專利名稱：一種提高f－p腔型可調(diào)諧光濾波器精細(xì)度和抑制比的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及F-P腔(法布里-泊羅腔，F(xiàn)abry-Perot，簡(jiǎn)稱F-P腔)型可調(diào)諧光濾波器，具體涉及一種兩次或多次經(jīng)過F-P腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)可以提高F-P腔型可調(diào)諧光濾波器的精細(xì)度和抑制比，F(xiàn)-P腔型可調(diào)諧光濾波器廣泛適用于現(xiàn)代密集波分復(fù)用系統(tǒng)(Dense Wavelength DivisionMuiplexing，簡(jiǎn)稱DWDM)光網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
F-P腔型可調(diào)諧光濾波器是一種結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的濾波器。這種元件的原型是體塊狀的，光纖出現(xiàn)以后，它也可以用光纖構(gòu)成，極大地提高了它的性能；微機(jī)電(Micro electro mechanical System，簡(jiǎn)稱MEMS)技術(shù)的出現(xiàn)使得基于MEMS技術(shù)的F-P腔型可調(diào)諧光濾波器的應(yīng)用日益擴(kuò)大。
作為波分復(fù)用(Wave1ength Division Multiplexing，簡(jiǎn)稱WDM)系統(tǒng)的解復(fù)用器，要求F-P腔的自由譜域必須大于多信道復(fù)用信號(hào)的頻譜寬度，以免使信號(hào)重疊，造成混亂。例如，ITU-T關(guān)于波分復(fù)用系統(tǒng)波長(zhǎng)安排的建議草案(G.692)中規(guī)定，以基準(zhǔn)192.5 THz安排的波長(zhǎng)范圍是1530.33nm(195.900THz)-1565.5 0nm(191.500THz)，所需自由譜域FSR大于35.17nm(4.400THz)，其次為了在一個(gè)自由譜域FSR內(nèi)容納更多的信道，就要求信道間距小。這就要求F-P腔有較窄的帶寬，精細(xì)度F要求高。
單級(jí)F-P腔型可調(diào)諧光濾波器的精細(xì)度的提高受到限制，為了提高精細(xì)度值，可將多個(gè)F-P腔串聯(lián)使用，形成級(jí)聯(lián)F-P腔濾波器。但是級(jí)聯(lián)的方式須采用一個(gè)以上的相同的或不同的F-P腔，會(huì)產(chǎn)生如腔間干涉現(xiàn)象、兩級(jí)間的耦合、兩級(jí)同步調(diào)諧困難等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在著的問題和不足，提供一種提高F-P腔型可調(diào)諧光濾波器精細(xì)度和抑制比的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的1、方法本方法是采用一個(gè)或一對(duì)反射鏡使光束兩次或多次通過F-P腔。
F-P腔型可調(diào)諧光濾波器是基于多光束干涉的原理，透射光和反射光都產(chǎn)生多光束干涉而呈諧振現(xiàn)象，因而就有頻率選擇特性。在這里，我們討論的是透射光情況。
如圖1.1所示，為單個(gè)F-P腔的光路示意圖。假設(shè)在反射膜的兩側(cè)媒質(zhì)的折射率相等，膜的兩面的反射率為R，忽略附加吸收損耗，3dB帶寬ΔF表征F-P腔諧振曲線的銳度，定義為傳輸系數(shù)降為最大值一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻帶寬度。
則透射光束透射系數(shù)為τ1=1(1+2·F/π)2·sin2(π·Δf/FSR)]]>Δf＝f-fq是對(duì)諧振頻率的偏移，可求得此時(shí)3dB帶寬ΔF；如果通過一種光學(xué)結(jié)構(gòu)使得輸入光束兩次通過F-P腔，則傳輸系數(shù)為τ2=(11+(2·F/π)2·sin2(π·Δf/FSR))2]]>由此可求出ΔF2=2-1·ΔF1,]]>光濾波器的自由譜域FSR定義為相鄰兩諧振頻率的間距，在這里，自由譜域FSR不變，系統(tǒng)的精細(xì)度定義為自由譜域FSR與3dB帶寬ΔF之比，很顯然，F(xiàn)＝FSR/ΔF得以提高。
如圖1.2所示，為理論計(jì)算的入射光束一次和兩次通過F-P腔譜線圖(F-P腔兩反射面反射率R為0.98時(shí))。IL1表示光束一次通過F-P腔的插入損耗值，IL2表示光束兩次通過F-P腔的插入損耗值。IL＝10log(τ)，單位為dB.橫坐標(biāo)λ為波長(zhǎng)值，單位為m。
2、光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖2所示，為本發(fā)明框圖。本發(fā)明由信號(hào)輸入單元1、F-P腔2、反射鏡3、反射鏡4、信號(hào)輸出單元5組成；其光束依次通過的元件分別為信號(hào)輸入單元1、F-P腔2、反射鏡3、F-P腔2、反射鏡4、F-P腔2、反射鏡3、F-P腔2、信號(hào)輸出單元5。
工作原理是輸入信號(hào)從輸入信號(hào)單元1經(jīng)由F-P腔2干涉后，出射光線入射至反射鏡3，在反射鏡3經(jīng)過一或二次反射后沿與入射方向相反的方向入射至F-P腔2；同樣，二次通過F-P腔2的光束在反射鏡4經(jīng)過一或二次反射后沿與入射方向相反的方向入射至F-P腔2。光束經(jīng)過F-P腔2的次數(shù)決定于反射鏡3與反射鏡4的中心間距及反射鏡3、反射鏡4外形尺寸。反射鏡3、反射鏡4可以是一次平面反射鏡或兩次反射鏡。
本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果①設(shè)計(jì)合理，易于實(shí)現(xiàn)并集成；②減少元件數(shù)目，節(jié)約成本；③結(jié)構(gòu)緊湊，體積??；④可獲得高的抑制比和精細(xì)度；


圖1.1為單個(gè)F-P腔的光路示意圖，圖1.2為理論計(jì)算的入射光束一次和兩次通F-P腔譜線圖；圖2為本發(fā)明框圖；圖3為利用雙芯波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)兩次通過F-P腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4.1為利用直角雙向反射鏡實(shí)現(xiàn)兩次通過F-P腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4.2為直角雙向反射鏡立體結(jié)構(gòu)圖；圖5.1、圖5.2為利用兩個(gè)二次反射鏡實(shí)現(xiàn)多次通過f-P腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6.1、圖6.2為二次反射直角棱鏡的立體結(jié)構(gòu)圖；圖7為屋脊棱鏡的立體結(jié)構(gòu)圖。
其中1-輸入單元，1.1-雙芯波導(dǎo)；2-F-P腔；3-反射鏡，3.1-平面反射鏡，3.2-直角雙向平面反射鏡，3.3-兩次反射鏡，3.3.1-二次反射直角棱鏡，3.3.2-屋脊棱鏡，a-折射面，b、c-反射面；4-反射鏡；5-信號(hào)輸出單元。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明。
如圖3所示，為利用雙芯波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)兩次通過F-P腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。光學(xué)結(jié)構(gòu)由雙芯波導(dǎo)1.1、F-P腔2、平面反射鏡3.1組成；其光束依次通過的元件分別為雙芯波導(dǎo)1.1、F-P腔2、平面反射鏡3.1、F-P腔2、雙芯波導(dǎo)1.1。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊并容易實(shí)現(xiàn)。平面反射鏡3.1為一鏡面平坦度足夠高的反射鏡面。
如圖4.1所示，為利用直角雙向反射鏡實(shí)現(xiàn)兩次通過F-P腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。光學(xué)結(jié)構(gòu)由信號(hào)輸入單元1、F-P腔2、直角雙向反射鏡3.2、信號(hào)輸出單元5組成；其光束依次通過的元件分別為是信號(hào)輸入單元1、F-P腔2、直角雙向反射鏡3.2、F-P腔2、信號(hào)輸出單元5。輸入信號(hào)經(jīng)由F-P腔2干涉后出射光線入射至直角雙向平面反射鏡3.2，在直角雙向平面反射鏡3.2經(jīng)過兩次反射后沿與入射方向相反的方向通過F-P腔2后耦合進(jìn)信號(hào)輸出單元5。
如圖5.1、5.2所示，為利用兩個(gè)二次反射鏡實(shí)現(xiàn)多次通過F-P腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖(信號(hào)輸入單元1、信號(hào)輸出單元5沒有畫出)。該結(jié)構(gòu)具體由反射鏡3、F-P腔2、反射鏡4組成，其中一對(duì)反射鏡3和反射鏡4并列放置，也就是說兩次反射鏡中心線平行，中心距離為D。圖5.1為信號(hào)通過F-P腔2為偶數(shù)次的情況，圖5.2為信號(hào)通過F-P腔為奇數(shù)次的情況。光束經(jīng)過F-P腔2的次數(shù)決定于反射鏡3與反射鏡4的中心間距D及反射鏡3、反射鏡4外形尺寸。
反射鏡3、反射鏡4為兩次反射鏡3.3，兩次反射鏡3.3或?yàn)閮纱沃苯欠瓷淅忡R3.3.1，或屋脊棱鏡3.3.2，或其他的可以實(shí)現(xiàn)同樣功能的反射鏡。該結(jié)構(gòu)所獲得的插入損耗大，可應(yīng)用于對(duì)插入損耗要求不嚴(yán)格而要求高精細(xì)度的光濾波器。
如圖6.1、6.2所示，為兩次反射直角棱鏡的具體結(jié)構(gòu)圖，由反射面b、c和折射面a組成，反射面b、c成直角相交。圖6.1和圖6.2的區(qū)別僅是其外觀形狀不同。
如圖7所示，為屋脊棱鏡的具體結(jié)構(gòu)圖，其反射面b、c成直角相交。
本發(fā)明所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)可以通過微光學(xué)和微型光機(jī)電(Micro OpticalElectro Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱MOEMS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種提高F-P腔型可調(diào)諧光濾波器精細(xì)度和抑制比的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征是由信號(hào)輸入單元(1)、F-P腔(2)、反射鏡(3)、反射鏡(4)、信號(hào)輸出單元(5)組成；則其光束依次通過的元件分別為信號(hào)輸入單元(1)、F-P腔(2)、反射鏡3、F-P腔(2)、反射鏡(4)、F-P腔(2)、反射鏡(3)、F-P腔(2)、信號(hào)輸出單元(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征是信號(hào)輸入單元(1)或采用雙芯波導(dǎo)(1.1)，反射鏡(3)或采用一個(gè)平面反射鏡(3.1)；則其光束依次通過的元件分別為雙芯波導(dǎo)(1.1)、F-P腔(2)、平面反射鏡(3.1)、F-P腔(2)、雙芯波導(dǎo)(1.1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征是反射鏡(3)或采用一個(gè)直角雙向反射鏡(3.2)；其光束依次通過的元件分別為信號(hào)輸入單元(1)、F-P腔(2)、直角雙向反射鏡(3.2)、F-P腔(2)、信號(hào)輸出單元(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征是反射鏡(3)或?yàn)橐粋€(gè)兩次反射鏡(3.3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的兩次反射鏡(3.3)，其特征是或?yàn)閮纱畏瓷渲苯抢忡R(3.3.1)，或?yàn)槲菁估忡R(3.3.2)，或?yàn)槠渌Y(jié)構(gòu)的具有同樣功能的透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的兩次反射鏡(3.3)，其特征是主要由反射面(b)、反射面(c)和折射面(a)組成，反射面(b)、反射面(c)成直角相交。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高F－P腔型可調(diào)諧光濾波器精細(xì)度和抑制比的光學(xué)結(jié)構(gòu)；涉及F－P腔型可調(diào)諧光濾波器，具體涉及一種兩次或多次經(jīng)過F－P腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是采用一個(gè)或一對(duì)反射鏡使光束兩次或多次通過F－P腔，由信號(hào)輸入單元1、F－P腔2、反射鏡3、反射鏡4、信號(hào)輸出單元5組成；其光束依次通過的元件分別為信號(hào)輸入單元1、F－P腔2、反射鏡3、F－P腔2、反射鏡4、F－P腔2、反射鏡3、F－P腔2、信號(hào)輸出單元5。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，易于實(shí)現(xiàn)并集成；減少了元件數(shù)目，節(jié)約成本；結(jié)構(gòu)緊湊，體積??；可獲得高的精細(xì)度和抑制比；該可調(diào)諧光濾波器廣泛適用于現(xiàn)代DWDM光網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)G02F1/35GK1456910SQ0312801
公開日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月22日
發(fā)明者胡強(qiáng)高, 孫莉萍, 許遠(yuǎn)忠 申請(qǐng)人:武漢光迅科技有限責(zé)任公司