CN103323943B - 可调光学滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可调光学滤波器，包括光输入组件以及光接收组件，光输入组件与光接收组件之间设有腔长可调组件，腔长可调组件具有长度可调器件，长度可调器件的两端分别固定有相互平行的第一基板与第二基板，其中，腔长可调组件内设有法布里-珀罗滤波器，法布里-珀罗滤波器具有固定在第一基板上的第一部件以及固定在第二基板上的第二部件，第一部件具有通过光胶或胶粘在第一基板上的第一光学玻璃，第一光学玻璃朝向第二基板的表面上镀有高反膜，第二部件具有朝向第一基板的反射面，反射面上镀有高反膜。本发明提供的可调光学滤波器生产工艺简单，且易于控制法布里-珀罗滤波器的腔长，滤波性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光纤通信系统的光学器件，具体地说，是涉及一种可调光学滤波器。
背景技术
随着光纤通信技术与传感器技术的发展，人们利用光纤以及光纤光栅传感器组建传感器系统，并利用波长监控系统对光纤光栅传感器反射的激光束的波长进行扫描、监控，由此对被检测的物理量进行检测。现有的波长监控系统大多使用可调光学滤波器对激光束进行滤波，将特定波长的激光束输出。
如公开号为CN101604055A的中国发明专利申请公开了名为“一种双联双腔可调光纤法布里-珀罗滤波器”的发明创造，该滤波器具有两个相对且平行布置的支座，支座之间连接有压电陶瓷，并且两个支座上固定有两个法布里-珀罗滤波器，每一个法布里-珀罗滤波器均由固定在两个支座上的尾纤或光纤组成，在尾纤或光纤的端面上镀有反射膜，以便激光束在两个反射膜之间来回反射。通过调节压电陶瓷的长度，可以改变两个反射膜之间的距离，从而调节法布里-珀罗滤波器输出的激光束的中心波长。
然而，该滤波器需要将尾纤或光纤固定在支座上，制作工艺复杂，生产成本较高。并且，该滤波器难以确保尾纤或光纤与支座之间的相对固定，导致对法布里-珀罗滤波器腔长调节困难。
公告号为CN1547048A的中国发明专利申请公开了一种名为“可调谐法布里-珀罗腔滤波器及其制备方法”发明创造，该滤波器具有一个压电陶瓷管以及套装在压电陶瓷管外的圆筒形外壳，圆筒形外壳上下端分别有上盖和下盖，压电陶瓷管一端与下盖相连，另一端和上盖分别粘贴一片相互平行的镀膜镜片。并且，上盖与下盖上分别有出光孔和进光孔，上盖和下盖外壁上分别有一片准直透镜，准直透镜位于出光孔和进光孔位置。滤波器工作时，通过改变压电陶瓷管的长度来改变两块镀膜镜片之间的距离，从而调节法布里-珀罗滤波器输出的激光束的中心波长。
但是，该滤波器需要将压电陶瓷管状在圆形的外壳内，并需要在上盖与下盖分别设置进光孔与出光孔，加工工艺复杂。此外，在压电陶瓷管与上盖粘贴镀膜镜片工艺复杂，不利于滤波器的生产。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种结构简单、生产工艺简单且性能较好的可调光学滤波器。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的可调光学滤波器具有光输入组件以及光接收组件，光输入组件与光接收组件之间设有腔长可调组件，腔长可调组件具有长度可调器件，长度可调器件的两端分别固定有相互平行的第一基板与第二基板，其中，腔长可调组件内设有法布里-珀罗滤波器，法布里-珀罗滤波器具有固定在第一基板上的第一部件以及固定在第二基板上的第二部件，第一部件具有通过光胶或胶粘在第一基板上的第一光学玻璃，第一光学玻璃朝向第二基板的表面上镀有高反膜，第二部件具有朝向第一基板的反射面，反射面上镀有高反膜。
由上述方案可见，由于法布里-珀罗滤波器固定在腔长可调组件内，因此无需使用光纤或尾纤构成法布里-珀罗滤波器，而是仅仅需要将第一光学玻璃固定在第一基板上，并将第二部件固定在第二基板上即可，可调光学滤波器的生产工艺简单。此外，由于第一光学玻璃是通过光胶或胶粘的方式固定在第一基板上，第一光学玻璃与第一基板之间的距离固定，且透光性能好，可调光学滤波器的性能好。
一个优选的方案是，第二部件具有通过光胶或胶粘在第二基板上的第二光学玻璃，该反射面为第二光学玻璃朝向第一基板的表面。
由此可见，第二光学玻璃通过光胶或胶粘方式固定在第二基板上，确保第二光学玻璃与第二基板的距离固定，也保证可调光学滤波器的性能。
进一步的方案是，第一基板与第一光学玻璃由相同的材料制成，且第二基板与第二光学玻璃由相同的材料制成。
可见，两块光学玻璃与两块基板的材料相同，有利于光学玻璃以光胶方式固定在基板上，也有利于激光束的传输。
附图说明
图1是本发明第一实施例的光学结构示意图。
图2是本发明第二实施例的光学结构示意图。
图3是向本发明第一实施例的压电陶瓷加载不同电压时准直器接收的频谱图。
图4是向本发明第二实施例的压电陶瓷加载不同电压时光电二极管接收的频谱图。
图5是本发明第三实施例的光学结构示意图。
图6是本发明第四实施例的光学结构示意图。
图7是本发明第五实施例的光学结构示意图。
图8是本发明第六实施例的光学结构示意图。
图9是本发明第七实施例的光学结构示意图。
图10是本发明第八实施例的光学结构示意图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明的可调光学滤波器可以应用在波长监控系统中，用于接收激光束并对激光束进行滤波，将特定波长的激光束输出。
第一实施例：
参见图1，本实施例的可调光学滤波器具有光输入组件10以及光接收组件15，在光输入组件10与光接收组件15之间设有腔长可调组件20。
光输入组件10具有单光纤准直器11以及装在单光纤准直器11内的光纤12。光接收组件15具有单光纤准直器16以及装在单光纤准直器16内的光纤17。
腔长可调组件20具有两块相对设置的基板，分别是第一基板21以及第二基板22，两块基板21、22平行布置，光输入组件10位于第一基板21的外侧，光接收组件15位于第二基板22的外侧。第一基板21与第二基板22之间设有长度可调器件23，本实施例中，长度可调器件23由压电陶瓷制成，且为两端敞口的空心圆柱体，第一基板21与第二基板22分别固定在长度可调器件23的两端。
腔长可调组件20内设有法布里-珀罗滤波器，其具有第一部件以及第二部件，第一部件包括通过光胶或胶粘方式固定在第一基板21内壁上的光学玻璃24，第二部件包括通过光胶或胶粘方式固定在第二基板22内壁的光学玻璃26，光学玻璃24朝向第二基板22的表面25为反射面，其上镀有高反膜，光学玻璃26朝向第一基板21的表面27也是反射面，其上也镀有高反膜。
为了将光学玻璃24更好地固定在第一基板21上，光学玻璃24与第一基板21由相同的材料制成，这样，将光学玻璃24以光胶的方式固定在第一基板21时，光学玻璃24可以牢固地固定在第一基板21上。相同地，光学玻璃26与第二基板22也是由相同的材料制成。
从图1可见，光学玻璃24的表面25为平面，光学玻璃26的表面27也为平面，激光束从光输入组件10入射到腔长可调组件20后，在法布里-珀罗滤波器的两块光学玻璃24、26的表面25、27之间来回反射，并振荡干涉，干涉的透射强度满足如下公式：
（式1）
其中，R为法布里-珀罗滤波器两块光学玻璃24、26的表面25、27的反射率。当时，会在透射端，即光学玻璃26的表面27上出现光强的极大值。然后，激光束从法布里-珀罗滤波器出射，并被光接收组件15所接收。
这样，通过改变加载在腔长可调组件20的长度可调器件23的电压可以改变法布里-珀罗滤波器的腔长，从而控制从腔长可调组件20出射的激光束的中心波长。图3是在加载不同的电压信号下，光接收组件15的单光纤准直器16接收的激光束的波长频谱图，图3中，实线所示的是加载较高电压的频谱波形图，虚线所示的是加载较低电压的频谱波形图。
由于光学玻璃24与光学玻璃26通过光胶或胶粘的方式固定在第一基板21与第二基板22上，光学玻璃24与第一基板21固定牢靠，且不易发生相对位移，光学玻璃26与第二基板22也是固定牢靠，可调光学滤波器的性能较好。另外，可调光学滤波器的三个组件分别是独立的组件，生产工艺简单，制造方便。
第二实施例：
参见图2，本实施例具有光输入组件30以及光接收组件35，光输入组件30与光接收组件35之间设有腔长可调组件40，其中光输入组件30具有单光纤准直器31以及装在单光纤准直器31内的光纤32，光接收组件35为光电二极管。
本实施例的腔长可调组件40结构与第一实施例的腔长可调组件机构相同，其具有长度可调器件43，在长度可调器件43的两端分别固定有第一基板41以及第二基板42，长度可调器件43由压电陶瓷制成，且为两端敞口的空心体。
第一基板41的内壁上通过光胶或胶粘的方式固定有光学玻璃44，光学玻璃44靠近第二基板42的表面45上镀有高反膜，表面45为平面。第二基板42的内壁上也通过光胶或胶粘的方式固定有光学玻璃46，光学玻璃46靠近第一基板41的表面47上镀有高反膜，表面47也是平面。
通过改变加载到长度可调器件43的电压能够改变其长度，从而调节表面45与表面47之间的距离，光接收组件35接收的激光束的中心波长也就发生改变。图4是向长度可调器件43加载不同的电压时，光电二极管接收的激光束的频谱图，其中实线所示的是加载较高电压的频谱波形图，虚线所示的是加载较低电压的频谱波形图。
第三实施例：
参见图5，本实施例具有光输入组件50以及光接收组件55，并且在光输入组件50与光接收组件55之间设有腔长可调组件60，光输入组件50包括光纤52以及套装在光纤52外的单光纤准直器51，光接收组件55包括光纤57以及套装在光纤57外的单光纤准直器56。
腔长可调组件60具有长度可调器件63以及固定在长度可调器件63两端的第一基板61及第二基板62，本实施例中，长度可调器件63为玻璃，在玻璃外贴有电热膜，向电热膜通电并使其温度升高，从而使作为长度可调器件63的玻璃温度升高，改变玻璃的长度。
第一基板61的内壁上通过光胶或胶粘的方式固定有光学玻璃64，光学玻璃64朝向第二基板62的表面65为向第一基板61方向凹陷的凹面，且表面65上镀有高反膜。第二基板62的内壁上通过光胶或胶粘的方式固定有光学玻璃66，光学玻璃66朝向第一基板61的表面67为反射面，且表面67为平面，表面67上镀有高反膜。
通过改变长度可调器件63的长度，可以改变两块光学玻璃64、66的表面65、67之间的距离，从而改变光接收组件55接收的激光束干涉的中心波长。
第四实施例：
参见图6，本实施例具有光输入组件70以及光接收组件75，光输入组件70与光输出组件75之间设有腔长可调组件80。光输入组件70具有光纤72以及套装在光纤72外的单光纤准直器71，光接收组件75包括光纤77以及套装在光纤77外的单光纤准直器76。
腔长可调组件80具有长度可调器件83，其由压电陶瓷制成，且为两端敞口的空心体。长度可调器件83的两端固定有第一基板81以及第二基板82，第一基板81的内壁上通过光胶或胶粘的方式固定有光学玻璃84，光学玻璃84朝向第二基板82的表面85为反射面，其上镀有高反膜。第二基板82的内壁上通过光胶或胶粘的方式固定有光学玻璃86，光学玻璃86朝向第一基板81的表面87也为反射面，其上镀有高反膜。
从图6可见，光学玻璃84的表面85为朝向第一基板81凹陷的凹面，光学玻璃86的表面87为朝向第一基板81凸出的凸面。
可调光学滤波器工作时，通过改变长度可调器件83的长度，可以改变两块光学玻璃84、86的表面85、87之间的距离，从而改变光接收组件75接收的激光束的中心波长。
第五实施例：
参见图7，本实施例具有光输入组件90以及光接收组件95，光输入组件90与光输出组件95之间设有腔长可调组件100。光输入组件90具有光纤92以及套装在光纤92外的单光纤准直器91，光接收组件95包括光纤97以及套装在光纤97外的单光纤准直器96。
腔长可调组件100具有长度可调器件103，其由压电陶瓷制成，且为两端敞口的空心体。长度可调器件103的两端固定有第一基板101以及第二基板102，第一基板101的内壁上通过光胶或胶粘的方式固定有光学玻璃104，光学玻璃104朝向第二基板102的表面105为反射面，其上镀有高反膜。第二基板102的内壁上通过光胶或胶粘的方式固定有光学玻璃106，光学玻璃106朝向第一基板101的表面107也为反射面，其上镀有高反膜。
从图7可见，光学玻璃104的表面105为朝向第一基板101凹陷的凹面，光学玻璃106的表面107是朝向第二基板102凹陷的凹面。
可调光学滤波器工作时，通过改变长度可调器件103的长度，可以改变两块光学玻璃104、106的表面105、107之间的距离，从而改变光接收组件95接收的激光束干涉的中心波长。
第六实施例：
参见图8，本实施例具有光输入组件110以及光接收组件115，光输入组件110与光接收组件115之间设有腔长可调组件120。光输入组件110具有光纤112以及套装在光纤112外的单光纤准直器111，光接收组件115具有光纤117以及套装在光纤117外的单光纤准直器116。
腔长可调组件120具有长度可调器件123，本实施例中，长度可调器件123为方形的实心体。长度可调器件123的两端分别固定有两块平行设置的第一基板121以及第二基板122，腔长可调组件120内设有法布里-珀罗滤波器，法布里-珀罗滤波器位于长度可调器件123的一侧。
本实施例中，法布里-珀罗滤波器包括固定在第一基板121上的第一部件以及固定在第二基板122上的第二部件，第一部件具有通过光胶或胶粘方式固定在第一基板121内壁上的光学玻璃124，光学玻璃124朝向第二基板122的表面125为反射面，其上镀有高反膜，且表面125为平面。第二部件具有通过光胶或胶粘方式固定在第二基板122上的光学玻璃126，光学玻璃126朝向第一基板121的表面127为反射面，其上镀有高反膜，表面127也是平面。
通过调节加载在作为长度可调器件123的压电陶瓷上的电压，能够改变长度可调器件123的长度，由此改变表面125与表面127之间的距离，从而改变光接收组件115接收的激光束干涉的中心波长。
第七实施例：
参见图9，本实施例具有光输入组件130以及光接收组件135，光输入组件130与光接收组件135之间设有腔长可调组件140。光输入组件130具有光纤132以及套装在光纤132外的单光纤准直器131，光接收组件135具有光纤137以及套装在光纤137外的单光纤准直器136。
腔长可调组件140具有长度可调器件143，本实施例中，长度可调器件143为方形的实心体。长度可调器件143的两端分别固定有两块平行设置的第一基板141以及第二基板142，腔长可调组件140内设有法布里-珀罗滤波器，法布里-珀罗滤波器位于长度可调器件143的一侧。
本实施例中，法布里-珀罗滤波器包括固定在第一基板141上的第一部件以及固定在第二基板142上的第二部件，第一部件具有通过光胶或胶粘方式固定在第一基板141内壁上的光学玻璃144，光学玻璃144朝向第二基板142的表面145为反射面，其上镀有高反膜，且表面145为平面。第二部件为镀在第二基板142上的高反膜146，因此，高反膜146朝向第一基板141的表面为反射面。
通过调节加载在作为长度可调器件143的压电陶瓷上的电压，能够改变长度可调器件143的长度，由此改变光学玻璃144的表面145与高反膜146之间的距离，从而改变光接收组件135接收的激光束干涉的中心波长。
第八实施例：
参见图10，本实施例具有光输入组件150以及光接收组件155，光输入组件150与光接收组件155之间设有腔长可调组件160。光输入组件150具有光纤152以及套装在光纤152外的单光纤准直器151，光接收组件155具有光纤157以及套装在光纤157外的单光纤准直器156。
腔长可调组件160具有长度可调器件163，本实施例中，长度可调器件163为方形的实心体。长度可调器件163的两端分别固定有两块平行设置的第一基板161以及第二基板162，腔长可调组件160内设有法布里-珀罗滤波器，法布里-珀罗滤波器位于长度可调器件163的一侧。
本实施例中，法布里-珀罗滤波器包括固定在第一基板161上的第一部件以及固定在第二基板162上的第二部件，第一部件具有通过光胶或胶粘方式固定在第一基板161内壁上的光学玻璃164，光学玻璃164朝向第二基板162的表面165为反射面，其上镀有高反膜，且表面165为朝向第一基板161方向凹陷的凹面。第二部件为镀在第二基板162上的高反膜166，因此，高反膜166朝向第一基板161的表面为反射面。
通过调节加载在作为长度可调器件163的压电陶瓷上的电压，能够改变长度可调器件163的长度，由此改变光学玻璃164的表面165与高反膜166之间的距离，从而改变光接收组件155接收的激光束干涉的中心波长。
当然，上述实施例仅是本发明优选的实施方案，实际应用时还可有更多的改变，例如上述的第三实施例至第八实施例中，光接收组件均可以替换为光电二极管；或者，第八实施例中，光学玻璃的表面可以为朝向第二基板凸出的凸面；又或者，长度可调器件替换成硅或金属等材料，并在硅或金属上贴上电热膜，通过向电热膜通电使其温度升高，从而改变长度可调器件的长度；再或者，将固定在第一基板上的光学玻璃的表面设置成向第二基板凸出的凸面，并将固定在第二基板上的光学玻璃的表面设置成向第二基板凹陷的凹面，这样的改变并不会影响本发明的实施。
最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如光学玻璃表面形状的改变、光学玻璃与基板材料的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.可调光学滤波器，包括
光输入组件以及光接收组件，所述光输入组件与所述光接收组件之间设有腔长可调组件，所述腔长可调组件具有长度可调器件，所述长度可调器件的两端分别固定有相互平行的第一基板与第二基板；
其特征在于：
所述腔长可调组件内设有法布里-珀罗滤波器，所述法布里-珀罗滤波器具有固定在所述第一基板上的第一部件以及固定在所述第二基板上的第二部件，所述第一部件具有通过光胶或胶粘在所述第一基板上的第一光学玻璃，所述第一光学玻璃朝向所述第二基板的表面上镀有高反膜，所述第一基板与所述第一光学玻璃由相同的材料制成，且所述第二部件具有朝向所述第一基板的反射面，所述反射面上镀有高反膜。
2.根据权利要求1所述的可调光学滤波器，其特征在于：
所述第二部件具有通过光胶或胶粘在所述第二基板上的第二光学玻璃，所述反射面为所述第二光学玻璃朝向所述第一基板的表面。
3.根据权利要求1所述的可调光学滤波器，其特征在于：
所述第二部件为镀在所述第二基板内壁上的高反膜。
4.根据权利要求1至3任一项所述的可调光学滤波器，其特征在于：
所述长度可调器件由压电陶瓷或玻璃或硅或金属制成。
5.根据权利要求1至3任一项所述的可调光学滤波器，其特征在于：
所述长度可调器件为两端敞口的空心体，所述法布里-珀罗滤波器位于所述空心体内。
6.根据权利要求1至3任一项所述的可调光学滤波器，其特征在于：
所述长度可调器件为实心体，所述法布里-珀罗滤波器位于所述长度可调器件的一侧。
7.根据权利要求1至3任一项所述的可调光学滤波器，其特征在于：
所述第一光学玻璃朝向所述第二基板的表面为平面或向所述第一基板方向凹陷的凹面或向所述第二基板方向凸出的凸面。
8.根据权利要求2所述的可调光学滤波器，其特征在于：
所述反射面为平面或向所述第一基板方向凸出的凸面或向所述第二基板方向凹陷的凹面。
9.根据权利要求2所述的可调光学滤波器，其特征在于：
所述第二基板与所述第二光学玻璃由相同的材料制成。
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