專利名稱：一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的光學(xué)法布里-珀羅標準具是一種利用多光束干涉原理制作的濾波器件，主要有兩種類型一種是空氣間隔的，一種是光學(xué)玻璃間隔的。通過兩個通光面上多層介質(zhì)膜的高反射率所形成法布里-珀羅腔的多光束干涉效應(yīng)，可以實現(xiàn)在寬頻譜范圍內(nèi)的多波長窄帶濾波輸出，而且具有性能穩(wěn)定、通光孔徑大、光功率破壞閾值高、結(jié)構(gòu)簡單和成本低等特性，因此，被廣泛應(yīng)用于各類激光器、光學(xué)測量儀器和光纖通訊器件中。
利用傳統(tǒng)的光學(xué)法布里-珀羅標準具可以實現(xiàn)透射光頻率的調(diào)諧功能。對于空氣間隔的法布里-珀羅標準具，可通過改變光的入射角度進行調(diào)諧，但是這種方法的調(diào)諧范圍很??；也可以采用用機械方法(如步進馬達)改變法布里-珀羅標準具的腔長進行調(diào)諧，這種方法可以實現(xiàn)大的調(diào)諧范圍，但調(diào)諧精度低，而且對機械部件的精度要求高，穩(wěn)定性不好。另外，采用PZT壓電陶瓷(鋯鈦酸鉛)技術(shù)通過改變法布里-珀羅標準具的腔長，可以提高調(diào)諧精度和速度，但是不易做到小型化，且驅(qū)動電路也較復(fù)雜；改變標準具的溫度也可以實現(xiàn)較大范圍的調(diào)諧，但是，該方法的缺點是速度慢。同時，單一法布里-珀羅標準具的濾波輸出特性是一個光頻率間隔為自由光譜范圍的多模輸出。。聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)是一種固態(tài)的、可電子調(diào)諧的帶通光譜濾波器，這類濾波器大多數(shù)使用各向異性的聲光互作用。晶體生長技術(shù)與高頻壓電式換能器技術(shù)的進步大大的改進了聲光原件，使得AOTF技術(shù)上已成熟，從實驗室走進了工業(yè)的應(yīng)用。AOTF的實施通常采用各向異性的雙折射聲光(AO)介質(zhì)，并有高速調(diào)諧能力、得到證明的長期穩(wěn)定性以及低成本等優(yōu)點。聲光濾波器的運行原理基于一種叫做布拉格衍射的現(xiàn)象，即衍射光的方向取決于聲波的波長。與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，AOTF提供了連續(xù)、快速的調(diào)節(jié)能力，但要實現(xiàn)窄的濾波光譜帶寬，一般要求聲光晶體的尺寸比較大。聲光濾波器有兩種類型共線型與非共線型，其中具有高射頻頻率的非共線型非近軸濾波器可以達到窄帶光頻率調(diào)諧，但幾乎不可能做到象法布里-珀羅標準具一樣的窄帶濾波功能。因此，僅僅采用聲光濾波器的可調(diào)諧激光器很難實現(xiàn)窄帶輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性強、調(diào)諧精度高、速度快、調(diào)諧范圍寬、窄帶且具有單模輸出的與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器。本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，包括一個可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、一個可調(diào)諧聲光濾波器、一個偏振光合成裝置以及系統(tǒng)控制電路；入射光首先通過可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器，其輸出光束通過可調(diào)諧聲光濾波器，其輸出的兩束偏振態(tài)相互垂直并具有一定分離夾角的線偏振光束，兩束線偏振光束由偏振光合成裝置合成為單一光束后輸出；所述的系統(tǒng)控制電路分別與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、可調(diào)諧聲光濾波器相連接實現(xiàn)對激光器的可調(diào)諧輸出控制功能。而且，所述的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括前后依次安裝起來的第一液晶盒、第二液晶盒和可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路，兩個液晶盒均包括依次安裝一起的第一片光學(xué)透明材料、液晶材料和第二片光學(xué)透明材料，第一液晶盒的第二片光學(xué)透明材料與第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料安裝在一起，在第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜構(gòu)成第一反射鏡，在第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜構(gòu)成第二反射鏡，兩個液晶盒內(nèi)的液晶材料的光軸相互垂直并設(shè)置在由第一反射鏡和第二反射鏡構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路與兩個液晶盒相連接并通過控制液晶材料的有效折射率實現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能，該可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路與系統(tǒng)控制電路相連接。而且，所述第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第 一片光學(xué)透明材料的外側(cè)，該第一光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜和透明電極；所述第一液晶盒的第二光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及ー個約I毫米寬連接到第二片光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供ー個出口，并與第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成ー個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。而且，所述第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)，在高反射率多層介質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)設(shè)置有透明電極，在第一光學(xué)透明材料的外側(cè)設(shè)置光學(xué)增透膜；所述第一液晶盒的第二光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及ー個約I毫米寬連接到第二片光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供ー個出口，并與第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。而且，所述第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第ニ片光學(xué)透明材料的外側(cè)，該第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜和透明電極，所述第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及ー個約I毫米寬連接到該光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供ー個出口，并與第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。而且，所述第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第ニ片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)，在高反射率多層介質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)設(shè)置有透明電極，在第二光學(xué)透明材料的外側(cè)設(shè)置光學(xué)增透膜，所述第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到該光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。而且，所述的第一液晶盒的第二片光學(xué)透明材料與第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的安裝方式為使用光學(xué)透明折射率匹配膠粘接在一起，并使得第一反射鏡和第二反射鏡保持平行以形成法布里-珀羅腔。而且，所述的液晶材料采用的是向列相型液晶，該液晶材料的厚度為幾微米至十幾微米。而且，所述的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率為從一千赫茲到幾千赫茲的方波脈沖電路，脈沖電壓幅度從0伏到5伏可調(diào)。
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而且，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍大于所述可調(diào)諧聲光濾波器的濾波帶寬的半寬度。而且，所述可調(diào)諧聲光濾波器是一種窄帶、非同軸雙折射型聲光濾波器，其一級衍射將入射光分為兩個偏振態(tài)相互垂直并形成一定的夾角的線偏振光。而且，所述可調(diào)諧聲光濾波器由可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路驅(qū)動，該可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路與系統(tǒng)控制電路相連接；所述可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率從幾兆赫茲到幾百兆赫茲的頻率和功率可調(diào)射頻信號發(fā)生器。而且,所述偏振光合成裝置包括一個全反鏡和一個偏振光合成器,所述全反鏡將可調(diào)諧聲光濾波器輸出的兩束偏振態(tài)相互垂直的線偏振光的其中一個線偏振光反射并以等于或接近45度進入所述偏振光合成器；所述可調(diào)諧聲光濾波器輸出的另一個線偏振光以零度或接近零度的入射角直接進入所述偏振光合成器。 發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是I、本發(fā)明將兩個光軸相互垂直的向列相型液晶材料放置在法布里-珀羅標準具的腔內(nèi)并利用液晶的電控雙折射效應(yīng)和對入射光產(chǎn)生的光學(xué)相位調(diào)制，實現(xiàn)在寬頻譜范圍內(nèi)對透過法布里-珀羅濾波器的光的頻率進行連續(xù)、快速和精密調(diào)諧且與入射光的偏振態(tài)無關(guān)。由于液晶材料的厚度非常薄，因此可以制作尺寸小、自由光譜范圍大的寬帶可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器。由可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器輸出的多模光波再通過可調(diào)諧聲光濾波器的濾波和偏振合成器實現(xiàn)可調(diào)諧的單模和窄帶輸出，且調(diào)諧精度高、速度快和調(diào)諧范圍寬等特點。2、本發(fā)明設(shè)計合理，具有無機械移動部件、性能穩(wěn)定可靠、尺寸小、易于安裝及生產(chǎn)等特點，可滿足對于要求尺寸小和極端工作環(huán)境下的可靠運行，可廣泛用在激光器、光學(xué)測試、光纖通訊、生物、醫(yī)療器械和光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中。


圖I是一個普通法布里-珀羅標準具的示意圖；圖2是第一液晶盒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是第二液晶盒的結(jié)構(gòu)示意圖4是ー種可調(diào)諧布里-珀羅濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是光透過液晶材料的相位隨外加電場的變化曲線；圖6是普通法布里-珀羅標準具的透射光譜示意圖；圖7是可調(diào)諧布里-珀羅濾波器的透射光譜示意圖；圖8是ー種可調(diào)諧聲光濾波器的示意圖；圖9是偏振光合成器的示意圖；圖10是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是可調(diào)諧聲光濾波器的輸出光譜示意圖； 圖12是可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器和可調(diào)諧聲光濾波器的合成輸出光譜示意圖；圖13是本發(fā)明的輸出光譜示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進ー步詳述。圖I給出了ー種普通的法布里-拍羅(Fabry-Perot)光標準具100的示意圖。該法布里-珀羅光標準具100的材料一般在近紅外和可見光波段采用象融石英或BK7這樣的光學(xué)玻璃，假設(shè)材料的折射率為n，兩個通光面2和4都鍍高反射膜，其反射率為R，厚度為h，光以接近零度的入射角入射，則只有滿足2nh=na，才能透過標準具，其中m是透射光的級次。光標準具100的自由光譜范圍FSR1可以表示為A A = A2/ (2nh),或用頻率表示A V =c/ (2nh),其中c是光速。透射光的峰值頻率可以表示為v =mc/ (2nh)，其中m是干涉級次，透射光的頻率寬帶可以表示為A V (FWHM) =c (I-R)/(2nhR1/2)，其中c是光速。從上述兩個公式可以看出，光標準具100的自由光譜范圍FSR1與厚度為h成反比。假設(shè)材料的折射率為n=l. 5，要實現(xiàn)FSR1=IOOGHz,厚度hたI毫米。自由光譜范圍FSR1越大，其厚度就越小。在標準具的材料和厚度確定后，透射光的頻帶寬度主要和反射率R有關(guān)，反射率越高，頻帶寬度或銳度(finesse)越小。法布里-拍羅(Fabry-Perot)光標準具的透射光譜的特點是每個透射譜的帶寬可以做到非常窄，透射光譜的頻率間隔相等并且光頻率響應(yīng)帶寬非常寬，一般可覆蓋大于100納米的光頻譜帶，光標準具100的輸出光頻譜如圖6所示。由于一般用作光電器件的液晶材料具有高的電阻率，因此，可以被認為是理想的電介質(zhì)材料。由于構(gòu)成分子的有序取向和拉伸延長的形態(tài)，液晶具有各向異性的電介質(zhì)特性和單軸對稱性，就象ー個單軸晶體一祥，其光軸的方向與分子的排列取向一致。當液晶分子在外界電場的作用下，會形成電偶極子。在電偶極子所形成的カ矩作用下，使得液晶分子的取向轉(zhuǎn)向電場的方向，可以通過改變電場的強弱，改變液晶的光軸的方向。因此，可以利用液晶的這ー特性制作光相位調(diào)制器，可調(diào)諧濾波器或其他光電器件，如光開關(guān)和光強調(diào)制器等。一般用作光電器件的液晶膜層的厚度為幾微米到十幾微米。本發(fā)明正是利用液晶在電場作用下對線偏振光的折射率產(chǎn)生改變這ー特性設(shè)計而成。本發(fā)明中所涉及的與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器包括兩個光軸方向相互垂直的液晶盒。如圖2所示，第一個液晶盒200包括兩種結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)包括第一片光學(xué)透明材料8、液晶材料14和第二片光學(xué)透明材料22，第一片光學(xué)透明材料8外側(cè)表面上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜6，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置光學(xué)增透膜10和透明電極膜層12，第二片光學(xué)透明材料22外側(cè)表面24是光學(xué)拋光面，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置光學(xué)增透膜20，透明電極膜層18和非導(dǎo)電材料薄膜16，非導(dǎo)電材料薄膜16的厚度為幾微米到十幾微米，覆蓋除通光孔徑外的其他部分和一個寬度約為I毫米的通到光學(xué)透明材料22邊緣的通道，用于排除多余的液晶材料，該非導(dǎo)電材料薄膜16與第一片光學(xué)透明材料8構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料14，液晶材料14采用的是向列相型液晶，該液晶材料的厚度約為幾微米道十幾微米。液晶盒200的第二種結(jié)構(gòu)與第一種結(jié)構(gòu)的不同之處在于所述第一片光學(xué)透明材料8外側(cè)表面上設(shè)置光學(xué)增透膜6，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜10和透明電極膜層12，其他設(shè)置與液晶盒200的第一種結(jié)構(gòu)相同，其目的是改變法布里-珀羅腔的厚度。如圖3所示，第二個液晶盒300包括兩種結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)包括第一片光學(xué)透明材料28、液晶材料36、第二片光學(xué)透明材料42，第二片光學(xué)透明材料42外側(cè)表面26設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜44，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置光學(xué)增透膜40，透明電極膜層32，第一片光學(xué)透明材料28外側(cè)表面26是光學(xué)拋光面，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置光學(xué)增透膜30，透明電極 膜層32和非導(dǎo)電材料薄膜34，非導(dǎo)電材料薄膜34的厚度為幾微米到十幾微米，覆蓋除通光孔徑外的其他部分和一個寬度約為I毫米的通到光學(xué)透明材料28邊緣的通道，用于排除多余的液晶材料，非導(dǎo)電材料薄膜34與第二片光學(xué)透明材料42構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料36。一般可用環(huán)氧樹脂或紫外光膠等把上述構(gòu)成液晶腔的兩片材料的液晶腔以外的部分粘接起來，液晶材料36采用的是向列相型液晶，該液晶材料的厚度約為幾微米道十幾微米。液晶盒300的第二種結(jié)構(gòu)與第一種結(jié)構(gòu)的不同之處在于第二片光學(xué)透明材料42外側(cè)表面上設(shè)置光學(xué)增透膜44，內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外分別設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜40和透明電極膜層38，其他設(shè)置與液晶盒300的第一種結(jié)構(gòu)相同，其目的是改變法布里-珀羅腔的厚度。圖4給出了一種與偏振無關(guān)的可調(diào)諧布里-珀羅濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。該可調(diào)諧法布里-珀羅濾波400，包括第一個液晶盒200、第二個液晶盒300和可調(diào)諧法布里-珀羅濾波的驅(qū)動電路52。液晶盒200的第二片光學(xué)透明材料的外側(cè)和液晶盒300的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)用光學(xué)透明折射率匹配膠50粘合在一起并使得液晶盒200的第一光學(xué)透明材料和液晶盒300的第二光學(xué)透明材料上設(shè)有高反射率介質(zhì)膜的面保持并行而形成諧法布里-珀羅腔。驅(qū)動電路52與液晶盒200和液晶盒300的透明電極連接，由驅(qū)動電路52產(chǎn)生的驅(qū)動信號在兩透明電極膜層之間形成驅(qū)動電場；利用電場改變法布里-珀羅(Fabry-Perot)腔內(nèi)液晶的有效折射率n，來調(diào)節(jié)法布里-珀羅濾波器的透射光的光頻率v和自由光譜范圍(FSR)。通常的驅(qū)動電場是電壓為幾伏，頻率為I千赫茲到幾千赫茲的方波信號。由于液晶的厚度很小(幾微米到十幾微米)，因此，可以制作本征自由光譜范圍(即在無外加電場時的可調(diào)諧濾波器的自由光譜范圍)的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器。由于第一液晶盒200和第二液晶盒300中液晶的光軸相互垂直，因此，濾波器400與入射光的偏振態(tài)無關(guān)。在圖4中，入射到濾波器400的光束48是一束準直光束，假設(shè)光透明材料的折射率為n，第一液晶盒200的第一片光學(xué)透明材料上和第二液晶盒300的第二片光學(xué)透明材料上鍍高反射介質(zhì)膜的反射率為R，法布里-珀羅腔的長度為D，則只有滿足2nD+r =m入的光才能透過標準具，其中m是透射光的級次。濾波器400的自由光譜范圍FSR2和透射光頻率分別為A A = A2/(2nD+r),或用頻率表示A v=c/(2nD+r),其中c是光速，r代表由液晶在外加電場作用下由折射改變對入射光所產(chǎn)生的光程。透射光的峰值頻率可以表示為v=mc/(2nD+r)，其中m是干涉級次，透射光的頻率寬帶可以表示為A v (FffHM)=c (I-R)/ ((2nD+ r )R172)，其中c是光速。利用第一個液晶盒200和第二個液晶盒300的兩種不同的結(jié)構(gòu)的組合可以增大或減少法布里-珀羅腔的長度D，從而調(diào)節(jié)濾波器400的自由光譜范圍FSR2。圖5給出了ー個厚度約為10微米的向列相型液晶在2KHz方波電壓的驅(qū)動下，對光波長為1550納米光波相位變化的關(guān)系示意圖。最大可實現(xiàn)約2 的光相位延遲。通過實驗和分析，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400對于接近零度入射的準直光可以得到約I. 5倍的FSR2的透射光頻率的調(diào)諧范圍，而對自由光譜范圍△ V和透射光的頻帶寬帶的改變要小的多?？烧{(diào)諧法布里-珀羅濾波器的透射光54的光譜示意圖如圖7所示。
由此可見，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400在外加電場的作用下，可以實現(xiàn)較大范圍的透射光峰值頻率的調(diào)諧而基本不改變透射光的頻帶寬度和自由光譜范圍。這個特性對于將可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400許多應(yīng)用中，如激光器和頻譜儀器等具有重要意義。圖8給出了一種可調(diào)諧聲光濾波器的示意圖。該聲光濾波器500 —般采用的介質(zhì)是各向異性并有雙折射特性。其中一種物質(zhì)ニ氧化碲(Te02)，由于其運行在剪切模式時具有高光學(xué)均勻性、低光吸收度和耐高光功率能力等特點，廣泛使用于這類應(yīng)用中。其他物質(zhì)例如鈮酸鋰(LiNb03)、磷化鎵(GaP)和鑰酸鉛(PbMo04)也經(jīng)常用于各種聲光器件中。影響選擇特定物質(zhì)的因素有很多，下面僅列出幾種，如聲光器件的類型、高質(zhì)量晶體是否容易獲得以及應(yīng)用的類型和需求，例如衍射效率功率損耗、入射光與衍射光的分散度和整體器件的大小等?？烧{(diào)諧聲光濾波器500是ー種具有雙折射特性，非共線和非近軸型聲光濾波器。包括采用ニ氧化碲的聲光晶體57和換能器58，由可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路60直接驅(qū)動換能器58在晶體57中產(chǎn)生聲波場59而形成衍射光柵。一束準直光束56進入晶體57并與聲波場59成布拉格角0 B,被衍射可調(diào)諧聲光濾波器后，一級衍射光分成兩束線偏振光，S光62和P光64，和零級衍射光束66.兩束線偏振光62和64與零級衍射光束形成的夾角等于布拉格角0B。聲光晶體57的切割使得入射面55和出射面61與入射光成垂直或接近垂直的角度。為了減少光的損耗，入射面55和出射面61都鍍光學(xué)增透膜。可調(diào)諧聲光濾波器500的濾波光譜的特點是可在一個寬頻帶的范圍內(nèi)實現(xiàn)光頻率的連續(xù)可調(diào)諧，如圖10所示。濾波光譜的帶寬A V、半寬度(FWHM) A V 1/2、分辨率和衍射效率等頻譜取決于聲光晶體的尺寸、換能器的結(jié)構(gòu)和射頻驅(qū)動功率等因素的影響。如要實現(xiàn)窄帶濾波光譜和高的衍射濾波效率，需要加大換能器和聲光晶體的尺寸。圖9給出了一種偏振光合成器的不意圖。該偏振合成器70由兩個光軸成一定角度的雙折射晶體棱鏡組成。線偏振光P光68以零度進入并直接透過偏振合成器70，線偏振光S光72垂直于P光68進入偏振合成器70并被偏振合成器70以直角反射后與透過偏振合成器70的P光合并成一束光74。圖10給出了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖10對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。ー種與入射光的偏振無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器包括一個可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400、一個可調(diào)諧聲光濾波器500、一個偏振光合成裝置70、一個全反鏡84以及一個驅(qū)動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的驅(qū)動電路52、可調(diào)諧聲光濾波器500的驅(qū)動電路60和系統(tǒng)控制電路94。一束準直光束76入射進入可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400，透射光78的光譜如圖7所示，透射光的峰值頻率的可調(diào)諧范圍約為I. 5倍的FSR2,在可調(diào)諧的范圍內(nèi)和約100納米的光譜范圍內(nèi)，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的自由光譜范圍基本保持不變。透射光78透過可調(diào)諧聲光濾波器500后，分離兩束偏振態(tài)相互垂直的光束80和82，當可調(diào)諧聲光濾波器500的透射帶寬A V小于2倍的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的本征自由光譜范圍FSR2,透射光80和82均是一束單模光束。如果考慮可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的透射光的頻譜度A V的時(參考圖12)，要實現(xiàn)單模輸出或高的透射光邊摸抑制比，調(diào)諧聲光濾波器500的透射帶寬A V還需要更窄。假設(shè)透射光80和82與入射光光軸分別成角a，偏振合成器70的設(shè)置正好使得P光束82能直接透過，而S光80需經(jīng)反射鏡84反射,并以垂直于光束82的角度進入偏振合成器70,被反射后與光束82合并成一束光88.為了實現(xiàn)這樣的光束合成，反射鏡84的設(shè)置應(yīng)使得入射光80的入射角￠=45° -a。
通過以上說明可以看出，本發(fā)明可以實現(xiàn)在寬光譜范圍內(nèi)的單模、連續(xù)、窄帶和快速調(diào)諧輸出，其光譜特性與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400的一個透射模的光譜特性相同，如圖13所示。需要提出的是，可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器400和可調(diào)諧聲光濾波器500的透射光的頻譜寬度△ V的定義是根據(jù)實際應(yīng)用中對光譜的噪聲或邊摸抑制比的需要確定的。需要強調(diào)的是，上述說明僅起演示和描述的作用，并不是一個詳細無遺漏的說明，也沒有意圖將本發(fā)明限制在所描述的具體形式上。經(jīng)過上面的描述，對本發(fā)明的許多改動和變化都可能出現(xiàn)。所選擇的具體實施僅僅是為了更好的解釋本發(fā)明的原理和實際中的應(yīng)用。這個說明能夠使熟悉此領(lǐng)域的人可以更好的利用本發(fā)明，根據(jù)實際需要設(shè)計不同的具體實施和進行相應(yīng)的改動。
權(quán)利要求
1.一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于包括一個可調(diào)諧法布里-拍羅濾波器、一個可調(diào)諧聲光濾波器、一個偏振光合成裝置以及系統(tǒng)控制電路；入射光首先通過可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器，其輸出光束通過可調(diào)諧聲光濾波器，其輸出的兩束偏振態(tài)相互垂直并具有一定分離夾角的線偏振光束，兩束線偏振光束由偏振光合成裝置合成為單一光束后輸出；所述的系統(tǒng)控制電路分別與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、可調(diào)諧聲光濾波器相連接實現(xiàn)對激光器的可調(diào)諧輸出控制功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器包括前后依次安裝起來的第一液晶盒、第二液晶盒和可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路，兩個液晶盒均包括依次安裝一起的第一片光學(xué)透明材料、液晶材料和第二片光學(xué)透明材料，第一液晶盒的第二片光學(xué)透明材料與第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料安裝在一起，在第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜構(gòu)成第一反射鏡，在第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上設(shè)置高反射率多層介質(zhì)膜構(gòu)成第二反射鏡，兩個液晶盒內(nèi)的液晶材料的光軸相互垂直并設(shè)置在由第一反射鏡和第二反射鏡構(gòu)成的法布里-珀羅腔內(nèi)，所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路與兩個液晶盒相連接并通過控制液晶材料的有效折射率實現(xiàn)濾波器的調(diào)諧功能，該可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路與系統(tǒng)控制電路相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)，該第一光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜和透明電極；所述第一液晶盒的第二光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到第二片光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述第一液晶盒的第一片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)，在高反射率多層介質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)設(shè)置有透明電極，在第一光學(xué)透明材料的外側(cè)設(shè)置光學(xué)增透膜；所述第一液晶盒的第二光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到第二片光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第二片光學(xué)透明材料的外側(cè)，該第二光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜和透明電極，所述第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到該光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料上的高反射率多層介質(zhì)膜設(shè)置在第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)，在高反射率多層介質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)設(shè)置有透明電極，在第二光學(xué)透明材料的外側(cè)設(shè)置光學(xué)增透膜，所述第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的外側(cè)為光學(xué)拋光面，第一片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)從內(nèi)到外依次設(shè)有光學(xué)增透膜、透明電極和非導(dǎo)電材料薄膜，該非導(dǎo)電材料薄膜覆蓋除通光孔徑以外的部分以及一個約I毫米寬連接到該光學(xué)透明材料薄片邊緣的通道，用于為多余的液晶材料提供一個出口，并與第二液晶盒的第二片光學(xué)透明材料的內(nèi)側(cè)構(gòu)成一個空腔用于設(shè)置液晶材料，該透明電極與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述的第一液晶盒的第二片光學(xué)透明材料與第二液晶盒的第一片光學(xué)透明材料的安裝方式為使用光學(xué)透明折射率匹配膠粘接在一起，并使得第一反射鏡和第二反射鏡保持平行以形成法布里-珀羅腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述的液晶材料采用的是向列相型液晶，該液晶材料的厚度為幾微米至十幾微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率為從一千赫茲到幾千赫茲的方波脈沖電路，脈沖電壓幅度從O伏到5伏可調(diào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的自由光譜范圍大于所述可調(diào)諧聲光濾波器的濾波帶寬的半寬度。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述可調(diào)諧聲光濾波器是一種窄帶、非同軸雙折射型聲光濾波器，其一級衍射將入射光分為兩個偏振態(tài)相互垂直并形成一定的夾角的線偏振光。
12.根據(jù)權(quán)利要求I或11所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述可調(diào)諧聲光濾波器由可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路驅(qū)動，該可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路與系統(tǒng)控制電路相連接；所述可調(diào)諧聲光濾波器的驅(qū)動電路是一種頻率從幾兆赫茲到幾百兆赫茲的頻率和功率可調(diào)射頻信號發(fā)生器。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其特征在于所述偏振光合成裝置包括一個全反鏡和一個偏振光合成器，所述全反鏡將可調(diào)諧聲光濾波器輸出的兩束偏振態(tài)相互垂直的線偏振光的其中一個線偏振光反射并以等于或接近45度進入所述偏振光合成器；所述可調(diào)諧聲光濾波器輸出的另一個線偏振光以零度或接近零度的入射角直接進入所述偏振光合成器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的可調(diào)諧光濾波器，其技術(shù)特點是包括一個可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、一個可調(diào)諧聲光濾波器、一個偏振光合成裝置以及系統(tǒng)控制電路；入射光首先通過可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器，其輸出光束通過可調(diào)諧聲光濾波器，其輸出的兩束偏振態(tài)相互垂直并具有一定分離夾角的線偏振光束，兩束線偏振光束由偏振光合成裝置合成為單一光束后輸出；所述的系統(tǒng)控制電路分別與可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器、可調(diào)諧聲光濾波器相連接實現(xiàn)對激光器的可調(diào)諧輸出控制功能。本發(fā)明設(shè)計合理，具有性能穩(wěn)定可靠、尺寸小、易于安裝及生產(chǎn)等特點，可廣泛用在激光器、光學(xué)測試、光纖通訊、生物、醫(yī)療器械和光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中。
文檔編號G02F1/1333GK102798991SQ201210325300
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者高培良 申請人:天津奇譜光電技術(shù)有限公司