一種使用波片的可調濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了具有與入射波束的偏振狀態(tài)無關的透射比的可調濾波器。所述可調濾波器包括一干擾帶通濾波器，被安置為傳輸一輸入光束以產(chǎn)生透射光，一波片，被安置為旋轉所述透射光的偏振，以及一反射器，被安置為反射所述旋轉后的光以便其第二次通過所述波片，而后第二次通過所述干擾濾波器以產(chǎn)生第二透射光。
【專利說明】—種使用波片的可調濾波器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求享有于2012年10月I日提交的發(fā)明名稱為“一種使用波片的可調濾波器”的美國專利申請N0.13/633，005的優(yōu)先權，該文件在此引入作為參考。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及可調干擾濾波器，更具體而言，涉及具有與入射波束的偏振狀態(tài)無關的透射比的可調濾波器。
【背景技術】
[0004]干擾帶通濾波器的傳輸分布包括傳輸峰值波長、透射比和通過帶寬。傳輸峰值波長是入射光的入射角的函數(shù)。增大入射角將導致傳輸峰值波長偏移到一更短的波長。通常來說，該偏移的數(shù)量取決于入射光的偏振狀態(tài)。任何偏振狀態(tài)都能夠由兩個正交的線性偏振態(tài)術語來表示。按照慣例，命名為S-偏振和P-偏振的參數(shù)用于表示所述兩個正交偏振，其中P-偏振與入射平面平行。在本說明書中，入射平面稱為XZ平面。圖1A示出沿Y軸傾斜一角度的可調濾波器的側視圖。參見該圖，一圓偏振波束10傳輸并射入干擾濾波器12。該圓偏振波束由所述兩個正交的偏振態(tài)表征，如:P_偏振和S-偏振。P-偏振分量14顯不位于XZ平面，即頁面的平面。S-偏振分量16顯示為與Y軸平行，即為Z軸且與頁面的平面垂直。
[0005]當干擾濾波器就入射波束而言傾斜一個大角度，P-偏振和S-偏振的分量將具有彼此相對不同的傳輸分布，其示例如圖1B所示。即，具有一P分量和一 S分量的均勻波束，同時具有在較寬(或至少與所述干擾濾波器的帶寬相同)的帶寬上大體均勻的強度，該均勻波束將根據(jù)特定濾波器的傳輸分布來傳輸所述P和S分量。在波束兩次通過濾波器的情況下，P-偏振分量具有TpXTp的凈透射比，其中透射比為已透射的百分比的測量值。在所述S-偏振分量兩次通過濾波器的情況下，其凈透射比為TsXTs。圖1B示出了以dB為單位的單次通過干擾濾波器，如圖1A中的干擾濾波器12，的傳輸分布。以dB為單位的測量值能夠很容易地轉換為百分比。
[0006]任何偏振態(tài)的輸入和輸出波束I (in)和I(out)能夠表不如下:
[0007]I (in) = Ip (in)+Is (in)，且
[0008]I (out) = Ip (out)+Is (out)。
[0009]因此，當透射比以百分比來表現(xiàn)且系統(tǒng)包括一平面鏡時，所述波束將兩次通過濾波器，
[0010]Tnet = I (out) /I (in) = (Ip (in) XTpXTp+Is (in) XTsXTs)/ (Ip (in) +Is (in))。[0011 ] 現(xiàn)有技術中，偏振分尚兀件已被用于根據(jù)偏振量P或S將入射波束分尚為兩束。在所述兩束波束的其中一束的路徑中插入一片合適的波片，能夠將其偏振轉換為與另一波束的偏振相同，例如，從S-偏振轉換為P-偏振。因而兩束波束能夠具有相同的偏振。如此，不同偏振的影響能夠被消除。遺憾的是，現(xiàn)有技術中這些系統(tǒng)的配置都過于復雜。因此，需要提供具有與入射波束的偏振狀態(tài)無關的透射比的可調濾波器的實施例。同時也需要提供相對于現(xiàn)有技術而言更加簡化、具有較低的偏振相關損耗、除去偏振分離/重組元件的實施例，由于除去所述偏振分離/重組元件而更加緊湊，并且允許采用雙纖準直器作為輸入/輸出端口。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明的一個目的是提供具有與入射波束的偏振狀態(tài)無關的透射比的可調濾波器。
[0013]本發(fā)明的另一目的是提供具有較低偏振相關損耗的可調濾波器。
[0014]本發(fā)明的另一目的是提供除去偏振分離和重組元件的可調濾波器。
[0015]本發(fā)明的一個目的是提供緊湊的可調濾波器。
[0016]本發(fā)明的另一目的是提供允許采用雙纖準直器作為輸入/輸出端口的可調濾波器。
[0017]本發(fā)明的這些以及其它目標，基于本公開文件的教導，對本領域技術人員而言是顯而易見的。
[0018]—可調濾波器包括一干擾帶通濾波器，被安置為傳輸輸入波束以產(chǎn)生透射光。一波片被安置以旋轉所述透射光的偏振，以及一反射器被安置為反射所述旋轉后的光以便其第二次通過所述波片之后再第二次通過所述干擾濾波器以產(chǎn)生第二透射光。一支架被提供用于沿與所述濾波器的標準表面垂直的軸旋轉該濾波器。在一些實施例中，一個或更多光纖準直器提供一輸入端口和一輸出端口。在理想的情況下，當所述濾波器被傾斜各種角度時，該干擾濾波器被選擇為具有對波束的每一偏振幾乎相同的波長偏移量。示例性的反射鏡包括一平面鏡和一后向反射器。示例的波片包括一 1/4波片和一 1/2波片。在一些情況下，輸入光由一個光纖準直器提供而輸出光由一個第二光纖準直器收集。所述后向反射器在對每一偏振進行反射時具有幾乎相同的相位改變量。本發(fā)明的實施例包括操作所述可調濾波器的方法以及構造所述可調濾波器的方法。所述可調濾波器的配置提供與入射波束的偏振狀態(tài)無關的透射比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]合并入本說明書并構成本說明書一部分的附圖圖示了本發(fā)明的實施例，并且連同說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。
[0020]圖1A示出一沿Y軸傾斜的濾波器的P-和S-偏振。
[0021]圖1B示出在單次通過一干擾濾波器時S偏振和P偏振的透射比。
[0022]圖2示出通過一 1/2波片時P偏振波束旋轉90度，從而將P偏振波束改變?yōu)橄鄬τ诟蓴_濾波器的S偏振。
[0023]圖3示出通過一 1/4波片兩次后P偏振波束旋轉90度。
[0024]圖4A示出單次通過一干擾濾波器時P偏振波束和S偏振波束的透射比，所述干擾濾波器具有對于P偏振和S偏振而言幾乎相同的峰值波長。
[0025]圖4B示出單次通過一干擾濾波器時P偏振波束和S偏振波束的透射比，所述干擾濾波器對于P偏振和S偏振而言所具有的峰值波長相距200nm。[0026]圖5為能夠利用一單纖準直器和一環(huán)行器的實施例的側視圖。
[0027]圖6為采用雙纖準直器的實施例的頂視圖。
[0028]圖7為采用兩個光纖準直器和一后向反射器的實施例的頂視圖。
[0029]圖8示出了采用兩個光纖準直器、單向上的單個1/2波片以及進一步使用一后向反射器的實施例的頂視圖。
[0030]圖9示出了采用兩個光纖準直器、一 1/4波片和一平面鏡的實施例的頂視圖?！揪唧w實施方式】
[0031]當一線性偏振波束通過一 1/2波片時,該1/2波片的偏振軸與該波束的偏振方向成一個α的角度，則該波束的偏振方向被旋轉一個2 α的角度。例如，當α =45度時，偏振方向在垂直方向(X軸)的線性偏振波束變成了偏振方向在水平方向(Y軸)的線性偏振波束。具體如圖2所示，P-偏振的入射波束20，標示為參考數(shù)22，通過干擾濾波器24，仍保持P偏振方向。然后入射光20通過1/2波片26，旋轉了 90度，其偏振方向成為S方向，相對于干擾濾波器，標示為參考數(shù)28。
[0032]圖3示出本發(fā)明的一具體實施例，其中一 1/4波片被插入在傾斜的干擾濾波器和平面鏡之間。1/4波片被調整為其偏振軸和P偏振方向(X軸)成45度角。入射波束通過1/4波片，然后被平面鏡反射，因而波束再一次通過1/4波片。1/4波片和平面鏡的組合功能上相當于1/2波片。兩次通過1/4波片之后，所述波束的偏振方向由P偏振方向變?yōu)镾偏振方向。具體如圖3所不,輸入波束30,其P偏振分量標不為參數(shù)32。通過干擾濾波器34后,所述波束保持P偏振方向。然后，該波束通過I/4波片36,該波片將旋轉偏振方向45度。之后，該波束被平面鏡38反射，第二次通過波片36，其偏振方向再次被旋轉45度，因而相對于干擾濾波器成為S偏振方向的偏振分量光40。
[0033]假設均勻輸入波束的帶寬比所需濾波器的帶寬大，例如，參考圖1B所示的濾波器的透射比，根據(jù)Tp曲線，輸入波束的P偏振分量將第一次通過干擾濾波器。當該波束的偏振方向旋轉45度后，經(jīng)過反射其偏振方向再旋轉45度，該波束成為S偏振光再通過帶通濾波器。因此帶通濾波器僅僅傳輸對應Ts曲線的波長。入射光傳遞開始作為P偏振光，最終的傳輸特性曲線是Ts和Tp曲線的乘積。特別注意兩個濾波器的凈透射比在線性刻度上是兩者透射比曲線的乘積，或者在對數(shù)刻度上是兩者透射比曲線的和。
[0034]當相對于干擾濾波器為S偏振分量方向的輸入波束第一次通過濾波器,其具有對應于Ts曲線的透射比。其經(jīng)過和P偏振光同樣的傳輸路徑后，成為了 P偏振光，再次通過干擾濾波器，成為Ts和Tp曲線的乘積。相應地，干擾濾波器相對于輸入波束的角度不會帶來任何不同，兩個偏振分具有相同的透射比曲線，因此，該可調濾波器具有與入射波束的偏振狀態(tài)無關的透射比。
[0035]因此，對于輸入波束的P偏振分量，最終的傳輸分布特性取決于Tp和Ts的乘積。
[0036]Tnet = Ip (out) /Ip (in) = Ip (in) XTpXTs/Ip (in) = TpXTs。
[0037]同理，對于輸入波束的S偏振分量,最終的傳輸分布特性取決于Tp和Ts的乘積。
[0038]Tnet = Is (out)/Is (in) = Is (in) XTsXTp/Is (in) = TsXTp。
[0039]當每個偏振的波長偏移幾乎相同時，Tp和Ts的乘積有個具有較小插入損失的單峰，如圖4A所不。圖4A不出了在單次通過時P偏振分量(Tp)和S偏振分量(Ts)的透射比。如上所述，當采用平面鏡和1/4波片時，反射波束的凈透射比變成Ts X Tp或Tp X Ts，如虛線所示(Tnet)。
[0040]必須注意的是，如果在單次通過時P偏振分量和S偏振分量的透射峰值相差較遠，如圖1B所示，即使采用當前的發(fā)明，凈透射比仍有較大扭曲，如圖4B虛線(Tnet)所示。為了實現(xiàn)小插入損失和均衡分布，當濾波器傾斜各種角度時各偏振具有幾乎相同的波長偏移量是非常重要的，如圖4A所示。
[0041]因此，任何偏振態(tài)都可以用兩個正交的線偏振態(tài)來表述。任意偏振態(tài)的輸入波束和輸入波束，I (in)和I (out)，可以表示如下:
[0042]I (in) = Ip (in)+Is (in),以及
[0043]I (out) = Ip (out) +Is (out)
[0044]因而，
[0045]Tnet = I (out)/I (in) = (Ip (in) X Tp X Ts+Is (in) X Ts X Tp) / (Ip (in)+Is (in))=TsXTp0
[0046]所述凈透射比與輸入波束的偏振無關。理論上，偏振相關損耗(TOL)應該為O。殘留的偏振相關損耗是因為波片的定位方向和波片的色散。相反地，如果不采用1/4波片，在一定角度下濾波器的透射比受偏振影響很大，如下所述。
[0047]Tnet= (Ip (in) XTpXTp+Is (in) XTsXTs)/ (Ip (in) +Is (in)) ?
[0048]圖5示出了采用環(huán)行器的實施例。具有P偏振的輸入波束50直接進入環(huán)行器52。通過環(huán)行器的輸出波束傳播到干擾帶通濾波器54。波束50的偏振被1/4波片56旋轉45度，然后被平面鏡58反射，從而再次傳輸通過1/4波片56。相應地，波束50在第二次通過濾波器54時是S偏振。波束50透過環(huán)行器52，在輸出端口 59從系統(tǒng)傳出。
[0049]圖6為米用雙纖準直器的實施例的頂視圖。輸入光纖60提供輸入波束62,該輸入波束被透鏡64準直。圖中所示P偏振66垂直于紙面。波束傳播通過傾斜的干擾濾波器68，然后通過1/4波片70，偏振方向被旋轉45度。平面鏡72直接將波束反射回波片，其偏振再次被旋轉，以致當該波束通過干擾濾波器68時成為了 S偏振，通過濾波器后被透鏡64聚焦I禹合進入輸出光纖76。
[0050]圖7為采用后向反射器(如:屋脊棱鏡)的實施例的頂視圖。輸入光纖90提供發(fā)散的輸入波束92，其被透鏡94準直，并直接通過濾波器96。該圖示出輸入波束是P偏振的情況。當其通過1/4波片98時，偏振方向旋轉45度。所述波束被后向反射器100反射，第二次通過波片，從而偏振方向再次旋轉另一個45度。因此當所述波束再次進入干擾濾波器時相對于濾波器已具有S偏振。然后,所述波束被透鏡102聚焦，并且稱合進入輸出光纖104。
[0051]圖8示出了在一設備的單臂上采用1/2波片的實施例的頂視圖。輸入光纖110提供發(fā)散的輸入波束112，其被光學元件113準直，直接進入干擾濾波器114和1/2波片116，被后向反射器118反射，從而再次通過濾波器114，之后被透鏡120聚焦耦合進入輸出光纖122。輸入波束112的P偏振分量被波片旋轉90度，以致所述波束第二次通過所述濾波器時，P偏振分量已被旋轉成`為相對于濾波器的S偏振分量。
[0052]圖9示出了采用兩個光纖準直器和平面鏡的實施例的頂視圖。輸入光纖120提供輸入波束122，其被一個或多個光學元件123(例如，透鏡)準直，所述波束通過干擾濾波器124和1/4波片126，被平面鏡128反射回來通過所述波片和所述濾波器，之后被一個或多個光學兀件130直接輸入輸出光纖132。輸入波束122的P偏振分量在第一次通過波片時被旋轉90度，然后在第二次通過時被旋轉另一個45度，因此，所述波束第二次通過所述濾波器時，P偏振分量已被旋轉成為相對于濾波器的S偏振分量。
[0053]本發(fā)明的前面的描述為了說明和描述的目的而被提供，并且并非旨在是窮舉性的或者將本發(fā)明局限于所公開的精確形式。根據(jù)上面的教導，可以進行許多修改和變化。所公開的實施例僅為了解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，從而使本領域的其他技術人員能夠以各種實施例和利用適合于所考慮的特定用途的各種修改來最佳地使用本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由下面的權利要求限定。
【權利要求】
1.一種設備，包括: 一干擾帶通濾波器，被安置為傳輸一輸入光束以產(chǎn)生透射光； 一第一波片，被安置為旋轉所述透射光的偏振以產(chǎn)生第一旋轉光；以及 一反射器，被安置為反射所述第一旋轉光以便其第二次通過所述波片以產(chǎn)生第二旋轉光，其中所述第二旋轉光第二次通過所述干擾濾波器以產(chǎn)生第二透射光。
2.如權利要求1所述的設備，進一步包括用于沿與所述濾波器的標準表面垂直的軸旋轉該濾波器的裝置。
3.如權利要求1所述的設備，進一步包括具有一輸入端口和一輸出端口的一光纖準直器，其中所述輸入端口被配置為直接將所述輸入光束射向所述干擾濾波器，所述輸出端口被配置為接收所述第二透射光。
4.如權利要求1所述的設備，其中，當所述濾波器被傾斜各種角度時，所述干擾濾波器被選擇為具有對所述光束的每一偏振幾乎相同的波長偏移量。
5.如權利要求1所述的設備，其中所述反射器是一平面鏡。
6.如權利要求1所述的設 備，其中所述第一波片是一1/4波片， 且所述反射器是一平面鏡。
7.如權利要求3所述的設備，其中所述光纖準直器包括雙纖準直器，所述輸入端口和輸出端口在所述雙纖準直器上，且所述反射器是一平面鏡。
8.如權利要求7所述的設備，其中所述雙纖準直器的兩條光纖都被定向在YZ平面上，以致所述輸入波束和反射波束具有相同的入射角。
9.如權利要求1所述的設備，其中所述反射器包括后向反射器。
10.如權利要求9所述的設備，其中所述后向反射器包括屋脊棱鏡。
11.如權利要求8所述的設備，其中所述后向反射器被選擇為在對每一偏振進行反射時具有幾乎相同的相位改變量。
12.如權利要求1所述的設備，其中所述反射器包括后向反射器，且所述波片從由1/4波片和1/2波片組成的組中選擇。
13.如權利要求12所述的設備，其中所述波片覆蓋所述后向反射器的兩側。
14.如權利要求12所述的設備，其中所述1/2波片覆蓋所述后向反射器的一側。
15.如權利要求1所述的設備，進一步包括用于提供所述輸入波束的裝置和用于收集所述第二透射光的裝置。
16.如權利要求15所述的設備，其中用于提供所述輸入波束的裝置包括一第一光纖準直器，且用于收集所述第二透射光的裝置包括一第二光纖準直器。
17.如權利要求16所述的設備，其中所述第一波片包括一1/2波片，所述反射器包括一后向反射器。
18.—種方法,包括: 傳輸一輸入光束通過一干擾帶通濾波器，以產(chǎn)生透射光； 利用一第一波片，旋轉所述透射光的偏振以產(chǎn)生第一旋轉光；以及 利用一反射器，反射所述第一旋轉光以便其第二次通過所述波片以產(chǎn)生第二旋轉光，其中所述第二旋轉光第二次通過所述干擾濾波器以產(chǎn)生第二透射光。
19.如權利要求18所述的方法，進一步包括利用用于旋轉的裝置，沿與所述濾波器的標準表面垂直的軸旋轉該濾波器。
20.如權利要求18所述的方法,進一步包括提供具有一輸入端口和一輸出端口的光纖準直器，其中所述輸入端口被配置為直接將所述輸入光束射向所述干擾濾波器，所述輸出端口被配置為接收所述第二透射光，該方法進一步包括從所述輸入端口直接將所述輸入光束射向所述干擾濾波器以及在所述輸出端口接收所述第二透射光。
21.如權利要求18所述的方法，其中，當所述濾波器被傾斜各種角度時，所述干擾濾波器被選擇為具有對所述光束的每一偏振幾乎相同的波長偏移量。
22.如權利要求18所述的方法，其中所述反射器是一平面鏡。
23.如權利要求18所述的方法，其中所述第一波片是一1/4波片，且所述反射器是一平面鏡。
24.如權利要求20所述的方法，其中所述光纖準直器包括雙纖準直器，所述輸入端口和輸出端口在所述雙纖準直器上，且所述反射器是一平面鏡。
25.如權利要求24所述的方法，其中所述雙纖準直器的兩條光纖都被定向在YZ平面上，以致所述輸入波束和反射波束具有相同的入射角。
26.如權利要求18所述的方法，其中所述反射器包括后向反射器。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述后向反射器包括屋脊棱鏡。
28.如權利要求25所述的方法，其中所述后向反射器被選擇為在對每一偏振進行反射時具有幾乎相同的相位改變量。
29.如權利要求18所述的方法，其中所述反射器包括后向反射器，且所述波片從由1/4波片和1/2波片組成的組中選擇。
30.如權利要求29所述的方法，其中所述波片覆蓋所述后向反射器的兩側。
31.如權利要求29所述的方法，其中所述1/2波片覆蓋所述后向反射器的一側。
32.如權利要求18所述的方法，進一步從一第一光纖準直器提供所述輸入波束以及利用一第二光纖準直器收集所述第二透射光。
33.如權利要求32所述的方法，其中所述第一波片包括一1/2波片，所述反射器包括一后向反射器。
34.一種設備，包括: 一干擾帶通濾波器； 一反射器；以及 用于偏振旋轉的裝置，其中所述用于偏振旋轉的裝置被安置在所述干擾帶通濾波器和所述反射器之間，通過所述干擾濾波器的波束的偏振方向將被所述用于偏振旋轉的裝置旋轉90度以產(chǎn)生一偏振旋轉波束，且所述反射器將導致所述偏振旋轉波束第二次通過所述干擾帶通濾波器。
【文檔編號】G02B27/28GK103728731SQ201310384968
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權日:2012年10月1日
【發(fā)明者】宋達元 申請人:奧托萊克斯公司