CN102087371A - 光学薄片的加热方法及一种可调谐的fp滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学薄片的加热方法，其特征在于，利用半导体激光或者LED对具有热光学效应光学薄片进行加热。本发明还公开了一种可调谐的FP滤波器，包括：输入准直器、硅FP滤波器、其特征在于，还包括一聚焦透镜、一半导体激光器，半导体激光器输出的激光通过聚焦透镜准直到硅FP滤波器表面上；该发明具有半导体激光对硅片直接照射、热传导速度快，硅FP滤波器受热均匀稳定、调谐速度快，无活动部件、性能稳定可靠，寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种光学薄片的加热方法及一种可调谐的FP滤波器。
背景技术
一些光学元件，如硅光学薄片，若通过从边缘夹持区域加热，其加热速度慢，且受热不均匀，导致薄片上不同位置折射率不一样。传统的对硅加热的装置是：将加热电阻芯片或者TEC片贴到硅片上，通过改变加热电阻或者TEC的电压来改变硅的温度（如附图1-4所示）。加热电阻和TEC可以用胶粘到硅片上，给加热电阻或者TEC通电时其热量传导到硅片上使硅片自身温度升高。通过改变加热电阻或者TEC的电压来改变硅的温度。
传统的加热方式存在两个问题：
1) 热传导速度慢：加热电阻和TEC是通过胶来粘到硅片上的，并不是直接接触。而硅片具有一定的厚度，加热时热量有一个传导的过程。这种传热方式传导速度相对较慢。而光通信领域中很多器件对响应速度有很高的要求，比如可调谐滤波器要求整个波段的扫描时间10s、光通道监测模块要求整个波段的扫描时间在1s以下。这要求其中的可调谐元件具有很快的响应速度，否则很难实现其器件要求的扫描时间；
2) 受热不均匀：受到加热电阻片和TEC尺寸的限制，不能与硅片完整贴合。导致在加热时硅片上受热不均匀，接近加热电阻或TEC的地方受热快，而远离加热电阻或TEC的地方受热慢，硅片上面存在温度梯度，受热不均匀。在光通过时，由于光斑具有一定的大小，对于光斑上的不同位置硅的折射率不一样，即其透过率不一样。所以，透过FP滤波器的光波长与理论值存在误差，而且检测出来的光功率也不准确。
在半导体激光输出波段正好是光学薄片的吸收波段时，可利用该半导体激光作为加热元件，照射该光学薄片来给其加热。半导体激光加热具有加热速度快、加热均匀、可严格控制加热量、加热稳定性好等优点。而且半导体激光器工作时间可达二十万小时，寿命很长。
当光学薄片可吸收某一波长的光而对其他波段光透明时，而采用该波长的半导体激光或LED光作为加热机制对光学薄片进行加热。用半导体激光或LED光照射光学薄片，光学薄片吸收其光能而转化为热量，实现其自身温度的变化。
将该种加热方式用于光通信领域，可以对具有热光效应的光学薄片比如硅片进行加热。而光学薄片的一个应用是可视为一个可调谐FP滤波器，通过加热改变其自身温度进而改变其自身折射率，从而实现其透过波长随自身温度变化。
发明内容
针对传统加热方式的缺点，本发明的目的在于提供一种光学薄片进行加热的方式及采用该方法设计的一种可调谐的FP滤波。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为，一种光学薄片加热的方法，其特征在于，所述的光学薄片具有热光学效应，且利用半导体激光器或者LED对光学薄片进行加热。
进一步，所述的光学薄片为硅光学薄片。
进一步，采用上述对光学薄片进行加热的方法可设计一种可调谐FP滤波器，包括：输入准直器、硅FP滤波器，其特征在于，还包括一聚焦透镜、一半导体激光器，所述的硅FP滤波器两个通光面高度平行、镀高反射膜，其透射光对波长具有周期性的正弦曲线；所述的半导体激光器输出的激光通过聚焦透镜准直到硅FP滤波器表面上。
进一步，所述的半导体激光器输出808nm的激光。
进一步，作为本发明所述的可调谐FP滤波器的优选方式，可以在硅片上加一个温度传感芯片比如热敏电阻，将硅FP滤波器的温度实时传递给硅FP滤波器的控制机构，达到实施监控硅FP滤波器的温度而掌握其透射峰的位置的目的。
本发明的FP滤波器的调谐原理是：FP滤波器腔长即硅片的厚度取值使得其自由光谱范围FSR>40nm，比如FSR=45nm，即FP滤波器透射IL随波长的变化曲线中相邻两个透射峰的频率间隔是45nm。这种情况下，光通信C波段的光（以按照ITU的50GHz间隔为例）在通过该FP滤波器时，只有当其某一通道光的波长与该FP滤波器的透射波长对准时才能完全通过，而且整个C波段的光只有一个通道可以通过。由此可将该通道的光提取出来，不仅可以探知透过波长，而且还可以检测其功率大小。而通过改变硅片的温度，可以使该FP滤波器的透射峰产生移动。当把透射峰移到下一个ITU通道上时，又可以探知入射光中是否含有这一通道的信号和其功率大小。从而，通过连续改变硅片的温度可以探知该入射的C波段所有ITU通道的光功率大小，即实现了对入射的C波段光的扫描。
通过上述技术方案，半导体激光发出的激光通过聚焦透镜准直到硅FP滤波器上，硅可吸收808nm的光并转换成热量，使其自身温度升高。通过改变半导体激光器的输出能量可以改变硅片的温度。而硅片温度变化时，其折射率会随之改变。在硅作为FP标准具时，其折射率改变即引起其标准具腔长改变；而腔长的变化会引起标准具透过峰的移动，从而实现了FP滤波器的可调谐。
这一可调谐FP滤波器具有如下优点：半导体激光对硅片直接照射、热传导速度快，硅FP滤波器受热均匀稳定、调谐速度快，无活动部件、性能稳定可靠，寿命长。
附图说明
图1 为传统加热电阻片贴在硅片上方给硅片加热的示意图；
图2 为传统加热电阻片贴在硅片通光面上给硅片加热的示意图；
图3 为传统TEC给硅片加热的示意图；
图4为改进型TEC给硅片加热的具体结构示意图；
图5 为本发明的一种可调谐FP滤波器的结构示意图；
图6为本发明的可调谐FP滤波器改进后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式本发明作进一步的说明。
本发明的一个实施例是采用此光学薄片进行加热的方法设计一种可调谐的FP滤波器；如图5所示，该可调谐FP滤波器包括：输入准直器1，用于将初始输入光准直并且耦合输出；硅FP滤波器2，该硅FP滤波器两个通光面高度平行、镀高反射膜，其透射光是具有周期性的正弦曲线；聚焦透镜4，用于将半导体激光器输出的光准直到硅FP滤波器2表面上；半导体激光器3，半导体激光器输出808nm的激光，通过聚焦透镜准直到硅FP滤波器2上，硅可吸收808nm的光并转换成热量，使其自身温度升高。
具体实施时，如附图5所述，输入准直器1输出光11入射硅FP滤波器2，由硅FP滤波器2输出光12。半导体激光器3输出的808nm的光由聚焦透镜4准直到硅FP滤波器2表面上。硅材料吸收808nm的激光并转换成热量使其自身温度升高。通过改变半导体激光器3的输出能量可以改变硅片的温度。而硅片温度变化时，其折射率会随之改变。对于硅FP滤波器2来说，其折射率改变即引起其标准具腔长改变；而腔长的变化会引起标准具透过峰的移动，从而实现了FP滤波器2的可调谐。
如图6所示，将热敏电阻10用热传导良好的胶粘到硅FP滤波器2的一个表面上，可以是上表面、侧面或者通光面。热敏电阻10的两个电极101接到硅FP滤波器2控制机构上，将硅FP滤波器2的温度实时反馈给控制机构，控制机构可根据温度来判断硅FP滤波器2的透射峰位置；并且可以根据该实时位置控制半导体激光器3来将透射峰移到下一个目标位置。
本发明采用半导体激光来照射光学薄片进行加热，由于激光是均匀照射到硅表面，可以实现均匀加热且是瞬间加热、加热速度快。可调谐半导体激光器已经是很成熟的技术，所以我们可以严格控制其输出激光的功率，即控制了光学薄片上的温度。本发明以硅可调谐滤波器为实施例阐述了本发明的思想，而光学元件亦可采用其他掺杂离子对特定波长吸收、对其他区域透明的光学玻璃、陶瓷或者晶体来制作。这大大扩大这一方法的使用范围。
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。
Claims (10)
1.光学薄片的加热方法，其特征在于，所述的光学薄片具有热光效应，且利用半导体激光或者LED对光学薄片进行加热。
2.根据权利要求1所述的光学薄片的加热方法，其特征在于所述的光学薄片为硅光学薄片。
3.根据权利要求2所述的光学薄片的加热方法，其特征在于所述的半导体激光器输出808nm的激光。
4.根据权利要求1所述的光学薄片的加热方法，其特征在于所述的光学薄片为采用掺杂离子对特定波长吸收、对其他区域透明的光学玻璃、陶瓷或者晶体制作的光学薄片。
5.一种可调谐FP滤波器，包括：输入准直器（1）、硅FP滤波器（2）、其特征在于，还包括一聚焦透镜（4）、一半导体激光器（3），所述的硅FP滤波器（2）两个通光面高度平行、镀高反射膜，其透射光对波长是具有周期性的正弦曲线；所述的半导体激光器（3）输出的激光通过聚焦透镜准直到硅FP滤波器表面上。
6.根据权利要求5所述的一种可调谐FP滤波器，其特征在于所述的半导体激光器输出808nm的激光。
7.根据权利要求5所述的一种可调谐FP滤波器，其特征在于所述的硅FP滤波器表面上有一温度传感芯片，且温度传感器电极与硅FP滤波器控制机构连接。
8.根据权利要求7所述的一种可调谐FP滤波器，其特征在于所述的温度传感芯片为热敏电阻。
9.根据权利要求7或8所述的一种可调谐FP滤波器，其特征在于所述的温度传感芯片采用热传导良好的胶粘贴在硅FP滤波器的表面上。
10.根据权利要求9所述的一种可调谐FP滤波器，其特征在于所述的表面为上表面、侧面或者通光面。
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