專利名稱：具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信技術(shù)，特別涉及光通信技術(shù)中一種具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的可調(diào)諧光濾波器。
在波分復(fù)用光通信系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的選擇和交換，光濾波器件是必不可少的核心器件。實(shí)際應(yīng)用中光學(xué)濾波的方法有很多，如采用傳統(tǒng)的F-P腔結(jié)構(gòu)，介質(zhì)薄膜濾光片和光纖光柵等等都可以滿足現(xiàn)在的波分復(fù)用系統(tǒng)的帶寬要求，并且得到了廣泛的應(yīng)用。
但是，這些傳統(tǒng)的光濾波器件仍然存在著一定的缺陷，尤其是密集波分復(fù)用技術(shù)和光交換技術(shù)的飛速發(fā)展的今天，對(duì)光濾波器提出了更新和更高的要求。密集波分復(fù)用技術(shù)要求光濾波器的帶寬更窄(根據(jù)ITU-T的建議要求帶寬間隔應(yīng)為0.4nm)，只有響應(yīng)曲線為平頂陡邊的結(jié)構(gòu)才能在相等的帶寬下容納更多的信道容量。為了滿足靈活的光波長(zhǎng)交換，動(dòng)態(tài)的可調(diào)諧濾波器的需求變得更加迫切，傳統(tǒng)的濾波器顯然不能滿足這樣的要求。
本發(fā)明的特征在于輸入和輸出由一對(duì)自聚焦透鏡構(gòu)成，其間設(shè)有多腔結(jié)構(gòu)，多腔結(jié)構(gòu)為平行多腔結(jié)構(gòu)；腔兩壁均設(shè)有反射膜；平行多腔至少一個(gè)是空氣腔，空氣腔的間距是可調(diào)的；設(shè)有一機(jī)械調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接設(shè)在空氣腔兩側(cè)的結(jié)構(gòu)上；在空氣腔間設(shè)有一光闌，自聚焦透鏡為平面上鍍一層膜；本發(fā)明優(yōu)選三平行腔結(jié)構(gòu)，其中兩側(cè)為介質(zhì)腔，中間為空氣腔。
本發(fā)明通過調(diào)諧空氣腔來實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧，簡(jiǎn)化了調(diào)諧實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度并保留了多腔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明與傳統(tǒng)的F-P腔(法布里-帕羅腔)結(jié)構(gòu)可調(diào)諧濾波器相比的優(yōu)點(diǎn)是采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧濾波器的響應(yīng)曲線是窄帶平頂陡邊的，這將會(huì)有助于減小信道之間的串?dāng)_，還可以在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的調(diào)諧；由于是在自聚焦透鏡上通過鍍膜這種成熟工藝上加工而成的，所以對(duì)降低器件的成本是非常有利的；另外，利用自聚焦透鏡的準(zhǔn)直特性，對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直，腔的衍射損耗可以大大減小，從而可以使諧振腔的范圍擴(kuò)大。經(jīng)過下面參考附圖
對(duì)本發(fā)明的作為示例的實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)更加清楚。
1……單膜光纖 2……反射膜3……反射膜4……反射膜5……反射膜6……腔7……腔8……光闌9……自聚焦透鏡10……自聚焦透鏡11……機(jī)械調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)相鄰的兩個(gè)反射膜彼此平行，反射膜2、3與其間所夾的腔6構(gòu)成一個(gè)以填充材料為介質(zhì)的法布里-帕羅腔，簡(jiǎn)稱F-P腔。反射膜4、5與其間所夾的腔7構(gòu)成另一個(gè)F-P腔。膜3、4之間構(gòu)成了另一個(gè)F-P腔，這個(gè)F-P腔的間距通過機(jī)械結(jié)構(gòu)是可以改變的。設(shè)有一機(jī)械調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接設(shè)在空氣腔兩側(cè)的結(jié)構(gòu)上，機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整來調(diào)節(jié)空氣腔的間距，垂直于器件表面入射的入射光經(jīng)自聚焦透鏡9準(zhǔn)直后進(jìn)入濾波器，經(jīng)過腔6進(jìn)行波長(zhǎng)選擇后再經(jīng)過空氣腔和腔7進(jìn)行第二次和第三次波長(zhǎng)選擇。這樣，在腔6、7和空氣腔的諧振波長(zhǎng)一定范圍附近的光波會(huì)在三個(gè)腔內(nèi)及反射膜1、3之間反復(fù)諧振。腔4和腔5之間耦合的結(jié)果根據(jù)四個(gè)反射膜2、3、4、5的各自反射率的不同可能使在腔6、7和空氣腔內(nèi)反復(fù)諧振的各個(gè)波長(zhǎng)的諧振強(qiáng)度發(fā)生變化。適當(dāng)?shù)剡x取四個(gè)反射膜2、3、4、5各自的反射率時(shí)，諧振強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系就會(huì)具有平頂陡邊的線形，在空氣腔間設(shè)有一相對(duì)的光闌8，光闌8使光線更趨中間并除去部分邊緣雜散光信號(hào)。
單腔調(diào)諧濾波器，通過只改變中間唯一的腔(空氣腔)來達(dá)到調(diào)諧的目的。通過分析得出，第一反射率分布必須遠(yuǎn)離反射率匹配區(qū)域，才能實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，否則無連續(xù)調(diào)諧能力，所以要使用單調(diào)諧濾波器響應(yīng)曲線是羅倫茲線形.第二反射率分布仍采取對(duì)稱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部?jī)蓪臃瓷渎试酱髣t3db帶寬越窄，當(dāng)內(nèi)部?jī)蓪臃瓷渎蚀_定以后，外層的反射率增大3db帶寬也變窄，但調(diào)諧能力受到限制，在連續(xù)調(diào)諧腔間距時(shí)，出現(xiàn)“峰值”不穩(wěn)即類似于增益起伏的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)需要考率的是如何在減小3db帶寬的同時(shí)保證增益起伏在可控制的范圍內(nèi)。為減小工藝難度，選擇內(nèi)部?jī)蓪臃瓷渎蕿?.98。外層反射率分別為0.25，0.4，0.6時(shí)的連續(xù)調(diào)諧時(shí)，設(shè)計(jì)自由光譜范圍為ITU標(biāo)準(zhǔn)定義的32nm，(1528.77nm--1560.61nm)對(duì)應(yīng)的3db帶寬分別約為0.2nm，0.06nm，0.028nm，10-2db帶寬約為0.8nm，0.5nm，0.3nm.事實(shí)上還可以同時(shí)進(jìn)一步提高相應(yīng)的膜層反射率可以獲得更好的窄帶濾波效果(現(xiàn)在的鍍膜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)99.6％的反射率，反射率從98％到99.6％的提高對(duì)于濾波器的性能改善是十分明顯的)。因此這一新型器件可以更好地滿足當(dāng)前光波分復(fù)用通信技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體光探測(cè)器件的要求。
綜上所述，本發(fā)明通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得本發(fā)明能提供一種具有平頂和陡邊響應(yīng)的窄帶可調(diào)諧濾波器，從而克服傳統(tǒng)濾波器尖頂緩降響應(yīng)峰，帶寬不夠窄和可調(diào)諧性能差的缺點(diǎn)，使本發(fā)明能夠更好的應(yīng)用于波分復(fù)用和光交換系統(tǒng)中。作為可調(diào)諧濾波器本發(fā)明不僅僅可應(yīng)用于光通信領(lǐng)域，還可以用于光學(xué)測(cè)量，光譜分析等眾多的領(lǐng)域?？烧{(diào)諧濾波器在一對(duì)自聚焦透鏡上通過鍍膜的方法形成多個(gè)光學(xué)腔。仔細(xì)的設(shè)計(jì)膜層的反射率和多個(gè)光學(xué)腔間距的長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一中心波長(zhǎng)的諧振達(dá)到濾波的效果。通過改變一對(duì)自聚焦透鏡中間的空氣腔的長(zhǎng)度就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)選擇中心波長(zhǎng)的效果。以上所述乃本發(fā)明的具體實(shí)例及所運(yùn)用的技術(shù)原理，依本發(fā)明的構(gòu)想所做的等效變換，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，如將實(shí)施例中的四鏡三腔結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為五鏡四腔等平行多鏡多腔結(jié)構(gòu)，又如將本實(shí)施例中的四鏡三腔對(duì)稱結(jié)構(gòu)變化為多鏡多腔的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，均應(yīng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明所提出器件結(jié)構(gòu)不僅能夠應(yīng)用于自聚焦透鏡之上，還可以應(yīng)用于在光纖端面的結(jié)構(gòu)，這些應(yīng)用也均應(yīng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)，特此說明。
權(quán)利要求
1.一種具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于輸入和輸出由一對(duì)自聚焦透鏡構(gòu)成，其間設(shè)有多腔結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于多腔結(jié)構(gòu)為平行多腔結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于腔兩壁均設(shè)有反射膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于平行多腔至少一個(gè)是空氣腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于空氣腔的間距是可調(diào)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于設(shè)有一機(jī)械調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接設(shè)在空氣腔兩側(cè)的結(jié)構(gòu)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于在空氣腔間設(shè)有一光闌。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于自聚焦透鏡為平面上鍍一層膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于優(yōu)選三平行腔結(jié)構(gòu)，其中兩側(cè)為介質(zhì)腔，中間為空氣腔。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的多腔結(jié)構(gòu)的窄帶可調(diào)諧濾波器，其特征在于相鄰的兩個(gè)反射膜彼此平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及光通信技術(shù),特別涉及光通信技術(shù)中一種具有平頂陡邊頻譜響應(yīng)的可調(diào)諧光濾波器。本發(fā)明輸入和輸出由一對(duì)自聚焦透鏡構(gòu)成,其間設(shè)有多腔結(jié)構(gòu),多腔結(jié)構(gòu)為平行多腔結(jié)構(gòu);腔兩壁均設(shè)有反射膜;平行多腔至少一個(gè)是空氣腔,空氣腔的間距是可調(diào)的;本發(fā)明優(yōu)選三平行腔結(jié)構(gòu),其中兩側(cè)為介質(zhì)腔,中間為空氣腔。本發(fā)明能提供一種具有平頂和陡邊響應(yīng)的窄帶可調(diào)諧濾波器,從而克服傳統(tǒng)濾波器尖頂緩降響應(yīng)峰,帶寬不夠窄和可調(diào)諧性能差的缺點(diǎn),使本發(fā)明能夠更好的應(yīng)用于波分復(fù)用和光交換系統(tǒng)中。作為可調(diào)諧濾波器本發(fā)明不僅僅可應(yīng)用于光通信領(lǐng)域,還可以用于光學(xué)測(cè)量,光譜分析等眾多的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B6/24GK1349318SQ0113457
公開日2002年5月15日 申請(qǐng)日期2001年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月28日
發(fā)明者吳磊, 劉玉敏, 陳樹強(qiáng), 張曉光, 劉元安 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)