专利名称：一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学结构，尤指输出光的波长的一种可调滤光片光学结构 及具有该结构的光谱分析仪。
背景技术：
在光纤通讯领域，可调滤波片是一种重要的波长检测元件。 一文献号为
CN1811494A的发明发明申请公开了一种基于分形结构的多通道位置独立可调滤 光片，它是以F-P滤光片结构为基础，通过分形规则进行设计，获得通道位置 独立可调的双通道、三通道甚至更多通道数的滤光片。该可调滤光片包括基 片，基片上置有通过真空镀膜的膜系，其中双通道滤光片的膜系为
(HL) m a H (LH) m P L (HL) m a H (LH) m,
或(LH)mocL (HL)mPH(LH)maL (HL)m, 式中(HL)m或(LH)m为反射膜系(2) , cc H或a L为间隔层(3 ) , |3 L或P H为 间隔层(4) ， H为高折射率膜层，L为低折射率膜层，L和H膜层的光学厚度分 别为入0/4,入O为设计波长，m为L与H交替叠层次数，m>2, a和P为峰位 因子；
三通道滤光片膜系为
(HL) m a H (LH) m P L (HL) m oc H (LH) m y L (HL) m oc H (LH) m (3 L (HL) m a H (LH)，
或(LH)maL (HL)m P H (LH)maL (HL)ray H(LH)mocL (HL)m P H(LH)maL (HL)m，
其中a、 P和Y为峰位因子，YL或yH为间隔层(5);
依次类推，按上述的分形规则，还可以设计出4、 5、 n通道膜系。 上述可调滤光片通过在基片上设置间隔层，并镀不同的膜层来实现输出光
波长可调，结构较复杂，成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述可调滤光片存在的问题设计一种可 调滤光片光学结构，其结构简单、体积小、制造成本低。
本发明的技术方案是 一种可调滤光片光学结构，该结构为由两个反射光 学元件和一个分束光学元件构成的复合整体干涉块；所述两个反射光学元件所
在的平面相交成一定角度；通过移动所述干涉块与二射光相对位置调谐输出光 的波长。一种可调滤光片光学结构，该结构为由两个反射光学元件、 一个分束光学 元件和方形晶体构成的复合整体干涉块；所述两个反射光学元件所在的平面相
交成一定角度；所述方形晶体为电光晶体、热光晶体或类似晶体，至少二个反 射光学元件以镀膜的形式设在所述方形晶体的一个端面上；通过改变电光晶体 上的电压或热光晶体的温度调谐输出光的波长。
一种可调滤光片光学结构，该结构为由两个反射光学元件和一个分束光学 元件粘结或胶合在带通孔的固定支架上构成的复合整体千涉块；所述两个反射 光学元件所在的平面相互垂直，所述分束光学元件所在的平面与所述两个反射 光学元件所在的平面相交成一定角度；所述通孔中至少设一光学元件，所述光 学元件为电光晶体、热光晶体或类似晶体，或可转动平行平片；通过改变电光 晶体上的电压、热光晶体的温度或平行平片的角度调谐输出光的波长。
一种宽范围测量输出光波长的光谱分析仪，该光谱分析仪具有一组上述技 术方案所述的复合标准具，所述复合标准具的总输入端设有多路分束镜系统。
本发明的有益效果是本发明采用一体化或半整体化复合腔标准具，利用 热光效应、电光效应、或机械转动式，改变标准具臂长，实现宽波长范围内透 射光波长可调，其依据迈克尔逊干涉仪原理制成，具有结构简单、体积小、制 造成本低的特点。
图l是本发明第一实施例结构示意图； 图2a是本发明第二实施例第一改进方式结构示意图； 图2b是本发明第二实施例第二改进方式结构示意图； 图3a是本发明第三实施例的第一改进方式结构示意图； 图3b是本发明第三实施例的第二改进方式结构示意图； 图3c是本发明第二实施例的第三改进方式结构示意图； 图3d是本发明第三实施例的第三改进方式结构示意图； 图3e是本发明第三实施例的第四改进方式结构示意图； 图3f是本发明第三实施例的第五改进方式结构示意图； 图4是本发明第四实施例结构示意图。
具体实施例方式
在光纤通讯领域，可调滤波片是一种重要波长^r测元件。本发明采用一体 化或半整体化复合腔标准具，利用热光效应、电光效应、或机械转动式，改变 标准具臂长，实现宽波长范围内透射光波长可调，其依据迈克尔逊干涉仪原理制成。
束光学元件构成的复合整体干涉块，该干涉块主体为三角棱镜组102，其由镀有
膜面的三角棱镜102A、 102B粘结或胶合而成，其中一个反射光学元件即全反射 膜面Sl设在三角棱镜102B的右端面上，另一个反射光学元件即全反射膜面S2 设在三角棱镜102A的下端面上，分束光学元件即部分反射膜面S3设在三角棱 镜102B的斜面上。所述全反射膜面Sl、 S2相互垂直，部分反射膜面S3与所述 全反射膜面S1、 S2相交成一定角度。全反射膜面S1、 S2和部分反射膜面S3即 构成迈克尔逊干涉仪式复合腔，其有效光路等效厚度为I L2-LI I的标准具，其 频率间隔为c/2 L2-LI I 。若希望调谐带宽越宽则应使I L2-L1 |间隔值越小， 即改变I L2-L1 I值以调谐干涉波长，同时使I L2-LI I间隔值满足所需调谐带 宽，以实现整体调谐输出光波长的目的。 一束复合光由光学准直镜101准直成 平行光入射到干涉块即三角棱镜组102,通过移动所述干涉块与入射平行光的相 对位置即可调谐输出光的波长。胶合或粘结所采用的胶应具有良好的光学性能、 粘结强度、导热性能和耐热性，比如可以采用紫外光敏胶、环氧胶或其它类似 光学胶的一种，也可以采用上述胶的两种或两种以上的混合胶；各光学元件之 间也可以采用光胶或深化光胶工艺进行胶合。光学元件103同样以粘结或胶合 的方式设在三角棱镜102A的左侧。此外，如图3c所示一楔角片粘结或胶合在 干涉块右侧以对标准具的不平行度进行校准。
图2a、 2b所示为本发明可调滤光片第二实施例光学结构，与第一实施例不 同的是所述干涉块还包括一方形晶体，其以粘结或胶合方式设在干涉块的下 表面，所述方形晶体为热光晶体105、电光晶体106或类似晶体，全反射膜面 S2以镀膜的方式设在所述方形晶体的下端面上。这样就在干涉块其中的一个臂 引入一片热膨胀系数和折射率随温度变化大的平片即热光晶体105，以通过温度 调节输出光波长，其中热光晶体105的温度通过TEC控制；类似地，在干涉块 其中的一个臂引入一片折射率随电压变化大的平片即电光晶体106,通过改变电 压方式改变干涉块臂长之差值，以调节输出光波长。
如图3a、 3b、 3d、 3e、 3f所示，本发明可调滤光片第三实施例光学结构， 该结构为由两个反射光学元件和一个分束光学元件粘结或胶合在带通孔的固定 支架102C上构成的复合整体千涉块，其基座为带通孔的固定支架102C,固定支 架102C—般采用具有良好粘结强度、导热性能和耐热性的金属材料或光学材料 制作而成。所述固定支架102C设在干涉块所在空间的四个角，所述通孔为一个 "十"字型腔。倾斜的分束光学元件102E亦即部分发射镜片S3的一端设在固定支架102C的左上角、另一端设在固定支架102C的右下角。反射光学元件102G 亦即全发射镜片S2以胶合的方式固定在固定支架102C的下表面，另一反射光 学元件102F亦即全发射镜片Sl亦以胶合的方式固定在固定支架102C的右侧面。 所述固定支架102C的下表面与右侧面是相互垂直的，所述通孔中至少设一光学 元件107、 108,所述光学元件107、 108为电光晶体、热光晶体或类似晶体，或 可转动平行平片；通过改变电光晶体上的电压、热光晶体的温度或平行平片的 角度调谐输出光的波长。
如图3a所示，本发明第三实施例的第一改进方式，所述固定支架102C "十，， 字型腔的竖直部分靠近反射光学元件102G处设有光学元件107,所述光学元件 107为电光晶体、热光晶体或类似晶体，其设在标准具的一个臂上，通过改变电 光晶体上的电压、热光晶体的温度从而改变标准具臂长调谐输出光的波长。类 似地，所述固定支架102C "十"字型腔的水平部分靠近反射光学元件102F处 设有光学元件108，所述光学元件108为可转动平行平片， 一般选用具有一定厚 度的光学平片，其转动角度可较大范围地调节I L2-L1 I值，以调节标准具带宽。 这样就通过改变I L2-L1 I值以调谐干涉波长，同时使I L2-L1 I间隔值满足所 需调谐带宽，实现整体调谐输出光波长的目的。
如图3b所示，本发明第三实施例的第二改进方式，跟图3a所示方式不同 的是，反射光学元件102G的上表面与固定支架102C的下表面之间设有由上半 球102H和下半球102I构成的球关节。这样就可以通过光学元件107、光学元件 108或球关节中的一个、两个或三个的调节，获得所需波长的光。
如图3e所示，本发明第三实施例的第三改进方式，跟图3a所示方式不同 的是，仅在标准具公共臂上设光学元件107,这样就可以同时改变双标准具臂长， 同步连续扫描透射波长。
如图3f所示，本发明第三实施例的第四改进方式，两个标准具的支路分别 设有光学元件107A、 107B。光学元件107A和107B的同时变化，可以保证标准 具两臂光程同步变化，使整体标准具可连续扫描透射波长。
如图3d所示，本发明第三实施例的第五改进方式， 一楔角片粘结或胶合在 干涉块右侧以对标准具的不平行度进行校准。
如图4所示，本发明第四实施例为一组复合标准具。为同时测量不同波段
的波长，可设一组扫描不同波段的复合标准具4021、 4022、 4023....... 402n，
其单个标准具可以为第一至四实施例中的任何一个。只是在所述复合标准具的 总输入端设有多路分束镜系统401。入射光入00+入01+入02+入On中除待测 光入Ol、入02、入On还包含一组标准波长锁定的激光入OO作为参考光以标定复合标准具。这样则构成宽范围测量输出光波长的光谱分析仪，即0CM。
权利要求
1. 一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分析仪，其特征在于该结构为由两个反射光学元件和一个分束光学元件构成的复合整体干涉块；所述两个反射光学元件所在的平面相互垂直，所述分束光学元件所在的平面与所述两个反射光学元件所在的平面相交成一定角度；通过移动所述干涉块与入射光相对位置调谐输出光的波长。
2、 根据权利要求1所述的一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分 析仪，其特征在于所述干涉块主体为三角棱镜组(102)，其由镀有膜面的三 角棱镜(102A、 102B)粘结或胶合而成，其中一个反射光学元件(Sl)设在三 角棱镜(102B)的右端面上，另一个反射光学元件(S2)设在三角棱镜(102A) 的下端面上，分束光学元件(S3)设在三角棱镜(102B)的斜面上。
3、 根据权利要求1所述的一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分 析仪，其特征在于该结构还可以为由两个反射光学元件、 一个分束光学元件 和方形晶体构成的复合整体干涉块；所述两个反射光学元件所在的平面相互垂一定角度；所述方形晶体为电光晶;、热光晶体或类似晶体，至少二个反射光 学元件以镀膜的形式设在所述方形晶体的一个端面上；通过改变电光晶体上的 电压或热光晶体的温度调谐输出光的波长。
4、 根据权利要求3所述的一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分 析仪，其特征在于所述干涉块的外围设有控制其温度的TEC。
5、 根据权利要求1所述的一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分 析仪，其特征在于该结构还可以为由两个反射光学元件和一个分束光学元件 粘结或胶合在带通孔的固定支架上构成的复合整体干涉块；所述两个反射光学 元件所在的平面相互垂直，所述分束光学元件所在的平面与所述两个反射光学 元件所在的平面相交成一定角度；所述通孔中至少设一方形晶体，所述方形晶 体为电光晶体、热光晶体或类似晶体；通过改变电光晶体上的电压或热光晶体的温度调谐输出光的波长。
6、 根据权利要求5所述的一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分 析仪，其特征在于所述固定支架(102C)设在干涉块所在空间的四个角，其 下表面与右侧面相互垂直，所述通孔为一个"十"字型腔。
7、 根据权利要求6所述的一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光语分 析仪，其特征在于所述"十"字型腔的竖直部分靠近反射光学元件(102G) 处设有光学元件(107),所述光学元件(107)为电光晶体、热光晶体或类似晶体，其设在标准具的一个臂上，该"十"字型腔的水平部分靠近反射光学元件(102F)处设有光学元件(108),所述光学元件(108)为可转动平行平片， 一般选用具有 一定厚度的光学平片。
8、 根据权利要求7所述的一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分 析仪，其特征在于所述反射光学元件U02G)的上表面与固定支架(102C) 的下表面之间设有由上半球(102H)和下半球(1021)构成的球关节。
9、 根据权利要求1至8任何一项所述的一种可调滤光片光学结构及具有该 结构的光谱分析仪，其特征在于 一楔角片以粘结或胶合的方式设在干涉块右 侧。
10、 一种宽范围测量输出光波长的光谱分析仪，其特征在于该光谱分析 仪具有一组上述技术方案所述的复合标准具，所述复合标准具的总输入端设有 多路分束镜系统。
全文摘要
一种可调滤光片光学结构及具有该结构的光谱分析仪，其采用一体化或半整体化复合腔标准具，利用热光效应、电光效应、或机械转动式，改变标准具臂长，实现宽波长范围内透射光波长可调，其依据迈克尔逊干涉仪原理制成，具有结构简单、体积小、制造成本低的特点。
文档编号G01N21/45GK101299075SQ20081009861
公开日2008年11月5日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者凌吉武, 砺 吴, 彭永进, 赵武丽 申请人:福州高意通讯有限公司