專利名稱：高濾波準確度的光信號分隔器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高濾波準確度的光信號分隔器結構，可應用于光纖通訊中，對所需的特定光波長信號做匯入或取出的功能，尤其是在寬頻光電通訊及網(wǎng)絡方面。
例如專利US6169626揭示一種利用空氣層Fabry-Perot與分光棱鏡所構成周期性分光元件的構架，當空氣層Fabry-Perot的玻璃材質(zhì)的溫度膨脹非常小時，會有良好的溫度穩(wěn)定性，不過所需的組件太多，體積太大；如專利US6252711、US6215923、US6212313與US5694233皆利用雙折射波片制作的周期性紛光元件，但是US6252711中使用過多波片，經(jīng)濟效益較低，而US6215923、US6212313與US5694233則使用多個雙折射波片為達其平坦化的同時，多個雙折射波片之間的長度不匹配，易造成濾波頻譜的誤差。
如

圖1所示為一雙折射率濾波器，是由一個長度為L1的第一雙折射波片1、長度為L2的第二雙折射波片2與一分析器(analyzer)3所構成，其中第一雙折射波片1與第二雙折射波片2的光軸皆與光的進行方向(Z軸)垂直，并且與X軸夾角分別為θ1與θ2，當θ1為45度時，借由適當?shù)脑O計，通過第一雙折射波片1與第二雙折射波片2后的入射光若行經(jīng)分析器(analyzer)3，此時其濾波頻譜如圖2所示，其通帶寬度(passband width)會因為L2＝2L1而達到平坦化(flattened)的功能。但是雙折射波片在加工制造的過程中，其長度必定會有一個誤差范圍，也就是說L2并不會全然等于2L1，此時的濾波頻譜如圖3所示，是以L2＝2L1+1um(長度不匹配)為例所呈現(xiàn)出的濾波頻譜，與圖2的濾波頻譜作一比較，可以發(fā)現(xiàn)除了穿透中心已非平坦之外，其頻譜的最低點(即Interchannel Cross-talk Level)約減少了3OdB，造成嚴重的誤差。
發(fā)明目的本發(fā)明的主要目的，在于解決上述的缺陷，避免上述缺陷的存在，本發(fā)明提供一種高濾波準確度的光信號分隔器結構，能使波長之間間距相同(如ITU波長)，尤其當一波長有交錯的光信號(奇數(shù)ITU波長與偶數(shù)ITU波長)時，可借由本發(fā)明的雙折射波片加以合并或分離入光纖中，所以僅需改變光源的波長間距，即可在現(xiàn)有網(wǎng)絡實體構架下擴增其傳輸流量，其中僅利用一雙折射波片對入射光造成適當?shù)南辔谎舆t與多次往返通行(Multi-pass)設計，達到濾波頻譜平坦化，降低濾波頻譜對組成晶體長度不匹配時所產(chǎn)生的誤差，同時也可減少元件數(shù)量與縮短元件長度。發(fā)明技術方案為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供一種高濾波準確度的光信號分隔器結構，其組成包含第一偏振分離器、一雙折射濾波器、一偏振旋轉(zhuǎn)機制、第二偏振分離器、第三偏振分離器與一光角度偏折器，其中當一入射光(具所有波長的光信號)穿透該雙折射波片時，會形成奇數(shù)波長與偶數(shù)波長的偏振態(tài)正交，其中光的行進路徑是由一入射光由該雙折射波片前方水平穿透該雙折射波片后，進入第一直角反射體經(jīng)兩次反射，以反向平行原入射光的路徑通過第一偏振控制芯片與雙折射波片，該光束在經(jīng)由第二直角反射體作二次反射，形成與原入射光相同方向的光束通過第二偏振控制晶體及雙折射波片，借由該雙折射波片對入射光造成適當?shù)南辔谎舆t與多次往返通行(Multi-pass)設計，達到濾波頻譜平坦化，降低濾波頻譜對組成晶體長度不匹配時所產(chǎn)生的誤差。發(fā)明效果本發(fā)明僅利用一個雙折射波片多次往返通行設計，達到濾波頻譜平坦化并具有準確的濾波，降低濾波頻譜誤差，同時也減少元件數(shù)量(節(jié)省成本)并微化體積。
圖2為已知的理想的濾波頻譜圖。
圖3為已知的長度不匹配造成的濾波頻譜誤差圖。
圖4為本發(fā)明的雙折射濾波器原理示意圖。
圖5為本發(fā)明的雙折射濾波器結構示意圖(實施例一)。
圖6為本發(fā)明的具穩(wěn)溫雙折射濾波器結構示意圖(實施例二)。
圖7-1為本發(fā)明高濾波準確度光信號分隔器的X-Z平面示意圖。
圖7-2為本發(fā)明高濾波準確度光信號分隔器的Y-Z平面示意圖。
圖8-1、圖8-2、圖8-3為圖7-1元件分波的光路偏振態(tài)示意圖。
偏振態(tài)交錯正交的光束進入第一直角反射體13a，于該第一直角反射體13a內(nèi)經(jīng)兩次反射，反向行進，并通過第一偏振控制芯片14a，形成第一反射光束120(反向原入射光束)，其中當光束通過第一偏振控制芯片14a后，所有波長的偏振態(tài)皆旋轉(zhuǎn)，并且相對于的光軸夾角為θ2。該第一反射光束120穿透穩(wěn)溫雙折射波片12與雙折射波片11，再次利用直角反射體改變光束的行徑路線原理，使第一反射光束120于第二直角反射體13b內(nèi)經(jīng)由二次反射后，再通過第二偏振控制晶體14b，形成一正向的第二反射光束130(與原入射光束同向)，該第二反射光束130光束正向穿過雙折射波片11與穩(wěn)溫雙折射波片12，形成一平坦濾波光束140；其中偏振態(tài)交錯正交的光束經(jīng)過第二直角反射體13b二次反射，正向行進通過第二偏振控制晶體14b后，所有波長的偏振態(tài)皆旋轉(zhuǎn)，并且相對于雙折射波片11的光軸夾角為θ2，因此所有的波長光皆以45度通過雙折射波片11與穩(wěn)溫雙折射波片12一次，達到基本濾波與穩(wěn)溫修正效果，并且以θ2角度分別以反向與正向行經(jīng)雙折射波片11二次(符合L2＝2L1)，得到平坦化的濾波光束140，由于所有的雙折射濾波皆由同一晶體所形成，因此沒有長度上不匹配與濾波頻譜變形的問題。第三實施例高濾波準確度光信號分隔器結構如圖7-1與圖7-2分別為本發(fā)明高濾波準確度光信號分隔器的X-Z平面與Y-Z平面示意圖，其組成包含第一偏振分離器20a、一雙折射濾波器10、一偏振旋轉(zhuǎn)機制40、第二偏振分離器20b、第三偏振分離器20c與一光角度偏折器50，其中雙折射濾波器10即為圖5或圖6的結構；其光行進路線為一單光纖準直器的輸出光束100(λ1，λ2，λ3，λ4，...)，通過第一偏振分離器20a與第一偏振旋轉(zhuǎn)晶體30a，僅對Y-Z平面的下方光束作用，將單光纖準直器的輸出光束100區(qū)分為上入射光束110A與下入射光束110B，其中僅下入射光束110B通過第一偏振旋轉(zhuǎn)晶體30a，請參閱圖7-2，之后，上入射光束110A與下入射光束110B進入雙折射濾波器10與一偏振旋轉(zhuǎn)機制40后，得到二平坦濾波光束140(上平坦濾波光束140A與下平坦濾波光束140B)，再經(jīng)過第二偏振分離器20b，將奇數(shù)波長與偶數(shù)波長分離，分離后的奇數(shù)與偶數(shù)波長光通過第二偏振旋轉(zhuǎn)晶體30b與第三偏振旋轉(zhuǎn)晶體30c后，利用第三偏振分離器20c分別偶合，最后再借由光角度偏折器產(chǎn)生方向的改變，分別偶合進入一個雙光纖準直器(Dual-core collimator)的二光埠，其中該第一偏振分離器20a、第二偏振分離器20b及第三偏振分離器20c可為一雙折射晶體，可加入一法拉第晶體或λ/2的偏振旋轉(zhuǎn)晶體于其偏振分離器上。
圖7-1與圖7-2的原理可配合圖8-1至圖8-3來說明，圖8-1至圖8-3分別為圖7-1元件分波的光路于X-Y平面的偏振態(tài)示意圖；如圖8-1所示，為具所有波長的單光纖維準直器輸出光束100入射walk-off方向為y方向的第一偏振分離器20a后，分離為O-ray的B與E-ray(Extraordinary-ray)的A，B通過第一偏振旋轉(zhuǎn)晶體30a后，偏振旋轉(zhuǎn)90度分別為上入射光束110A與下入射光束110B，此時二光束為相同偏振態(tài)(皆為所有波長光)。如圖8-2所示，上入射光束110A與下入射光束110B經(jīng)過雙折射濾波器10后，由于雙折射濾波的效應，奇數(shù)波長光(λ1，λ3，λ5...)的偏振態(tài)并不改變，而偶數(shù)波長光(λ2，λ4，λ6，...)的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度(與110A和110B相比較)，因此上平坦濾波光束140A與下平坦濾波光束140B皆有兩種正交的波長相關偏極態(tài)。經(jīng)由第二偏振分離器20b的分離會產(chǎn)生四個光束，分別為奇數(shù)波長光束(201、202)，與右方walk-off的偶數(shù)波長光束(301、302)，301與302通過第二偏振旋轉(zhuǎn)晶體30b皆旋轉(zhuǎn)90度，而201與301再通過第三偏振旋轉(zhuǎn)晶體30c旋轉(zhuǎn)90度后為圖8-3所示，(203，204)與(303，304)分別正交，再經(jīng)由第三偏振分離器20c分別合并為205(奇數(shù)波長信號)與305(偶數(shù)波長信號)。205與305再經(jīng)由光角度偏折器50產(chǎn)生行進方向的改變而偶合進入一個雙光纖準直器(Dual-corecollimator)中，分別為光束200與光束300。
權利要求
1.一種高濾波準確度的光信號分隔器結構，主要元件包括多個偏振分離器、第一雙折射波片(1)、第二雙折射波片(2)、一分析器(3)，其特征在于僅以一雙折射濾波器(10)取代兩雙折射波片，該雙折射濾波器(10)由下列組成物所組合一雙折射波片(11)，為一長方體形狀；第一直角反射體(13a)，位于該雙折射波片后方；第一偏振控制晶體(14a)，位于第一直角反射體(13a)與雙折射波片(11)之間，僅供經(jīng)第一直角反射體(13a)反射后的光束經(jīng)過；第二直角反射體(13b)，位于該雙折射波片前方；及第二偏振控制晶體(14a)，位于第二直角反射體(13b)與雙折射波片(11)之間，僅供經(jīng)第二直角反射體(13b)反射后的光束經(jīng)過；其中，借由一水平入射光(具所有波長的光信號)穿透該雙折射波片(11)，形成奇數(shù)波長與偶數(shù)波長的偏振態(tài)正交，其中光的行進路徑由一水平入射光由該雙折射波片(11)前方水平穿透該雙折射波片(11)后，進入第一直角反射體(13a)經(jīng)兩次反射，以反向平行原入射光的路徑通過第一偏振控制芯片(14a)與雙折射波片(11)，該光束在經(jīng)由第二直角反射體(13b)作二次反射，形成與原入射光相同水平方向的光束通過第二偏振控制晶體(14b)及雙折射波片(11)。
2.根據(jù)權利要求1所述的高濾波準確度的光信號分隔器結構，其特征在于該雙折射波片(11)的材質(zhì)為釩酸釔(YVO4)，且水平入射光與該雙折射波片(11)的光軸夾角為45度。
3.根據(jù)權利要求1所述的高濾波準確度的光信號分隔器結構，其特征在于該雙折射濾波器(10)的第一直角反射體(13a)與第二直角反射體(13b)皆為一直角三角柱體，可使光束在進入直角反射體時，經(jīng)兩次反射后，產(chǎn)生與原進入光束平行相反的方向。
4.根據(jù)權利要求1所述的高濾波準確度的光信號分隔器結構，其特征在于該雙折射濾波器(10)的第一偏振控制晶體(14a)與第二偏振控制晶體(14b)為一半波片。
5.一種高濾波準確度的光信號分隔器結構，主要元件包括多個偏振分離器、第一雙折射波片(1)、第二雙折射波片(2)、一分析器(3)，其特征在于僅以一雙折射濾波器(10)取代兩雙折射波片，該雙折射濾波器(10)由下列組成物所組合一雙折射波片(11)，為一長方體形狀；一穩(wěn)溫折射波片(12)，形成于該雙折射波片(11)的一面；第一直角反射體(13a)，位于該雙折射波片(11)后方；第一偏振控制晶體(14a)，位于第一直角反射體(13a)與雙折射波片(11)之間，僅供經(jīng)第一直角反射體(13a)反射后的光束經(jīng)過；第二直角反射體(13b)，位于該雙折射波片(11)前方；及第二偏振控制晶體(14b)，位于第二直角反射體(13b)與雙折射波片(11)之間，僅供經(jīng)第二直角反射體(13b)反射后的光束經(jīng)過；其中，借由一水平入射光(具所有波長的光信號)穿透該雙折射波片(11)與一穩(wěn)溫折射波片(12)，形成奇數(shù)波長與偶數(shù)波長的偏振態(tài)正交，該穩(wěn)溫折射波片(12)可穩(wěn)溫及修正誤差，其中光的行進路徑由一水平入射光由該雙折射波片(11)前方水平穿透該雙折射波片(11)與一穩(wěn)溫折射波片(12)后，進入第一直角反射體(13a)經(jīng)兩次反射，以反向平行原入射光的路徑通過第一偏振控制芯片(14a)、一穩(wěn)溫折射波片(12)與雙折射波片(11)，該光束在經(jīng)由第二直角反射體(13b)作二次反射，形成與原入射光相同水平方向的光束通過第二偏振控制晶體(14b)、雙折射波片(11)與一穩(wěn)溫折射波片(12)。
6.根據(jù)權利要求5所述的高濾波準確度的光信號分隔器結構，其特征在于該雙折射波片(11)的材質(zhì)為釩酸釔(YVO4)，且水平入射光與該雙折射波片(11)的光軸夾角為45度。
7.根據(jù)權利要求5所述的高濾波準確度的光信號分隔器結構，其特征在于該雙折射濾波器(10)的第一直角反射體(13a)與第二直角反射體(13b)皆為一直角三角柱體，可使光束在進入直角反射體時，經(jīng)兩次反射后，產(chǎn)生與原進入光束平行相反的方向。
8.根據(jù)權利要求5所述的高濾波準確度的光信號分隔器結構，其特征在于該雙折射濾波器(10)的第一偏振控制晶體(14a)與第二偏振控制晶體(14b)為一半波片。
9.根據(jù)權利要求5所述的高濾波準確度的光信號分隔器結構，其特征在于該雙折射濾波器(10)的穩(wěn)溫折射波片(12)的材質(zhì)可為鈮酸鋰(LiNbO3)，并與雙折射濾波器(10)具有相同的光軸夾角。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高濾波準確度的光信號分隔器結構，僅利用一個雙折射波片對入射光造成適當?shù)南辔谎舆t與多次往返通行(Multi－pass)設計，達到濾波頻譜平坦化與高的濾波準確度，降低濾波頻譜對組成晶體長度不匹配時所產(chǎn)生的誤差，同時也可減少元件數(shù)量并縮短元件長度。
文檔編號G02F1/01GK1414413SQ0113683
公開日2003年4月30日 申請日期2001年10月24日 優(yōu)先權日2001年10月24日
發(fā)明者黃承彬, 胡杰 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院