[发明专利]具有成形棱镜的可调干涉滤波器

说明书

技术领域

本申请涉及可调干涉滤波器的一般领域，并且更具体地，涉及具有改进的透射效率的可调滤波器。

背景技术

可调干涉滤波器是在光学系统中、特别是在光通信系统中的广泛使用的构件，在该光学系统中，以不同的光波长（信道）沿着相同的光路来传送信息。为了取得在特定信道中包含的信息，需要在光谱上分离信号波长。类似地，为了向光学信息流添加特定信道，需要光谱地添加特定波长。这在原理上使用各种光学滤波器来实现，该光学滤波器通过输入光的在预定光谱范围内的至少一部分，并且反射（停止）该光的在另一个光谱范围内的至少一部分。

本领域中已知多种可调光学滤波器，最基础的一种是通过在适当的衬底上沉积薄膜堆叠而制作的简单的薄膜滤波器。几乎所有的窄带薄膜光学滤波器至少部分地取决于干涉来用于它们的操作。因此，通过滤波材料的固有光学属性（诸如折射率、反射率、透射率、吸收率）的混和并且通过它们的几何布置（例如，厚度）来确定这样的滤波器的光谱特性。

通常，干涉滤波器是多层薄膜装置，并且波长选择基于相消的光干涉的属性。这是法布里-珀罗干涉仪的操作所基于的相同原理。入射光通过每对被涂敷的反射表面。在反射涂层之间的距离确定哪些波长相消地干涉，并且哪些波长同相并且将最后通过涂层。输入光束在每对涂层之间被来回反射多次。在滤波器的输出侧上，如果这些反射光束同相，则光通过反射表面。另一方面，如果该多个反射不同相，则相消干涉将通过装置的这些波长的透射降低为接近零。这个过程强烈地衰减在高于或低于感兴趣的波长的波长下的透射的光强度。

通常的干涉滤波器的多层结构由电介质隔离器材料组成，该电介质隔离器材料限定了在反射平行表面之间的间隙；反射薄膜层的堆叠至少在间隙的一侧上限定。隔离器具有在期望的峰值透射波长处的二分之一波长的倍数的厚度，由此在该波长处产生相长干涉和透射。堆叠和隔离器的组合包括单腔通带滤波器。然而，因为单腔通带滤波器在通带和通带外波长之间不显示陡峭的过渡，所以惯例是将几个腔依序分层放置为多腔滤波器设计，以将截止锐化，并且减小带外波长的透射率。

可以简单地通过改变输入光束的入射角（相对于滤波器的表面的法线限定和测量）而实现在这样的可调滤波器中的滤波功能的光谱调谐（或滤波器的通带/阻带的峰值波长的光谱移位）。输入光的入射角的变化最容易通过薄膜滤波器相对于入射光的物理旋转而实现。

如图1中示意地图示的，当输入光I关于入射平面的法线N的入射角θ不是零时，在标准具结构内反射的通带光产生顺序的移位，该顺序的移位使得许多能量被引导到第一透射光束的截面之外（所谓的“离散（walk-off）”效应）。为了方便，贯穿本公开，将单腔滤波器用于示例，并且提供笛卡尔坐标系作为基准。本领域内的技术人员容易明白，整个公开等同地适用于多腔滤波器。

窄带干涉滤波器的透射波长是在隔离器内的光束的角度的余弦函数。λθ≈λ0cos(θ)，                                 (1)

其中，θ是在隔离器层中的光束角度；λ₀和λ_θ分别是当在隔离器层中的光束角度是零时和当它是θ时的透射波长。在隔离器层内的这个光束角度可以通过斯涅耳定律与入射角（AOI）相关，

n_o sin(φ)=n_e sin(θ),                               (2)

其中，n_o是空气的折射率，n_e是隔离器的有效折射率。φ是在空气中的AOI，并且θ是在隔离器中的光束角度。因此，波长随着AOI而改变，并且它在垂直入射处最大，当AOI增大时减小。在接近零度的入射角处，透射波长被影响较小，但是在较大的AOI，诸如20度或更大，透射波长可以对于在AOI中的每一角秒改变而移位一个微微米（在通常在本领域中使用的1525nm–1565nm的低音频带（bassband）范围处）。