CN116759878A - 光学参考腔及超稳激光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学参考腔，包括：第一腔镜；第二腔镜，所述第二腔镜的镜面与所述第一腔镜的镜面相对放置；腔体，为中空结构，连接所述第一腔镜与所述第二腔镜，以使光信号在其中往复；中心对齐调节部，与所述第一腔镜连接，配置成带动所述第一腔镜沿镜面平面内移动，以达到与第二腔镜的中心对齐；平行调节部，与所述第二腔镜连接，配置成带动第二腔镜发生偏转，以达到与第一腔镜的镜面平行。本发明所提供的光学参考腔，设计有可独立装配并可集成于光学参考腔体的两端孔内的中心对齐调节部和平行调节部，通过调节机构对第一腔镜与第二腔镜的中心对齐调节、调平机构对第二腔镜进行镜面调平、进一步通过调节机构内部的压电陶瓷带动第一腔镜对光学参考腔体长度调节的配合，最终实现光学参考腔的快速装配与精密调节。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种光学参考腔及包括其的超稳激光系统。
背景技术
超稳激光在量子计算及精密测量等前沿研究领域具有极其重要的应用，而光学参考腔是实现激光频率稳定及其线宽压窄的重要技术手段。光学参考腔稳频技术的原理是将待稳激光频率锁定至光学参考腔的谐振频率上来实现的，其有效腔长及稳定性决定了其适用激光及稳频性能。在相关前沿研究中会同时涉及多种波长及线宽要求的激光，如离子阱量子计算实验系统研究，从而需要不同长度的光学参考腔作为频率传输与参考的工具，因此光学参考腔的制作与实验效率的提高更具重要意义。
激光稳频要求光束准确通过所配置两个腔镜的中心，通常光学参考腔的制作与实验，需要借助光阑和反射镜来进行光路准直、借助三维位移系统进行腔镜的粘接操作等复杂的过程。进一步，光学参考腔体两端面的平行度受限于机械加工精度，而且粘接操作由于所借助工具及粘接剂的平面性会导致腔镜产生附加的倾斜。然而，常用的光学参考腔，仅能利用一端设置的压电陶瓷来实现腔长的调节，而腔镜平行度调节只能在制作过程中粘接剂未固化之前通过不断手动调平腔镜，导致其调平过程极为繁琐且精度难以保证。
发明内容
现有技术中，光学参考腔的制作及实验所需的调节过程复杂，需要借助光学系统进行光路准直、借助三维位移系统进行腔镜的粘接等复杂操作，并且，在粘接过程中可能引入附加的位移或倾斜。现有的光学参考腔及其制作缺乏可控的镜面调节、调平，受限于机械加工精度，修正卷号：221060CI
已制作完成的光学参考腔过程较为繁琐，且精度难以保证。有鉴于此，根据本发明的第一方面，本发明提供一种光学参考腔，包括：
第一腔镜；
第二腔镜，所述第二腔镜的镜面与所述第一腔镜的镜面相对放置；
腔体，为中空结构，连接所述第一腔镜与所述第二腔镜，以使光信号在其中往复；
中心对齐调节部，与所述第一腔镜连接，配置成带动所述第一腔镜沿镜面平面内移动，以达到与所述第二腔镜的中心对齐；
平行调节部，与所述第二腔镜连接，配置成带动所述第二腔镜沿光轴方向发生偏转，以达到与所述第一腔镜的镜面平行。
根据本发明的第一方面，所述光学参考腔还包括：
腔长调节部，包括压电陶瓷环，与所述第一腔镜连接，配置成沿所述腔体的轴向移动，以调节所述腔体的中空结构的有效长度。
根据本发明的第一方面，其中所述腔体具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别具有第一端孔和第二端孔，所述中心对齐调节部、所述腔长调节部和所述第一腔镜位于所述第一端孔之内，所述平行调节部和所述第二腔镜位于所述第二端孔之内。
根据本发明的第一方面，其中所述中心对齐调节部包括第一端盖及第一调节螺钉组件，所述第一调节螺钉组件包括多个调节螺钉，其中：
所述第一端盖形成于所述腔体的第一端孔的外部，所述第一调节螺钉组件穿过所述第一端盖及所述第一端孔的侧面，以调节所述第一端孔内部组件的位置。
根据本发明的第一方面，所述光学参考腔还包括：
预紧机构，所述第一腔镜、所述腔长调节部和所述预紧机构沿远离所述腔体的中空结构的轴向方向，依次排列于所述第一端孔之内，所述预紧机构配置成将所述腔长调节部及所述第一腔镜固定；
卷号：221060CI
第一隔热隔振部，围绕所述预紧机构的外径方向形成，所述预紧机构通过所述第一隔热隔振部与所述第一端孔过盈配合，并与第一端孔沿远离腔体轴向方向的表面平齐；
第二隔热隔振部，围绕所述第一端盖形成，包含隔热隔振环和隔热隔振片，其中
所述隔热隔振环形成于第一端盖与第一端孔外围之间，其上设有直口槽并与所述所述第一调节螺钉组件对应；
所述隔热隔振片沿腔体轴向方向与所述预紧机构相邻配置；
所述第一端盖通过第二隔热隔振部与腔体的第一端孔过盈配合。
根据本发明的第一方面，其中所述平行调节部包括第二端盖及第二调节螺钉组件，所述第二调节螺钉组件包括多个调节螺钉，其中：
所述第二端盖形成于所述腔体的第二端孔内部，所述第二调节螺钉组件穿过所述第二端盖的顶部，以调节所述第二端孔内部组件的角度。
根据本发明的第一方面，所述光学参考腔还包括：
第三隔热隔振部，所述第三隔热隔振部和所述第二腔镜沿远离所述腔体中空结构的轴向方向，依次排列于所述第二端孔之内；
温度补偿部，包括上零膨胀温度补偿环和下零膨胀温度补偿环，分别位于所述第二腔镜的两侧。
根据本发明的第一方面，其中所述上零膨胀温度补偿环上具有环形槽，以使所述第二调节螺钉组件穿过所述第二端盖并定位于环形槽内。
根据本发明的第一方面，所述光学参考腔还包括：
第二腔镜槽，所述第三隔热隔振部、所述温度补偿部及所述第二腔镜均位于所述第二腔镜槽内，所述第二腔镜槽与所述第二端盖螺纹连接，并整体置于所述第二端孔内部；
第四隔热隔振部，位于所述第二端盖与所述第二端孔之间，所述第二端盖通过所述第四隔热隔振部与所述腔体的第二端孔过盈配合。
卷号：221060CI
根据本发明的第一方面，其中
所述第一腔镜、所述第二腔镜、所述腔体、所述中心对齐调节部和所述平行调节部两两之间能够分离或重组。
第二方面，本发明还提供一种超稳激光系统，包括如上文第一方面所述的光学参考腔。
本发明所提供的光学参考腔，通过自带的中心对齐调节部及平行调节部，对于第一腔镜与第二腔镜的中心位置及镜面平行度进行自由调节，简化了传统调节过程，无需借助外部的光学系统或定位系统，可快速完成光学参考腔的装配，并在后续的使用及实验中，可以重新进行准直操作等。
进一步地，本发明所提供的光学参考腔及其设计中，在光学参考腔体两端分立配置调平与调节机构设计，不仅可以实现光学参考腔的快速装配与精密调节，还可以进一步拓宽光学参考腔的频率范围，从而提高光学参考腔的实验效率及适用性，可将其应用于量子计算及精密测量等前沿科技领域。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
图1示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
图2示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
图3示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
卷号：221060CI
图4示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
图5示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
图6示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
图7示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
图8示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
图9示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔及其内部结构；
图10示出了本发明的一个实施例所提供的超稳激光系统；
图11示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔的整体实物图；
图12示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔的部分分解实物图；
图13示出了本发明的一个实施例所提供的光学参考腔的部分分解实物图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
光学参考腔的常规制作与调节方法的过程复杂，通常需要借助光学系统进行光路准直、借助三维位移系统进行腔镜的粘接等操作，并且在粘接过程中可能引入附加的位移或倾斜。并且，常规的光学参考腔制作卷号：221060CI
与调节方法缺乏可控的镜面的调节、调平方案，受限于机械加工精度，修正已制作完成的光学参考腔过程较为繁琐，且精度难以保证。本发明提供一种可快速装配与精密调节的光学参考腔，在光学参考腔体的一端设置第一腔镜及其调节机构、另一端设置第二腔镜及其调平机构。通过调节机构与调平机构的配合，结合压电陶瓷对光学参考腔体长度的调节，更完备地实现对光学参考腔的闭环控制，进一步提高光学参考腔的制作与实验效率。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种光学参考腔1000，包括：第一腔镜1010、第二腔镜1020、腔体1030、中心对齐调节部1040和平行调节部1050。其中：
第一腔镜1010的镜面与第二腔镜1020的镜面相对放置。腔体1030为中空结构，连接第一腔镜1010与第二腔镜1020，以使光信号在其中往复。光学参考腔通常作为激光系统(例如超稳激光器)中的滤光器件使用，把透射光信号用作激光系统的频率参考。光学参考腔通常由两个共轴高反腔镜构成，当腔长等于入射光半波长的整数倍时，腔内形成的共振增强，此时腔内光场达到最强，腔的透过率达到最高。高精度的激光系统实现频率稳定且超窄线宽的激光输出，要求作为频率参考源的光学参考腔的腔长极其稳定，即要两腔镜严格中心对齐且平行，并具有抗环境干扰能力。
中心对齐调节部1040与第一腔镜1010连接，配置成带动第一腔镜1010在所在平面之内移动，以达到与第二腔镜1020的中心对齐。现有的光学参考腔在制作与调配的过程中，通过光学系统辅助、三维定位系统完成两腔镜的中心对齐，操作过程复杂，本发明所提供的光学参考腔1000，配置中心对齐调节部1040，可选地，中心对齐调节部1040包括能够带动第一腔镜1010在所在平面内的各自由度上进行移动的组件。例如：中心对齐调节部1040包括端盖及螺钉组件，中心对齐调节部1040通过端盖固定于光学参考腔1000的腔体1030的一端，再通过贯穿于端盖的螺钉组件，对于位于腔体1030一端的第一腔镜1010的位置进行调节。
卷号：221060CI
平行调节部1050与第二腔镜1020连接，配置成带动第二腔镜1020发生偏转，以达到与第一腔镜1010的镜面平行。现有的光学参考腔腔镜的制作与调配过程中，对于其平行度的调节只能通过在粘接剂未固化之前通过不断手动调平腔镜，导致其调平过程极为繁琐且精度难以保证，并且粘接过程中可能引入附加的位移或倾斜。本发明所提供的光学参考腔1000，配置平行调节部1050，可选地，平行调节部1050包括能够带动第二腔镜1020沿光轴方向在各自由度上发生偏转的组件。例如：平行调节部1050包括端盖及螺钉组件，平行调节部1050通过端盖固定于光学参考腔1000的腔体1030的另一端，再通过贯穿端盖的螺钉组件，对于位于腔体1030另一端内的第二腔镜1020的偏转角度进行微调。
本发明的上述实施例所提供的光学参考腔1000，通过自带的中心对齐调节部及平行调节部，对于第一腔镜的中心位置及第一腔镜与第二腔镜的镜面平行度进行自由调节，简化了传统调节过程，无需借助外部的光学系统或定位系统，并且，在制作和调配过程中采用该部件进行调节，使得调节效率提升，可快速完成光学参考腔的装配，并在后续的使用及实验中，可以重新进行准直操作等。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，本发明所提供的光学参考腔1000还包括：腔长调节部1060。其中：
腔长调节部1060配置成沿腔体1030的轴向移动，以调节第一腔镜与第二腔镜之间的距离，等效于调节腔体1030的中空结构的有效长度。
根据本发明的一个实施例，其中腔长调节部1060包括压电陶瓷环。
改变施加在压电陶瓷环上的电压，可以使压电陶瓷环发生微小的形变，将压电陶瓷环与其一腔镜结合并集成于腔体1030的一端，即可以通过调节压电陶瓷环上的电压来调节两腔镜间的距离，等效于调节腔体1030的中空结构的有效长度。
本发明的上述实施例示意性地示出了中心调节部1040、第一腔镜1010与腔长调节部1060集成，平行调节部1050与第二腔镜1020集成，本领域技术人员能够理解，将中心调节部1040与平行调节部1050的位置互换，这样的实施方式也在本发明的保护范围之内。
卷号：221060CI
根据本发明的一个实施例，如图3所示，本发明所提供的光学参考腔1000中，腔体1030具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别具有第一端孔和第二端孔，中心对齐调节部1040、腔长调节部1060和第一腔镜1010位于所述第一端孔之内，平行调节部1050和第二腔镜1020位于第二端孔之内。
光学参考腔1000的中空结构1030两端连接第一端孔和第二端孔，可选地，第一端孔和第二端孔的径向面积大于中空结构的径向面积，第一端孔用于放置中心对齐调节部1040、腔长调节部1060和第一腔镜1010；第二端孔用于放置平行调节部1050和第二腔镜1020。通过中心对齐调节部1040调节第一腔镜1010和第二腔镜1020的中心对齐，通过平行调节部1050调节第一腔镜1010和第二腔镜1020的镜面平行后，可选地，通过腔长调节部1060补偿平行调节过程中的腔长变化，第一腔镜1010和第二腔镜1020通过中空结构相对的中心对齐、镜面平行且腔长稳定，用于实现频率稳定及窄线宽的激光。
根据本发明的一个实施例，如图4所示，本发明所提供的光学参考腔1000中，中心对齐调节部1040包括第一端盖1041及第一调节螺钉组件1042，第一调节螺钉组件1042包括多个调节螺钉，其中，第一端盖1041形成于腔体1030的第一端孔的外部，第一调节螺钉组件1042穿过第一端盖1041及第一端孔的侧面，调节第一端孔内部组件的位置。
根据本发明的一个实施例，如图5所示，光学参考腔1000还包括：预紧机构1080、第一隔热隔振部1070和第二隔热隔振部1090。其中：
第一腔镜1010、腔长调节部1060和预紧机构1080沿远离腔体1030的中空结构的轴向方向，依次排列于第一端孔之内，预紧机构1080配置成将腔长调节部1060及第一腔镜1010固定。
第一隔热隔振部1070围绕预紧机构1080的外径方向形成(图中仅示意性地示出，不能作为判定该两个部件排列顺序的依据)，预紧机构1080通过第一隔热隔振部1070与第一端孔过盈配合，并与第一端孔沿卷号：221060CI
远离腔体1030轴向方向的表面平齐。
第二隔热隔振部1090围绕所述第一端盖1041形成(同样地，图中仅示意性地示出，不能作为判断该部件与第一端盖的相对位置关系的依据)，包含隔热隔振环和隔热隔振片，其中
隔热隔振环形成于第一端盖1041与第一端孔外围之间，其上设有直口槽并与第一调节螺钉组件1042对应；
隔热隔振片沿腔体轴向方向与预紧机构1080相邻配置；
第一端盖1041通过第二隔热隔振部1090与腔体1030的第一端孔过盈配合。
通过第一隔热隔振部1070将第一端盖内部组件与外部隔离，可选地，采用隔热阻尼材料制作第一隔热隔振部1070，减小外部温度漂移或轻微扰动对腔体1030的腔长的影响，从而实现激光频率的稳定。
通过预紧机构1080将腔长调节部1060及第一腔镜1010固定，进一步经由第一隔热隔振部1070并与腔体1030的第一端孔过盈配合，使得腔长调节部1060及第一腔镜1010可自由装配，且装配效率高，装配完成后各部件结构稳定。
通过第二隔热隔振部1090将第一端盖1041内部组件与外部隔离，可选地，采用隔热阻尼材料制作第二隔热隔振部1090，减小外部温度漂移或轻微扰动对腔体1030的腔长的影响，从而实现激光频率的稳定。
根据本发明的一个实施例，如图6所示，本发明所提供的光学参考腔1000中，平行调节部1050包括第二端盖1051及第二调节螺钉组件1052，第二调节螺钉组件1052包括多个调节螺钉，其中：
第二端盖1051形成于腔体1030的第二端孔内部，第二调节螺钉组件1052穿过第二端盖的顶部，以调节第二端孔内部组件的角度。
根据本发明的一个实施例，在光学参考腔1000的第一端孔的径向外端面设置隔热隔振环，并且该隔热隔振环上设置有对应精密调节螺钉(第一调节螺钉组件)的直口槽，在光学参考腔的第一端孔的轴向外端面设置隔热隔振片，将中心对齐调节部的第一端盖与光学参考腔的第一卷号：221060CI
端孔的径向外端面连接固定，而且各连接部分紧密接触。
在中心对齐调节部的第一端盖上设置用于调节腔镜中心位置的精密调节螺钉(第一调节螺钉组件)，而且精密调节螺钉(第一调节螺钉组件)通过螺钉隔热隔振垫片与中心对齐调节部的第一端盖预紧接触。精密调节螺钉(第一调节螺钉组件)的螺纹末端，通过开有直口槽的隔热隔振环与光学参考腔的第一端孔上的螺纹孔，与环绕于中心对齐调节部上隔热隔振环接触。由于光学参考腔体的通光孔与第一端孔中心对齐设置，整体调节机构与光学参考腔体集为一体，则腔镜中心对齐仅需微米量级调节，因此精密调节螺钉(第一调节螺钉组件)通过螺钉隔热隔振垫片的预紧调节足以满足调节范围，而且保证了腔镜与光学参考腔体的密封性。
根据本发明的一个实施例，如图7所示，本发明所提供的光学参考腔1000还包括：第三隔热隔振部1100和温度补偿部1110。其中：
第三隔热隔振部1100和第二腔镜1020沿远离腔体1030的中空结构的轴向方向，依次排列于所述第二端孔之内。
温度补偿部1110包括上零膨胀温度补偿环1111和下零膨胀温度补偿环1112，分别位于第二腔镜1020的两侧。
通过第三隔热隔振部1100将第二端孔内部组件与外部隔离，可选地，采用隔热阻尼材料制作第三隔热隔振部1100，缓和外部温度漂移或轻微扰动对腔体1030的腔长变化的影响，起到稳定光学参考腔腔长的作用。
温度补偿部1110补偿因不同热膨胀系数的材料相互接触引起的零膨胀点变化而导致的腔长变化，本实施例中，除腔长调节部1060以外，本发明所提供的光学参考腔1000中，全部部件采用低热膨胀系数的材料制成，其中，腔体1030采用超低热膨胀系数的材料制成，第一腔镜1010与第二腔镜1020采用石英等较低膨胀系数的材料制成，由于第二腔镜1020与腔体1030的膨胀系数不同，优选地，采用温度补偿部1110对于两种材料引起的热膨胀差异效应进行补偿。
卷号：221060CI
根据本发明的一个实施例，光学参考腔1000中，上零膨胀温度补偿环上具有环形槽，以使第二调节螺钉组件穿过第二端盖并定位于环形槽内。
根据本发明的一个实施例，如图8所示，本发明所提供的光学参考腔1000还包括：第二腔镜槽1120。其中：
第三隔热隔振部1100、温度补偿部1110及第二腔镜1020均位于第二腔镜槽1120内，第二腔镜槽1120与第二端盖螺纹连接，并整体置于第二端孔内部。
第二腔镜槽1120的外螺纹与调平机构端盖的内螺纹连接实现调平机构的主体装配，而且保证其内部各结构间轴向紧密接触。(这一部分刻预先组装好，然后在其端盖外部设置隔热隔振环，放入第二端孔内部)
由于第一端孔内部具有腔长调节部1060，故无需设置类似于第二腔镜槽1120的结构，而第二端孔内部组件无需移动，为提供系统的整体稳定性，可以将第二端孔内的各个部件置于第二腔镜槽1120内，并整体置于所述第二端孔内部。
根据本发明的一个实施例，如图9所示，光学参考腔1000还包括：第四隔热隔振部1130。其中：
第四隔热隔振部1130，位于所述第二端盖与第二端孔之间，第二端盖通过所述第四隔热隔振部与所述腔体的第二端孔过盈配合。
根据本发明的一个实施例，在平行调节部的第二端盖上设置带有预紧机构的球头精密调节螺钉(第二调节螺钉组件)，球头精密调节螺钉(第二调节螺钉组件)与平行调节部的第二端盖为螺纹连接，而且精密调节螺钉(第二调节螺钉组件)的球头位于上零膨胀温度补偿环的环形槽内，最终将平行调节部通过隔热隔振环固定于光学参考腔的第二端孔内，实现其与光学参考腔体连接密封。通过调节球头精密调节螺钉(第二调节螺钉组件)，实现对第二腔镜镜面的二维调平。本申请的平行调节部以精密调节螺钉的机械调节方式为例，本领域技术人员容易理解，也可以通过小压电陶瓷块等其他精密位移元件实现所述第二调节螺钉组件的功能。
卷号：221060CI
根据本发明的一个实施例，本发明所提供的光学参考腔1000中，第一腔镜1010、第二腔镜1020、腔体1030、中心对齐调节部1040和平行调节部1050两两之间可分离或重组。
本发明的上述一个或多个实施例所提供的光学参考腔及其设计中，在光学参考腔体两端分立配置调平与调节机构，可以实现光学参考腔的快速装配与精密调节，结合腔长调节部，并能进一步拓宽光学参考腔的频率范围，从而提高光学参考腔的实验效率及适用性，可将其应用于量子计算及精密测量等前沿科技领域。
根据本发明的一个实施例，如图10所示，本发明还提供一种超稳激光系统2000，包括如上文一个或多个实施例中所介绍的光学参考腔1000。
下面结合本发明的一个实施例中的实物装配图，对本发明所提供的光学参考腔1000，以及其制作和装配的过程进行详细介绍。
根据本发明的一个实施例，如图11所示，本发明提供了一种可快速装配与精密调节的光学参考腔，在光学参考腔体的一端设置第一腔镜及其调节机构，用于腔镜中心对齐的调节，而且其内所配置的压电陶瓷可带动第一腔镜实现光学参考腔体长度的调节；另一端设置第二腔镜及其调平机构，实现对第二腔镜的二维镜面调平；通过可独立装配并分别集成于光学参考腔两端孔的调节机构与调平机构的配合调节，解决了光学参考腔的常规制作与调节方法的繁琐复杂及调平不可控性的困扰，可简单高效地实现光学参考腔的制作与实验效率，同时可进一步拓宽光学参考腔的频率范围从而拓宽其对待稳激光的适用性。
图11展示了所述光学参考腔的整体结构，在光学参考腔体1内开设通光孔并在两端分别开设第一端孔和第二端孔，一端设置第一腔镜及其调节机构2与另一端设置第二腔镜及其调平机构3。第一腔镜及其调卷号：221060CI
节机构2设置于光学参考腔体1的第一端孔处，通过沿腔体径向设置的精密调节螺钉实现腔镜中心对齐调节目的。第二腔镜及其调平机构3位于光学参考腔体1的第二端孔内，通过沿腔体轴向设置精密调节螺钉实现第二腔镜的调平目的。调节机构2与调平机构3均通过隔热隔振环与参考腔体1过盈配合固定且密封腔体。所述光学参考腔，除所用压电陶瓷外，其余结构均由超低热膨胀系数材料制成，保证所设计光学参考腔的稳定性；具体材料、尺寸及其固定方式等依据具体应用要求而定，整体可直接放置于隔振平台上，亦可包含于真空腔体内再放置于隔振平台上。
图12展示了所述光学参考腔的第一腔镜及其调节机构，将第一腔镜2-1、用于腔长调节的压电陶瓷2-2及其预紧机构2-3依次粘接固定；进一步，将预紧机构2-3通过第一隔热隔振环2-4固定于光学参考腔体端孔1-2内，保持预紧机构2-3的外端面与光学参考腔体端孔1-2的轴向外端面平齐；进一步，在光学参考腔体端孔1-2的径向外端面设置隔热隔振环2-6而且其隔热隔振环2-6上设置有对应精密调节螺钉2-8的直口槽，在光学参考腔体端孔1-2的轴向外端面设置隔热隔振片2-5，将第一腔镜调节机构(即上文的一个或多个实施例中所介绍的中心对齐调节部)的端盖2-7与光学参考腔体端孔1-2的径向外端面连接固定，而且各连接部分紧密接触；最后，在第一腔镜调节机构端盖2-7上设置用于调节腔镜中心位置的精密调节螺钉2-8(即上文的一个或多个实施例中所介绍的第一调节螺钉组件)，而且精密调节螺钉2-8通过螺钉隔热隔振垫片2-9与调节机构端盖2-7预紧接触，精密调节螺钉2-8的螺纹末端，通过开有直口槽的隔热隔振环2-6及光学参考腔体端孔1-2上的螺纹孔，与隔热隔振环2-4接触。由于光学参考腔体的通光孔1-1与端孔1-2中心对齐设置，整体调节机构与光学参考腔体集为一体，则腔镜中心对齐仅需微米量级的调节，因此精密调节螺钉2-8通过隔热隔振垫片2-9的预紧调节足以满足调节范围，而且保证了腔镜与光学参考腔体的密封性。
图13展示了所述光学参考腔的第二腔镜及其调平机构，调平机构的第二腔镜槽3-1由超低热膨胀系数材料制成，在其上开设两个不同直卷号：221060CI
径内孔，其中底部小直径通孔与光学参考腔体1的通光孔径对应。在第二腔镜槽3-1的大直径孔内放置第二腔镜3-4，在第二腔镜3-4两侧分别设置由超低热膨胀系数的微晶玻璃制成的下零膨胀温度补偿环3-3与上零膨胀温度补偿环3-5。上零膨胀温度补偿环3-5面向第二腔镜3-4的一侧为平面且与第二腔镜3-4的边缘接触，另一侧开设有环形槽。在下零膨胀温度补偿环3-3与第二腔镜槽3-1之间设置第二隔热隔振片3-2，在实现隔热隔振的同时使调平机构(所述调平机构即上文的一个或多个实施例所介绍的平行调节部)具备轴向调节自由度，以避免调节过程的轴向偏移导致第二腔镜产生应力。上述第二隔热隔振片3-2、下零膨胀温度补偿环3-3、第二腔镜3-4及上零膨胀温度补偿环3-5依次放置于第二腔镜槽3-1内，然后第二腔镜槽3-1的外螺纹与调平机构端盖3-6的内螺纹连接实现调平机构的主体装配，而且保证其内部各结构间轴向紧密接触。在调平机构端盖3-6上设置带有预紧机构3-9的球头精密调节螺钉3-8(即上文的一个或多个实施例中所介绍的第二调节螺钉组件)，球头精密调节螺钉3-8与调平机构端盖为螺纹连接，而且精密调节螺钉3-8的球头位于上零膨胀温度补偿环3-5的环形槽内，最终调平机构通过第二隔热隔振环3-7固定于光学参考腔体第二端孔1-3内，实现与光学参考腔体1连接及密封。通过调节球头精密调节螺钉3-8，实现对第二腔镜3-4镜面的二维调平。本实施例的调平机构以精密调节螺钉的机械调节方式为例说明，也可通过小型的压电陶瓷块等其他精密位移元件实现。
基于上述设计的光学参考腔，通过调平机构对第二腔镜进行镜面调平、调节机构对第一腔镜与第二腔镜的中心对齐及平行调节、进一步通过调节机构内部的压电陶瓷带动第一腔镜对光学参考腔体长度调节的配合，最终实现光学参考腔的快速装配与相对宽范围内的精密调节，不仅提高了光学参考腔的制作及实验效率，还拓宽了其适用激光的频率范围。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本卷号：221060CI
申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (11)
1.一种光学参考腔，其特征在于，包括：
第一腔镜；
第二腔镜，所述第二腔镜的镜面与所述第一腔镜的镜面相对放置；
腔体，为中空结构，连接所述第一腔镜与所述第二腔镜，以使光信号在其中往复；
中心对齐调节部，与所述第一腔镜连接，配置成带动所述第一腔镜沿镜面平面内移动，以达到与所述第二腔镜的中心对齐；
平行调节部，与所述第二腔镜连接，配置成带动所述第二腔镜沿光轴方向发生偏转，以达到与所述第一腔镜的镜面平行。
2.如权利要求1所述的光学参考腔，还包括：
腔长调节部，与所述第一腔镜连接，配置成沿所述腔体的轴向移动，以调节所述腔体的中空结构的有效长度。
3.如权利要求1和2所述的光学参考腔，其中所述腔体具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别具有第一端孔和第二端孔，所述中心对齐调节部、所述腔长调节部和所述第一腔镜位于所述第一端孔之内，所述平行调节部和所述第二腔镜位于所述第二端孔之内。
4.如权利要求3所述的光学参考腔，其中所述中心对齐调节部包括第一端盖及第一调节螺钉组件，所述第一调节螺钉组件包括多个调节螺钉，其中：
所述第一端盖形成于所述腔体的第一端孔的外部，所述第一调节螺钉组件穿过所述第一端盖及所述第一端孔的侧面，以调节所述第一端孔内部组件的位置。
5.如权利要求4所述的光学参考腔，还包括：
预紧机构，所述第一腔镜、所述腔长调节部和所述预紧机构沿远离所述卷号：221060CI
腔体的中空结构的轴向方向，依次排列于所述第一端孔之内，所述预紧机构配置成将所述腔长调节部及所述第一腔镜固定；
第一隔热隔振部，围绕所述预紧机构的外径方向形成，所述预紧机构通过所述第一隔热隔振部与所述第一端孔过盈配合，并与第一端孔沿远离腔体轴向方向的表面平齐；
第二隔热隔振部，围绕所述第一端盖形成，包含隔热隔振环和隔热隔振片，其中
所述隔热隔振环形成于第一端盖与第一端孔外围之间，其上设有直口槽并与所述第一调节螺钉组件对应；
所述隔热隔振片沿腔体轴向方向与所述预紧机构相邻配置；
所述第一端盖通过第二隔热隔振部与腔体的第一端孔过盈配合。
6.如权利要求3所述的光学参考腔，其中所述平行调节部包括第二端盖及第二调节螺钉组件，所述第二调节螺钉组件包括多个调节螺钉，其中：
所述第二端盖形成于所述腔体的第二端孔内部，所述第二调节螺钉组件穿过所述第二端盖的顶部，以调节所述第二端孔内部组件的角度。
7.如权利要求6所述的光学参考腔，还包括：
第三隔热隔振部，所述第三隔热隔振部和所述第二腔镜沿远离所述腔体中空结构的轴向方向，依次排列于所述第二端孔之内；
温度补偿部，包括上零膨胀温度补偿环和下零膨胀温度补偿环，分别位于所述第二腔镜的两侧。
8.如权利要求6和7所述的光学参考腔，其中所述上零膨胀温度补偿环上具有环形槽，以使所述第二调节螺钉组件穿过所述第二端盖并定位于环形槽内。
9.如权利要求8所述的光学参考腔，还包括：
第二腔镜槽，所述第三隔热隔振部、所述温度补偿部及所述第二腔镜均位于所述第二腔镜槽内，所述第二腔镜槽与所述第二端盖螺纹连接，并整体卷号：221060CI
置于所述第二端孔内部；
第四隔热隔振部，位于所述第二端盖与所述第二端孔之间，所述第二端盖通过所述第四隔热隔振部与所述腔体的第二端孔过盈配合。
10.如权利要求1-3中任一项所述的光学参考腔，其中
所述第一腔镜、所述第二腔镜、所述腔体、所述中心对齐调节部和所述平行调节部两两之间能够分离或重组。
11.一种超稳激光系统，包括如权利要求1-9中任一项所述的光学参考腔。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310602825.XA CN116759878A (zh) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 光学参考腔及超稳激光系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310602825.XA CN116759878A (zh) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 光学参考腔及超稳激光系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN116759878A true CN116759878A (zh) | 2023-09-15 |
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ID=87948760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115436021A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-12-06 | 华南师范大学 | 一种测量超稳光学参考腔高精细度的方法及装置 |
| CN117977362A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 中国科学院国家授时中心 | 一种陶瓷腔体复合光学腔 |
-
2023
- 2023-05-26 CN CN202310602825.XA patent/CN116759878A/zh active Pending
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