專利名稱：具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器的制作方法
具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明有關(guān)一種具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器，該器件能夠把波分復(fù) 用的信道分成奇偶兩組信道，使得信號(hào)間隔加倍，也可以將奇偶兩組信道復(fù)用，減小信號(hào)間 隔。本發(fā)明適用于光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及標(biāo)準(zhǔn)具領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在光通信領(lǐng)域里，經(jīng)常通過光纖或者自由空間光通道來傳輸波長間隔小于Inm的 光信號(hào)，每一種波長都會(huì)攜帶一種數(shù)據(jù)信息，可以將其看著單路數(shù)據(jù)流。在光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送和 接收端，需要將這些多路數(shù)據(jù)流分開成單路數(shù)據(jù)流或者將不同的單路數(shù)據(jù)流進(jìn)行組合。
固定間距的法布里-珀羅干涉儀，通常被稱作標(biāo)準(zhǔn)具，是通過在平板上的兩個(gè)表 面鍍金屬膜或者多層電介質(zhì)反射膜來實(shí)現(xiàn)多光束干涉的，利用多光束干涉原理產(chǎn)生十分細(xì) 銳條紋，可選擇特定波長的光束以高透射率通過標(biāo)準(zhǔn)具，而其他波長則基本完全損耗，在實(shí) 驗(yàn)室里用來分析光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)已有100多年歷史。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的標(biāo)準(zhǔn)具濾波器，對(duì)于 窄帶傳輸具有優(yōu)異的性能，非常適合于分離或者復(fù)合小間距的光波長信道，因此廣泛應(yīng)用 于光通信和光譜分析領(lǐng)域。
標(biāo)準(zhǔn)具的另一個(gè)特性是對(duì)溫度變化的高敏感性，這種高敏感性可以讓標(biāo)準(zhǔn)具應(yīng) 用在許多溫度傳感領(lǐng)域。但是，標(biāo)準(zhǔn)具的溫度敏感性在其他領(lǐng)域卻是要盡量避免的，如需 要在大溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的波長傳輸特性的光通信領(lǐng)域。在美國專利NO:5，375，181和 NO:5, 384，877中曾對(duì)溫度不敏感標(biāo)準(zhǔn)具濾波器有過描述，他們是運(yùn)用熱致反應(yīng)支撐結(jié)構(gòu)改 變兩個(gè)反射面之間的相對(duì)間距來補(bǔ)償腔中間填充物折射率的熱效應(yīng)。當(dāng)這些支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 運(yùn)用在特定波長梳狀濾波器中時(shí)被證明過長且復(fù)雜。還有其他的熱穩(wěn)定技術(shù)，包括調(diào)節(jié)標(biāo) 準(zhǔn)具腔中的氣壓、恒溫烘爐、自動(dòng)電路以控制反射鏡間距、光束角度調(diào)節(jié)器和給標(biāo)準(zhǔn)具腔施 加徑向或者軸向的力的支撐結(jié)構(gòu)。但是這些應(yīng)用中的熱補(bǔ)償技術(shù)會(huì)增加復(fù)雜度和器件的尺 寸。
前人技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)具器件都不適合在光通信環(huán)境下使用，尤其是使用設(shè)備的溫度 會(huì)發(fā)生變化的領(lǐng)域。這些不足之處會(huì)導(dǎo)致光通信使用信道的減少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其理論最大的 信道數(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用 器，使其在單個(gè)或者多個(gè)波長的傳輸和反射特性在光元件溫度變化范圍內(nèi)都非常穩(wěn)定。本 發(fā)明的目的還在于用無源的方式來達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)具消熱差的目的。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器，所述兩 反射面之間填充有三種光學(xué)介質(zhì)；其中一種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的折 射率溫度系數(shù)相抵消，第三種光學(xué)介質(zhì)沿一個(gè)軸的熱膨脹系數(shù)與沿其另一個(gè)軸的折射率溫 度系數(shù)相抵消；或者，其中兩種光學(xué)介質(zhì)采用相同的材料，采用相同的材料的兩種光學(xué)介質(zhì)3的熱膨脹系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的折射率溫度系數(shù)相抵消；或者，采用相同的材料兩種光 學(xué)介質(zhì)的折射率溫度系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)相抵消。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、器件尺寸小，由于使用了特殊材料，使得熱補(bǔ)償技術(shù)復(fù) 雜度大大降低，適合在光通信環(huán)境下使用。


圖1為在反射鏡腔中有填充材料的標(biāo)準(zhǔn)具側(cè)視圖。
圖2為熱穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)具作為信號(hào)梳狀濾波器/復(fù)用器使用的光學(xué)示意圖。
圖3為在反射鏡腔中填充材料按不同順序組成的標(biāo)準(zhǔn)具側(cè)視圖。
圖4為在LiSAF晶體中單位幾何長度的光程對(duì)溫度的導(dǎo)數(shù)隨光束入射角變化的特 性曲線。
圖5為光束按不受溫度影響的角度入射LiSAF晶體的透視圖。
圖6為光束進(jìn)入晶體的角度沒有優(yōu)化時(shí)，溫度分別為-40°C和60°C時(shí)標(biāo)準(zhǔn)具的透射譜。
圖7為光束進(jìn)入晶體的角度經(jīng)過優(yōu)化后，溫度分別為-40°C和60°C時(shí)標(biāo)準(zhǔn)具的透射譜。
圖中，1 端面入射光線；1’ 端面反射光線；2 兩個(gè)互相平行的腔鏡；3 第一光學(xué) 介質(zhì)；4 第二光學(xué)介質(zhì)；5 第三光學(xué)介質(zhì)；6 端面出射光線；7 法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具組件； 8 信號(hào)光；9 準(zhǔn)直透鏡；10 第一偏振旋轉(zhuǎn)元件；11 第二偏振旋轉(zhuǎn)元件；12 第一輸出透 鏡；13 第一輸出信道；14 反射鏡；15 第三偏振旋轉(zhuǎn)元件；16 第二輸出透鏡；17 第二輸 出信道；18 法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具組件的反射面；19 標(biāo)準(zhǔn)具透射組件。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明包含法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，它的尺寸與沒有熱補(bǔ)償器件的標(biāo)準(zhǔn)具一樣，且 能達(dá)到消熱差的目的。
本發(fā)明中的標(biāo)準(zhǔn)具，能夠?qū)⒚荛g距的光波長通道按梳狀一分為二或者更多組的均 勻間距光通道，每一通道或者每組通道都是分離等間距的。
本發(fā)明中所述標(biāo)準(zhǔn)具，能將多個(gè)有間距的光波長通道按梳狀插入到一個(gè)包含更密 間距光波長的單個(gè)光通道中。
本發(fā)明中所述的標(biāo)準(zhǔn)具，是在法布里-珀羅腔中填充如兩個(gè)或者多個(gè)不同的透明 材料，可以依據(jù)下文中的說明來選擇多個(gè)透明材料。由預(yù)定義的熱敏感度在固定值(一般 為0)的材料組成一個(gè)不需要調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)具。
本發(fā)明還公開了一種在玻璃平板中間的光學(xué)介質(zhì)，這種光學(xué)介質(zhì)只有一種材料組 成，這種材料的熱膨脹系數(shù)和折射率溫度系數(shù)在1個(gè)或者1個(gè)以上方向上的值符號(hào)相反，所 以當(dāng)光線以一特定角度入射到這種材料上時(shí)，光程不隨溫度波動(dòng)而變化。
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
來詳述本發(fā)明。
具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器，其標(biāo)準(zhǔn)具包括兩個(gè)平行的空間分離 的反射面；兩反射面形成的腔之間的光學(xué)介質(zhì)，所述光學(xué)介質(zhì)的凈熱膨脹系數(shù)和凈折射率 溫度系數(shù)是作用相反和相互抵消的，因此所述標(biāo)準(zhǔn)具的折射率不受溫度變化影響。熱膨脹引起的光程差與折射率的溫度系數(shù)引起的光程差相互抵消，則標(biāo)準(zhǔn)具濾波器將具有熱穩(wěn)定 性，光學(xué)介質(zhì)材料的厚度便因此確定下來。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器的標(biāo)準(zhǔn)具包括 兩個(gè)平行的空間分離的反射面，兩反射面形成的腔之間的光學(xué)介質(zhì)。所述光學(xué)介質(zhì)包括兩 種光學(xué)透明材料，所述兩種光學(xué)材料之一的折射率溫度系數(shù)可以抵消所述另一個(gè)光學(xué)材料 的熱膨脹系數(shù)，折射率溫度系數(shù)引起的光程差與熱膨脹引起的光程差相互抵消，則標(biāo)準(zhǔn)具 濾波器將具有熱穩(wěn)定性，兩種材料的厚度便因此確定下來?；蛘撸鰞煞N光學(xué)材料之一的 熱膨脹系數(shù)可以抵消所述另一個(gè)光學(xué)材料的折射率溫度系數(shù)，熱膨脹引起的光程差與折射 率的溫度系數(shù)引起的光程差相互抵消，則標(biāo)準(zhǔn)具濾波器將具有熱穩(wěn)定性，兩種材料的厚度 便因此確定下來。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器的標(biāo)準(zhǔn)具包括 兩個(gè)平行的空間分離的反射面，兩反射面之間的光學(xué)介質(zhì)。所述光學(xué)介質(zhì)是單個(gè)光學(xué)透明 介質(zhì)，所述單個(gè)透明介質(zhì)沿第一個(gè)軸的熱膨脹系數(shù)與沿另一個(gè)軸的折射率溫度系數(shù)相反。 光線在進(jìn)入所述沿第一個(gè)軸的熱膨脹系數(shù)與沿另一個(gè)軸的折射率溫度系數(shù)相反的單個(gè)光 學(xué)介質(zhì)的入射角度。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，光學(xué)介質(zhì)可以包含三種光學(xué)透明材料。其中第一種光學(xué)材 料的熱膨脹系數(shù)可以抵消第二種光學(xué)材料的折射率溫度系數(shù)。兩種材料的厚度確定下來 后，熱膨脹引起的光程差與折射率隨溫度變化引起的光程差相互抵消，則標(biāo)準(zhǔn)具濾波器的 透射譜將不隨溫度變化而變化。除此之外還有第三種光學(xué)材料，這種材料的熱膨脹系數(shù)和 折射率溫度系數(shù)在1個(gè)或者1個(gè)以上方向上的值符號(hào)相反，所以當(dāng)光線以一特定角度入射 到這種材料上時(shí)，光程不隨溫度波動(dòng)而變化。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，光學(xué)介質(zhì)可以包含三種光學(xué)透明材料。其中兩種光學(xué)介質(zhì) 采用相同的材料，采用相同的材料的兩種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的折射 率溫度系數(shù)相抵消；或者，采用相同的材料兩種光學(xué)介質(zhì)的折射率溫度系數(shù)和另一種光學(xué) 介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)相抵消。
為便于對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及達(dá)到的效果有進(jìn)一步的了解，現(xiàn)配合附圖并舉較佳實(shí)施 例詳細(xì)說明如下。
一種簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)具濾波器的透射峰曲線可由如下方程得到
權(quán)利要求
1.具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器，其特征在于所述兩反射面之間填充有 三種光學(xué)介質(zhì)；其中一種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的折射率溫度系數(shù)相抵 消，第三種光學(xué)介質(zhì)沿一個(gè)軸的熱膨脹系數(shù)與沿其另一個(gè)軸的折射率溫度系數(shù)相抵消；或 者，其中兩種光學(xué)介質(zhì)采用相同的材料，采用相同的材料的兩種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)和 另一種光學(xué)介質(zhì)的折射率溫度系數(shù)相抵消；或者，采用相同的材料的兩種光學(xué)介質(zhì)的折射 率溫度系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)相抵消。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有熱穩(wěn)定性的梳狀濾波器/梳波復(fù)用器，其標(biāo)準(zhǔn)具兩反射面之間填充有三種光學(xué)介質(zhì)；其中一種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的折射率溫度系數(shù)相抵消，第三種光學(xué)介質(zhì)沿一個(gè)軸的熱膨脹系數(shù)與沿其另一個(gè)軸的折射率溫度系數(shù)相抵消；或者，其中兩種光學(xué)介質(zhì)采用相同的材料，采用相同的材料的兩種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的折射率溫度系數(shù)相抵消；或者，采用相同的材料兩種光學(xué)介質(zhì)的折射率溫度系數(shù)和另一種光學(xué)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)相抵消。本發(fā)明使得單個(gè)或者多個(gè)波長的傳輸和反射特性在光元件溫度變化范圍內(nèi)都非常穩(wěn)定。本發(fā)明還能用無源的方式來達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)具消熱差的目的。
文檔編號(hào)G02B6/293GK102033265SQ20101053400
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者趙蘭蘭, 顧共恩 申請(qǐng)人:武漢奧新科技有限公司