一種可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)及濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光學(xué)濾波領(lǐng)域，公開(kāi)了一種可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)，包括兩光學(xué)元件，兩光學(xué)元件相對(duì)的兩表面相互平行，且中間填充液晶層，液晶層與兩表面之間分別設(shè)置透明電極，在兩透明電極之間施加可變電壓；兩光學(xué)元件的折射率均大于液晶層的折射率。利用光由光密介質(zhì)入射光疏介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生全反射的現(xiàn)象，使包含臨界波長(zhǎng)的入射光譜分為長(zhǎng)波長(zhǎng)與短波長(zhǎng)兩段，分別全反射輸出與透射輸出，通過(guò)改變光疏介質(zhì)液晶層的折射率來(lái)改變臨界波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)濾波可調(diào)結(jié)構(gòu)，結(jié)合兩個(gè)上述濾波結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)，即可實(shí)現(xiàn)帶寬位置和寬度均可調(diào)諧的帶通濾波器。該可調(diào)諧濾波器帶寬及通帶位置均可調(diào)諧，且調(diào)諧范圍廣，調(diào)諧簡(jiǎn)便，可容易的實(shí)現(xiàn)窄帶平頂帶通濾波或?qū)拵巾攷V波。
【專利說(shuō)明】一種可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)及濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)濾波領(lǐng)域，尤其涉及一種可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)及由該結(jié)構(gòu)組成的濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]帶寬可調(diào)濾波器是一種基本光學(xué)元件，其本質(zhì)上為帶通型濾波器，即只允許特定波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)，其他波長(zhǎng)信號(hào)反射掉。它可以應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中的可重構(gòu)的光路上下服用/解復(fù)用器(ROADM)以及光交叉互聯(lián)(OXC)系統(tǒng)以及傳感網(wǎng)絡(luò)等諸方面。如用于抵消光放大器的增益斜度，從而減少各接收端光信號(hào)功率的信道之間的偏差。
[0003]目前，主要的可調(diào)諧濾波器有F-P濾波器、馬赫-曾德濾波器、電光濾波器、光柵型濾波器和光纖布拉格光柵濾波器等。其中，F(xiàn)-P濾波器包括有向列液晶F-P波長(zhǎng)調(diào)諧濾波器，利用液晶的電光效應(yīng)原理，其結(jié)構(gòu)為:在兩個(gè)玻璃基板的內(nèi)表面上鍍對(duì)其工作波長(zhǎng)范圍具有高反射率的介電反射鏡，用于使所用液晶方向一致排列的方向一致排列層鍍于該介電反射鏡上，液晶設(shè)于所述兩方向一致排列層之間。該結(jié)構(gòu)通過(guò)在兩介電反射鏡上施加電壓，以改變液晶層的折射率，從而改變?nèi)肷涔獾墓獬?，?lái)控制光傳輸峰值的波長(zhǎng)調(diào)諧性能。該結(jié)構(gòu)的濾波波長(zhǎng)調(diào)諧由F-P腔之間液晶層折射率的調(diào)諧范圍限定，濾波峰值波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍有限，濾波帶寬不可調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)及由該結(jié)構(gòu)組成的濾波器，濾波波段及濾波帶寬均可調(diào)諧，且調(diào)諧范圍廣。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:一種可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)，包括第一光學(xué)元件和第二光學(xué)兀件，所述第一光學(xué)兀件和第二光學(xué)兀件具有兩相互平行的相對(duì)表面，分別為第一表面和第二表面；第一表面和第二表面之間填充液晶層，液晶層與兩表面之間分別設(shè)置透明電極，在兩透明電極之間施加可變電壓；第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件的折射率均大于液晶層的折射率；入射光在第一表面與液晶層的分界面分光，全反射角等于入射角的光波長(zhǎng)為臨界波長(zhǎng)，波長(zhǎng)大于或等于臨界波長(zhǎng)的光被全反射輸出，波長(zhǎng)小于臨界波長(zhǎng)的光透射輸出；所述臨界波長(zhǎng)隨兩透明電極之間施加的可變電壓的變化而變化。
[0006]進(jìn)一步的，所述第一表面、第二表面、第一光學(xué)兀件和第二光學(xué)兀件的通光面均鍍有全波段的增透膜。
[0007]本發(fā)明的可調(diào)濾波器，包括兩個(gè)上述的可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)，分別為第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)和第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)為X1，第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)為λ2，λι與入2不相等；入射光依次經(jīng)過(guò)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)和第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，由第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)輸出濾波光。
[0008]進(jìn)一步的，所述第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)λ I大于第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)λ 2 ;第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)設(shè)于第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)透射光的光路上，入射光經(jīng)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，透射部分的光入射到第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，經(jīng)第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)全反射部分為輸出濾波光，濾波帶寬為λ1λ2。
[0009]或者，所述第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)λ I小于第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)λ 2 ；第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)設(shè)于第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)全反射光的光路上，入射光經(jīng)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，全反射部分的光入射到第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，經(jīng)第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)透射部分為輸出濾波光，濾波帶寬為 λ2-λ1。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:利用光由光密介質(zhì)入射光疏介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生全反射的現(xiàn)象，使包含臨界波長(zhǎng)的入射光譜分為長(zhǎng)波長(zhǎng)與短波長(zhǎng)兩段，分別全反射輸出與透射輸出，通過(guò)改變光疏介質(zhì)的折射率來(lái)改變臨界波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)濾波可調(diào)結(jié)構(gòu)，結(jié)合兩個(gè)臨界波長(zhǎng)可調(diào)的濾波結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)帶通濾波器，其帶寬及通帶位置均可調(diào)諧，且調(diào)諧范圍廣，調(diào)諧簡(jiǎn)便，可容易的實(shí)現(xiàn)窄帶平頂帶通濾波或?qū)拵巾攷V波。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖；
圖2為本發(fā)明的可調(diào)濾波器實(shí)施例一示意圖；
圖3為本發(fā)明的可調(diào)濾波器實(shí)施例二示意圖；
圖4為本發(fā)明的可調(diào)濾波器濾波原理示意圖。
[0012]附圖標(biāo)記:1、第一光學(xué)元件；2、第二光學(xué)元件；3、液晶層；S1、第一表面；S2、第二表面；100、第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)；200、第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]本發(fā)明利用光由光密介質(zhì)入射光疏介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，將包含臨界波長(zhǎng)入O(光以某一角度由光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，剛好能夠產(chǎn)生全反射的波長(zhǎng))的光譜分段，長(zhǎng)波部分(波長(zhǎng)大于λ O的光，同樣條件下，其全反射的臨界角小于波長(zhǎng)λ O的臨界角)被全反射輸出，短波部分(波長(zhǎng)小于λ O的光，同樣條件下，其全反射的臨界角大于波長(zhǎng)λ O的臨界角)被透射輸出。在入射角度固定不變的情況下，通過(guò)改變光疏介質(zhì)的折射率，來(lái)調(diào)節(jié)臨界波長(zhǎng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)分段光譜的分界波長(zhǎng)，即調(diào)節(jié)濾波的位置。
[0015]具體的，如圖1所示為本發(fā)明的濾波結(jié)構(gòu)實(shí)施例，包括第一光學(xué)元件1和第二光學(xué)兀件2,該第一光學(xué)兀件I和第二光學(xué)元件2具有兩相互平行的相對(duì)表面,分別為第一表面SI和第二表面S2 ;第一表面SI和第二表面S2之間填充液晶層3，液晶層3與兩表面S1、S2之間分別設(shè)置透明電極，在兩透明電極之間施加可變電壓V ;第一光學(xué)元件I和第二光學(xué)元件2的折射率均大于液晶層3的折射率；入射光在第一表面SI與液晶層3的分界面分光，全反射角等于入射角的光波長(zhǎng)為臨界波長(zhǎng)，波長(zhǎng)大于或等于臨界波長(zhǎng)的光被全反射輸出，波長(zhǎng)小于臨界波長(zhǎng)的光透射輸出；因?yàn)楣馐杞橘|(zhì)液晶層3的折射率隨加載于兩透明電極之間的電壓V而變化，入射角度不變的情況下，液晶層3的折射率變化，則臨界波長(zhǎng)也將改變，故臨界波長(zhǎng)隨兩透明電極之間施加的可變電壓V的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)濾波可調(diào)諧功能。由于液晶層3折射率變化可達(dá)15%，臨界波長(zhǎng)的移動(dòng)范圍很大，故濾波可調(diào)諧范圍大。其中，第一表面S1、第二表面S2、第一光學(xué)兀件I和第二光學(xué)兀件2的通光面均鍍有全波段的增透膜，減少結(jié)構(gòu)的插入損耗。作為光密介質(zhì)的第一光學(xué)元件I與第二光學(xué)元件2可以是相同的光學(xué)材料，也可以采用不同光學(xué)材料，折射率都大于光疏介質(zhì)液晶層3的折射率變化范圍，但兩光學(xué)元件的折射率也可以相等，也可以不等。其中，第一表面SI與第一光學(xué)元件I入射面的夾角為Y，通過(guò)設(shè)計(jì)Y角的大小來(lái)調(diào)整入射光的初始入射角Θ的大小，從而調(diào)節(jié)臨界波長(zhǎng)的可調(diào)范圍。
[0016]結(jié)合兩個(gè)上述濾波結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)，即可實(shí)現(xiàn)帶寬位置和寬度均可調(diào)諧的帶通濾波器，具體的，如圖2所示的實(shí)施例一，包括兩個(gè)濾波結(jié)構(gòu)，分別為第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100和第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200，第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100的臨界波長(zhǎng)為λ i，第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200的臨界波長(zhǎng)為λ 2，λ i與λ 2不相等；入射光依次經(jīng)過(guò)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100和第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200，由第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200輸出濾波光。該實(shí)施例中，第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100的臨界波長(zhǎng)λ i大于第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200的臨界波長(zhǎng)λ 2 ;第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200設(shè)于第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100透射光的光路上，入射光經(jīng)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100，透射部分的光入射到第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200，經(jīng)第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200全反射部分為輸出濾波光，濾波帶寬為λ ^ λ 2。如圖4所示為該濾波器濾波原理示意圖，圖4 (a)表示第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100的透射光強(qiáng)比，當(dāng)在第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100的兩透明電極間施加電壓Vl時(shí)，其臨界波長(zhǎng)為X1，故波長(zhǎng)大于或等于X1的光均被反射輸出，波長(zhǎng)小于λ I的光均透射輸出。在第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200的兩透明電極間施加電壓V2時(shí)，其臨界波長(zhǎng)為λ2，波長(zhǎng)大于或等于λ 2的光均被其全反射輸出，波長(zhǎng)小于λ2的光均透射輸出，如圖4 (b)所示為第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200的全反射光強(qiáng)比。將第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200置于第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100的透射光路中，利用第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100的透射波段與第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200的全反射波段結(jié)合濾波，即可得到如圖4 (c)所示的帶通濾波光譜。即，入射光經(jīng)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100分光，其透射部分的光入射到第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200，經(jīng)第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200全反射部分為輸出濾波光，其濾波帶寬為通過(guò)改變施加于透明電極的電壓Vl和V2，來(lái)改變第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100和第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200的液晶層折射率，從而調(diào)節(jié)臨界波長(zhǎng)λ i和λ 2，實(shí)現(xiàn)帶通濾波器帶寬寬度及帶寬位置的調(diào)諧功能。
[0017]如圖3所示，為本發(fā)明可調(diào)諧濾波器實(shí)施例二，與實(shí)施例一不同的是，第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100的臨界波長(zhǎng)λ I小于第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200的臨界波長(zhǎng)λ 2，將第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200設(shè)于第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100全反射光的光路上，入射光經(jīng)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100分光，其全反射部分的光入射到第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200，經(jīng)第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200透射部分為輸出濾波光，濾波帶寬為X2-Ko 即，利用第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100的全反射波段與第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)2001的透射波段結(jié)合濾波，并通過(guò)改變電壓Vl和V2，來(lái)改變第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)100和第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)200的液晶層折射率，從而調(diào)節(jié)臨界波長(zhǎng)λ JP λ 2，實(shí)現(xiàn)帶通濾波器帶寬寬度及帶寬位置的調(diào)諧功能。
[0018]盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)本發(fā)明做出的各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)，包括第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件，其特征在于:所述第一光學(xué)兀件和第二光學(xué)兀件具有兩相互平行的相對(duì)表面，分別為第一表面和第二表面；第一表面和第二表面之間填充液晶層，液晶層與兩表面之間分別設(shè)置透明電極，在兩透明電極之間施加可變電壓；第一光學(xué)兀件和第二光學(xué)兀件的折射率均大于液晶層的折射率；入射光在第一表面與液晶層的分界面分光，全反射角等于入射角的光波長(zhǎng)為臨界波長(zhǎng)，波長(zhǎng)大于或等于臨界波長(zhǎng)的光被全反射輸出，波長(zhǎng)小于臨界波長(zhǎng)的光透射輸出；所述臨界波長(zhǎng)隨兩透明電極之間施加的可變電壓的變化而變化。
2.如權(quán)利要求1所述一種可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一表面、第二表面、第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件的通光面均鍍有全波段的增透膜。
3.一種可調(diào)濾波器，其特征在于:包括兩個(gè)如權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的濾波結(jié)構(gòu)，分別為第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)和第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)為λ i，第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)為λ2，入1與λ2不相等；入射光依次經(jīng)過(guò)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)和第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，由第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)輸出濾波光。
4.如權(quán)利要求3所述一種可調(diào)濾波器，其特征在于:所述第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)λ I大于第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)λ 2 ;第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)設(shè)于第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)透射光的光路上，入射光經(jīng)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，透射部分的光入射到第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，經(jīng)第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)全反射部分為輸出濾波光，濾波帶寬為X1-A215
5.如權(quán)利要求3所述一種可調(diào)濾波器，其特征在于:所述第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)λ I小于第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)的臨界波長(zhǎng)λ 2 ;第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)設(shè)于第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)全反射光的光路上，入射光經(jīng)第一級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，全反射部分的光入射到第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，經(jīng)第二級(jí)濾波結(jié)構(gòu)透射部分為輸出濾波光，濾波帶寬為λ2-λ1Ι5
【文檔編號(hào)】G02F1/13GK103869510SQ201210549782
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】吳礪, 凌吉武, 趙振宇, 楊建陽(yáng), 柏天國(guó) 申請(qǐng)人:福州高意通訊有限公司