波长参考标准具可以分为三类：第一类，是仅关注波长参考的温度稳定性，而对透射峰波长的准确度、峰与峰的波长间隔不提出高要求的技术应用，如光纤光栅传感器解调的波长参考基准，只要求透射峰波长温度漂移系数很低。这是本专利技术专利主要针对的光学波长参考标准具。第二类，是对于波长参考的波长精准度很高、而系统配备有简单温控的光学系统，需要将中心波长控制到一定的精准度，而对波长温度漂移系数控制在一个较小的，如数pm/℃，通过控制温控系统的问题实现对工作波长的精确控制。第三类，是对于波长参考的波长精准度、波长温度漂移系数都要求很高，因此器件成本会很高，一般只应用于较特殊的系统。光学波长参考标准具目前有“空气腔”和“固体腔”两种结构，最常用的光学波长参考标准具是“空气腔”型。“空气腔”型光学波长参考标准具由两块高精度的光学反射镜及中间间隔体构成，由于其光学谐振腔为空气，其折射率为1，且不随温度变化，因此决定透射峰波长随温度变化特性的主要因素是中间间隔体的线温度膨胀系数、反射镜的温度变形，与光学材料的热光系数无关。对于采用玻璃光学反射镜的光学波长参考标准具，反射镜厚度可达数百至数千微米，可以忽略光学薄膜导致的反射镜温度变形。为了实现温度不敏感或低敏感的光学标准具，需要使用“零膨胀”的玻璃材料作为光学波长参考标准具的中间间隔体，目前产品中使用德国肖特公司的“零膨胀”微晶玻璃Zerodur，其材料成本高，采用手工加工、手工装配，对加工精度要求极高，导致目前市场上的光学波长参考标准具成本很高、价格昂贵。目前市场上商品化的“空气腔”型光学波长参考标准具，还难以精确控制波长参考的波长的精确值。“空气腔”型光学波长参考标准具尺寸较大，尤其是其器件厚度厚达数毫米，对于微型化的光通信器件，其厚度太大，影响了其应用。为了实现“薄”光学波长参考标准具，直接采用透明光学材料作为光学谐振腔，即“固体腔”光学波长参考标准具，FSR(自由光谱域)为100GHz的常用光学波长参考标准具，其厚度仅数百微米，标准具整体尺寸也大幅度缩小。影响固体腔光学波长参考标准具的透射峰波长温度稳定性的因素除谐振腔光学材料的线温度膨胀系数外，还与其折射率温度系数密切相关。要实现透射峰波长温度稳定的目标，谐振腔光学材料的线温度膨胀系数和折射率温度系数的符号必须相反，而且其大小还要满足设计要求，现有的光学材料还难以满足。为了实现透射峰波长温度稳定的目标，一种可能的方法是利用单轴光学晶体的折射率温度系数随光束的入射角而变化，在某个特殊的角度，可以实现光学谐振腔的光学厚度(谐振腔物理厚度乘以光学折射率)不随温度变化。这样的光学波长参考标准具，仅对特定的光束偏振态才能达到透射波长温度稳定的效果，而且晶体材料成本高、加工要求高，极大地限制了晶体型光学波长参考标准具的应用。发展基于硅、玻璃材料及MEMS晶圆批量生产工艺的光学波长参考标准具，具有尺寸小、成本低、批量生产的优势，但硅材料的具有10-4/℃量级的高热光系数、10-5/℃量级的线温度膨胀系数，不论“空气腔”还是“固体腔”硅光学波长参考标准具的透射波长温度系数都很大，难以实现波长参考、波长锁定的功能。因此，如何实现高稳定度的光学波长参考标准具，降低环境温度对光学波长参考标准具的透射峰中心波长的影响，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种微机电光学波长参考标准具，用以实现高稳定度的光学波长参考标准具，降低环境温度对光学波长参考标准具的透射峰中心波长的影响，同时减小光学波长参考标准具的体积、降低生产成本、实现批量化的生产与应用。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种微机电光学波长参考标准具，包括：法布里-珀罗干涉腔，包括相对设置的第一光学反射镜和第二光学反射镜，且所述第一光学反射镜和所述第二光学反射镜中间设置间隔体；所述第一光学反射镜为由对称分布的双材料悬臂梁支撑的可动薄膜反射镜，所述第二光学反射镜为固定光学反射镜；所述双材料悬臂梁，包括悬臂梁主体和覆盖于所述悬臂梁主体表面的薄膜层，所述悬臂梁主体与所述薄膜层具有不同的热膨胀系数；所述双材料悬臂梁能够推动所述第一光学反射镜沿着所述法布里-珀罗干涉腔的法线方向移动。优选的，所述薄膜层由二氧化硅、金属或聚合物制造而成。优选的，所述第二光学反射镜采用玻璃或硅材料制造而成。优选的，所述第一光学反射镜靠近所述第二光学反射镜的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微机电光学波长参考标准具，其特征在于，包括：法布里‑珀罗干涉腔，包括相对设置的第一光学反射镜和第二光学反射镜，且所述第一光学反射镜和所述第二光学反射镜中间设置间隔体；所述第一光学反射镜为由对称分布的双材料悬臂梁支撑的可动薄膜反射镜，所述第二光学反射镜为固定光学反射镜；所述双材料悬臂梁，包括悬臂梁主体和覆盖于所述悬臂梁主体表面的薄膜层，所述悬臂梁主体与所述薄膜层具有不同的热膨胀系数；所述双材料悬臂梁能够推动所述第一光学反射镜沿着所述法布里‑珀罗干涉腔的法线方向移动。

【技术特征摘要】
1.一种微机电光学波长参考标准具，其特征在于，包括：法布里-珀罗干涉腔，包括相对设置的第一光学反射镜和第二光学反射镜，且所述第一光学反射镜和所述第二光学反射镜中间设置间隔体；所述第一光学反射镜为由对称分布的双材料悬臂梁支撑的可动薄膜反射镜，所述第二光学反射镜为固定光学反射镜；所述双材料悬臂梁，包括悬臂梁主体和覆盖于所述悬臂梁主体表面的薄膜层，所述悬臂梁主体与所述薄膜层具有不同的热膨胀系数；所述双材料悬臂梁能够推动所述第一光学反射镜沿着所述法布里-珀罗干涉腔的法线方向移动。2.根据权利要求1所述的微机电光学波长参考标准具，其特征在于，所述薄膜层由二氧化硅、金属或聚合物制造而成。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴亚明，徐静，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31