CN102081243B - 一种可调滤光片的调谐方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于所述的滤光片为薄或超薄光学平行平板，通过改变光在光学平板内的光程差来实现滤光片的调谐。所述的超薄光学平行平板是折射率或厚度可随其温场、电场或磁场发生变化且透过一定光波段的材料做成的微米量级的超薄平板，利用光在掠入射（θ＞80°）自然光学表面时具有高反射的特点，在不需要镀高反膜的情况下也能实现较好的滤波性能。所述的超薄光学平行平板也可以采用普通能透过一定光波段的材料通过旋转平板改变光的入射角度来实现滤光片的调谐。本发明针对超薄平板镀膜的困难，设计掠入射滤光片，不仅解决了镀膜的难题，同时也实现了全透射光波长的滤波。

Description

一种可调滤光片的调谐方法
技术领域
本发明涉及光学与激光领域，尤其涉及一种可调滤光片的调谐方法。 
背景技术
可调滤光片可用在光纤通讯作标准具，也可用于光学检测领域作可调谐激光器。传统滤光器件一般较厚，以保证镀反射膜不易变形，这样透过带宽的范围就比较窄。而在光纤通讯领域，经常需要50nm-200nm的带宽的滤光片，在可调谐激光器中，往往亦需要几十到几百纳米带宽的滤光片，这往往要求微米数量级厚度的标准具。在微米数量级厚度的基片上镀膜，面形精度很难控制，往往导致预期的性能无法实现。
发明内容
针对传统滤光器件带宽窄或镀膜面形精度难以控制的问题，本发明提出了一种实现宽带可调滤光片的调谐方法。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于所述的滤光片为薄或超薄光学平行平板，通过改变光在光学平板内的光程差来实现滤光片的调谐。所述的超薄光学平行平板是折射率或厚度可随其温场、电场或磁场发生变化且透过一定光波段的材料做成的微米量级的超薄平板，利用光在掠入射（θ＞80°）自然光学表面时具有高反射的特点，在不需要镀高反膜的情况下也能实现较好的滤波性能。所述的超薄光学平行平板也可以采用所有能透过一定光波段的材料通过旋转平板改变光的入射角度来实现滤光片的调谐。本发明针对超薄平板镀膜的困难，设计掠入射滤光片，不需要镀高反膜，不仅解决了镀膜的难题，同时也实现了全透射光波长的滤波。
进一步，为了方便使用，可以通过两面光胶或深化光胶两膨胀系数相同的材料来增加超薄平板的厚度。
进一步，实现滤光片的调谐原理是通过改变光在光学平板内的光程差来实现滤光片的调谐。实现调谐的方法可以是：
方法一：通过改变光学平板的温场来改变光学平板的折射率或厚度，实现滤光片的调谐；
方法二：通过改变光学平板的电场来改变光学平板的折射率或厚度，实现滤光片的调谐；
方法三：通过改变光学平板的磁场来改变光学平板的折射率，实现滤光片的调谐；
方法四：通过微角度机械调节光学平板，改变入射光角度，实现滤光片的调谐。
附图说明
图1是超薄平板掠入射光路图；
     图2是20μm标准具在84°时透过率示意曲线；
     图3是改变超薄光学平板温场的示意图；
     图4是改变超薄光学平板电场的示意图；
     图5是改变超薄光学平板磁场的示意图；
     图6是微角度机械调节光学平板，改变入射光角度的示意图。
具体实施方式
 下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步描述说明。
本发明实现可调谐滤波的方法，是通过大角度掠入射超薄光学平板（如图1）产生高反射率。计算S分量在不同入射角下的反射率如表1所示，当大角度（>80o）入射时反射率可以达到0.75以上甚至更高。这种高反射率不需要镀膜实现，消除了镀膜对带宽的限制，这样超薄光学平行平板就形成了带宽为平板透射波长范围的滤光片。分别计算硅，PLZT陶瓷，石英在84 o入射下的透过率曲线，如图2所示。
表1  S分量在不同入射角的反射率
  80° 82° 84° 86° 88° 90°
石英（n=1.55） 0.747 0.791 0.838 0.889 0.973 1
PLZT陶瓷(n=2.45) 0.856 0.883 0.925 0.940 0.969 1
Si(n=3.5) 0.902 0.92 0.949 0.956 0.979 1
进一步，通过改变光在光学平板内的光程差即可实现滤光片的调谐，实现调谐的方法如下。
实施例一：通过改变光学平板的温场来改变光学平板的折射率或厚度，从而改变光在光学平板内的光程差，实现滤光片的调谐。
由于材料的热光效应，当改变材料的温场时，材料的折射率会发生变化，另由于冷缩热涨效应，材料的厚度也会随着温度而改变，因此改变温度可以改变光在平板内的光程差，即实现标准具的有效腔长的变化，从而实现滤光片的调谐。改变温度的方法之一如图3所示，在超薄光学平行平板101外，放置一能辐射热能的热能辐射器件102，具体的可以是红外光灯泡或者半导体激光器等，另外当热源强度分布不均匀时，可在超薄光学平行平板101靠近热源的一面贴上一透明的吸热导热板103，使超薄光学平行平板受热更均匀，热场分布更均匀。通过改变器件对光学平板的辐射热量来改变光学平板的温场，最终实现对滤光片的调谐。
实施例二：通过改变光学平板的电场来改变光学平板的折射率或厚度，从而改变光在光学平板内的光程差，实现滤光片的调谐。
由于材料的电致伸缩效应或逆压电效应，改变材料的电场时平板的厚度会改变，另由于材料的电光效应，其折射率也会发生变化，因此电场的改变能够起到调谐标准具的作用。改变电压的方法之一如图4所示，在超薄光学平行平板201两光学面分别镀透明导电膜202，203，在导电膜上加电极204，改变电极电压就能够改变光学平板的电场，最终实现对滤光片的调谐。这种方法特别适用于PLZT，PPLM陶瓷，例如在20μm PLZT，PPLM陶瓷上可镀透明电极，就很难再镀反射膜，这时采用掠入射方法即可实现对滤光片的调谐。
实施例三：通过改变光学平板的磁场来改变光学平板的折射率，实现滤光片的调谐。
某些材料具有磁光效应，其折射率会随着磁场发生变化，因此将这些材料做成超薄光学平行平板301，通过改变光学平板的磁场也可以起到调谐标准具的作用。改变磁场的方法之一如图5所示，在超薄光学平行平板301的两边加上两个方向与平板垂直的电感302、303。通过改变这两个电感的电流，从而实现平板内磁场的改变，最终实现对滤光片的调谐。
实施例四：通过微角度机械调节光学平板，改变入射光角度，实现滤光片的调谐。
通过角度调节来实现可调谐滤波器是十分常用的方法。本发明利用超薄光学平行平板掠入射形成的滤光片也可以通过改变入射角的方法进行调谐。但是由于平板的反射率随着入射角度发生变化，因此调谐范围有限，且F数对每个透过的波长也不同，因此只适用于粗精度的调谐。实现角度调谐的方法之一如图6所示，将超薄光学平行平板401粘合或组装在旋转轴402上，再通过步进电机403控制旋转轴，以改变光学平板的角度，从而实现对滤光片的调谐。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的滤光片是所有能透过一定光波段的材料制成的厚度为微米量级的光学平行平板；通过改变光在平板内的光程差来实现滤光片的调谐；所述光学平行平板无需镀膜，入射光以大于80°的大角度掠入射到所述光学平行平板实现滤波。
2.如权利要求1所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述光学平行平板的折射率或厚度会随其温场、电场或磁场发生变化。
3.如权利要求2所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的平板是两膨胀系数相同的材料由两面光胶或深化光胶胶合的平板。
4.如权利要求2或3所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的改变光在平板内的光程差的方法是，通过改变平板的温场、电场或磁场来改变其折射率或厚度。
5.如权利要求1-3任一项所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：改变光在平板内的光程差的方法是，通过微角度机械调节平板，以改变入射光角度。
6.如权利要求4所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的改变平板（101）的温场来改变其折射率或厚度的方法是，通过热能辐射器件（102）的辐射来改变平板的温场。
7.如权利要求4所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的改变平板（201）的电场来改变其折射率或厚度的方法是，在平板（201）的两面镀透明导电膜（202、203），在导电膜上加电极（204），通过改变施加在电极上的电压来改变平板的电场；所述能透过一定光波段的材料是具有电光效应、电致伸缩效应或逆压电效应的材料。
8.如权利要求4所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的改变平板（301）的磁场来改变其折射率的方法是，在平板（301）两边装上两个方向与平板垂直的电感（302、303），通过改变两边电感的电流来改变通过平板的磁场。
9.如权利要求5所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的微角度机械调节平板（401）的方法是，将平板（401）粘合或组装在旋转轴（402）上，通过调节步进电机（403）电流来控制旋转轴的转动，实现平板的角度改变。
10.如权利要求6所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的热能辐射器件是红外光灯泡或半导体激光器。
11.如权利要求6所述的一种可调滤光片的调谐方法，其特征在于：所述的平板（101）靠近热源的一面贴有一透明的吸热导热板（103）。
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