CN103838008B - 一种可调谐滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光领域和光纤通信领域的一种可调谐滤波器，其由热光材料制成的棱镜和加热器构成，所述的棱镜安装在加热器上，光由棱镜的入射面输入，透过棱镜从出射面输出；所述的棱镜通过加热器控制温度。采用以上结构，通过加热器控制棱镜的温度，热光材料制成的棱镜的折射率随着温度改变而改变，使透过棱镜的光线的偏折角发生改变，光线方向相应产生有一偏折量，致使所述光线的本征波长产生偏折，不能从棱镜的出射面输出，只有满足光路闭合的新波长可以从棱镜的出射面输出，由于热光材料的热光系数较大，因此这一偏折量对棱镜材料的温度变化比较敏感，从而实现调谐滤波功能；本发明可制作独立滤波器亦可放在激光腔形成滤波器。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域和光纤通信领域的一种可调谐滤波器。
背景技术
可调谐光滤波器是一种波长选择器件，它在光纤传感以及光纤通信系统中具有许多重要的应用,可以用于半导体激光器或光纤激光器的反射腔镜和窄带滤波、复用解复用器、光放大器中的噪声抑制、波长选择器、波长转换器、色散补偿器以及延时器等。可调谐滤波器的研究发展十分迅速,受到了人们的普遍关注，实现可调谐滤波方法主要有干涉滤波法、棱镜和光栅的色散分光法、光纤布喇格光栅(FBG)光谱滤波法、声光滤波法、集成纤维或集成波导滤波法等等。
传统技术中利用热光材料的热光效应可以制作热光可调谐滤波器，利用热光材料的热光效应，当标准具材料的温度改变时其折射率相应的改变，从而其光学厚度跟着改变，从而达到调谐滤波器中心波长的目的。
本发明也是利用热光材料的热光效应，但是与传统技术不同的是，本发明不是直接利用热光材料的光学厚度随温度变化的特性，而是将热光材料加工为棱镜结构，温度改变时，材料的折射率随着改变，从而引起透过其光线的偏折角的改变。
发明内容
本发明的目的在于利用热光材料的热光效应，加工为棱镜结构，使热光材料的折射率随着温度改变，从而引起透过其光线的偏折角的改变，实现调谐滤波的功能。
本发明通过以下结构实现，其由热光材料制成的棱镜和加热器构成，所述的棱镜安装在加热器上，光由棱镜的入射面输入，透过棱镜从出射面输出；所述的棱镜通过加热器控制温度。
所述的热光材料制成的棱镜为硅棱镜。
所述的热光材料制成的棱镜为一个以上。
所述热光材料制成的棱镜形状为梯形或三角形。
一种基于可调谐滤波器的低成本窄带可调谐滤波器，所述的硅棱镜的入射面前方设有光栅，所述硅棱镜的出射面后方设有λ/4波片；光透过光栅至硅棱镜入射面后，由硅棱镜的出射面输出的光透过λ/4波片输出至反射镜。
一种基于可调谐滤波器的可变光衰减器，所述的硅棱镜的入射面前方设有双光纤准直器，所述的硅棱镜的出射面后方设有λ/4波片；光透过双光纤准直器至硅棱镜入射面后，由硅棱镜的出射面输出的光透过λ/4波片输出至反射镜。
一种基于可调谐滤波器的窄带扫描激光器，所述的硅棱镜的入射面前方设有光源、整形系统和光栅，所述的硅棱镜的出射面后方设有光的输出腔镜；由光源发射光至整形系统的输入端，再由整形系统输出端输出，并透过光栅至由硅棱镜的入射面，再由出射面至输出腔镜。
所述的整形系统与光栅之间还设有一调谐波长间隔为50GHz的标准具。
所述的整形系统为凸透镜或准直聚焦元器件，所述的凸透镜或准直聚焦元器件为一个以上。
采用以上结构，当温度改变时，热光材料制成的棱镜的折射率随着改变，从而引起透过其光线的偏折角的改变，光线方向相应产生有一偏折量，由于热光材料的热光系数较大，因此这一偏折量对棱镜材料的温度变化比较敏感，通过加热器控制棱镜的温度从而实现调谐滤波功能。加入一反射镜可以使得偏折量加倍，与多个硅棱镜或反射镜组合可得到调谐范围更广的滤波器；基于所述的可调谐滤波器结构基础上加入双光纤准直器和λ/4波片可以得到一种低成本可变光衰减器；基于所述的可调谐滤波器结构基础上加入光栅和λ/4波片可以得到一种低成本窄带调谐滤波器；基于所述的可调谐滤波器加入光源、整形系统、光栅和输出腔镜可得到一种窄带连续调谐扫描激光器，在基于窄带连续调谐扫描激光器的基础上，加入一标准具，得到一非连续调谐扫描激光器。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明的一种硅棱镜结构示意图；
图2为本发明的一种硅棱镜加热后的热光效应的结构示意图；
图3为本发明一种可调谐滤波器的结构示意图；
图4为本发明一种基于可调谐滤波器的低成本窄带可调谐滤波器的结构示意图；
图5为本发明一种基于可调谐滤波器的可变光衰减器的结构示意图；
图6为本发明一种基于可调谐滤波器的窄带连续调谐扫描激光器的结构示意图；
图7为本发明一种基于可调谐滤波器的窄带非连续调谐扫描激光器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述的调谐滤波器的热光材料制成的棱镜是由热光系数较大的硅材料制作而成，或者也可采取其它热光系数较大材料棱镜。在现有技术中我们已知硅的热光系数dn/dt＝2x10-4，折射率为3.5，透过其光束方向相应产生有一偏折量，由于硅材料热光系数较大，因此这一偏折量对棱镜材料的温度变化比较敏感，本发明较佳实施例均利用硅材料制成的棱镜的特性很好的应用于滤波器中。为了更好的理解硅棱镜1的特性，假设我们选取θ＝15°，光线以最小偏向角入射，则有：
nsin15°＝sinφ,3.5×sin15°＝sinφ,φ＝64.94°
此时出射角等于入射角也为64.94°；
如图2所示，我们选取温度变化100℃，则折射率变化dn＝100×2×10-4＝0.02当硅棱镜1温度变化导致折射率变化dn时，出射角角度变化计算如下：
sin64.94°＝n×sinθ,0＝sinθdn+ncosθdθ
sin15.088°×3.52＝sinφ',φ'＝66.385°
则出射角角度偏折量约为1.45°，为了得到更大的角度偏折量可以采取更多的硅棱镜1或者与一反射镜2结合，采用一反射镜2可以使得偏折量加倍。所述的硅棱镜1形状可以为三角形或梯形。
如图3所示，本发明一种可调谐滤波器：其由热光材料硅制成的硅棱镜1和加热器3构成，所述的硅棱镜1安装在加热器3上，光由硅棱镜1的入射面输入，透过硅棱镜1从出射面输出；所述的硅棱镜1通过加热器3控制温度，为了使得偏折量加倍，也采用一反射镜2。
如图4所示，本发明一种基于可调谐滤波器的低成本窄带可调谐滤波器：硅棱镜1安装在加热器3上，所述的硅棱镜1的入射面前方设有光栅4，所述硅棱镜1的出射面后方设有λ/4波片5；光透过光栅4至硅棱镜1入射面后，由硅棱镜1的出射面输出的光透过λ/4波片5输出至反射镜2。所述的光栅4用来实现窄带输出，通过加热器3控制硅棱镜1的折射率来实现对输出波长的调谐，硅棱镜1中的折射率的改变通过加热器3来控制，所述的λ/4波片5用来消除系统PDL，通过上述的结构可以组成低成本窄带可调谐滤波器。
如图5所示，一种基于可调谐滤波器的可变光衰减器(VOA)，硅棱镜1安装在加热器3上，所述的硅棱镜1的入射面前方设有双光纤准直器6，所述的硅棱镜的出射面后方设有λ/4波片5；光透过双光纤准直器6至硅棱镜1入射面后，由硅棱镜1的出射面输出的光透过λ/4波片5输出至反射镜2。通过加热器3对硅棱镜1加热使其折射率发生变化，透过硅棱镜1的光线的偏折量同时也发生改变，从而控制系统损耗的大小，λ/4波片5用来消除系统PDL。
如图6所示，一种基于可调谐滤波器的窄带连续调谐扫描激光器，所述的硅棱镜1的入射面前方设有光源7、整形系统8和光栅4，所述的硅棱镜1的出射面后方设有光的输出腔镜9；由光源7发射光至整形系统8的输入端，再由整形系统8输出端输出，并透过光栅4至由硅棱镜1的入射面，光线透过硅棱镜1中时，由加热器3加热硅棱镜1后，再由出射面至输出腔镜9。所述的光源7可以为半导体激光器或者其它类型激光器；上述组成的结构可实现窄带调谐滤波系统对整形后的光源输出光进行连续调谐。
如图7所示，一种基于可调谐滤波器的窄带非连续调谐扫描激光器，在图6中一种基于可调谐滤波器的窄带连续调谐扫描激光器所示的结构中，所述的整形系统8与光栅4之间还设有一调谐波长间隔为50GHz的标准具10。
上述图6和图7中所述的整形系统8为凸透镜或准直聚焦元器件，所述的凸透镜或准直聚焦元器件为一个以上。
基于在上述具体实施例：一种可调谐滤波器、一种基于可调谐滤波器的低成本窄带可调谐滤波器、一种基于可调谐滤波器的可变光衰减器(VOA)、一种基于可调谐滤波器的窄带连续调谐扫描激光器、一种基于可调谐滤波器的窄带非连续调谐扫描激光器，为了获得更大范围的调节量，可以采用一个以上的硅棱镜1。本发明可制作独立滤波器亦可放在激光腔形成滤波器。
Claims (4)
1.一种基于可调谐滤波器的低成本窄带可调谐滤波器，其特征在于：其由热光材料制成的棱镜和加热器构成，所述的棱镜安装在加热器上，光由棱镜的入射面输入，透过棱镜从出射面输出；所述的棱镜通过加热器控制温度，所述的热光材料制成的棱镜为硅棱镜，所述的热光材料制成的棱镜为一个以上，所述热光材料制成的棱镜形状为梯形或三角形；所述的硅棱镜的入射面前方设有光栅，所述硅棱镜的出射面后方设有λ/4波片；光透过光栅至硅棱镜入射面后，由硅棱镜的出射面输出的光透过λ/4波片输出至反射镜。
2.一种基于可调谐滤波器的可变光衰减器，其特征在于：其由热光材料制成的棱镜和加热器构成，所述的棱镜安装在加热器上，光由棱镜的入射面输入，透过棱镜从出射面输出；所述的棱镜通过加热器控制温度，所述的热光材料制成的棱镜为硅棱镜，所述的热光材料制成的棱镜为一个以上，所述热光材料制成的棱镜形状为梯形或三角形；所述的硅棱镜的入射面前方设有双光纤准直器，所述的硅棱镜的出射面后方设有λ/4波片；光透过双光纤准直器至硅棱镜入射面后，由硅棱镜的出射面输出的光透过λ/4波片输出至反射镜。
3.一种基于可调谐滤波器的窄带扫描激光器，其特征在于：其由热光材料制成的棱镜和加热器构成，所述的棱镜安装在加热器上，光由棱镜的入射面输入，透过棱镜从出射面输出；所述的棱镜通过加热器控制温度，所述的热光材料制成的棱镜为硅棱镜，所述的热光材料制成的棱镜为一个以上，所述热光材料制成的棱镜形状为梯形或三角形；所述的硅棱镜的入射面前方设有光源、整形系统和光栅，所述的硅棱镜的出射面后方设有光的输出腔镜；由光源发射光至整形系统的输入端，再由整形系统输出端输出，并透过光栅至由硅棱镜的入射面，再由出射面至输出腔镜，所述的整形系统与光栅之间还设有一调谐波长间隔为50GHz的标准具。
4.根据权利要求3所述的一种基于可调谐滤波器的窄带扫描激光器，其特征在于：所述的整形系统为凸透镜或准直聚焦元器件，所述的凸透镜或准直聚焦元器件为一个以上。
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