CN1034784C - 级联式光子滤波器 - Google Patents
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Abstract
级联式光子滤波器本发明属于多路光通信技术领域。本发明设计出一种级联式光子滤波器，由两个F-P干涉计串联而成，其特征在于第一个F-P为一个角度可调的固态转镜标准具，第二个F-P由两块腔长可调平行而立的高反射镜构成，所说的固态标准具的法线与所说的平行镜轴线成一定角度。本发明具有较高的精细度，且结构简单、工艺容易实现等优点。在光纤干线系统、光纤用户环、光纤局部网及光交换系统等领域中有很好的应用前景。
Description
本发明属于光波分、光频分多路光通信技术领域，特别涉及光通信系统中光子滤波器部件结构的设计。
在光波分、光频分多路的光通信系统中，光子滤波器是用作选择光信道(或分路)的重要器件(部件)。由于光波分、光频分复用技术可用于光纤干线系统、光纤用户环、光纤局部网及光交换系统中，因此，光子滤波器有着很好的应用前景。
单个光子滤波器，其细度最多为F＜300，自由谱区为几个nm。在系统中能够复用的信道仅为N＝0.2F，(假设信道半扰为-20dB)，可见光子滤波器的F越高，能复用的信道数越多。如F＝200，则复用的信道数N＝0.2F＝0.2 200＝40(个)。因此，在光波分、光频分光通信系统中寻求超高精细度(F)的光子滤波器是极为重要的。单个光子滤波器的细度的提高遇到工艺加工的很大困难。目前，提高光子滤波器细度的一种方法(技术)是将单个滤波器级联。当前有将两个平行F-p法布里-泊罗干涉计进行平行串联。(J of lightwave technology，Feb 1989 P323，-329)
这种结构要形成寄生腔，将干扰两个F-P的正常工作。解决的办法之一是在两F-P之间增加吸收或增加损耗，消除寄生振荡的能量。显然，实现此办法是甚为困难的。另一种办法是三镜法，应用三个高反射镜，构成两个F-P，此法调整极不方便。
本发明的目的旨在克服已有技术的不足之处，设计出一种新型级联式光子滤波器，使其具有较高的精细度，且结构简单，工艺容易实现等优点。
本发明设计出一种级联式光子滤波器，由两个F-P干涉计串联而成，如图1所示，其特征在于第一个F-P为一个角度可调的固态转镜标准具1，第二个F-P由两块腔长可调平行而立的高反射镜2，3构成，所说的固态标准具的法线与所说的平行镜轴线成一定角度。工作时，光线垂直射入平行镜，因此平行镜F-P的出射光线是以一定入射角射入转镜标准具的，因此，此光线的反射光将不会反射回平行镜内。由于固态标准具镜面和平行镜F-P的两镜形成一个角度，因而不会构成寄生腔。本发明的固态转镜标准具的调谐用微型伺服电机。转动调节；平行镜F-P的调谐应用压电陶瓷。两者的控制均为单片机(51系列)。
本发明工作原理为，转镜标准具和平行镜F-P级联，设平行镜F-P的自由谱区为FsR1，转镜为FSR2；W1，W2分别为两者的半功率通带FSR2＞＞FSR1，W1＜＜W2，两者的精细度相近F1≈P2，级联波形如图2(a)所示，两者相乘的结果如图2(b)，理论计算可以得到：级联复合F-P腔的自由谱互为：FSReq＝FSR2，半功率通带为：Weq＝W1 复合F-P的等效精细度：
Feq＝FSRq/Weq＝FSR2/W1
附图简要说明；图1为本发明提出的一种级联式光子滤波器结构示意图图2为级联波形图图3为本发明实施例的转镜标准具结构图图4为本发明实施例的总体结构示意图
本发明设计出一种级联式光子滤波器实施例，由一块转镜标准具和正入射平行镜F-P组合构成。其中转镜标准具是介质固态腔。是在一块镜面上分别度上三个膜系的介质，而形成介质腔，从而构成短腔长的固态标准具。这种腔克服了气隙平行镜腔调整的困难，因而制作方便。转镜标准具的构成如图3所示；具有平整表面的玻璃基片12上镀第一组高反膜13，形成F-P的一个镜面，膜由多层四分之一波长的SiO2和ZrO2交替构成，反射率控制在80～99.9％之间(根据对精细度F的要求而定。第二组膜为介质腔体14，由多层四分之一波长的SiO2构成，改变层数，可得到不同腔长，第三组膜为高反膜15，形成标准具的另一个腔镜面，亦由多层四分之一波长SiO2和ZrO2交替构成，反射率和第一个镜面相同。
应用转镜标准具和正入射平行镜F-P组合构成的级联复合式光子滤波器，总体结构如图4所示。转镜标准具1固定在一微型电机16上，调节标准具与正入射F-P腔成一角度。正入射F-P腔：由两片分别镀以高反膜的平行平面镜21，22组成，其中一片平面镜21固定在园筒形压电陶瓷23的一端，压电陶瓷的另一端固定在热胀系数小，具有温度补偿的支架24上，另一片平面镜22通过调节机构25固定到支架24上，调整调节机构使两镜面平行，并得一定的腔长，得到一定的自由谱区。整个滤波器安装在一外壳31内，由单片微机32控制步进电机角度调谐及压电陶瓷对正入射F-P腔长调谐。外壳两端装有光纤耦合器，使光束输入和输出。
转镜标准具： 入射角θ1＝11.8°～27.30°
对应的自由谱区FSR2＝50.2nm
半功率通带为：W2＝0.87nm
正入射平行镜F-P
自由谱区R1＝2.17nm
对应腔长为：389μm
精细度F1＝108
半功率通带：W1＝0.02nm按前述方法(技术)级联形成级联式光子滤波器，等效自由谱区
FSRe＝FSR2＝50.2nm
等效半功率通带为We＝W1＝0.02nm
等效精细度Fef＝FSReq/Weq＝50.2/0.02＝2500
实测这只级联式光子滤波器精细度F≥1410，偏离理论值是实际制作的单个标准具和单个F-P腔均因制工艺参数达不到理论，因而，实际制作的级联光子滤波器的精细度小于前面理论计算值，但这一实测结果说明发明的结构是正确的，也说明各部件的结构及参数是正确的。
Claims (2)
1.一种级联式光子滤波器 由两个F-P干涉计串联而成，其特征在于第一个F-P为一个角度可调的固态转镜标准具，第二个F-P由两块腔长可调平行而立的高反射镜构成。
2.一种如权利要求1所述的级联式光子滤波器，其特征在于所说的固态转镜标准具包括有平整表面的玻璃基片，在该基片上分别镀有由多层四分之一波长的SiO2和ZrO2交替构成的第一组高反膜，形成F-P的一个镜面；由多层四分之一波长的SiO2构成的第二组膜为介质腔体，由多层四分之一波长SiO2和ZrO2交替构成的第三组膜为高反膜15，形成标准具的另一个腔镜面。
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