包含金刚石标准器的波长锁定器制造技术

一种波长锁定器，基本锁定光束的波长到一设定的波长，所述波长锁定器包括布置的至少一个法布里－珀罗标准器以接收光束的取样部分和从中产生至少一个输出束，其强度依赖于取样光束的波长，其中法布里－珀罗标准器包括金刚石。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及锁定光束的波长到一个预定波长，或者到多个预定波长中的一个。本专利技术在光通信领域(将要在相关领域主要描述)具有特殊用途，但是本专利技术最广泛的方面不限于光通信应用。本专利技术特别涉及使用法布里-珀罗标准器的波长锁定。该说明书中，“光”和“光学”一般不仅指可见光，还包括电磁场发射的其他波长的光，例如，波长范围大约为200nm到1mm的光，即，从紫外到远红外。波长锁定器已广为人知并得到应用，例如，用于确保由激光器产生的、在光通信网络里传输的光信号具有正确的波长。这是极为重要的，例如，在波分复用(WDM)光通信系统，甚至在密集波分复用(DWDM)系统中，其中在一根光纤中使用多个波长信道传递光信号。如果光信号的一个或多个波长并不落在其正确预分配的波长信道内，就会产生例如信号的干扰和/或信号探测的问题。目前主要有两个主要的通信波段，称为C波段(191.6-196.2THz)和L波段(186.4-191.6THz)。这些波段中存在由国际通信协会(ITU)定义的标准波长信道，间隔为100GHz(0.8nm)，50GHz(0.4nm)，或25GHz(0.2nm)。(未来，可能使用附加的波段、波段内波长信道的窄间隔)。因此需要将光信号的波长“锁定”在这些标准化的波长，例如，波长锁定器用于此目的。国际专利申请WO 02/39553(转让给Bookham技术PLC)公开了一种使用波长可调谐激光器的波长锁定器，在这种情况下波长锁定器基于马赫-曾德干涉仪。美国专利No.5798859公开了一种基于一个或两个法布里-珀罗标准器的波长锁定器。使用两个法布里-珀罗标准器的波长锁定器在两个法布里-珀罗标准器之间等量分割从可调谐激光器中发出的光信号功率，所述标准器具有相似的，但是略微不同的波长相关输出响应。选择两个标准器的输出响应，使得它们在预定输入波长(例如1550nm)的振幅相同。相应的，如果输入波长不同于预定波长，两个标准器的输出将相互偏离。波长锁定器的电子电路形成部分比较两个标准器的输出，根据两个标准器输出的比率调整可调谐激光器的输出波长，使得它锁定在预定(所需)波长(即，从标准器输出到激光器存在反馈)。该专利还公开了以两个标准器锁定器的类似方式使用单个法布里-珀罗标准器的波长锁定器。在单标准器锁定器中，通过标准器透射的标准器的输出具有依赖于标准器输出(从标准器反射回去)的不同的波长。选择标准器使得透射和反射输出在预定波长(例如1550nm)具有相同的振幅，比较、反馈和调谐激光器使其锁定到该预定波长的发生方式与两标准器波长锁定器相同。根据第一个方面，本专利技术提供一种波长锁定器，基本锁定光束的波长为预定波长，波长锁定器包括布置的至少一个法布里-珀罗标准器以接收光束的取样部分，并从中产生至少一个输出束，其强度依赖于取样光束的波长，其中法布里-珀罗标准器包括金刚石。本专利技术的第二个方面是提供一种波长漂移探测器，探测光束波长从预定波长的漂移，波长漂移探测器包括布置的至少一个法布里-珀罗标准器以接收光束的取样部分，从中产生至少一个输出束，其强度依赖于取样光束的波长，其中法布里-珀罗标准器包括金刚石。优选地，根据本专利技术第一方面的波长锁定器和/或根据本专利技术第二方面的波长漂移探测器包括依赖于标准器输出的装置，调整光束的波长以减小或消除其从预定波长的漂移。相应的，本专利技术第二方面优选包括一个根据本专利技术第一方面的波长锁定器。标准器优选包括一个输入面和一个输出面，它们是金刚石相对的面(例如，金刚石晶片)。优选地，标准器的功能在金刚石材料内部产生(例如，而不是在两个空间隔开的金刚石晶片的外表面之间产生)。光束优选包括光信号，光束的取样部分优选包括光信号的取样部分。如上所述，已经知道了使用一个或多个法布里-珀罗标准器的波长锁定器，例如从美国专利No.5798859获知。根据本专利技术的波长锁定器可能在美国专利中描述，除了以下这点，替换(每个)从空间分开的部分反射镜形成的标准器(空气或其他气体填充在反射镜之间的空间，如专利中所述)或一些其他通常的标准器，该标准器包括金刚石。相应的，美国专利No.5798859的整个公开内容在此引用作为参考。在波长锁定器(或波长漂移探测器)中使用金刚石作为标准器材料具有多个主要优点。第一，金刚石具有高的折射率。例如，其在1550nm处测量的折射率大约为2.39(例如和石英玻璃比较，其折射率在相同的波长大约为1.44)。优势在于由金刚石形成的标准器在给定的自由光谱范围内在长度上(沿着光学路径测量)通常可以缩短，因而和普通具有低折射率的标准器相比，提高了紧凑度。(自由光谱范围是标准器的一个指定特性，在下面将有讨论。)因此，使用金刚石，波长锁定器的法布里-珀罗标准器可以比普通的标准器小，这有可能是小型化的一般需要和光电系统集成的一个重要优势。高折射率金刚石的另一个优势在于标准器的菲涅尔反射率足够高，不需要提供反射膜(至少对于某些应用)。因为多种原因，去除对反射膜的需要是使用金刚石作为标准器材料的第二个主要优势。它减少了制造步骤的数目，相应的减少了制造成本。而且，它避免了随着时间流逝由于吸收水影响标准器对比率的潜在问题(相应的，金刚石标准器一般具有随时间比普通覆盖的标准器更稳定的对比率)。而且，反射覆盖层的避免使用防止了对这些覆盖物的可能损坏(它们会阻止标准器正常运作)。下面的优点也和使用金刚石作为标准器材料的第三个主要优势有关，它具有高强度和坚硬度，使其不易划伤(如果未覆盖)。金刚石用作标准器的第四个主要优势在于它具有很好的热稳定性。例如，金刚石具有低的热膨胀系数，折射率随温度改变系数也很低。这两个属性的组合使得标准器具有高度稳定的自由光谱范围和很好的波长稳定性(随温度变化)。第五，也许是最重要的，金刚石作为标准器材料的优势在于，金刚石还具有极高的热导率。这意味着在标准器中存在最小化的温度梯度(即，整个标准器等温)。该特性的一个特殊优点在于标准器的温度，特别是在使用过程中光束经过的标准器的区域可以被精确控制。例如，因为金刚石的高热导率，通过控制标准器外部部分的温度(例如，外表面，诸如标准器安装的表面)，光束经过的标准器内部区域的温度也就控制了，这是因为内部区域的温度和标准器外部部分的温度基本相同。用作标准器材料(为本专利技术目的测量)的金刚石的这些属性与石英玻璃属性的大量比较列于下表 另外，金刚石的大的电磁场发射透射“窗口”(即，电磁场发射波长可以穿透金刚石的大的范围)使得金刚石适于用作波长从大约200nm(UV)到大约1mm(远红外)波长的标准器。金刚石的化学惰性使得标准器易于清洗，它可以使用通常的任何清洗工艺，而不像其他材料在温度高于500度时就处于氧化气氛。从美国专利No.5335245中获知在CO2激光器的金刚石晶片窗口中使用法布里-珀罗干涉仪的原理。该专利描述了使用金刚石晶片作为激光器腔的窗口。通过正确选择透射晶片的厚度，CO2激光器的某些谱发射线可以被抑制，而其他则不受抑制。然而，使用金刚石作为激光器腔的窗口与本专利技术中在波长锁定器中使用金刚石作标准器是截然不同的。美国5335245中描述的激光器，激光器的整个输出通过金刚石晶片窗口透射，窗口仅阻断了相应于激光器材料一定谱线的波长的透射(以完全被动的方式)。相反，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：J·弗拉塞尔，S·波普，K·穆拉尼，H·戈德弗里德，E·霍夫曼，
申请(专利权)人：布克哈姆技术公共有限公司，
类型：发明
国别省市：