專利名稱：光學(xué)網(wǎng)絡(luò)上的可調(diào)式濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與一種光學(xué)濾波器有關(guān)，特別是與一種可調(diào)式光學(xué)濾波器裝置有關(guān)。
光濾波器有多種形式，如

圖1所示為一薄膜濾波器100(thin-filmfilter)的示意圖，是使用多層介電材料層，且每一層具有相對高或低的折射系數(shù)，共同組合而成此薄膜濾波器100所需波長的反射和傳遞特性。一典型的薄膜濾波器100是由一個表面具多層薄膜的玻璃所構(gòu)成，當(dāng)光入射時，讓具有特定波長的光穿透出去，而將其余波長的光反射。如圖1所示，一具λ1至λn的光線照射此薄膜濾波器100，假設(shè)此薄膜濾波器100可過濾λ2的波長，此時λ1與λ3至λn的光線會被反射。
另一種光濾波器如圖2所示，為一種光纖布雷格光柵(Fiber Bragggratings)，此光纖具有一從高折射率至至低折射率周期性變化的區(qū)域，對具有一特定波長的光波而言，其同相的反射波會被相加，亦即利用共振的特性反射出特定波長，而對于不符合此特定波長的光會被傳送出光纖外。
還有一種光濾波器如圖3所示，數(shù)組型波導(dǎo)光柵(Array waveguidesgratings)，其使用數(shù)組型的光導(dǎo)管，且此光導(dǎo)管的長度彼此間具有固定量的差值(光程差)，當(dāng)輸入的光線從單一光纖照射入此數(shù)組型的光導(dǎo)管后，因?yàn)檫@些光導(dǎo)管間彼此具有不同的長度，造成于數(shù)組型光導(dǎo)管的不同光導(dǎo)管輸出端處，其光線相位角會以一固定量值產(chǎn)生變化。這種反射而出的光線圖案會于部分空間中產(chǎn)生相加或相減的結(jié)果，最后，這光線圖案會被導(dǎo)入其它光纖中，以造成具不同波長的光會照射入不同的光纖中，如圖3所示，具波長λ1至λN的光線經(jīng)過數(shù)組型波導(dǎo)光柵后，會將波長為λ1至λN分別濾出。
然而上述的各種光濾波器中，其中薄膜濾波器其表面所使用的多層介電材料層可利用鍍膜技術(shù)加以完成，但是其卻會占用過大的體積。而另一方面，光纖布雷格光柵，可借由溫度控制來改變光柵折射率的周期性變化，進(jìn)而可濾出具不同波長的光訊號而成為一個可調(diào)的濾波器。而對于數(shù)組型波導(dǎo)光柵亦可利用溫度控制來改變光程差，達(dá)到調(diào)變波長的目的，形成一個可調(diào)的濾波器。然而就目前技術(shù)而言，溫度控制不易是一最大的問題。因此，對于設(shè)計(jì)出一種不易受溫度影響的可調(diào)濾波器為目前業(yè)界所要追求的目標(biāo)。
本發(fā)明的一目的在提供一種可調(diào)式濾波器，其具體積小與對溫度低敏感的特性，且可精準(zhǔn)過濾出所要的波長訊號。
借由本發(fā)明的裝置，利用法布里-伯羅共振腔與反射式光學(xué)組件，組合而成一可調(diào)的濾波器。此可調(diào)式濾波器可使所接收的光訊號通過同一個法布里-伯羅共振腔兩次，以達(dá)到低串音與高導(dǎo)通頻寬的光學(xué)特性，并借由調(diào)變法布里-伯羅共振腔兩反射面的間距，以得到欲濾出的特定波長。且此法布里-伯羅共振腔可與所接收的光訊號間夾角在三度空間中偏轉(zhuǎn)一預(yù)定角度，將所不需要的波長反射，并使反射光更偏離輸入及輸出光軸，以得到較高的隔離度。
圖號說明100薄膜濾波器 410與420反射面610法布里-伯羅共振腔620反射式光學(xué)組件630、720與830入射光束 710三光纖平行管810三棱鏡本發(fā)明的可調(diào)式濾波器具體積小與對溫度低敏感的特性，且可精準(zhǔn)過濾出所要的波長訊號。本發(fā)明的應(yīng)用當(dāng)不僅限于以下所述的最佳實(shí)施例。
請參照圖4A，為一法布里-伯羅共振腔(Fabry-Perot Cavity)示意圖，此共振腔是由兩個部分反射率且彼此僅分離一小距離d的反射面410與420所組成，此分離距離約在數(shù)微米間。當(dāng)一包含有復(fù)數(shù)波長的光線入射時，大部分的入射光被前反射面410反射，但小部分的入射光會穿過前反射面410，并通過共振腔，即位于兩反射面410與420的空間，打到后反射面420。此時，借由選擇反射面410及420間的一特定距離d，則會使入射光中某一特定波長的光波于共振腔中形成建設(shè)性干涉，而其余波長的入射光則不會形成建設(shè)性干涉。也就是說，選定特定的距離d后，大部分的入射光會被反射，入射光中僅有該特定波長部分會穿透此法布里-伯羅共振腔。
根據(jù)此兩反射面410與420間的間距大小與此共振腔的折射系數(shù)(refraction index)，大部分于此共振腔中來回反射未形成建設(shè)性干涉的入射光會被反射掉，而入射光中未被反射掉形成建設(shè)性干涉的入射光的波長強(qiáng)度會被增大，此種現(xiàn)象稱為共振(resonates)，可發(fā)生共振的波長是由共振腔的寬度，亦即如圖4A所示兩前后反射面410與420的距離d，所決定。一般而言，要發(fā)生共振，此共振腔的寬度需為半波長的整數(shù)倍，以本圖為例此共振腔的寬度為d，因此對于一特定波長其波長mλ＝2nd*cosθ(其中n為共振腔的折射系數(shù)，θ為入射光與共振腔的法線間的夾角，m為任意正整數(shù))，即會于此共振腔發(fā)生共振。
參閱圖4B，當(dāng)光線經(jīng)由此法布里-伯羅共振腔(Fabry-Perot Cavity)，其會形成如圖所示的高斯圖形，于某一特定波長下，假設(shè)為λ1，具有最高的光功率，而與兩側(cè)的波長，λ2至λ7組成總光譜寬度，其中形成共振的共振波波長與兩反射面的距離d有關(guān)。因此可借由調(diào)整法布里-伯羅共振腔兩反射面的距離d，來決定所要求的波長。當(dāng)欲降低此光譜寬度，亦即讓此高斯分布更集中于特定波長λ1，可讓此光線通過兩法布里-伯羅共振腔，如圖5A所示，一光線通過兩玻璃相距離等寬，均為d的法布里-伯羅共振腔，其會濾出一個如圖5B所示，更加集中于特定波長λ1的高斯圖形。
然而，對一個法布里-伯羅共振腔而言，其兩反射面的距離d約在數(shù)微米間，因此要將兩個法布里-伯羅共振腔兩反射面間的距離調(diào)整一致，亦即均為d距離，往往會遭遇很大的困難，因?yàn)橹灰幸稽c(diǎn)差異存在，會造成中心波長的偏移及輸出功率減少。因此本發(fā)明利用法布里-伯羅共振腔與反射式光學(xué)組件，組合而成一可調(diào)式的濾波器。此可調(diào)式濾波器可使光訊號先通過此法布里-伯羅共振腔，接著此光訊號借由反射式光學(xué)組件反射后，再次通過同一個法布里-伯羅共振腔，因此其并不需要利用到兩個法布里-伯羅共振腔，且不會有調(diào)整兩反射面距離一致的困擾存在。
參閱圖6為本發(fā)明的可調(diào)濾波器的第一實(shí)施例，是由一法布里-伯羅共振腔610與一反射式光學(xué)組件620所組成，其中此反射式光學(xué)組件可為一反射鏡，而法布里-伯羅共振腔610可以于空間中做3D平面任何方向的調(diào)整，另一方面此法布里-伯羅共振腔610兩反射面間的距離亦為可調(diào)整(如圖中所示，左側(cè)的反射面不動，而右側(cè)的反射面可調(diào)整至虛線處)。
當(dāng)一具有波長λ1至λn的光束630通過此可調(diào)法布里-伯羅共振腔，假設(shè)此時法布里-伯羅共振腔610兩反射面的距離d會使得具λ1波長的光訊號產(chǎn)生共振λ1波長的光訊號則會通過法布里-伯羅共振腔610，而波長λ2至λn的光訊號則會被法布里-伯羅共振腔610反射。當(dāng)此具λ1波長的光訊號打到反射式光學(xué)組件620時，會被反射而再次進(jìn)入法布里-伯羅共振腔610，讓光功率更集中于波長λ1處。借由本發(fā)明的裝置，利用一個法布里-伯羅共振腔與一反射式光學(xué)組件，所組合而成的可調(diào)濾波器，可使光訊號通過同一個法布里-伯羅共振腔兩次，讓光功率更行集中于特定波長處，且并不需使用兩個法布里-伯羅共振腔，因此降低了調(diào)整彼此反射面距離可能造成不一樣大小所產(chǎn)生的困擾。
另一方面，法布里-伯羅共振腔610與入射光630間的偏轉(zhuǎn)角度θ，可將波長λ1與波長λ2至λn的光訊號彼此分開，而得到較高的隔離度。且由于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的法布里-伯羅共振腔610，可以于3D空間中做任何方向的調(diào)整，因此可以很輕易的借由調(diào)整與入射光630間的偏轉(zhuǎn)角度θ而得到更佳的隔離度。當(dāng)于本實(shí)施例中欲濾出不同的波長的光訊號，可借由調(diào)整法布里-伯羅共振腔610的兩反射面距離d而達(dá)到濾出特定波長的目的。因此，總括而言，本實(shí)施例中，法布里-伯羅共振腔610與入射光630間的偏轉(zhuǎn)角度θ，與法布里-伯羅共振腔610的兩反射面距離均是可調(diào)整的，因此可得到一欲濾出的波長訊號。
請參閱圖7為本發(fā)明的可調(diào)濾波器的第二實(shí)施例，此實(shí)施例與第一實(shí)施例最大不同在于將反射出的不同波長由一三光纖平行管710(Three FiberCollimator)導(dǎo)出。如同第一實(shí)施例，法布里-伯羅共振腔610兩反射面間的距離為d，其亦為可調(diào)整。
當(dāng)一具有波長λ1至λn的光束720經(jīng)由此三光纖平行管710中的第一光纖導(dǎo)出，并送入此可調(diào)法布里-伯羅共振腔610，假設(shè)此時法布里-伯羅共振腔610兩反射面間的距離會使得具λ1波長的光訊號產(chǎn)生共振，而具其它光波長λ2至λn的光訊號會被反射，而由此三光纖平行管710中的第二光纖導(dǎo)出。具λ1波長的光訊號通過法布里-伯羅共振腔610，并進(jìn)而打到反射式光學(xué)組件620時，會被反射而再次進(jìn)入法布里-伯羅共振腔610，讓光功率更集中于波長λ1處。且此具光波長λ1的光訊號會由此三光纖平行管710中的第三光纖導(dǎo)出。
因此本發(fā)明的第二實(shí)施例，亦可使光訊號通過同一個法布里-伯羅共振腔兩次，讓光功率更行集中于特定波長處，且利用一三光纖平行管710導(dǎo)出濾波后各波長光訊號。
特別說明的是，本實(shí)施例中法布里-伯羅共振腔610與入射光630間的偏轉(zhuǎn)角度θ亦會使波長λ1與λ2至λn的光訊號彼此分開而被其相對應(yīng)的光纖導(dǎo)出。
圖8所示為本發(fā)明可調(diào)濾波器的第三實(shí)施例圖，是由一法布里-伯羅共振腔610與一反射式光學(xué)組件810所組成，此實(shí)施例與第一實(shí)施例最大不同在于將此反射式光學(xué)組件810改為一三棱鏡。而此法布里-伯羅共振腔610兩反射面間的距離為d，其亦為可調(diào)整。
當(dāng)一具有波長λ1至λn的光束830通過此可調(diào)法布里-伯羅共振腔，假設(shè)此時法布里-伯羅共振腔610兩反射面的距離會使得具λ1波長的光訊號穿過法布里-伯羅共振腔610，而具其它光波長λ2至λn的光訊號會被法布里-伯羅共振腔610反射。當(dāng)此具λ1波長的光訊號打到三棱鏡810時，經(jīng)由此三棱鏡810反射而再次進(jìn)入法布里-伯羅共振腔610，而可讓光功率更集中于波長λ1處。
于此第三實(shí)施例中，法布里-伯羅共振腔610與入射光830間具一偏轉(zhuǎn)角度θ，根據(jù)此偏轉(zhuǎn)角度，可將不需要的波長反射，讓波長λ1與波長λ2至λn的光訊號彼此分開，而得到較高的隔離度。且由于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的法布里-伯羅共振腔610，可以于3D空間中做任何方向的調(diào)整，因此可以很輕易的借由調(diào)整與入射光630間的偏轉(zhuǎn)角度θ而得到更佳的隔離度。當(dāng)欲濾出不同波長的光訊號時，亦可借由調(diào)整法布里-伯羅共振腔610的兩反射面距離而達(dá)到濾出特定波長的目的。
本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)首先，利用一法布里-伯羅共振腔與反射式光學(xué)組件所組合而成的可調(diào)光學(xué)濾波器，可使光訊號通過同一個法布里-伯羅共振腔兩次，而將光功率更行集中于特定光波長處，以達(dá)到低串音與高導(dǎo)通頻寬的光學(xué)特性，因其并不需要利用到兩個法布里-伯羅共振腔，所以不會有調(diào)整兩反射面距離一致的困擾存在，可有效的降低濾波的復(fù)雜性。且另一方面，本發(fā)明的裝置具體積小與對溫度低敏感的特性，且可精準(zhǔn)過濾出所要的波長訊號，其與傳統(tǒng)的裝置，如平面濾波器、光纖布雷格光柵和數(shù)組型波導(dǎo)光柵相比較，改進(jìn)平面濾波器占用過大的體積，而光纖布雷格光柵和數(shù)組型波導(dǎo)光柵具溫度控制不易的缺點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種使用于光學(xué)網(wǎng)絡(luò)上的可調(diào)式濾波器，至少包含一共振腔，是用以接收一包含有復(fù)數(shù)波長的入射光訊號，其中具一特定波長的入射光訊號會于該共振腔中形成共振，并由該共振腔輸出一第一共振訊號，而非特定波長的入射光訊號則會被該共振腔反射；以及一反射組件，將該第一共振訊號反射回該共振腔中，其中當(dāng)該共振腔接收該第一共振訊號后會于該共振腔中再次形成共振，并由該共振腔輸出一第二共振訊號；其中當(dāng)該包含有復(fù)數(shù)波長的入射光訊號射入該共振腔時，該共振腔的間距是可調(diào)變的，以輸出其所相對應(yīng)的第一共振訊號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式濾波器，其特征在于更包括一接收裝置用以接收該第二共振訊號及被該共振腔反射的該非特定波長的入射光訊號。
3.一種使用于光學(xué)網(wǎng)絡(luò)上的可調(diào)式濾波器，至少包含一共振腔，是用以接收一包含有復(fù)數(shù)波長的入射光訊號，其中一具特定波長的入射光訊號會于該共振腔中形成共振，并由該共振腔輸出一第一共振訊號，而非特定波長的入射光訊號則會被該共振腔反射；一反射組件，將該第一共振訊號反射回該共振腔中；以及一接收裝置，用以接收第二共振訊號及被該共振腔反射的非特定波長的入射光訊號，其中該第二共振訊號是當(dāng)該共振腔接收該第一共振訊號后于該共振腔中再次形成共振所輸出的光訊號；其中當(dāng)該包含有復(fù)數(shù)波長的入射光訊號射入該共振腔時，該共振腔的間距是可調(diào)變的，以輸出其所相對應(yīng)的第一共振訊號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的可調(diào)式濾波器，其特征在于上述的共振腔為法布里-伯羅共振腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的可調(diào)式濾波器，其特征在于上述的反射組件是一鏡子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的可調(diào)式濾波器，其特征在于上述的反射組件是一三棱鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可調(diào)式濾波器，其特征在于上述的接收裝置為一三光纖平行管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的可調(diào)式濾波器，其特征在于上述的共振腔可與該入射光訊號間調(diào)整成任一角度，以將被反射的該非特定波長的入射光訊號與該第二共振訊號分離。
全文摘要
一使用于光學(xué)網(wǎng)絡(luò)上的可調(diào)式濾波器，是利用法布里－伯羅共振腔與反射式光學(xué)組件，組合而成；此可調(diào)式濾波器可使光訊號通過同一個法布里－伯羅共振腔兩次，以達(dá)到低串音與高導(dǎo)通頻寬的光學(xué)特性，并借由改變法布里－伯羅共振腔兩反射面的間距，借以過濾出特定波長。
文檔編號G02B6/26GK1474222SQ02128660
公開日2004年2月11日 申請日期2002年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月9日
發(fā)明者汪仁智, 張紹雄 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司