CN103823324A

CN103823324A - 迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器

Info

Publication number: CN103823324A
Application number: CN201410058436.6A
Authority: CN
Inventors: 黄玉华; 孙晴; 晋敏; 罗吉祥
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明涉及一种迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器。要点是：在迈克尔逊干涉仪上设置有用电控调节的GT蓝相液晶装置，该装置含有：主要由内侧设置有导电层的导电全反镜和一块内侧设置有导电层的导电玻璃组成的盒体、灌装在盒体中的蓝相液晶、连接在导电全反镜和导电玻璃上的蓝相液晶电控调节电源和设装在该导电玻璃外侧面上的部分反射层；并在迈克尔逊干涉仪臂上设装有用电控调节的蓝相液晶装置，该装置含有：主要由两块内侧设置有导电层的导电玻璃组成的盒体、灌装在盒体内的蓝相液晶和连接在两块导电玻璃上的蓝相液晶电控调节电源。具有功耗低、驱动简单、响应速度快、输出信号为顶部平坦边沿陡峭且对光的偏振态不敏感、结构简单、制作方便等优点。

Description

迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器

技术领域

本发明涉及一种波长交错复用滤波器，特别是一种迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器，即MGTI光学滤波器。

背景技术

波长交错复用滤波器，是密集波分复用技术中的一个核心器件，它主要是利用滤波器的滤波功能和可调节性来实现波长交错复用功能，从而达到提高系统的带宽利用率的目的。用于实现波长交错复用的滤波器主要有：迈克尔逊（Michelson）Gires–Tournois（GT）干涉型、双折射GT干涉仪型、马赫-曾德级联型、双折射晶体型等。与其他滤波器相比，迈克尔逊（Michelson）GT平顶干涉仪滤波器，即MGTI光学滤波器的输出波形具有较高的平坦度和隔离度，这使得它具有更高的带宽利用效率，因此MGTI滤波器得到了广泛的研究和应用。目前用来调节滤波器的方法主要有机械、压电陶瓷、声光控制以及液晶器件的电光效应等方法，其中机械调节法的机械稳定性比较差，压电陶瓷调节法所需控制电压较高且速度通常比较慢，声光调节虽然应用灵活、调谐范围宽，但是结构复杂、能耗高；而利用液晶器件因其具有能耗低、成本低、使用便捷等优点而被广泛应用于可调滤波器中，比如基于液晶的Fabry-Parot可调滤波器和Lyot可调滤波器。

近年来，液晶也被用于MGTI滤波器中来实现波长的调节，但是由于液晶材料具有双折射特性，因此基于液晶的光学器件通常都具有光学偏振依赖性，这样至少会将光的利用效率降低一半，这是很多光学仪器设备所不希望发生的。为了克服这一问题，最近我们发明了一种基于90度扭转液晶的MGTI滤波器，克服了光学偏振问题。然而基于90度扭转液晶的MGTI滤波器需要一定的偏置电压，驱动比较复杂，且响应速度比较慢。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种功耗低、驱动简单、响应速度快的迈克尔逊平顶干涉仪滤波器。

一种迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器，包括迈克尔逊干涉仪，其特征在于：在迈克尔逊干涉仪上设置有用电控调节的GT蓝相液晶装置，用电控调节的GT蓝相液晶装置含有：主要由内侧面上设置有导电层的导电全反镜和一块内侧面设置有导电层的导电玻璃组成的盒体、灌装在盒体中的蓝相液晶、连接在导电全反镜和导电玻璃上的蓝相液晶电控调节电源和设置在该导电玻璃外侧面上的部分反射层；并在迈克尔逊干涉仪臂上设装有用电控调节的蓝相液晶装置，用电控调节的蓝相液晶装置含有：主要由两块内侧面设置有导电层的导电玻璃组成的盒体、灌装在盒体内的蓝相液晶和连接在两块导电玻璃上的蓝相液晶电控调节电源。

本发明的目的是通过采用电控调节的蓝相液晶实现的，即利用电控调节的蓝相液晶作为迈克尔逊平顶干涉仪滤波器的相位可调器件，使MGTI光学滤波器非偏振依赖平顶可调。所以，不仅功耗低、驱动简单、响应速度快，还具有输出信号为顶部平坦边沿陡峭且对光的偏振态不敏感、结构简单、制作方便等优点。

与其他的MGTI滤波器的调节方法相比，比如与机械、压电陶瓷和声光控制MGTI滤波器相比，该MGTI干涉型滤波器结构简单，稳定性好，所需电压低。其中机械调节法的机械稳定性比较差，压电陶瓷调节法所需控制电压较高且速度通常比较慢，声光调节虽然应用灵活、调谐范围宽，但是结构复杂、能耗高；而利用液晶器件因其具有能耗低、成本低、使用便捷等优点而被广泛应用于可调滤波器中。与普通的基于液晶MGTI滤波器相比，该滤波器成功地克服了光的偏振依赖性。因此它的应用范围非常广泛，尤其在光通信中具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的模拟输出光谱图；

图3是图1的部分反射镜的误差容忍度分析光谱图；

图4GT腔长的误差容忍度分析光谱图；

图5迈克尔逊两个臂长差的误差容忍度分析光谱图。

图中：光束分束器1、全反镜2、迈克尔逊干涉仪臂3、导电玻璃4、部分反射层5、蓝相液晶6、交流电源7。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进行详述：

图1是本发明的一种迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器。主要包括：迈克尔逊干涉仪［（Michelson）Gires–Tournois（GT）］，其要点是：在迈克尔逊干涉仪上设置有用电控调节的GT蓝相液晶装置，用电控调节的GT蓝相液晶装置含有：主要由内侧面设置有导电层的导电全反镜和一块内侧面设置有导电层的导电玻璃4组成的盒体、灌装在盒体中的蓝相液晶6、连接在导电全反镜和导电玻璃4上的蓝相液晶电控调节电源7和设装在该导电玻璃4外侧面上的部分反射层5；并在迈克尔逊干涉仪臂3上设装有用电控调节的蓝相液晶装置，用电控调节的蓝相液晶装置含有：主要由两块面内侧设置有导电层的导电玻璃4组成的盒体、灌装在盒体内的蓝相液晶6和连接在两块导电玻璃4上的蓝相液晶电控调节电源7。

所述的导电全反镜是指：内侧设置有导电层的全反镜2。

图1的迈克尔逊干涉仪主要包括：两条迈克尔逊干涉仪臂3、两个分别设置在两条臂上的全反镜2、光束分束器1。为了提高性价比，图中只在一条迈克尔逊干涉仪臂3上设置有用电控调节的GT蓝相液晶装置，并只在该条臂3上设装有用电控调节的蓝相液晶装置；显然，亦可将电控调节的蓝相液晶装置设装在另一条臂3上。

为了提高性能，还可在两条臂3上同时设装有用电控调节的GT蓝相液晶装置和电控调节的蓝相液晶装置；亦可在两条臂3上同时设装用电控调节的GT蓝相液晶装置，并在一条臂3上设装电控调节的蓝相液晶装置；亦可在一条臂3上设装用电控调节的GT蓝相液晶装置，并在两条臂3上同时设装电控调节的蓝相液晶装置。

图1中的蓝相液晶电控调节电源7为交流电源。

为了降低成本，提高产品质量，确保导电层和部分反射层5不易脱落，图1中的导电层为导电薄膜镀层，部分反射层5为部分反射镀膜层；即导电层为镀在玻璃表面上导电薄膜镀层，部分反射层5为镀在玻璃表面上的部分反射镀膜层。

图2是图1的模拟输出光谱图。图中的（a）和（b）分别为s光和p光经过该MGTI以后的模拟结果。其中实线、虚线和点虚线分别代表施加在A中液晶层两端的电压V1为0V、25V、40V时的输出光谱，相应的施加在B中液晶层两端的电压V2分别为0V、50V、80V。从图中可以看出，每条输出光谱曲线保持了顶部平坦、信道隔离度高的优点，具体来看，在1545-1555nm的范围内，输出光谱带宽在2nm左右。当对液晶施加的电压由0V增加到25V（50V）时，输出光谱的中心波长朝短波长方向移动了0.5nm，当增加到40V（80V）时，输出光谱的中心波长朝短波长方向又移动了0.5nm。并且输入光为S，P和非偏振光时的输出光谱随电压的变化是一致，这表明该MGTI可调滤波器是非偏振依赖性的。

由于在实际制作中难免会引入一些误差，因此这里我们对该设计的用电控调节的GT蓝相液晶装置的有效光程极其反射镜的反射率和迈克孙干涉仪的臂长差等几个关键参数的误差容忍度进行了模拟分析。

图3为用电控调节的GT蓝相液晶装置上的部分反射层5的误差容忍度分析结果，由图中可见用电控调节的GT蓝相液晶装置上的部分反射层5的误差容忍度可以达到±9%。

图4和图5分别为用电控调节的GT蓝相液晶装置的误差容忍度分析结果和迈克尔逊两个臂长差的误差容忍度分析结果。由图中可见用电控调节的GT蓝相液晶装置和迈克尔逊两个臂长差的误差容忍度都很小，只有0.03%到0.1%。

综上所述：采用用电控调节的GT蓝相液晶装置和用电控调节的蓝相液晶装置取代MGTI的GT腔和其中一个臂上的相位调节元件，通过对用电控调节的GT蓝相液晶装置上的部部分反射层5的反射率，用电控调节的GT蓝相液晶装置的盒体长和两个干涉臂的臂长差进行合适的设计，可以实现非偏振依赖的平顶可调交错复用滤波器。对该滤波器的用电控调节的GT蓝相液晶装置的盒体长及其部分反射层5的反射率和迈克尔逊干涉仪的臂长差等几个关键参数的误差容忍度分析表明用电控调节的GT蓝相液晶装置盒体长的误差容忍度比较大，可达到±9%，而GT腔的腔长和迈克尔逊干涉仪的臂长差的误差容忍度比较低，只有0.03%到0.1%。

Claims

1.一种迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器，包括迈克尔逊干涉仪，其特征在于：在迈克尔逊干涉仪上设置有用电控调节的GT蓝相液晶装置，用电控调节的GT蓝相液晶装置含有：主要由内侧面设置有导电层的导电全反镜和一块内侧面设置有导电层的导电玻璃（4）组成的盒体、灌装在盒体中的蓝相液晶（6）、连接在导电全反镜和导电玻璃（4）上的蓝相液晶电控调节电源（7）和设置在该导电玻璃（4）外侧面上的部分反射层（5）；并在迈克尔逊干涉仪臂（3）上设装有用电控调节的蓝相液晶装置，用电控调节的蓝相液晶装置含有：主要由两块内侧面设置有导电层的导电玻璃（4）组成的盒体、灌装在盒体内的蓝相液晶（6）和连接在两块导电玻璃（4）上的蓝相液晶电控调节电源（7）。

2.根据权利要求1所述的迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器，其特征在于：只在一条迈克尔逊干涉仪臂（3）上设置有一个用电控调节的GT蓝相液晶装置，并只在该条臂（3）上设装有用电控调节的蓝相液晶装置。

3.根据权利要求1或2所述的迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器，其特征在于：蓝相液晶电控调节电源（7）为交流电源。

4.根据权利要求3所述的迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器，其特征在于：导电层为导电薄膜镀层，部分反射层（5）为部分反射镀膜层。

5.根据权利要求1或2所述的迈克尔逊平顶干涉仪光学滤波器，其特征在于：导电层为导电薄膜镀层，部分反射层（5）为部分反射镀膜层。