專(zhuān)利名稱(chēng)：透明光電陶瓷基可調(diào)諧濾波器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型法布里-珀羅腔(Fabry-Perot，以下簡(jiǎn)稱(chēng)FP)可調(diào)諧光學(xué)濾 波器件，具體地是用具有高電光系數(shù)的新型鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷制作 可調(diào)諧法布里_珀羅腔濾波器。
背景技術(shù)：
可調(diào)諧光濾波器是波分復(fù)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，它在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)允許我 們選擇特定的波長(zhǎng)和頻率實(shí)時(shí)通過(guò)鏈路，并可以通過(guò)特定的技術(shù)來(lái)控制和處理光網(wǎng)絡(luò)中的 數(shù)據(jù)流。特別是隨著密集型光波復(fù)用傳輸系統(tǒng)在光通信中的應(yīng)用，作為復(fù)用器與解復(fù)用器 的核心部分，可調(diào)諧濾波器已經(jīng)成為光網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的器件。 目前主要的制備可調(diào)諧法布里_珀羅腔的方法有四種，第一種是由兩個(gè)在端面上 鍍膜的光纖插入到玻璃毛細(xì)管中構(gòu)成法布里-珀羅腔，并由壓電陶瓷調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)。由于光纖 外徑為125um，毛細(xì)管直徑為200um，要做到將光纖插入玻璃毛細(xì)管中不損壞光纖鍍膜端面 且保證鍍膜端面對(duì)正很困難，光纖端面鍍膜工藝也十分復(fù)雜，因而其制作工藝復(fù)雜，成本 高；第二種是美國(guó)MOI公司的產(chǎn)品是將光纖穿過(guò)插芯(玻璃毛細(xì)管或陶瓷插針)， 一個(gè)端 面和插芯端面位于同一平面，并在該端面鍍膜。取如此兩段鍍膜光纖對(duì)準(zhǔn)置于一個(gè)高同心 度的腔體中即可形成法布里_珀羅腔，由壓電陶瓷調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)屬于機(jī)械調(diào)節(jié)。該方法與第一 種方法比較更易于加工制作，但鍍膜端面中纖芯對(duì)正很困難，且該高同心度腔體制備成本 高，限制了其應(yīng)用；第三種是北京理工大學(xué)提出一種可調(diào)諧光纖法布里_珀羅濾波器，將光 纖波導(dǎo)固定在一個(gè)插芯的內(nèi)孔中，一個(gè)端面位于插芯內(nèi)孔中，另一個(gè)端面和插芯端面位于 同一平面。固定光纖波導(dǎo)的插芯內(nèi)孔中同時(shí)插入了一根光纖，該光纖和光纖波導(dǎo)通過(guò)插芯 內(nèi)孔自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，光纖和光纖波導(dǎo)的兩個(gè)相鄰端面中的一個(gè)鍍有高反射膜。該插芯的端面， 或者另一個(gè)帶纖插芯的端面，鍍高反射膜，形成光纖法泊里-泊羅濾波，由壓電陶瓷調(diào)節(jié)腔 長(zhǎng)。另外有人提出通過(guò)在光纖端面鍍膜并且采用V型槽對(duì)光來(lái)制備可調(diào)法布里_珀羅濾波 器。 以上三種方法有個(gè)共同點(diǎn)是由光纖兩鍍膜端面平行，經(jīng)空氣介質(zhì)或其他介質(zhì)形 成法布里_珀羅腔，再由壓電陶瓷的伸縮效應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)法布里_珀羅腔的腔長(zhǎng)，它們都存在相 對(duì)位置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)限制了掃描頻率的提高。 第四種方法是申請(qǐng)?zhí)枮?9812864. 3的專(zhuān)利"非偏振敏感型向列液晶法布里-珀羅
波長(zhǎng)調(diào)諧濾波器"，在兩基板的內(nèi)表面上分別形成有透明電極，在該透明電極上分別鍍上反
射層，在一反射層上鍍單一回歸方向排列層以使液晶單一回歸方向排列，另一反射層上鍍
方向一致排列層并被處理成可使液晶呈軸向排列，液晶設(shè)置在所述兩基板之間，該波長(zhǎng)調(diào)
諧濾波器根據(jù)被施加的電壓的大小來(lái)調(diào)諧入射光的波長(zhǎng)。這種法布里-珀羅濾波器具有在
其整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)完全與入射光的偏振方向無(wú)關(guān)的傳輸特性。但是，該濾波器的制備
工藝復(fù)雜、調(diào)節(jié)范圍較窄，且液晶作為有機(jī)物，受環(huán)境因素影響，壽命很短。 自1970年透明鐵電陶瓷問(wèn)世后，就引起了廣泛重視。隨后人們發(fā)現(xiàn)這種材料在當(dāng)代許多新技術(shù)如計(jì)算技術(shù)、顯示技術(shù)、激光技術(shù)、全息存儲(chǔ)、微聲技術(shù)以及光電子學(xué)諸領(lǐng)域 都有廣闊的應(yīng)用前景。目前鈮酸鋰晶體作為一種非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料，在光通信領(lǐng)域得到 廣泛應(yīng)用。鈮酸鋰晶體適合制作光的各種控制耦合和傳輸器件，如光隔離、放大、波導(dǎo)、調(diào)制 等器件，但由于它的生長(zhǎng)技術(shù)長(zhǎng)期得不到突破，單晶體的使用壽命短，人們一直在努力尋找 性能更好，價(jià)格更便宜的新材料以代替鈮酸鋰晶體。透明光電陶瓷材料PMN-PT在較大程度 上克服了上述困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)微型化、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低，且性 能穩(wěn)定，適于批量化生產(chǎn)的可調(diào)諧法布里-珀羅腔濾波器的生產(chǎn)方法，可以廣泛應(yīng)用于光 纖傳感系統(tǒng)。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是；選用鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)透明光電陶瓷它是多晶材 料，不需要光軸對(duì)準(zhǔn)，可加工成不同的尺寸和形狀；組成可調(diào)整，變化范圍較寬；采用氣氛 燒結(jié)和熱壓燒結(jié)技術(shù)制造，生產(chǎn)成本較低；電光系數(shù)可達(dá)鈮酸鋰晶體的3倍以上，對(duì)電場(chǎng) 的反應(yīng)十分靈敏；在500nm-7000nm大范圍內(nèi)具有良好的透光性；溫度依賴(lài)性?。痪哂刑?瓷的堅(jiān)固性和耐久性，并能在高溫高壓下工作，使用壽命長(zhǎng)，因此選用鈮鎂酸鉛_鈦酸鉛 (PMN-PT)透明光電陶瓷來(lái)作可調(diào)諧法布里_珀羅腔濾波器。 本發(fā)明透明光電陶瓷基可調(diào)諧濾波器中的可調(diào)諧法布里_珀羅腔濾波器，包括端 面鍍有增透膜的準(zhǔn)直器(由自聚焦透鏡與尾纖組成)，鍍有增透膜、高反膜、透明薄膜電極 的新型鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷，圓柱狀金屬腔體。該系統(tǒng)中沒(méi)有活動(dòng)部 件，可實(shí)現(xiàn)高速度波長(zhǎng)解調(diào)，頻率得到極大的提高；而且新型鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光 電透明陶瓷為無(wú)機(jī)材料，溫度依賴(lài)性小、能在高溫高壓下工作，其電光系數(shù)可達(dá)鈮酸鋰晶體 的3倍以上，本發(fā)明所得到的新型濾波器的自由譜區(qū)較寬，響應(yīng)頻率高，性能穩(wěn)定，使用壽 命長(zhǎng)。 本發(fā)明的制備方法是在準(zhǔn)直透鏡的一個(gè)端面鍍上增透膜，增透膜的透射率在 99. 9%以上并形成準(zhǔn)直器；在鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷兩端分別鍍上氧化 銦錫透明導(dǎo)電膜作為透明電極；在透明電極外表面鍍上高反膜，高反膜的反射率在99.0% 左右；在高反膜上再鍍一層增透膜，增透膜的透射率在99.9%以上；在圓柱狀殼體中間 線(xiàn)切割出一個(gè)貫通槽，槽的大小與光電透明陶瓷尺寸相配合；將長(zhǎng)為2mm，寬為lmm，厚為 0. 1-0. 2mm鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷插在圓柱狀殼體中間的槽中，用固化 膠粘結(jié)；在圓柱狀殼體兩端分別插入前準(zhǔn)直器和后準(zhǔn)直器，調(diào)節(jié)前、后準(zhǔn)直器至最佳位置后 用固化膠將它粘接在殼體腔內(nèi)。由于鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)透明光電陶瓷的多晶結(jié)構(gòu) 是鈣鈦礦型，屬于一類(lèi)馳豫材料，具有各向同性的最小能量穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和容易扭曲的電場(chǎng)。在 外電場(chǎng)作用下，所有的疇都傾向于外電場(chǎng)排列，即發(fā)生極化，光就會(huì)產(chǎn)生雙折射，從而表現(xiàn) 出很強(qiáng)的電光效應(yīng)。輸入光波在通過(guò)前準(zhǔn)直器后變成平行光進(jìn)入兩端鍍有高反膜的PMN-PT 光電透明陶瓷塊體，即法布里_珀羅腔，在其中發(fā)生雙折射效應(yīng)，并且伴隨有由反射形成的 多光干涉，經(jīng)法布里-珀羅腔后投射光再由后準(zhǔn)直器向外輸出。同時(shí)，利用P麗-PT光電透 明陶瓷的光電效應(yīng)，在外加電場(chǎng)作用下改變其折射率，達(dá)到折射率調(diào)諧的目的。由于采用上 述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的具有以下有益效果
(1).整個(gè)濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸實(shí)現(xiàn)微型化，體積只相當(dāng)于美國(guó)MOI公司的三十分之 一，甚至更?。?(2).利用PMN-PT光電透明陶瓷的光電效應(yīng)來(lái)調(diào)諧入射光的折射率，避免使用壓 電陶瓷進(jìn)行腔長(zhǎng)調(diào)諧存在的相對(duì)位置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，消除了這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)引起的對(duì)掃描頻率 提高的限制； (3).采用新型PMN-PT光電透明陶瓷材料，它有一系列的優(yōu)異性能多晶材料，不 需要光軸對(duì)準(zhǔn)，可加工成不同的尺寸和形狀；組成可控制，可變范圍較寬；有成熟的氣氛燒 結(jié)和熱壓燒結(jié)技術(shù)制造，生產(chǎn)成本較低；電光系數(shù)可達(dá)鈮酸鋰晶體的3倍以上，對(duì)電場(chǎng)的反 應(yīng)十分靈敏；在500nm-7000nm大范圍內(nèi)具有良好的透光性；溫度依賴(lài)性?。痪哂刑沾傻膱?jiān) 固性和耐久性，并能在高溫高壓下工作，使用壽命長(zhǎng)。 (4).通過(guò)在P麗-PT光電透明陶瓷塊體與透明電極連接的外端面鍍上高反膜，從 而形成法布里-珀羅腔，取代在光纖端面鍍膜降低了制作工藝難度；而且本發(fā)明的對(duì)光要 求降低，減小了整體結(jié)構(gòu)的加工難度。


圖1為透明光電陶瓷基可調(diào)諧濾波器的制備方法結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為前準(zhǔn)直器和后準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)示意圖 其中1-前準(zhǔn)直器，2-前增透膜，3-前高反膜，4-前透明電極，5-鈮鎂酸鉛_鈦酸 鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷，6-圓柱狀金屬腔體，7-后透明電極，8-后高反膜，9-后增透膜， 10-后準(zhǔn)直器。a-準(zhǔn)直透鏡，b-增透膜
具體實(shí)施方案 以下結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。 本發(fā)明的具體制備方法是首先，如圖2所示在準(zhǔn)直透鏡a的一個(gè)端面上鍍一層 增透膜b透射率在99. 9%以上，形成準(zhǔn)直器，(前準(zhǔn)直器和后準(zhǔn)直器)。
再如圖1所示在長(zhǎng)為2mm，寬為lmm，厚為0. 1-0. 2mm鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛PMN-PT 光電透明陶瓷5的兩端分別鍍上前透明電極4和后透明電極7 (由ITO材料制造)；在前透 明電極4和后透明電極7外表面再分別鍍上前高反膜3和后高反膜8，反射率在99. 0%以 上在前高反膜3和后高反膜8上再分別鍍一層前增透膜2和后增透膜9透射率也在99. 9% 以上，保證各膜層的平行度；在圓柱狀殼體中間線(xiàn)切割出一個(gè)貫通槽，其大小與光電透明陶 瓷的尺寸相配合；將PMN-PT光電透明陶瓷5插在圓柱狀殼體6中間的槽中，用固化膠粘結(jié)； 在圓柱狀殼體6兩端分別插入前準(zhǔn)直器1和后準(zhǔn)直器IO，兩個(gè)準(zhǔn)直器通過(guò)圓柱狀殼體內(nèi)腔 自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直器后用固化膠將它粘接在殼體腔內(nèi)。 本發(fā)明的工作原理是PMN-PT透明光電陶瓷的多晶結(jié)構(gòu)是鈣鈦礦型，屬于一類(lèi)馳 豫材料，具有各向同性的最小能量穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和容易扭曲的電場(chǎng)。在外電場(chǎng)作用下，所有的疇 都傾向于外電場(chǎng)排列，即發(fā)生極化，光就會(huì)產(chǎn)生雙折射，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的電光效應(yīng)。增透 膜可以減少傳輸過(guò)程中的光波損失。 輸入光波在通過(guò)前準(zhǔn)直器后變成平行光，該平行光穿過(guò)前透射膜2和前反射膜3 后，進(jìn)入鍍有前透明電極4的PMN-PT光電透明陶瓷塊體5中，PMN-PT光電透明陶瓷塊體5和前反射膜3、后反射膜8形成了法布里-珀羅腔，光波在其中發(fā)生雙折射效應(yīng)，并且伴隨有 由反射形成的多光干涉；光波經(jīng)法布里_珀羅腔后，穿過(guò)后反射膜8、后透射膜9再傳輸?shù)?后準(zhǔn)直器10上面，從而得到輸出光波。同時(shí)，利用P麗-PT光電透明陶瓷的光電效應(yīng)，在透 明電極上施加外電場(chǎng)，通過(guò)改變外加電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變光電透明陶瓷的折射率，可達(dá)到折射 率調(diào)諧的目的，從而產(chǎn)生濾波器可調(diào)諧濾波的作用。
權(quán)利要求
一種透明光電陶瓷基可調(diào)諧濾波器制備方法；其特征在于在準(zhǔn)直透鏡的一個(gè)端面鍍上增透膜，形成準(zhǔn)直器；準(zhǔn)直器分為前準(zhǔn)直器(1)和后準(zhǔn)直器(10)、在鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷(5)的兩端分別鍍上前透明電極(4)和后透明電極(7)；在前透明電極(4)和后透明電極(7)外表面再分別鍍上前高反膜(3)和后高反膜(8)，在前高反膜(3)和后高反膜(8)上再分別再鍍一層前增透膜(2)和后增透膜(9)；然后在圓柱狀殼體(6)中間線(xiàn)切割出一個(gè)貫通槽，其大小與光電透明陶瓷的尺寸相配合；將鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷(5)插在圓柱狀殼體(6)中間的槽中，用固化膠粘結(jié)；在圓柱狀殼體(6)兩端分別插入前準(zhǔn)直器(1)和后準(zhǔn)直器(10)，兩個(gè)準(zhǔn)直器通過(guò)圓柱狀殼體(6)內(nèi)腔自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直器后用固化膠將它粘接在殼體腔內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種透明光電陶瓷基可調(diào)諧濾波器其特征在于；準(zhǔn)直透鏡的一 個(gè)端面鍍上增透膜，增透膜的反射率在99. 0%以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種透明光電陶瓷基可調(diào)諧濾波器其特征在于；在前透明電極(4) 和后透明電極(7)外表面鍍上前高反膜(3)和后高反膜(8)，高反膜的反射率在99. 0% 以上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于透明光電陶瓷的可調(diào)諧法布里-珀羅腔濾波器的制備方法，可調(diào)諧法布里-珀羅腔濾波器由端面鍍有增透膜的準(zhǔn)直器(由自聚焦透鏡與尾纖組成)，鍍有增透膜、高反膜和透明電極的新型鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷，以及圓柱狀金屬腔體組成、兩端鍍有高反膜的新型鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)光電透明陶瓷塊體形成法布里-珀羅腔，利用光波于電壓變化時(shí)在腔內(nèi)發(fā)生的雙折射效應(yīng)，并伴隨反射形成的多光干涉效應(yīng)，進(jìn)行可調(diào)諧濾波。該濾波器對(duì)后端設(shè)備要求低、體積微小、且性能穩(wěn)定，適于批量化生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于光纖傳感系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02F1/01GK101726871SQ20091006319
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者呂大娟, 姜德生, 童杏林 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)