[发明专利]利用级联标准具的可调谐滤光器

说明书

技术领域

本发明的领域是滤光。更具体地，其针对利用级联标准具的可调谐滤光器。

背景技术

可调谐滤光器为用于光频率选择的器件。它们用在宽范围的应用中，例如，在可调谐激光器中选择激光腔模，产生窄带可调谐光源，增加或丢弃来自光谱复用束的不同频率的光信号，或者制作扫描频谱仪。可调谐滤光器的普通结构为可调谐法布里-珀罗(Fabry-Perot，FP)标准具，由于其低成本而具有吸引力。在可调谐FP标准具结构中，通过改变标准具腔中的介质的折射率或者通过改变标准具腔的长度，来改变腔光路长度，从而调谐器件的谐振频率。基于光纤的可调谐法布里-珀罗标准具的普通低成本实施方式是：i)自由空间介质板，其中介质板的谐振通过温度来调谐，ii)在两个裂开的纤维端之间的间隙，其中间隙距离可通过压电效应来调谐，以及iii)液晶板，其中通过施加的可变电压来改变液晶的折射率。

对于许多广泛使用的应用来说，需要大的自由频谱范围(FSR)。一个重要的应用，C波段扫描光谱仪，需要比C波段(＞5THz)大的FSR，因此在所有调谐点其仅通过C波段频谱的一段。对于要求低成本和高可靠性的应用，被确定为上面的种类ii)的可调谐滤波器实施方式具有以下缺点：压电效应遭受磁滞现象、粘附现象、以及使用寿命的不可重复性。被确定为上面的种类iii)的实施方式呈现出在制造方面的艰巨挑战，包括例如在存在被涂覆的电介质电极的情况下来设计反射表面的平行性和反射率。工业中发现的另一种可调谐滤波器种类是可调谐的平面光波导(PLC)环形谐振器滤波器。在环形谐振器结构中，谐振可通过温度来调谐，或通过改变通过消逝光场可见的环之上的材料来调谐。然而，这种结构所承受的主要缺点是PLC设备制造成本高。最终，近来的工业大规模部署基于精确温度调谐的电介质板标准具的可调谐色散补偿器已经降低了纤维透镜准直器的成本，并且降低了封装纤维/电介质板标准具设备的成本。由于不仅高性能而且简单并可靠，因此温度调谐的电介质板实施方式是本发明的焦点。

对于主要感兴趣的应用，归于温度调谐的电介质板设备的挑战是需要大的温度范围来在感兴趣的整个频率波段(例如，5THz)上扫描滤波器，以扫描上面所提及的C波段。对于温度调谐的电介质板设备，硅是工业标准衬底材料。典型地，需要＞300℃的温度范围来在5THz之上调谐硅板滤波器。该结构还需要10至20个具有不同折射率的薄层材料的叠层。为了避免结构退化，这些层需要与硅衬底的热膨胀系数精确匹配的热膨胀系数。对于诸如在多路复用光通信网络中的光信道监测(OCM)的应用来说，可使用在15-20年的设备使用寿命内每隔几秒钟扫描一次。需要复杂和昂贵的制造过程来构造和封装这种结构，因此，它在这样紧张的温度循环下没有显示出性能退化或失效。另外，对于5THz的FSR要求板的厚度必须大(例如，～10mm)会使制造复杂化。

发明内容

成本低并且制造简单的温度可调谐电介质板标准具扫描光谱仪使用了级联标准具模块，每个模块包括具有相对小的自由频谱范围(FSR)的法布里-珀罗(FP)标准具，其中至少两个模块设置有温度控制器。根据本发明，多个FP模块产生游标(Vernier)调谐控制。具有该特征的装置以下被称为游标法布里-珀罗滤波器(VTFPF)。在这些装置中，调谐温度范围可小于10℃，并且所需的板厚度可小于1mm。这大大减小了制造和材料需求，并且结果导致较低的装置成本和改善的可靠性。

附图说明

当与附图一起考虑时，本发明可以更容易被理解，其中：

图1为示出典型FP标准具的操作的示意图；

图2为使用具有独立温度控制的级联FP标准具的两模块VTFPF的示意图；

图3为与图2类似的三模块VTFPF的示意图；

图4为示出结合图2描述的VTFPF的模拟滤波器透射率的曲线图；

图5为更详细地示出图4的一部分的曲线图；

图6为示出图5的主谐振的增强邻道抑制(adjacent channel rejection)的曲线图；

图7为示出结合图3描述的VTFPF的模拟滤波器透射率的曲线图；

图8为更详细地示出图7的一部分的曲线图。

图9为二标准具VTFPF的频率相对透射率的曲线图，其说明由于温度变化引起的谐振峰值的偏移；

图10和11为两个标准具中的每个的温度相对频率的曲线图，其示出扫描中的多次循环。

图12和13为在图10和11的频率扫描期间两个标准具之间的温度差的曲线图；