[发明专利]两端口可调谐TFF光滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调谐TFF光滤波器。特别是涉及一种可被广泛应用于密集波分复用系统中，或用于光波长计中做为波长扫描器件，或应用在光传感领域中的两端口可调谐TFF光滤波器。

背景技术

可调谐光滤波器是光通信网络中非常关键的一个器件，随着密集波分复用(DWDM)信道数的增加，可调谐滤波器也就成为一个热点。目前用于实现可调谐光滤波器的技术较多，主要有多腔TFF型、FP腔型、声光可调型和微环谐振腔型。其中，声光可调型利用声表面波(SAW)与光波相互作用下产生的反常布拉格衍射，可以与偏振控制器一起实现滤波，当改变SAW频率时，滤出波长随之改变，其调谐速度快，但是制造成本高，相邻通道隔离度低，工程中应用比较少。微环谐振腔型通常采取电光调制来改变半导体折射率来实现波长滤波，但目前输出光插损较大，调谐范围有限，技术并不成熟。FP腔型一般利用压电或微机电等机理对腔长进行精密调节，其相应速度快，也可实现较宽的调节范围，但在通信系统中，由于光源波长不可能绝对稳定，因此一般要求滤波器具有一定的通带平坦度，而这点对于FP腔型光滤波器则是非常困难的。与上述技术相比，基于多腔TFF技术来实现可调谐滤波器具有输出光谱矩形度好，相邻通道隔离度高，调谐范围大和环境稳定性大的优点，已经得到了广泛的应用。

由干涉原理可知，相位差满足如下关系式：

δ=4πndcosθλ0]]>(公式1)

式中，λ₀为起始波长；n为腔内介质折射率；d为有效腔长；θ为入射角，由公式1可知，影响相位变化的因素有入射角、腔长和腔内介质折射率。目前改变腔内介质折射率的方案主要为在液晶材料中注入电流，从而改变液晶分子的折射率，TFF技术并不适用于这种方案。

因此，目前可调谐多腔干涉薄膜滤光片技术一般采用改变入射角或改变腔长两种方式，由于滤波片峰值波长需满足：

2πNdcosθ/λ＝mπ            (公式2)

其中N为薄膜材料的有效折射率，θ为光束从空气入射到薄膜材料的折射角，m为干涉级次，d为膜层的物理厚度。

令空气的折射率为1，光束垂直入射到薄膜滤光片时：

Δλ＝2NΔd                    (公式3)

令空气的折射率为1，则由折射定律可得：

Δλ＝λ_c-λ＝cosθ≈1-0.5(θ/N)²        (公式4)

日本SANTEC公司采取改变腔长的方式改变透射光波长，如图1所示，其在滤光片不同位置镀制不同厚度的多腔薄膜，利用水平推拉方式来实现可调谐光滤波；美国AFOP公司采用改变入射角的方式改变透射光波长，如图2所示，其提出使用等厚度多腔薄膜滤光片，利用旋转角度方式来实现可调谐光滤波。前者的主要缺点是要求不能够有垂直方向上的角度偏差，同时对非均匀薄膜滤光片的制备要求非常高；后者的主要缺点是光路设计中没有考虑光学薄膜和基板产生的光位移对输出准直器的影响，从而要求对机械件的加工精度的要求非常高。无论采用哪种方式，输出光的中心波长稳定性是其最关键的指标之一，采取开环机械运动的方式都很难达到要求的精度。

除上述两项国外专利外，国内的山东招金光电子科技有限公司在2008年获得了授权的一项可调谐滤波器专利(公开号CN1632633A)，如图3，它也是基于转动滤光片来实现可调谐滤波。主要特点是利用平面反射镜将透射信号原路返回滤光片，避免了光学薄膜和基板所产生的光位移对输出准直器的影响。但由于使用了大量的透镜，半波片和法拉第旋转器等分离元件，使得光路的实现非常复杂，并且增加了模块损耗，在这个设计中，它同样也采取全开环机械控制的方式。