专利名称：可抵消光波长随温度变化的偏移倾向的光学滤波器的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及一种光学滤波器和一种对光进行滤波的方法。
2.相关技术论述光学滤波器用于对光纤网络中的光信号信道进行解复用或复用。光束是经过一滤光层从输入光纤中透过的。该滤波层是由透射选定的波长范围的光并反射其他波长范围光的材料制成的。保持一定范围的透射光的光频率的相对稳定，对进一步对光进行处理的目的来说可能是重要的。在选定的透射波长中应该相对几乎没有偏移，特别是在温度增高时。
发明的详细描述附图的
图1说明根据本发明一实施例的光学滤波器30，其包括一可透射的玻璃基底32，一滤光层34，一环氧树脂层36以及一金属环38。
滤波层34涂覆在可透射基底32上并由此附着于其上。射向滤波层34的一光束40以透射光束42的形式被部分透过滤波层34和可透射基底32，并且以反射光束44的形式从滤波层34反射。光束40可以具有一宽的波长范围，并且滤波层34可以由一或多种滤波光的材料制成，以使透射光束42只包含来自光束40较宽波长范围内的一选定波长范围的光。剩下的光，也就是没有被光束42透过的波长，以反射光束44的形式反射，以使光束44包含具有不包括在透射光束42中的反射波长范围的光。
元件30可能会由于操作或是环境条件而被加热。加热滤波层34驱于导致滤光层34材料的折射率增加。滤波层折射率的增加转而使透射光束42的中心波长根据下式增加ΔλcαΔn/n其中λc是中心波长，n是折射率。
图2说明随着温度的提高透射光束42的中心波长会发生什么样的变化。温度在水平轴上以摄氏度(℃)给出，并且透射光束42的中心波长在垂直轴上以纳米(nm)给出。透射光束42的中心波长沿着线66绘出。因此，线66表示在不受到抵消环(counteracting ring)38的任何影响时，由于温度的增加以及折射率的相应增加，透射光束42的中心波长产生什么样的变化。当滤波层24和可透射基底32在10℃时，透射光束42的中心波长大约是1549.235nm。中心波长实际上倾向于随着温度增加而线性增加，这样透射光束42的中心波长在85℃时趋向于为大约1549.38nm。因此在75℃下有0.15nm的增加，或者大约为2pm/℃的线性增加。中心波长随温度的增加而沿着线66移动的趋势是通过环38的热膨胀而被抵消的，以致于中心波长的实际变化是沿着线68。
再参考图1，环氧树脂层36位于滤波层34的一个表面与抵消环38之间，以便于将抵消环38附着到滤波层34上。加热抵消环38使其在方向70膨胀。抵消环38具有一热膨胀系数例如大约17ppm/℃，其大于滤波层34的热膨胀系数，并且大于可透射基底32的热膨胀系数。由于抵消环38较高的热膨胀系数，故给定长度的抵消环38要比给定长度的滤波层34的膨胀大，并且给定长度的抵消环38要比给定长度的可透射基底32的膨胀大。抵消环38驱于沿方向72延展滤波层34和可透射基底32，该方向72处于光学滤波层34的平面内。在另一个实施例中，取决于需要，可以使用具有例如在13ppm/℃和19ppm/℃之间的热膨胀系数的另一个抵消环通过抵消环38沿方向72延展滤波层34，驱于沿方向74导致滤光层厚度减少。滤波层厚度的增加导致透射光束42波长的中心波长根据下式增加Δλcα Δd/d其中λc是中心波长，而且d是厚度。
因此组合起来，中心波长总的变化可以表示为Δλcα Δn/n+Δd/d加热导致折射率n增加，并且由于环38的存在而使厚度d减少。通过正确地选定抵消环的材料，Δn/n的任何正向变化都可以被Δd/d的负向变化所抵消，以致于Δλc实质上保持为零或接近于零。
也可以说加热滤波层34驱于导致透射范围的中心波长在一个指向或方向上出现偏移，并且抵消环38的作用驱于导致在相反指向或方向上透射范围的偏移，以致于这些偏移相互补偿或相互消除，并且选定的透射范围基本上保持足够稳定。
再参考图2，可以从线68看出，透射光束42的选定的透射范围中心波长在10℃下大约是1549.38nm，而在85℃下大约是一样的。选定的透射范围在这些极端之间稍微下降到大约1549.37nm，因此仅仅是大约10pm。
图3表示一光学滤波器100，以及如图1所示的两组元件30A和30B。另外，滤波器100包括一管状支承结构102，管形玻璃的毛细管104和106，一输入光纤108，一透射光纤110，一反射光纤112，一金属支架114以及两个透镜116和118。输入光纤108以及反射光纤112被插入玻璃毛细管104中并在透镜116附近的空气隙终止。玻璃毛细管104被牢固的固定到管状支承结构102上。透镜116被固定到玻璃毛细管104上，并且一组元件30A被附着到透镜116上。因此这组元件30A被不可移动地固定到管状支承结构102上并处于其中。
透射光纤110位于玻璃毛细管106中，并在透镜118附近的气隙上终止。透镜118被附着到玻璃毛细管106上，它接着又被固定到管状支承结构102上。透镜118由此而被不可移动地固定到管状支承结构102上并处于其中。
元件组30B的抵消环38被固定到金属支架114上并处于其中。金属支架114是由与抵消环308相同的材料制成的。金属支架114起初是可移动地固定到管状支承结构102上的。由一个设备(未示出)来回转金属支架114，并因此也使元件30B回转，相对于管状支承结构102回转到一个要求的度数，随后金属支架114被固定到管状支承结构上。
在使用中，光透过输入光纤108进到透镜116中。透镜116对此光进行聚焦并且还使光产生方向上的变化，以致于在透过输入光纤108的光和透过透镜116的光之间有一个入射角。一些光被元件30A的滤波层34反射，并由于该入射角而经过透镜116透射回到反射光纤112。这样该入射角使得光能够到达反射光纤112。如果光以直角(在给定温度下)照射到元件30A的滤波层34上，那么透射光的中心波长没有偏移。然而，该入射角还导致在经过元件30A透射的光的选定的透射范围偏移。将元件30B定向使得能够对选定的透射范围中的偏移进行校正。通过回转金属支架114，滤波层34和元件30B的可透射基底32也被回转。这些元件被回转到一定角度，以确保照射元件30B的可透射基底32的光以相对可透射基底32表面处在一校正角度，这就确保在透射光的波长中有一个返回的偏移。
然后该光进入透镜118并传播到透射光纤110的一端，在这之后光经过光纤透射。这样由于在输入光纤108和反射光纤112的中心线以及后续的光照射元件30A的角度之间的间隔所造成的透射光束波长的任何偏移，均可由元件30B的取向而被校正，以致于保持光的期望范围的波长透过该透射光纤110。
尽管对一定的示范性实施例进行了描述并表示在附图中，然而应当理解，这些实施例仅是说明性的，而不是对本发明的限制，并且由于本领域普通技术人员可以对本发明作出修改，因此本发明并不局限于所描述和显示的特定结构和配置。
权利要求
1.一种光学滤波器，包括一由透射一选定的透射波长范围并且反射另一选定的反射波长范围的滤波材料制成的滤波层，该滤波材料具有一折射率，加热该滤波层驱于导致折射率随着该透射范围中心波长的相应的第一偏移而偏移；以及一由具有比该滤波材料高的热膨胀系数的材料制成并附着到该滤波层上的抵消件，以便在对至少该抵消件加热时，给定长度的抵消件比相同长度的滤波层膨胀要大，并由此延展该滤波层，滤波层的延展驱于导致滤波层厚度随着对应的透射范围中心波长的第二偏移减小，且第二偏移是与第一偏移相反指向的，由此该中心波长至少部分被稳定。
2.根据权利要求1的光学滤波器，其中该抵消件是限定一孔径的环，安排该环以使透过滤波层的至少一些光透过环中的孔径，加热抵消环导致该环的增大，该环是由具有比滤波材料高的热膨胀系数的材料制成的，以使给定长度的抵消环的膨胀大于相同长度的滤波层，并由此延展滤波层，延展滤波层驱于导致滤波层厚度随着对应的中心波长的相应减小而减小，由此而使所选定的透射范围至少是部分被稳定的。
3.根据权利要求1的光学滤波器，其中该抵消件的材料是金属。
4.根据权利要求1的光学滤波器，其中该抵消件的材料具有至少为14ppm/℃的热膨胀系数。
5.根据权利要求1的光学滤波器，进一步包括一透明基底，该滤波层附着在其上，以使至少一些光除了通过抵消环中的孔径和滤波层之外，还透过该透明基底。
6.根据权利要求1的光学滤波器，进一步包括一输入光纤，用于传送具有一定波长范围的光，并由其一端透射该光通过该滤波层，以及一透射光纤，用于透过该选定的透射范围的光。
7.根据权利要求6的光学滤波器，进一步包括一反射光纤，其一端被定位以使选定的反射范围进入该反射光纤，以便透过该反射光纤。
8.一种光学滤波器，包括一支承结构，一第一滤光层、一第一抵消环、一输入光纤、一输出光纤以及一反射光纤，它们全都固定到该支承结构上，来自该输入光纤的光以与该第一滤波层平面非直角的入射角射向第一滤波层，该入射角导致透过第一滤波层光的波长偏移；以及一第二滤波材料层，被固定到该支承结构上并被定位，以使该光透过第一滤波层，其后该光进入透射光纤，第二滤波层可定位在一平面上，在透过它之前该平面相对该光成一校正角，该校正角导致波长在与由于入射角所造成的偏移的相反的方向上的偏移。
9.根据权利要求8的光学滤波器，进一步包括一第二抵消环，环绕地附着在第二滤波层上，以使至少一些光除了透过第二滤波层之外，还透过第二抵消环中的孔径，加热第二抵消环导致第二抵消环增大，第二抵消环是由比滤波材料高的热膨胀系数的材料制成，以使给定长度的第二抵消环比相同长度的第二滤光层膨涨大，并由此导致第二滤光层延展。
10.根据权利要求9的光学滤波器，进一步包括一支架，第二抵消环被固定到该支架上，并且该支架相对于该支承结构是可调整的，从而使第二光学滤波器平面的角度是可调整的。
全文摘要
根据本发明的一个方面,提供一种滤光器,其包括一第一滤光层和一第一抵消环。该第一滤光层是由在一较宽的光波长范围内透射一选定的透射范围,并反射另一个选定的反射波长范围的滤波材料制成的。该滤波材料具有一折射率,加热第一滤光层驱于导致该折射率随着沿第一方向该透射范围的相应增加而增加。该抵消环环绕地附着在第一滤光层上,这样至少一些光透过一孔径。加热第一抵消环导致该第一抵消环增大。由此而使所选定的透射范围至少部分是稳定的。
文档编号G02B6/34GK1350195SQ0113575
公开日2002年5月22日 申请日期2001年8月22日 优先权日2000年8月22日
发明者范卫星(音译), 阎志斌(音译), 夏纯和(音译) 申请人:Jds尤尼费斯公司