CN102540344A - 一种超窄带多波长滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超窄带多波长光滤波器，包括作为带通滤波器的第一通道和作为F-P固体腔滤波器的第二通道，第一通道和二通道之间用光纤联接构成两端器件。一束光从带通滤波器的一端进入，一定波长范围内的光从另一端透射出来，进入F-P固体腔滤波器，从另一端透射出一簇所需要波长内的光。本发明具有抗干扰能力强、稳定性好、结构简单、实用性广等优点。

Description

一种超窄带多波长滤波器

技术领域

本发明涉及光通信，光传感，以及其他一切应用到光波长锁定，光谱测量的领域，特别是指一种超窄带多波长光滤波器。

背景技术

在光通信，光传感，光谱测量领域中，光滤波器作为其中的关键器件被广泛使用。超窄带多波长光滤波器对一定范围内的特定波长具有选择通过作用，是光通信和光传感中不可或缺的重要元件。

窄带光滤波器种类繁多，其中光纤F-P滤波器由于结构简单，性能稳定，成本低，滤波带宽窄，被广泛应用于光通信和光传感领域。光纤F-P滤波器内部通常安装有压电晶体，通过调节压电晶体两端的电压，可以调节滤波波长。然而，光纤F-P滤波器即使工作在恒定电压下，仍然会由于应力、环境温度等原因使F-P滤波器腔长发生漂移，从而导致F-P滤波器中心波长的不稳定，这限制了在实际器件中的应用。而且在光谱测量中，通常设计的滤波器只能滤出某一特定波长的信号光，但由于一般情况下信号光强都比较弱，这样会使检测的灵敏度不高，有时甚至无法检测到光信号。

本发明的目的在于采用F-P固体腔滤波技术，得到一簇所需要波长的光；同时，采用带通滤波器滤截止不需要的光，得到超窄带光谱，

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种稳定性好的超窄带多波长光滤波器，使光谱测量精度大大提高。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种超窄带多波长光滤波器，包括输入光纤、第一通道、出射光纤、第二通道、输出光纤，所述第一通道的两端分别为第一、第二光纤准直耦合器，所述第一、第二光纤准直耦合器之间为带通滤波片，依次光路联接所述第一光纤准直耦合器、带通滤波片和第二光纤准直耦合器，第一通道作为带通滤波器；所述第二通道的两端分别为第三、第四光纤准直耦合器，所述第三、第四光纤准直耦合器之间为F-P固体腔滤波器，依次光路联接所述第三光纤准直耦合器、F-P固体腔滤波器和第四光纤准直耦合器，第二通道为F-P固体腔滤波器；所述输入光纤连接所述第一光纤准直耦合器，所述第二光纤准直耦合器通过所述出射光纤连接成所述第三光纤准直耦合器；所述第四光纤准直耦合器连接所述输出光纤。

所述的带通滤波片是由两种折射率大小不同的介质薄膜交替叠加而成，通过选择不同的薄膜层数，可以改变带通宽度，从而达到特定带通滤波的目的。

所述的F-P固体腔滤波器在封装时利用波长对角度敏感的特点，通过调节固体腔F-P滤波片的放置角度来得到所需要的设计波长。其中的固体腔F-P滤波片由固体腔F-P标准具构成，通过改变腔长，可以得到不同波长间隔的光。

本发明的主要优点在于：(一)采用固体腔结构的F-P滤波器，中心波长由固体光学材料的固定腔长来保证，无须调节，因此性能稳定，能够实现无源工作；(二)通过引入带通光滤波器，可以有效滤除边带光，从而提高光信号的检测精度；(三)本发明抗干扰能力强，滤波精度高，结构简单，实用性广、成本低廉、实现容易。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明两端口器件的结构示意图。

图2表示F-P固体腔结构示意图。

图3表示本发明器件输出通道信号光谱图。

图4甲烷的吸收系数和波长的关系图。

具体实施方式

图1所示的两个通道超窄带多波长光滤波器，第一通道的输入光纤1与第一光纤准直耦合器2相联接，然后通过带通滤波片3和第二光纤准直耦合器4，第一通道的出射光纤5联接到第二通道的第三光纤准直耦合器6，然后依次通过第三光纤准直耦合器6、F-P固体腔滤波片7、光纤准直耦合器8以及输出光纤9，构成一个两端口器件。由光纤1输入的多波长光信号(λ₁～λ_k)，进入带通滤波器后，多波长光信号(λ₁～λ_k)中的透过作为带通滤波器的第一通道；透过的部分波长光信号(λ_n～λ_m)通过出射光纤5进入作为固体腔F-P滤波器的第二通道，得到一簇所需要的若干条波长(λ_i)的光信号，由输出光纤9输出，其中，k、p、q、i均为自然数，1≤p≤q≤k，i∈(p，q)。

上述两端口器件中的F-P固体腔滤波片，如图2所示，在一块精密加工的光学材料平板11的两个表面上分别镀制反射膜10、12，形成一个F-P腔，通过精密光学加工使光学平板的厚度，即F-P腔长满足使滤光片的自由光谱区等于入射波长间隔的2倍的条件，即可实现所需要的梳状光滤波。光学平板的厚度d由下述公式决定：

$d=\frac{m{\mathrm{\λ}}_0}{2n\cos \mathrm{\θ}};$ $m=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{2\mathrm{\δ\λ}}-1$

式中，n为材料折射率，θ为光入射角，m为F-P腔干涉级次，λ₀为中心波长，δλ为波长间隔。

图3示出一个利用本发明设计的针对甲烷特定光谱吸收波段的超窄带多波长滤波器中通道2输出的信号光谱，如图3所示，有六个中心波长的光透过该滤波器。如图4所示，甲烷在1630nm到1650nm波段内有多条光谱吸收线，在这些吸收谱线中有六个较强的吸收峰，它们对应的六个吸收波长分别是1635.402nm、1637.670nm、1640.292nm、1642.884nm、1645.516nm、1648.195nm，设计的超窄带多波长滤波器滤出的光信号的中心波长可以与之一一对应，从而达到检测甲烷对一定光谱范围内的光吸收强度的目的，因而可以间接得出甲烷的确切浓度。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种超窄带多波长光滤波器，其特征在于，包括输入光纤、第一通道、出射光纤、第二通道、输出光纤，所述第一通道的两端分别为第一、第二光纤准直耦合器，所述第一、第二光纤准直耦合器之间为带通滤波片，依次光路联接所述第一光纤准直耦合器、带通滤波片和第二光纤准直耦合器；所述第二通道的两端分别为第三、第四光纤准直耦合器，所述第三、第四光纤准直耦合器之间为F-P固体腔滤波器，依次光路联接所述第三光纤准直耦合器、F-P固体腔滤波器和第四光纤准直耦合器；所述输入光纤连接所述第一光纤准直耦合器，所述第二光纤准直耦合器通过所述出射光纤连接成所述第三光纤准直耦合器；所述第四光纤准直耦合器连接所述输出光纤。

2.根据权利要求1所述的超窄带多波长光滤波器，其特征在于，所述带通滤波片是由两种折射率大小不同的介质薄膜交替叠加而成。

3.根据权利要求1或2所述的超窄带多波长光滤波器，其特征在于，所述F-P固体腔滤波器在封装时利用波长对角度敏感的特点，通过调节F-P固体腔滤波片的放置角度来得到所需要的设计波长。

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