專利名稱：電光調(diào)諧平頂濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用的具有平坦化通帶和阻帶特性的可調(diào)諧濾波器件，其主要用于密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的波分復(fù)用信號(hào)的波長(zhǎng)選擇，還可用于一切需要平坦化光譜透射率函數(shù)的調(diào)諧濾波器。
背景技術(shù)：
只允許特定波長(zhǎng)(頻率)的光順利通過(guò)的器件稱為光學(xué)濾波器，如果所通過(guò)的波長(zhǎng)(頻率)可以改變，則稱為波長(zhǎng)可調(diào)諧濾波器。這種器件在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)、全光交換系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。DWDM因其在技術(shù)、成本等方面的優(yōu)勢(shì)，在光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容中扮演著重要角色。為了分離一系列在同一根光纖上同時(shí)傳送的各路等頻率間隔的單一載頻波分復(fù)用信號(hào)，需要采用解復(fù)用器將波分復(fù)用信號(hào)按波長(zhǎng)的不同進(jìn)行分離。可調(diào)諧濾波器則是實(shí)現(xiàn)上述功能的關(guān)鍵元件之一。隨著波分復(fù)用密度的不斷增加，相鄰波長(zhǎng)間間隔不斷減小，這就對(duì)濾波器提出了更高的光譜分辨要求。需要采用更窄頻率間隔的器件來(lái)分離信號(hào)，有效地提高通信容量。為有效分離各信號(hào)，濾波器必須具有大平坦寬度及高對(duì)比度的通帶和阻帶。此外，高的調(diào)諧速度也是DWDM系統(tǒng)對(duì)該器件的一個(gè)不可缺少的性能要求。
在先技術(shù)[1](參見(jiàn)Stephen R.Mallinson，Appl.Opt.，26(3)，1987，430-436)中所描述的是一種利用Fabry-Perot干涉儀實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波器的方法。其是利用機(jī)械方法、熱效應(yīng)或電光效應(yīng)等來(lái)改變腔的光程長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧特性。該濾波器雖然實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)調(diào)諧特性，但其并不具備平坦而高對(duì)比度的通帶和阻帶的特性。
在先技術(shù)[2](參見(jiàn)A.M.Title and W.J.Rosenberg，Opt.Eng.，20(6)，1981，815-823)中描述的是一種可調(diào)諧的雙折射濾波器。其中最常用的調(diào)諧結(jié)構(gòu)由一個(gè)起偏和檢偏器、一雙折射波片和一個(gè)四分之一波片而構(gòu)成，通過(guò)旋轉(zhuǎn)檢偏器以實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。該濾波器雖然也實(shí)現(xiàn)了調(diào)諧特性，但其也不具備平坦而高對(duì)比度的通帶和阻帶的特性。此外，其調(diào)諧速度也不高。
在先技術(shù)[3](參見(jiàn)M.Oguma，K.Jinguji，T.Kitoh，T.Shibata and A.Himeno，Electron.Lett.，36(15)，2000，1299-1300)中描述的是一種基于平面波導(dǎo)格子結(jié)構(gòu)的光交錯(cuò)復(fù)用濾波器。其采用了兩級(jí)格子結(jié)構(gòu)，利用平面波導(dǎo)線路技術(shù)實(shí)現(xiàn)了插入損耗0.9dB、1dB帶寬140GHz的用于200GHz頻率間隔信號(hào)分離的平頂濾波器。該濾波器實(shí)現(xiàn)了通帶和阻帶的平坦特性，但其不具備波長(zhǎng)的可調(diào)諧特性。此外，該濾波器的頻率間隔也不夠小，因而不能夠分離頻率間隔越來(lái)越小的復(fù)用信號(hào)。
在先技術(shù)[4](參見(jiàn)參見(jiàn)W.J.Carlsen and C.F.Buhrer，Eltctron.Lett.，23(3)，1987，106-107)描述的是一種產(chǎn)生平坦化光譜透射率函數(shù)的級(jí)聯(lián)雙折射偏振干涉技術(shù)。其采用的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為一塊起偏器和檢偏器中間放置有厚度比為1∶2∶2的三塊同樣材料的雙折射晶體波片。通過(guò)逆推計(jì)算方法計(jì)算出了所需的各塊晶體相對(duì)于起偏器的偏角值(此時(shí)起偏器與檢偏器平行)。但它在通帶和阻帶的抖動(dòng)不大于1％時(shí)，只得到了一組晶體偏角值，而且在通帶和阻帶抖動(dòng)不大于0.1％時(shí)，通帶或阻帶的寬度與周期的比值不到3％。因而要得到抖動(dòng)較小的光譜透射率函數(shù)時(shí)，該結(jié)構(gòu)則需要大尺寸，高光學(xué)質(zhì)量，高雙折射的晶體，而這類晶體品種很少，所利用的是高階波片，制做困難。此外因?yàn)樘烊换蛉斯ぶ圃斓碾p折射晶體所具有的雙折射都較小，這也就限制了其實(shí)現(xiàn)50GHz或更小頻率間隔的復(fù)用信號(hào)的分離。
在先技術(shù)[5](參見(jiàn)P.V.Lenzo，E.G.Spencer and K.Nassau，JOSA，56(5)，1966，633-635)中描述了對(duì)電光晶體鈮酸鋰進(jìn)行電光調(diào)制時(shí)的幾種電光結(jié)構(gòu)。其中所述的這幾種結(jié)構(gòu)分別利用的是電光系數(shù)γ13、γ22和γ33的電光效應(yīng)。由于電光系數(shù)值最大的γ33也只有32.2×10-12m/v，因而調(diào)制時(shí)所加電壓較大。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述在先技術(shù)的困難，提供一種電光調(diào)諧平頂濾波器，該濾波器在具有大平坦寬度的通帶和阻帶及高隔離度的同時(shí)，還具有低電壓和高速的波長(zhǎng)調(diào)諧的特性。
本實(shí)用新型的構(gòu)思是采用級(jí)聯(lián)的模擬雙折射模塊結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制各模擬雙折射模塊中偏振旋轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)角和光在各模擬雙折射模塊中的光程差，以實(shí)現(xiàn)具有大平坦寬度的通帶和阻帶、高的隔離度和很小的光譜頻率間隔的特性，其中各模擬雙折射模塊中的兩介質(zhì)分別采用光學(xué)玻璃和電光晶體材料，通過(guò)優(yōu)化切割晶體和選擇所加電壓的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)低電壓和高調(diào)諧速度的可調(diào)諧濾波器。
本實(shí)用新型的具體技術(shù)解決方案如下，其特征在于它包括輸入光纖，自輸入光纖沿光束前進(jìn)的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直透鏡、起偏器、K(K≥1)個(gè)級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊、檢偏器、聚焦透鏡和輸出光纖，該K個(gè)級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊的每一模擬雙折射模塊又由輸入偏振旋轉(zhuǎn)片、偏振分束片、第一介質(zhì)、第二介質(zhì)、半波片、偏振合束片以及輸出偏振旋轉(zhuǎn)片組成，第一介質(zhì)在形狀上為一矩形薄片，其為各項(xiàng)同性材料，第二介質(zhì)為各項(xiàng)異性材料，該第二介質(zhì)的形狀為一平行六面體，其兩個(gè)底面為矩形，但第二介質(zhì)的入射和出射面與豎直方向成一夾角δ，第二介質(zhì)的光軸在入射面內(nèi)且與豎直方向成一角度α，該第二介質(zhì)應(yīng)在與通光方向的豎直方向加電壓。
所說(shuō)的偏振分束片和偏振合束片可采用雙折射晶體或偏光棱鏡組合。
所說(shuō)的半波片的快軸或慢軸與輸入光的偏振方向成45°夾角。
所說(shuō)的角δ和α的大小由下列方程聯(lián)立求出tgρ1=(1-no2ne2)tgα1+no2ne2tg2α,]]>α+ρ1=π2-Φ,]]>tgρ2=(1-no2ne2)tgη1+no2ne2tg2η,]]>sinδ＝n′sinβ，β＝δ+α，n′=no2ne2no2sin2η+ne2cos2η,]]>η=π2-α+ρ2,]]>式中Φ為晶體光軸與光線S1方向的夾角，ρ表示光線和波法線方向的夾角，δ表示進(jìn)行偏移補(bǔ)償前后晶體界面的夾角，β為K2與界面2法線的夾角，這里ρ為負(fù)值，η為K2和光軸的夾角，K2是補(bǔ)賞后波法線方向。
所述的第一介質(zhì)為玻璃。
所述的第二介質(zhì)為各項(xiàng)異性晶體。
所述的第二介質(zhì)最常用的是鈮酸鋰晶體。
本實(shí)用新型的技術(shù)效果
本實(shí)用新型同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大平坦而高對(duì)比度的通帶和阻帶的光譜特性以及波長(zhǎng)的高速調(diào)諧特性，此外，還具有很小的光譜頻率間隔的特點(diǎn)。與各在先技術(shù)相比，克服了在先技術(shù)[1]的不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)平坦通帶和阻帶的光譜特性和波長(zhǎng)的調(diào)諧特性；克服了在先技術(shù)[2]的調(diào)諧時(shí)速度低的不足，而且還實(shí)現(xiàn)了大平坦而高對(duì)比度的通帶和阻帶的光譜特性；克服了在先技術(shù)[3]的頻率間隔較大的不足，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)的高速調(diào)諧特性；克服了在先技術(shù)[4]的不能實(shí)現(xiàn)大平坦而高對(duì)比度的通帶和阻帶的光譜特性以及頻率間隔較大的困難，而且還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)的高速調(diào)諧特性；克服了在先技術(shù)[5]的調(diào)諧時(shí)所加電壓較大的不足，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了大平坦而高對(duì)比度的通帶和阻帶的光譜特性。


圖1為本實(shí)用新型電光調(diào)諧平頂濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中的級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊中模擬雙折射模塊401的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為補(bǔ)償光在模擬雙折射模塊的第二介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生的偏移的原理圖。
圖4為該實(shí)施例的平坦化光譜調(diào)諧特性圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)先參閱圖1，由圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型的電光調(diào)諧平頂濾波器包括輸入光纖1，沿光束前進(jìn)的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直透鏡2，起偏器3，K(K≥1)個(gè)級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊4，檢偏器5，聚焦透鏡6和輸出光纖7。
K個(gè)級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊依次由模擬雙折射模塊401、402...、40K級(jí)聯(lián)組成。所說(shuō)的上述模擬雙折射模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)的模擬雙折射模塊由輸入偏振旋轉(zhuǎn)片401-1，偏振分束片401-2，第一介質(zhì)401-3，第二介質(zhì)401-4，半波片401-5，偏振合束片401-6以及輸出偏振旋轉(zhuǎn)片401-7所組成。第一介質(zhì)401-3在形狀上為一矩形薄片，第二介質(zhì)401-4與第一介質(zhì)401-3形狀上的不同之處在于第二介質(zhì)401-4的入射和出射面與豎直方向成一定夾角。第一介質(zhì)401-2為各項(xiàng)同性材料，而第二介質(zhì)401-3為各項(xiàng)異性材料，其光軸在入射面內(nèi)，并與入射界面成一定夾角。偏振分束片和偏振合束片可采用雙折射晶體或偏光棱鏡組合。半波片的快軸或慢軸與輸入光的偏振方向成45°夾角。
準(zhǔn)直透鏡2用于對(duì)輸入光纖1發(fā)射的無(wú)規(guī)偏振波分復(fù)用信號(hào)光束進(jìn)行準(zhǔn)直和擴(kuò)束，準(zhǔn)直透鏡2輸出平行細(xì)光束，其入射起偏器3后偏振方向與起偏器偏振方向相同，接著入射級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊4。從級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊4輸出的光束接著入射檢偏器5，從檢偏器5出射的光束經(jīng)聚焦透鏡6聚焦并耦合入輸出光纖7中而最終輸出。
起偏器3和檢偏器5之間的的級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊4是整個(gè)系統(tǒng)的核心。如圖1所示，光束垂直入射模擬雙折射模塊401，首先經(jīng)輸入偏振旋轉(zhuǎn)片401-1偏振方向旋轉(zhuǎn)了一定角度，接著垂直入射偏振分束片401-2，在在水平方向上被分解為偏振狀態(tài)互相正交的兩束光，這兩束光接著分別入射第一介質(zhì)401-3和第二介質(zhì)401-4，經(jīng)過(guò)兩介質(zhì)后分別產(chǎn)生一定的延遲，由于半波片401-5的快軸(或慢軸)與輸入光的偏振方向成45°夾角，因而經(jīng)過(guò)半波片后，這兩束光偏振方向均旋轉(zhuǎn)了90°，從而經(jīng)過(guò)偏振合束片401-6后，這兩束光被合并為一束光，最后經(jīng)輸出偏振旋轉(zhuǎn)片401-7后而輸出模擬雙折射模塊401。由于各模擬雙折射模塊中的偏振旋轉(zhuǎn)片的偏振旋轉(zhuǎn)角各不相同，則原來(lái)在模擬雙折射模塊401中的兩光束在模擬雙折射模塊402中又會(huì)分別分解為偏振狀態(tài)互相垂直的兩光束，經(jīng)過(guò)模擬雙折射模塊402后又分別產(chǎn)生一定的位相延遲，以此方式經(jīng)過(guò)多個(gè)該同樣結(jié)構(gòu)的模擬雙折射模塊后共產(chǎn)生多個(gè)位相互不相同的光束，最后這些光束在檢偏器的方向上發(fā)生多光束干涉而輸出。每個(gè)模擬雙折射模塊等效組成了具有不同雙折射延遲和不同取向(即方位角)的雙折射波片，其中雙折射來(lái)源于兩介質(zhì)的折射率之差，而方位角等效為其中的偏振旋轉(zhuǎn)片的偏振旋轉(zhuǎn)角。一個(gè)模擬雙折射模塊的偏振干涉濾波器產(chǎn)生余弦形的光譜透射率函數(shù)，因此多個(gè)模擬雙折射模塊級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的光譜透射率不僅包含它們各自的基頻項(xiàng)，而且還包含它們的和差組合項(xiàng)，光譜透射率函數(shù)是一個(gè)由多個(gè)不同的光譜頻率項(xiàng)組成的基數(shù)，通過(guò)調(diào)整和控制光在各模擬雙折射模塊中的光程差以及偏振旋轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)角度可使該級(jí)數(shù)接近周期矩形函數(shù)的傅立葉級(jí)數(shù)，從而產(chǎn)生平坦的透過(guò)通帶和阻帶，同時(shí)保持最大透射率和最小透射率分別為1和0。此外，由于模擬雙折射模塊中的兩介質(zhì)分別為各向同性介質(zhì)(如玻璃)和各項(xiàng)異性介質(zhì)(如晶體)，因而雙折射可很大，最大可達(dá)0.8左右，從而可實(shí)現(xiàn)很小的光譜頻率間隔。
對(duì)于上述發(fā)明的分析如下一.關(guān)于模擬雙折射模塊當(dāng)采用雙折射晶體作為偏振分束片40K-2和40K-6時(shí)，非尋常光偏離尋常光的偏離角α1為
tgα1=(no2ne2-1)ctgβ11+no2ne2ctg2β1,----(1)]]>其中，no為尋常光折射率，ne為非尋常(異)光折射率，β1為光軸與晶體介面的夾角。
結(jié)構(gòu)如圖2所示的模擬雙折射模塊中，尋常光和非尋常光的位相延遲為 每個(gè)模擬波片的相位延遲可以表達(dá)為偏振干涉的光譜周期Δfk或等效時(shí)延γk為 其中na，K為第K個(gè)模擬雙折射模塊中的第一介質(zhì)40K-3的折射率，nb，K為光在第K個(gè)模擬雙折射模塊中的第二介質(zhì)40K-4中傳播時(shí)的折射率，Lk為第一和第二介質(zhì)的通光方向的長(zhǎng)度(也即為第一介質(zhì)40K-3的長(zhǎng)度)，C為光速，λ為入射光的波長(zhǎng)。
二.關(guān)于其它元件上述所說(shuō)的模擬雙折射模塊中的輸入和輸出偏振旋轉(zhuǎn)片40K-1和40K-7可采用旋光片或半波片。其中旋光片由雙面拋光的旋光晶體構(gòu)成，旋光晶體的旋光率為ε(度/毫米)，當(dāng)相對(duì)于入射旋轉(zhuǎn)片的入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)偏振角度ξ時(shí)，旋光片的通光長(zhǎng)度l(mm)為l=ξϵ,------(4)]]>當(dāng)使用半波片，所需的偏振旋轉(zhuǎn)角度為ξ時(shí)，半波片的快軸(或慢軸)與輸入光的偏振方向的夾角θ為θ=ξ2.------(5)]]>三.光譜透射率的表達(dá)式按照瓊斯矩陣?yán)碚?，該濾波器的光譜透射率可表示為T(f)＝T0+T1cos(2πγ′1f)+T2cos(2πγ′2f)+...+Tncos(2πγ′nf)+...，(6)其中，T1，T2，...Tn為與各模擬雙折射模塊中偏振旋轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)角θk(k＝1，2，3...)以及檢偏器和起偏器偏振方向的夾角θp有關(guān)的系數(shù)，γ′1，γ′2，...γ′n為γk的和項(xiàng)、差項(xiàng)或和差項(xiàng)的任意組合。
四.平坦化光譜透射率為得到平坦化的通帶和阻帶，各模擬雙折射模塊中偏振旋轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)角θk、檢偏器和起偏器偏振方向的夾角θp以及光在各模擬雙折射模塊中的光程差應(yīng)滿足一定的條件。下表為當(dāng)K＝3，光在各模擬雙折射模塊中的光程差滿足1∶2∶4時(shí)，在通帶和阻帶的平坦寬度大于1/5周期，抖動(dòng)不大于0.1％(即隔離度-30dB)的平坦化要求下，各模擬雙折射模塊中偏振旋轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)角θk、檢偏器和起偏器偏振方向的夾角θp所滿足的條件。

五.波長(zhǎng)的可調(diào)諧特性調(diào)節(jié)光在各模擬雙折射模塊中的光程差可實(shí)現(xiàn)中心波長(zhǎng)的調(diào)諧特性。為了不使平坦化光譜透射率的波形受到各模擬雙折射模塊中的光程差變化的影響，同時(shí)還應(yīng)保持光在各模擬雙折射模塊中的光程差始終滿足一定的比例(如1∶2∶4)。我們通過(guò)一次電光效應(yīng)來(lái)改變各模擬雙折射模塊中第二介質(zhì)的折射率，從而可調(diào)節(jié)光在各模擬雙折射模塊中的光程差。這里以鈮酸鋰為例來(lái)說(shuō)明。
假設(shè)正交的x，y和z軸與晶體的晶軸a，b和c重合，角Φ為z軸與光傳播方向r(也即X3方向)的夾角，角θ為平面rz與xz的夾角，電場(chǎng)方向垂直于r，ζ為電場(chǎng)方向與rz平面的夾角，X2在rz平面內(nèi)，并與X3正交，X1、X2和X3也組成一個(gè)正交系。
折射率橢球在X1X2平面內(nèi)的橫截面可表示為B11X12+B22X22+2B12X1X2＝1， (7)其中系數(shù)B11，B22和B12由以下各式?jīng)Q定
B11＝n0-2+γ22Exsin2θ+γ22Eycos2θ+γ13Ez，(8)B22＝ni-2-(γ22sin2θcos2Φ+γ51cosθsin2Φ)Ex-(γ22cos2θcosΦ+γ51sinθsin2Φ)Ey，(9)+(γ13cos2Φ+γ33sin2Φ)EzB12＝(γ22cos2θcosΦ-γ51sinθsinΦ)Ez-(γ22sin2θcosΦ-γ51cosθsinΦ)Ey， (10)這里ni=1/no-2cos2Φ+ne-2sin2Φ,-------(11)]]>γ22、γ51、γ13和γ33為晶體的電光系數(shù)。
主軸變換后，折射率橢球可表示為λ1X1′2+λ2X2′2＝1，(12)這里λ1和λ2為方程λ2-(B11+B12)λ+(B11B22-B122)＝0， (13)的兩個(gè)解，可表示為λ1,2=(B11+B22)±(B11+B22)2-4(B11B22-B122)2.------(14)]]>考慮到B11，B22和B12的值，我們可忽略式(7)的主軸繞X3的旋轉(zhuǎn)，因而 和 看作為電場(chǎng)作用時(shí)的主折射率。
電場(chǎng)E與其三個(gè)方向的分量Ex，Ey，Ez滿足下式所表達(dá)的關(guān)系 將式(15)代入(8)和(9)，可得主折射率可表達(dá)為n1=no+12no3(γ22sinζcos3θ+γ22cosζcosΦsin3θ-γ13cosζsinΦ)E.------(16)]]>n2=ni-12ni3(γ22cos2Φsinζcos3θ+γ22cos3Φcosζsin3θ]]>+γ51sin2ΦcosζcosΦ+γ13cos2ΦcosζsinΦ+γ33sin3Φcosζ)E]]>
(17)式(16)(17)中等號(hào)后的第二項(xiàng)為加電壓時(shí)主折射率的變化，為了得到最小的電壓，該項(xiàng)中電場(chǎng)E的系數(shù)應(yīng)該最大。例如對(duì)(17)來(lái)說(shuō)，如果令Q＝γ22cos2Φsinζcos3θ+γ22cos3Φcosζsin3θ+γ51sin2ΦcosζcosΦ+γ13cos2ΦcosζsinΦ+γ33sin3Φcosζ(18)則應(yīng)使Q的值最大。由上式可計(jì)算得當(dāng)θ＝30°+k·120°，ζ＝0，and Φ＝43.07°時(shí)Q的值最大。
當(dāng)所加電場(chǎng)沿X2方向，光的傳播和偏振方向分別為方向X3和X2時(shí)，光在第K個(gè)模擬雙折射模塊中的光程差可表示為Δk=(ni-na,k)·Lk-12ni3γequ·Vd·Lk,------(19)]]>這里γequ為γequ＝γ22cos2Φsinξcos3θ+γ22cos3Φcosξsin3θ， (20)+γ51sin2ΦcosξcosΦ+γ13cos2ΦcosξsinΦ+γ33sin3Φcosξ其可被認(rèn)為是晶體沿θopt＝30°+k·120°(k為整數(shù))，Φopt＝43.07°and ζopt＝0°方向優(yōu)化切割時(shí)的等效電光系數(shù)，V為沿X2方向的電場(chǎng)，d為晶體沿X2方向的厚度。
式(19)中等號(hào)后第一項(xiàng)為不加電壓時(shí)的光程差，第二項(xiàng)為電致光程差的變化，可看出當(dāng)晶體采用上述切割及電壓結(jié)構(gòu)時(shí)，光程差Δ1，Δ2和Δ3可始終保持最初的比例不變。
下表為上述優(yōu)化切割晶體的電光結(jié)構(gòu)與電光結(jié)構(gòu)(E‖z；light‖x or y)的比較

γ所利用的電光系數(shù)
Vπ當(dāng)縱橫比為1時(shí)，對(duì)非常光進(jìn)行調(diào)制時(shí)的半波電壓Vp當(dāng)縱橫比為1時(shí)，中心頻率平移一個(gè)周期所加的電壓六.Walk-off補(bǔ)償方法為了補(bǔ)償光在晶體中傳播所產(chǎn)生的偏移，我們采用將晶體的入射和出射面加工成與豎直方向成一定角度的方法來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。原理如下圖3為補(bǔ)償光在晶體中傳播所產(chǎn)生的偏移的原理圖。界面1、1′和2、2′分別為補(bǔ)償前和補(bǔ)償后的晶體的入射和出射面。下標(biāo)1和2分別代表補(bǔ)償前和補(bǔ)償后的情況，符號(hào)S和K分別表示光線方向和波法線方向。Φ為晶體光軸與光線S1方向的夾角，ρ表示光線和波法線方向的夾角，δ表示進(jìn)行偏移補(bǔ)償前后晶體界面的夾角，β為K2與界面2法線的夾角。這里ρ為負(fù)值。
當(dāng)光線垂直入射晶體界面1時(shí)(補(bǔ)償前)，角ρ1可用α表示為tgρ1=(1-no2ne2)tgα1+no2ne2tg2α,------(21)]]>α+ρ1=π2-Φ,------(22)]]>由以上兩式可求出α和ρ1。
當(dāng)光線傾斜入射晶體界面2時(shí)(補(bǔ)償后)，存在如下關(guān)系tgρ2=(1-no2ne2)tgη1+no2ne2tg2η,----(23)]]>sinδ＝n′sinβ， (24)β＝δ+α， (25)n′=no2ne2no2sin2η+ne2cos2η,------(26)]]>η=π2-α+ρ2,------(27)]]>這里η為K2和光軸的夾角。為了清楚起見(jiàn)角η沒(méi)有在圖中表明。由以上各式可求解出δ?？梢钥闯觯谠摻Y(jié)構(gòu)中偏移被補(bǔ)償了。但同時(shí)可看出該偏移的補(bǔ)償是以改變光軸與光線方向的夾角為代價(jià)的。但由于該角度變化很小，所以該變化對(duì)γopt的影響可忽略。
圖1為本實(shí)用新型K＝3的實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例用于頻率間隔50GHz的電光調(diào)諧平頂濾波器。波長(zhǎng)在0.6328μm附近。三個(gè)模擬雙折射模塊中，第一介質(zhì)和第二介質(zhì)均為光學(xué)K9玻璃和鈮酸鋰晶體。第一介質(zhì)的折射率na，K為na，K＝1.51466，第二介質(zhì)的尋常光和非尋常光的折射率分別為no＝2.286，ne＝2.22。第一介質(zhì)的長(zhǎng)度(也即沿通光方向(水平面)的第二介質(zhì)的長(zhǎng)度)為L(zhǎng)k＝4.1mm。
下表為計(jì)算所得的補(bǔ)償偏移時(shí)所需的切割鈮酸鋰晶體的各參數(shù)值，其中各參數(shù)的含義如圖3所示。

由上表可得第二介質(zhì)的入射面與水平面的夾角為δ的余角，即為87.02°，光軸在入射面內(nèi)與界面成51.57°夾角。所加電壓方向?yàn)閄2，即沿豎直方向加電壓。圖4為該濾波器的平坦化光譜調(diào)諧特性圖。
權(quán)利要求1.一種電光調(diào)諧平頂濾波器，其特征在于它包括輸入光纖(1)，自輸入光纖(1)沿光束前進(jìn)的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直透鏡(2)、起偏器(3)、K(K≥1)個(gè)級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊(4)、檢偏器(5)、聚焦透鏡(6)和輸出光纖(7)，該K個(gè)級(jí)聯(lián)模擬雙折射模塊(4)依次由模擬雙折射模塊401、402...、40K級(jí)聯(lián)組成，所說(shuō)的模擬雙折射模塊(401)由輸入偏振旋轉(zhuǎn)片(401-1)、偏振分束片(401-2)、第一介質(zhì)(401-3)、第二介質(zhì)(401-4)、半波片(401-5)、偏振合束片(401-6)以及輸出偏振旋轉(zhuǎn)片(401-7)組成，第一介質(zhì)(401-3)在形狀上為一矩形薄片，其為各項(xiàng)同性材料，第二介質(zhì)(401-4)為各項(xiàng)異性材料，該第二介質(zhì)(401-4)的形狀為一平行六面體，其兩個(gè)底面為矩形，但第二介質(zhì)401-4的入射和出射面與豎直方向成一夾角δ，第二介質(zhì)(401-4)的光軸在入射面內(nèi)且與豎直方向成一角度α，第二介質(zhì)(401-4)的通光方向?yàn)樗椒较驎r(shí)，則沿豎直方向加電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光調(diào)諧平頂濾波器，其特征在于所說(shuō)的偏振分束片和偏振合束片可采用雙折射晶體或偏光棱鏡組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光調(diào)諧平頂濾波器，其特征在于所說(shuō)的半波片的快軸或慢軸與輸入光的偏振方向成45°夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光調(diào)諧平頂濾波器，其特征在于所說(shuō)的角δ和α的大小由下列方程聯(lián)立確定tgρ1=(1-no2ne2)tgα1+no2ne2tg2α,---(21)]]>α+ρ1=π2-Φ,---(22)]]>tgρ2=(1-no2ne2)tgη1+no2ne2tg2η,---(23)]]>sinδ＝nsinβ， (24)β＝δ+α， (25)n′=no2ne2no2sin2η+ne2cos2η,---(26)]]>η=π2-α+ρ2,---(27)]]>式中Φ為晶體光軸與光線S1方向的夾角，ρ表示光線和波法線方向的夾角，δ表示進(jìn)行偏移補(bǔ)償前后晶體界面的夾角，β為K2與界面2法線的夾角，這里ρ為負(fù)值，η為K2和光軸的夾角，K2是補(bǔ)賞后波法線方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光調(diào)諧平頂濾波器，其特征在于所述的第一介質(zhì)(401-3)為玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光調(diào)諧平頂濾波器，其特征在于所述的第二介質(zhì)(401-4)為各項(xiàng)異性晶體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電光調(diào)諧平頂濾波器，其特征在于所述的第二介質(zhì)(401-4)為鈮酸鋰晶體。
專利摘要一種電光調(diào)諧平頂濾波器，它是采用級(jí)聯(lián)的模擬雙折射模塊結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制各模擬雙折射模塊中偏振旋轉(zhuǎn)片的旋轉(zhuǎn)角和光在各模擬雙折射模塊中的光程差，以實(shí)現(xiàn)具有大平坦寬度的通帶和阻帶、高的隔離度和很小的光譜頻率間隔的特性，其中各模擬雙折射模塊中的兩介質(zhì)分別采用光學(xué)玻璃和電光晶體材料，通過(guò)優(yōu)化切割晶體和選擇所加電壓的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)低電壓和高調(diào)諧速度的可調(diào)諧濾波器。本實(shí)用新型具有大平坦寬度的通帶和阻帶及高隔離度的同時(shí)，還具有低電壓和高速的波長(zhǎng)調(diào)諧等特性。
文檔編號(hào)G02B6/27GK2638078SQ0325583
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者張娟, 劉立人, 周煜, 劉德安, 宋哲, 任海霞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所