專利名稱：利用級聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)具的可調(diào)諧濾光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是濾光。更具體地，其針對利用級聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)具的可調(diào)諧濾光器。
背景技術(shù)：
可調(diào)諧濾光器為用于光頻率選擇的器件。它們用在寬范圍的應(yīng)用中，例如，在可調(diào)諧激光器中選擇激光腔模，產(chǎn)生窄帶可調(diào)諧光源，增加或丟棄來自光譜復(fù)用束的不同頻率的光信號，或者制作掃描頻譜儀?？烧{(diào)諧濾光器的普通結(jié)構(gòu)為可調(diào)諧法布里-珀羅 (Fabry-Perot,FP)標(biāo)準(zhǔn)具，由于其低成本而具有吸引力。在可調(diào)諧FP標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)中，通過改變標(biāo)準(zhǔn)具腔中的介質(zhì)的折射率或者通過改變標(biāo)準(zhǔn)具腔的長度，來改變腔光路長度，從而調(diào)諧器件的諧振頻率?；诠饫w的可調(diào)諧法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的普通低成本實(shí)施方式是 i)自由空間介質(zhì)板，其中介質(zhì)板的諧振通過溫度來調(diào)諧，ii)在兩個(gè)裂開的纖維端之間的間隙，其中間隙距離可通過壓電效應(yīng)來調(diào)諧，以及iii)液晶板，其中通過施加的可變電壓來改變液晶的折射率。對于許多廣泛使用的應(yīng)用來說，需要大的自由頻譜范圍(FSR)。一個(gè)重要的應(yīng)用，C 波段掃描光譜儀，需要比C波段(> 5THz)大的FSR，因此在所有調(diào)諧點(diǎn)其僅通過C波段頻譜的一段。對于要求低成本和高可靠性的應(yīng)用，被確定為上面的種類ii)的可調(diào)諧濾波器實(shí)施方式具有以下缺點(diǎn)壓電效應(yīng)遭受磁滯現(xiàn)象、粘附現(xiàn)象、以及使用壽命的不可重復(fù)性。 被確定為上面的種類iii)的實(shí)施方式呈現(xiàn)出在制造方面的艱巨挑戰(zhàn)，包括例如在存在被涂覆的電介質(zhì)電極的情況下來設(shè)計(jì)反射表面的平行性和反射率。工業(yè)中發(fā)現(xiàn)的另一種可調(diào)諧濾波器種類是可調(diào)諧的平面光波導(dǎo)(PLC)環(huán)形諧振器濾波器。在環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)中，諧振可通過溫度來調(diào)諧，或通過改變通過消逝光場可見的環(huán)之上的材料來調(diào)諧。然而，這種結(jié)構(gòu)所承受的主要缺點(diǎn)是PLC設(shè)備制造成本高。最終，近來的工業(yè)大規(guī)模部署基于精確溫度調(diào)諧的電介質(zhì)板標(biāo)準(zhǔn)具的可調(diào)諧色散補(bǔ)償器已經(jīng)降低了纖維透鏡準(zhǔn)直器的成本，并且降低了封裝纖維/電介質(zhì)板標(biāo)準(zhǔn)具設(shè)備的成本。由于不僅高性能而且簡單并可靠，因此溫度調(diào)諧的電介質(zhì)板實(shí)施方式是本發(fā)明的焦點(diǎn)。對于主要感興趣的應(yīng)用，歸于溫度調(diào)諧的電介質(zhì)板設(shè)備的挑戰(zhàn)是需要大的溫度范圍來在感興趣的整個(gè)頻率波段(例如，5THz)上掃描濾波器，以掃描上面所提及的C波段。 對于溫度調(diào)諧的電介質(zhì)板設(shè)備，硅是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)襯底材料。典型地，需要> 300°C的溫度范圍來在5THz之上調(diào)諧硅板濾波器。該結(jié)構(gòu)還需要10至20個(gè)具有不同折射率的薄層材料的疊層。為了避免結(jié)構(gòu)退化，這些層需要與硅襯底的熱膨脹系數(shù)精確匹配的熱膨脹系數(shù)。對于諸如在多路復(fù)用光通信網(wǎng)絡(luò)中的光信道監(jiān)測(OCM)的應(yīng)用來說，可使用在15-20年的設(shè)備使用壽命內(nèi)每隔幾秒鐘掃描一次。需要復(fù)雜和昂貴的制造過程來構(gòu)造和封裝這種結(jié)構(gòu)， 因此，它在這樣緊張的溫度循環(huán)下沒有顯示出性能退化或失效。另外，對于5THz的FSR要求板的厚度必須大(例如， IOmm)會使制造復(fù)雜化
發(fā)明內(nèi)容
成本低并且制造簡單的溫度可調(diào)諧電介質(zhì)板標(biāo)準(zhǔn)具掃描光譜儀使用了級聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)具模塊，每個(gè)模塊包括具有相對小的自由頻譜范圍(FSR)的法布里-珀羅(FP)標(biāo)準(zhǔn)具，其中至少兩個(gè)模塊設(shè)置有溫度控制器。根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)FP模塊產(chǎn)生游標(biāo)(Vernier)調(diào)諧控制。具有該特征的裝置以下被稱為游標(biāo)法布里-珀羅濾波器(VTFPF)。在這些裝置中，調(diào)諧溫度范圍可小于10°C，并且所需的板厚度可小于1mm。這大大減小了制造和材料需求，并且結(jié)果導(dǎo)致較低的裝置成本和改善的可靠性。


當(dāng)與附圖一起考慮時(shí)，本發(fā)明可以更容易被理解，其中圖1為示出典型FP標(biāo)準(zhǔn)具的操作的示意圖；圖2為使用具有獨(dú)立溫度控制的級聯(lián)FP標(biāo)準(zhǔn)具的兩模塊VTFPF的示意圖；圖3為與圖2類似的三模塊VTFPF的示意圖；圖4為示出結(jié)合圖2描述的VTFPF的模擬濾波器透射率的曲線圖；圖5為更詳細(xì)地示出圖4的一部分的曲線圖；圖6為示出圖5的主諧振的增強(qiáng)鄰道抑制(adjacent channel rejection)的曲線圖；圖7為示出結(jié)合圖3描述的VTFPF的模擬濾波器透射率的曲線圖；圖8為更詳細(xì)地示出圖7的一部分的曲線圖。圖9為二標(biāo)準(zhǔn)具VTFPF的頻率相對透射率的曲線圖，其說明由于溫度變化引起的諧振峰值的偏移；圖10和11為兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具中的每個(gè)的溫度相對頻率的曲線圖，其示出掃描中的多次循環(huán)。圖12和13為在圖10和11的頻率掃描期間兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具之間的溫度差的曲線圖；圖14和15為示出在圖10和11的頻率掃描期間兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的FSR的變化的曲線圖；圖16為與圖10和11相似的針對使用較少循環(huán)的粗掃描的曲線圖；以及圖17為示出在圖16的掃描期間FSR的變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的VTFPF裝置中的標(biāo)準(zhǔn)具被示為根據(jù)已知的光學(xué)原理工作的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具典型地由具有兩個(gè)反射表面的透明板制成?？纱娴脑O(shè)計(jì)為由一對中間具有間隙的透明板制成，其中任一對板表面形成兩個(gè)反射表面。從成本和制造的觀點(diǎn)來說，優(yōu)選的板材料為硅。法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的作為波長的函數(shù)的透射譜展示相應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)具的諧振的大透射的峰值。 參考圖1，光進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)具并且經(jīng)歷多次內(nèi)反射。變化的透射功能由兩個(gè)反射表面之間的光的多次反射之間的干涉引起。如果透射光束同相位則發(fā)生積極的干涉，并且這對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)具的高透射峰值。如果透射光束不同相位則發(fā)生破壞性的干涉，并且這對應(yīng)于透射最小值。多次反射的光束是同相位還是不同相位取決于光的波長(λ )，光穿過標(biāo)準(zhǔn)具的角度(θ )，標(biāo)準(zhǔn)具的厚度(1)和反射表面之間的材料的折射率(η)。
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當(dāng)每個(gè)透射光束之間的光路長度的差值(2nlc0S θ )是波長的整數(shù)倍時(shí)，發(fā)生最大透射(Te = 1)。在沒有吸收的情況下，標(biāo)準(zhǔn)具的反射率Re是透射率的補(bǔ)數(shù)，使得TJRe = 1，并且這在光路長度差值等于波長的奇數(shù)倍的一半時(shí)發(fā)生。通過使標(biāo)準(zhǔn)具的表面的反射率變化，可以調(diào)諧裝置的等強(qiáng)干涉束有效數(shù) (finesse)。標(biāo)準(zhǔn)具的等強(qiáng)干涉束有效數(shù)通過下式與標(biāo)準(zhǔn)具反射率相關(guān)
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)諧濾光器的方法，其中該濾光器包括至少兩個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具模塊 N1和隊(duì)，該方法包括通過S次循環(huán)來循環(huán)所述模塊的溫度的步驟，其中S次循環(huán)中的每一次包括同時(shí)將N1模塊的溫度Tni在ΤΔ1的范圍內(nèi)從TIni改變到Τ2Ν1以及將隊(duì)模塊的溫度Tn2 從TIn2到Τ2Ν2改變ΤΔ2，其中溫度差值Tn2-Tni在每次循環(huán)期間是固定的，并且從循環(huán)到循環(huán)是改變的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中S至少為3。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中溫度改變發(fā)生在光信號傳輸通過濾光器時(shí)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具模塊N1和N1均包括具有自由頻譜范圍(FSR)的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，并且模塊N1 WFSR和模塊N2 WFSR相差至少0. IGHz0
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中模塊N1和模塊N2之間的FSR差值在0.1到50GHz的范圍中。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中TIni和T2N2在0-400攝氏度的范圍中。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中TIni和TIn2在S次循環(huán)的至少一次期間是相同的。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其中ΤΔ1和ΤΔ2小于30攝氏度。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中改變溫度通過對于每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具級調(diào)節(jié)單獨(dú)的加熱裝置來實(shí)現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其中溫度差值Tn2-Tni從循環(huán)到循環(huán)改變小于1.0攝氏度。
11.如權(quán)利要求4所述的方法，其中光學(xué)信號的中心波長靠近1.55微米。
12.如權(quán)利要求4所述的方法，其中S在7以上。
13.一種用于調(diào)諧濾光器的方法，其中該濾光器包括至少兩個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具模塊N1和隊(duì)，該方法包括通過S = 1次循環(huán)來循環(huán)N1模塊的溫度的步驟，其中S次循環(huán)包括將N1模塊的溫度在范圍ΤΔ1從TIni改變到Τ2Ν1，同時(shí)保持N2模塊的溫度固定。
14.一種濾光器，包括法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具模塊N1,N1溫度控制器，用于控制模塊N1的溫度，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具模塊N2,其與模塊N1分隔開并與其光學(xué)對準(zhǔn)，N2溫度控制器，用于控制模塊N2的溫度，其中，溫度控制器N1和隊(duì)通過S次循環(huán)同時(shí)循環(huán)所述模塊的溫度，其中S次循環(huán)中的每一次包括同時(shí)將N1模塊的溫度Tni在ΤΔ1的范圍內(nèi)從TIni改變到Τ2Ν1并且將隊(duì)模塊的溫度Tn2從TIn2到Τ2Ν2改變ΤΔ2，其中溫度差值Tn2-Tni在每次循環(huán)期間是固定的，并且從循環(huán)到循環(huán)是改變的。
15.如權(quán)利要求14所述的濾光器，其中S至少為3。
16.如權(quán)利要求15所述的濾光器，其中法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具模塊N1和N2均包括具有自由頻譜范圍(FSR)的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，并且模塊N1的FSR和模塊N2的FSR相差至少 0. IGHz。
17.如權(quán)利要求16所述的濾光器，其中模塊N1和模塊N2之間的FSR差值在0.1到50GHz 的范圍中。
18.如權(quán)利要求16所述的濾光器，其中標(biāo)準(zhǔn)具模塊包括硅。
19.如權(quán)利要求18所述的濾光器，其中標(biāo)準(zhǔn)具模塊中的標(biāo)準(zhǔn)具包括硅板，并且該板的厚度在0. 05mm到Imm的范圍中。
20.如權(quán)利要求16所述的濾光器，其中該濾光器包括三個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用級聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)具的可調(diào)諧濾光器。成本低并且制造簡單的溫度調(diào)諧的電介質(zhì)板標(biāo)準(zhǔn)具掃描光譜儀使用級聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)具模塊，每個(gè)模塊包括具有相對小的自由頻譜范圍(FSR)的法布里-珀羅(FP)標(biāo)準(zhǔn)具，其中至少兩個(gè)模塊被設(shè)置有溫度控制器。根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)FP模塊產(chǎn)生游標(biāo)調(diào)諧控制。在這些裝置中，調(diào)諧溫度范圍典型地小于10℃，并且所需的板厚度可小于1mm。這減小了制造和材料需求，并且結(jié)果導(dǎo)致較低的裝置成本和改善的可靠性。
文檔編號G02F1/21GK102411245SQ20111034069
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月23日
發(fā)明者A·J·齊爾基 申請人:奧蘭若(北美)有限公司