CN102033386B - 一种窄线宽滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种窄线宽滤波器，包括：光学隔离器、光栅、F-P腔和1/2波片；该窄线宽滤波器的布设使得外光路的入射光经光学隔离器前端面进入光学隔离器，从光学隔离器后端面出射后入射到光栅，经光栅衍射后，衍射光入射到F-P腔中，经过F-P腔的多次干涉后的透射光经过1/2波片，从所述光学隔离器的后端面上的偏振分光棱镜PBS反射端入射，反向通过所述光学隔离器，沿所述入射光反向共路返回外光路。本发明实现了对驻波的窄线宽滤波，解决了传统干涉滤波中只适用于行波场，不适用驻波场的难题。并且避免了滤波器带来的反射光、散射光反馈给外光路带来的不稳定因素。同时，由于利用光栅参与选频，解决了单独利用F-P腔滤波中易出现的多模情况。
Description
技术领域
本发明涉及F-P滤波器技术，特别是指一种窄线宽滤波器。
背景技术
F-P标准具是一种高分辨率的干涉光谱仪，同时另一个重要的应用是作为窄带宽滤波器，在很窄的波段内只透过出所需要的波长，反射其他激光频率成分，从而达到滤波的目的。由于它利用了多波长干涉原理，透射峰具有很高的锐度，因此，在滤波中能够达到很高的精度。应用中可以通过选择端面的不同反射率，实现不同的滤波效果。
干涉滤波片、标准具，均采用F-P腔结构利用多次干涉原理，使透射光具有窄线宽的特点。但是这些滤波器由于使用F-P腔结构，因此只能用于行波场中，而在驻波场中无法使用。此外，若希望较宽线宽激光通过滤波后得到很窄线宽激光，单纯通过F-P腔结构滤波器较难一次实现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种窄线宽滤波器，利用F-P腔，在驻波场中实现窄线宽滤波。
基于上述目的本发明提供的一种窄线宽滤波器，包括：光学隔离器、光栅、F-P腔和1/2波片；
该窄线宽滤波器的布设使得外光路的入射光经光学隔离器前端面进入光学隔离器，从光学隔离器后端面出射后入射到光栅，经光栅衍射后，衍射光入射到F-P腔中，经过F-P腔的多次干涉后的透射光经过1/2波片，从所述光学隔离器的后端面上的偏振分光棱镜PBS反射端入射反向通过所述光学隔离器，沿所述入射光反向共路返回外光路。
可选的，该窄线宽滤波器在所述外光路的入射光到达光学隔离器前端面的路径上还设置有第二1/2波片，在所述光学隔离器后端面到所述光栅之间的路径上还设置有第三1/2波片。
可选的，该窄线宽滤波器在所述F-P腔到所述第一1/2波片之间的路径上还设置有1/4波片。
可选的，该窄线宽滤波器还包括用于模式匹配的匹配透镜，分别设置在所述光栅到F-P腔之间的路径上，和所述F-P腔到所述光学隔离器的后端面之间的路径上。
可选的，该窄线宽滤波器所述光栅为反射光栅或透射光栅。
可选的，该窄线宽滤波器所述F-P腔为直腔结构或者折叠腔结构。
可选的，该窄线宽滤波器所述F-P腔放置于真空腔中，F-P腔具有温度传感器和半导体致冷片，用于对F-P腔进行控温，实现滤波频率的慢速调节。
可选的，该窄线宽滤波器所述F-P腔为平凹腔型、或平平腔、或双凹腔。
可选的，该窄线宽滤波器中还包括有光路调节设备。
可选的，该窄线宽滤波器的所述光路调节设备包括以下一种或一种以上：光栅调节架，用于调节所述光栅角度；
设置在用于改变光路方向的平面镜上的平面镜调节架，用于调节平面镜的角度。
从上面所述可以看出，通过光学隔离器、光栅与F-P腔的组合，实现对驻波的窄线宽滤波，解决了传统干涉滤波中只适用于行波场，不适用驻波场的难题。并且避免了滤波器带来的反射光、散射光反馈给外光路带来的不稳定因素。同时，由于利用光栅参与选频，解决了当较宽线宽激光仅利用F-P腔滤波时可能出现的多模情况。
附图说明
图1为本发明实施例窄线宽滤波器的结构示意图；
图2为本发明实施例带有调节机构的窄线宽滤波器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的窄线宽滤波器的技术方案如图1所示。主要包括：光学隔离器(OI)3、光栅(G)5、F-P腔11和1/2波片(HWP)14。外光路入射光经光学隔离器前端面进入光学隔离器3，通过隔离器3后入射到光栅5，经衍射后，衍射光入射到F-P腔11中，经过F-P腔11的多次干涉，透射光被平面镜M 101反射后，经过1/2波片14，从光学隔离器3后端面的偏振分光棱镜(PBS)反射端入射，反向通过隔离器3，沿入射光反向共路返回外光路。光学隔离器3用于实现隔离F-P腔前端面反射光对外光路的影响的作用和实现该滤波器“反射”外光路入射光的作用。F-P腔11用来实现滤波作用。该窄线宽滤波器整体可作为一个窄线宽反射率反射镜，应用于驻波场中。
图2给出了带有调节机构的窄线宽滤波器实施例。包括：第二1/2波片(HWP)2、光学隔离器(OI)3、第三1/2波片(HWP)4、光栅(G)5、光栅调节架6、高反射率平面镜M17、高反射率平面镜M28、匹配透镜L19、高反射率平面镜M3 10，、F-P腔11、F-P腔真空腔12、1/4波片(QWP)13、第一1/2波片(HWP)14、匹配透镜L215和底板16。其中，标号1表示入射光和与入射光共路反向的出射光。
外光路入射光经过第二1/2波片2后入射到隔离度为30dB的689nm光学隔离器3后，经过第三1/2波片4，入射在刻线密度为2400g/mm、具有合适的衍射效率、刻线面积大小为12.5mm×12.5mm、厚度为6mm的闪耀衍射光栅5上，衍射光经过反射镜M17、M28和M310的反射和焦距为150mm的匹配透镜L19，入射到Q值为10000，自由光谱范围为1.5GHz的F-P腔11中，透射光经过1/4波片13和第一1/2波片14，通过匹配透镜L2 15，经光学隔离器3后端面PBS的反射，反向通过光学隔离器3，与入射光反向共路。使该系统实现滤波及反射外光路入射光的作用。所述衍射光可以采用光栅5的一阶衍射。
其中，第二1/2波片2用于实现调整入射光偏振态至隔离器允许透过的方向；第三1/2波片4用于调整光栅衍射和反射的功率分配；1/4波片13和第一1/2波片14用于调整激光偏振态至光学隔离器后端PBS反射的偏振态。通过调节高反射率平面镜M17、M28或M3 10，可将激光空间匹配到F-P腔中。匹配透镜L19、L2 15用于实现模式匹配。另外还包括光路调节设备，比如：光栅调节架6，可制作成活动的，用于调节所述光栅角度；设置在平面镜M1 7、M2 8或M3 10上的平面镜调节架，用于调节平面镜的角度等等。
本发明实施例中，F-P腔可采用超高纯度和均匀性，低气泡和低吸收的优质光学石英玻璃作为材料。其光学面上的反射区域按照超光滑光学加工工艺仔细加工，表面的粗糙度低于0.5nm。F-P腔两端光学镀膜的吸收系数小于50ppm，两端正入射的高反射面的镀膜反射率0.9997，两腔镜外侧镀膜透过率大于0.999。F-P腔放置于真空腔中，以避免声音、气流等对F-P腔的影响，保证腔的稳定性。F-P腔具有温度传感器和半导体致冷片，用于对F-P腔进行控温，实现滤波频率的慢速调节。
上述方案中光栅还可采用透射光栅，其它刻线密度和大小厚度构成，选用其它的入射角和衍射角。所述的光栅可以为反射光栅或透射光栅。F-P腔的材料可采用其它材料，腔型除采用平凹腔型以外，还可以采用其他腔型，如平平腔、双凹腔等。F-P腔可采用分离元件F-P腔、或单块腔，除采用直腔结构外还可采用折叠腔。光学镀膜的反射率也可采用其它数值。F-P腔也可采用其他Q值。光学隔离器选用相对应波长。匹配透镜根据光束模式和F-P腔模式选择相对应焦距的透镜。
以上所述的具体实施例仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种窄线宽滤波器，其特征在于，包括：光学隔离器、光栅、F-P腔和1/2波片；
该窄线宽滤波器的布设使得外光路的入射光经光学隔离器前端面进入光学隔离器，从光学隔离器后端面出射后入射到光栅，经光栅衍射后，衍射光入射到F-P腔中，经过F-P腔的多次干涉后的透射光经过1/2波片，从所述光学隔离器的后端面上的偏振分光棱镜PBS反射端入射反向通过所述光学隔离器，沿所述入射光反向共路返回外光路。
2.根据权利要求1所述的窄线宽滤波器，其特征在于，在所述外光路的入射光到达光学隔离器前端面的路径上还设置有第二1/2波片，在所述光学隔离器后端面到所述光栅之间的路径上还设置有第三1/2波片。
3.根据权利要求2所述的窄线宽滤波器，其特征在于，在所述F-P腔到所述第一1/2波片之间的路径上还设置有1/4波片。
4.根据权利要求1所述的窄线宽滤波器，其特征在于，还包括用于模式匹配的匹配透镜，分别设置在所述光栅到F-P腔之间的路径上，和所述F-P腔到所述光学隔离器的后端面之间的路径上。
5.根据权利要求1所述的窄线宽滤波器，其特征在于，所述光栅为反射光栅或透射光栅。
6.根据权利要求1所述的窄线宽滤波器，其特征在于，所述F-P腔为直腔结构或者折叠腔结构。
7.根据权利要求1或6所述的窄线宽滤波器，其特征在于，所述F-P腔放置于真空腔中，F-P腔具有温度传感器和半导体致冷片，用于对F-P腔进行控温，实现滤波频率的慢速调节。
8.根据权利要求1或6所述的窄线宽滤波器，其特征在于，所述F-P腔为平凹腔型、或平平腔、或双凹腔。
9.根据权利要求1所述的窄线宽滤波器，其特征在于，所述窄线宽滤波器中还包括有光路调节设备；
其中，所述光路调节设备包括以下一种或一种以上：光栅调节架，用于调节所述光栅角度；
设置在用于改变光路方向的平面镜上的平面镜调节架，用于调节平面镜的角度。
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