[实用新型]一种基于TFF宽范围内可调谐光滤波器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学器件领域，尤其涉及一种基于TFF宽范围内可调谐光滤波器。 

背景技术

可调谐光滤波器（TOF）是现代光网络中的重要器件，它对灵活选择和动态监测光通道十分重要。目前的光滤波器可分为声光可调滤波器型、光纤布拉格光栅型、F-P腔型（基于压电或微电子机械系统（MEMS）技术）和薄膜滤光片（TFF）型等。声光可调谐滤波器利用声光效应改变波导折射率周期形成光栅，其调谐速度快，但制造成本高，而且相邻通道隔离度较差；光纤光栅型可调谐滤波器利用光纤布拉格衍射特性，通过控制温度变化来调节应力，其带宽和相邻通道隔离度都较好，但是其调谐范围不大，容易受外界环境的影响，长期稳定性也不够好；F-P腔型可调谐滤波器利用压电或MEMS等机理对腔长进行精密调节，调谐速度快，可实现较宽的调节范围，但其通道较窄，相邻通道隔离度较低。而一般可用于波长信号监测的基于TFF技术的可调谐滤波器同时具备了以下优点：（1）光谱矩形度好，通带平顶、相邻通道间隔度高；（2）波长可调谐范围大且掉电自锁；（3）技术工艺成熟，环境稳定性与可靠性好。

比较常用的带通滤波器一般选择法布里—帕罗型多谐振腔光学薄膜；通过旋转光学薄膜来改变入射光束的入射角，以使光学薄膜的通带向长波方向或短波方向漂移，从而实现调频的目的。光学薄膜通带的中心波长的漂移与光束入射角之间的关系为：λ=λ₀（1-A²sin²θ）^1/2，其中，λ为透射峰中心波长，λ₀为垂直入射时的中心波长，θ为入射角，A为滤波片的调频参数，是光学薄膜的独特参量，每种具体的光学薄膜设计都有其特定的 A 值。将上述公式求导得出透射峰波长随入射角的变化关系为：dλ/dθ=-λ₀ A²sinθcosθ/（1- A²sin²θ）^1/2，根据该式可即可算出角度变化量与透射峰波长变化量的关系，由此来确定滤波片所需要旋转的角度。

但是，光学薄膜与偏振相关的光学性能，如偏振相关损耗（ PDL ) 、偏振相关中心波长（ PDλ）以及偏振模式色散（ PMD ）等随着光束入射角的增加而明显变坏。首先，光学薄膜的调频参数 A 值随入射光束的偏振态的不同而不同，从而导致S偏振态与P偏振态的中心波长不同，并且这种差异随入射角的增加而增加。其次，偏振效应也显示在通带的宽度上：即当某一偏振态下的通带宽度随入射角的增加而减少，那么与其正交的偏振态下的通带宽度则相应增加，即两者呈相反的趋势。这两种现象叠加的后果是在大入射角度下的大为减小的通带宽度和增大的 PDL。另一限制光学薄膜滤波器在大角度下工作的因素来自于光学薄膜引起的依赖于波长的光位移，这种位移也将减小通带的宽度。对于一斜入射的光束，在光学薄膜的多谐振腔中产生的多次反射最终会使入射光束偏离原来的传播方向。它是与波长和光偏振相关的，即不同波长的光位移是不同的，不同的偏振态下的光位移也不同。由于光学薄膜的基板的折射率与周围环境介质（大部分情况下是空气）的折射率的不同，基板也会使入射光产生偏移。但基板所引起的偏移是与波长无关的（严格来说，基板材料的色散使基板引起的光偏移也与波长有关，但其大小与薄膜所引起的光位移对波长的依赖相比完全可忽略）。最后入射光的总的位移量是薄膜与基板的贡献的总和，除开对光波长和偏振态的依赖之外，光学薄膜所引起的这种位移还与具体的薄膜设计和入射角有关。不同的薄膜设计会有不同的光位移；光位移还近似线性地正比于入射角，即角度越大，光位移越大。传统的滤波器是从光纤准直器出来的光入射到光学薄膜滤波器上，再由另一个准直器接收。调频功能通过旋转光学薄膜来实现。由于光学薄膜引起的光位移的存在，当旋转滤波器角度时，在准直器接收时透过薄膜滤波器的光束产生一个横向不匹配损耗。随着角度的增大，光学薄膜所引起的光位移也越大，不匹配损耗也会变大，导致滤波器性能变得很差。综上所述，光学薄膜的光学性能如偏振相关的带宽效应和中心波长的偏振敏感性已经给可以使用的入射角的上限带来了限制；而光学薄膜所引起的随波长变化的光位移则附加了更进一步的限制。进而考虑到传统的弥补光位移的技术只对单个波长和某一特定入射角有效，使用传统技术的基于光学薄膜的可调滤波器的可使用的入射角范围是十分有限的。这使得要让调频范围覆盖整个C或L波段非常困难，除非专门设计特殊光学薄膜。 

发明内容