[实用新型]带宽和波长可变可调的光学滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学滤波器，特别是一种带宽和波长可变可调的光学滤波器。 

背景技术

可调光学滤波器是一种能够从宽带光源信号中筛选出一定波长范围信号的光学器件，是现代光学应用领域中的重要部件之一，在光通讯、光谱学、远程遥感、超光谱/精细光谱等领域都具有广泛的应用。国际上已经制作了多种光学滤波器，如法布里波罗滤波器、薄膜干涉滤波片、马赫曾德尔干涉仪滤波器、光栅滤波器、波导滤波器等。但是，目前的这些滤波器只能调谐带宽或者波长，而不能实现带宽和波长的同时调谐。随着光通讯技术和多光谱/精细光谱技术的发展，那种仅能调谐带宽或波长的滤波器已不能满足要求，越来越需要一种既可以调谐带宽也可以调谐波长的可调光学滤波器以满足未来的发展需要，因而近年来得到了广泛的关注。 

Philip E.Buchshaum等人利用两个镀有厚度呈线性变化的干涉膜的光学基板开发出带宽和波长同时可调的光学滤波器，其中干涉膜的厚度从基板的一边到另一边呈楔形变化。当光的入射位置从楔形滤波板的一端移向另一端时，滤波板所滤除光波的中心波长便随之变化。该滤波器的波长可调性是通过线性地移动两片楔形基板来实现的；而带宽的改变则是通过在线性变化的基板间引入一个位移差来实现。其缺点是制作复杂、成本高。 

2011年，丁运鸿小组提出并制作了基于马赫——曾德尔干涉仪结构的带宽和波长同时可调的光学滤波器。但是，该滤波器的波长和带宽的调谐范围非常窄，分别只有4nm和0.42nm，很难满足实用的需要。 

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种结构简单、便于制作、 成本低廉、波长和带宽的调谐范围大且实用的带宽和波长可变可调的光学滤波器。 

一种带宽和波长可变可调的光学滤波器，包括滤波片和调节装置，其特征在于：滤波片为胆固醇液晶片，由两片平行排列的胆固醇液晶片构成；调节装置为平行调节装置，两片胆固醇液晶片设装在各自的平行调节装置上。所述的平行调节装置是指能使两片胆固醇液晶片平行调节的调节装置。 

本发明的目的是通过两片平行排列且能平行调节的胆固醇液晶片实现的。所以，具有结构简单、便于制作、成本低廉、波长和带宽的调谐范围大（带宽可以从27nm调节到80nm,中心波长则可以从480nm调节到618nm）、适用范围广、实用等优点。 

与一般的可调光学滤波器相比，该光学滤波器既可以调节波长也可以改变带宽，因此它既可以用于只要求改变波长或者带宽的场合，也可以用于要求波长和带宽同时改变的场合。 

与丁运鸿小组提出的基于马赫——曾德尔干涉仪结构的带宽和波长同时可调的光学滤波器相比，无论是带宽还是波长调节范围都大得多，带宽可以从27nm调节到80nm,中心波长可以从480nm调节到618nm。其中中心波长可以根据需要改变胆固醇液晶分子中的手性分子的配比浓度在任意波长范围调节，带宽也可以通过采用高双折射率的液晶材料来增宽，同时通过压缩光斑大小来获得更窄的带宽，从而扩展带宽的调节范围，理论模拟表明最窄带宽可以达到5nm,最宽带宽则可以达到300nm甚至更宽。 

与Philip E.Buchshaum等人发明的可调滤波器相比，不仅能实现同样的功能，而且制备要简单得多。因采用了胆固醇液晶片，只要适当地调整手性分子的比例就能制备出我们需要的工作波长和带宽范围的可调滤波器，而且液晶材料非常便宜，所以采用胆固醇液晶制作这种带宽和波长可变可调滤波器非常便宜。Philip E.Buchshaum等人发明的可调滤波器是采用镀膜的方法来制备的，镀膜这一方法本身 就很复杂，成本很高，而在Philip E.Buchshaum的可调滤波器中，基板上所镀的膜的厚度还是线性变化的，其制备复杂和成本昂贵是不可想象的，可以说他们这一方法虽然原理上可行，实际上可操作性不大，难以工业化生产。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图， 

图2a空间分布胆固醇液晶结构示意图， 

图2b空间分布胆固醇液晶实验图， 

图3胆固醇液晶在不同位置的反射谱， 

图4a是带宽可变可调光学滤波器调节中心波长的原理图， 

图4b是带宽可变可调光学滤波器调谐波长的实验结果， 

图5a是带宽可变可调光学滤波器调节带宽的原理图， 

图5b是带宽可变可调光学滤波器改变带宽的实验结果。