专利名称：高滤波准确度的光信号分隔器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高滤波准确度的光信号分隔器结构，可应用于光纤通讯中，对所需的特定光波长信号做汇入或取出的功能，尤其是在宽频光电通讯及网络方面。
例如专利US6169626揭示一种利用空气层Fabry-Perot与分光棱镜所构成周期性分光元件的构架，当空气层Fabry-Perot的玻璃材质的温度膨胀非常小时，会有良好的温度稳定性，不过所需的组件太多，体积太大；如专利US6252711、US6215923、US6212313与US5694233皆利用双折射波片制作的周期性纷光元件，但是US6252711中使用过多波片，经济效益较低，而US6215923、US6212313与US5694233则使用多个双折射波片为达其平坦化的同时，多个双折射波片之间的长度不匹配，易造成滤波频谱的误差。
如
图1所示为一双折射率滤波器，是由一个长度为L1的第一双折射波片1、长度为L2的第二双折射波片2与一分析器(analyzer)3所构成，其中第一双折射波片1与第二双折射波片2的光轴皆与光的进行方向(Z轴)垂直，并且与X轴夹角分别为θ1与θ2，当θ1为45度时，借由适当的设计，通过第一双折射波片1与第二双折射波片2后的入射光若行经分析器(analyzer)3，此时其滤波频谱如图2所示，其通带宽度(passband width)会因为L2＝2L1而达到平坦化(flattened)的功能。但是双折射波片在加工制造的过程中，其长度必定会有一个误差范围，也就是说L2并不会全然等于2L1，此时的滤波频谱如图3所示，是以L2＝2L1+1um(长度不匹配)为例所呈现出的滤波频谱，与图2的滤波频谱作一比较，可以发现除了穿透中心已非平坦之外，其频谱的最低点(即Interchannel Cross-talk Level)约减少了3OdB，造成严重的误差。
发明目的本发明的主要目的，在于解决上述的缺陷，避免上述缺陷的存在，本发明提供一种高滤波准确度的光信号分隔器结构，能使波长之间间距相同(如ITU波长)，尤其当一波长有交错的光信号(奇数ITU波长与偶数ITU波长)时，可借由本发明的双折射波片加以合并或分离入光纤中，所以仅需改变光源的波长间距，即可在现有网络实体构架下扩增其传输流量，其中仅利用一双折射波片对入射光造成适当的相位延迟与多次往返通行(Multi-pass)设计，达到滤波频谱平坦化，降低滤波频谱对组成晶体长度不匹配时所产生的误差，同时也可减少元件数量与缩短元件长度。发明技术方案为实现上述的目的，本发明提供一种高滤波准确度的光信号分隔器结构，其组成包含第一偏振分离器、一双折射滤波器、一偏振旋转机制、第二偏振分离器、第三偏振分离器与一光角度偏折器，其中当一入射光(具所有波长的光信号)穿透该双折射波片时，会形成奇数波长与偶数波长的偏振态正交，其中光的行进路径是由一入射光由该双折射波片前方水平穿透该双折射波片后，进入第一直角反射体经两次反射，以反向平行原入射光的路径通过第一偏振控制芯片与双折射波片，该光束在经由第二直角反射体作二次反射，形成与原入射光相同方向的光束通过第二偏振控制晶体及双折射波片，借由该双折射波片对入射光造成适当的相位延迟与多次往返通行(Multi-pass)设计，达到滤波频谱平坦化，降低滤波频谱对组成晶体长度不匹配时所产生的误差。发明效果本发明仅利用一个双折射波片多次往返通行设计，达到滤波频谱平坦化并具有准确的滤波，降低滤波频谱误差，同时也减少元件数量(节省成本)并微化体积。
图2为已知的理想的滤波频谱图。
图3为已知的长度不匹配造成的滤波频谱误差图。
图4为本发明的双折射滤波器原理示意图。
图5为本发明的双折射滤波器结构示意图(实施例一)。
图6为本发明的具稳温双折射滤波器结构示意图(实施例二)。
图7-1为本发明高滤波准确度光信号分隔器的X-Z平面示意图。
图7-2为本发明高滤波准确度光信号分隔器的Y-Z平面示意图。
图8-1、图8-2、图8-3为图7-1元件分波的光路偏振态示意图。
偏振态交错正交的光束进入第一直角反射体13a，于该第一直角反射体13a内经两次反射，反向行进，并通过第一偏振控制芯片14a，形成第一反射光束120(反向原入射光束)，其中当光束通过第一偏振控制芯片14a后，所有波长的偏振态皆旋转，并且相对于的光轴夹角为θ2。该第一反射光束120穿透稳温双折射波片12与双折射波片11，再次利用直角反射体改变光束的行径路线原理，使第一反射光束120于第二直角反射体13b内经由二次反射后，再通过第二偏振控制晶体14b，形成一正向的第二反射光束130(与原入射光束同向)，该第二反射光束130光束正向穿过双折射波片11与稳温双折射波片12，形成一平坦滤波光束140；其中偏振态交错正交的光束经过第二直角反射体13b二次反射，正向行进通过第二偏振控制晶体14b后，所有波长的偏振态皆旋转，并且相对于双折射波片11的光轴夹角为θ2，因此所有的波长光皆以45度通过双折射波片11与稳温双折射波片12一次，达到基本滤波与稳温修正效果，并且以θ2角度分别以反向与正向行经双折射波片11二次(符合L2＝2L1)，得到平坦化的滤波光束140，由于所有的双折射滤波皆由同一晶体所形成，因此没有长度上不匹配与滤波频谱变形的问题。第三实施例高滤波准确度光信号分隔器结构如图7-1与图7-2分别为本发明高滤波准确度光信号分隔器的X-Z平面与Y-Z平面示意图，其组成包含第一偏振分离器20a、一双折射滤波器10、一偏振旋转机制40、第二偏振分离器20b、第三偏振分离器20c与一光角度偏折器50，其中双折射滤波器10即为图5或图6的结构；其光行进路线为一单光纤准直器的输出光束100(λ1，λ2，λ3，λ4，...)，通过第一偏振分离器20a与第一偏振旋转晶体30a，仅对Y-Z平面的下方光束作用，将单光纤准直器的输出光束100区分为上入射光束110A与下入射光束110B，其中仅下入射光束110B通过第一偏振旋转晶体30a，请参阅图7-2，之后，上入射光束110A与下入射光束110B进入双折射滤波器10与一偏振旋转机制40后，得到二平坦滤波光束140(上平坦滤波光束140A与下平坦滤波光束140B)，再经过第二偏振分离器20b，将奇数波长与偶数波长分离，分离后的奇数与偶数波长光通过第二偏振旋转晶体30b与第三偏振旋转晶体30c后，利用第三偏振分离器20c分别偶合，最后再借由光角度偏折器产生方向的改变，分别偶合进入一个双光纤准直器(Dual-core collimator)的二光埠，其中该第一偏振分离器20a、第二偏振分离器20b及第三偏振分离器20c可为一双折射晶体，可加入一法拉第晶体或λ/2的偏振旋转晶体于其偏振分离器上。
图7-1与图7-2的原理可配合图8-1至图8-3来说明，图8-1至图8-3分别为图7-1元件分波的光路于X-Y平面的偏振态示意图；如图8-1所示，为具所有波长的单光纤维准直器输出光束100入射walk-off方向为y方向的第一偏振分离器20a后，分离为O-ray的B与E-ray(Extraordinary-ray)的A，B通过第一偏振旋转晶体30a后，偏振旋转90度分别为上入射光束110A与下入射光束110B，此时二光束为相同偏振态(皆为所有波长光)。如图8-2所示，上入射光束110A与下入射光束110B经过双折射滤波器10后，由于双折射滤波的效应，奇数波长光(λ1，λ3，λ5...)的偏振态并不改变，而偶数波长光(λ2，λ4，λ6，...)的偏振态旋转90度(与110A和110B相比较)，因此上平坦滤波光束140A与下平坦滤波光束140B皆有两种正交的波长相关偏极态。经由第二偏振分离器20b的分离会产生四个光束，分别为奇数波长光束(201、202)，与右方walk-off的偶数波长光束(301、302)，301与302通过第二偏振旋转晶体30b皆旋转90度，而201与301再通过第三偏振旋转晶体30c旋转90度后为图8-3所示，(203，204)与(303，304)分别正交，再经由第三偏振分离器20c分别合并为205(奇数波长信号)与305(偶数波长信号)。205与305再经由光角度偏折器50产生行进方向的改变而偶合进入一个双光纤准直器(Dual-corecollimator)中，分别为光束200与光束300。
权利要求
1.一种高滤波准确度的光信号分隔器结构，主要元件包括多个偏振分离器、第一双折射波片(1)、第二双折射波片(2)、一分析器(3)，其特征在于仅以一双折射滤波器(10)取代两双折射波片，该双折射滤波器(10)由下列组成物所组合一双折射波片(11)，为一长方体形状；第一直角反射体(13a)，位于该双折射波片后方；第一偏振控制晶体(14a)，位于第一直角反射体(13a)与双折射波片(11)之间，仅供经第一直角反射体(13a)反射后的光束经过；第二直角反射体(13b)，位于该双折射波片前方；及第二偏振控制晶体(14a)，位于第二直角反射体(13b)与双折射波片(11)之间，仅供经第二直角反射体(13b)反射后的光束经过；其中，借由一水平入射光(具所有波长的光信号)穿透该双折射波片(11)，形成奇数波长与偶数波长的偏振态正交，其中光的行进路径由一水平入射光由该双折射波片(11)前方水平穿透该双折射波片(11)后，进入第一直角反射体(13a)经两次反射，以反向平行原入射光的路径通过第一偏振控制芯片(14a)与双折射波片(11)，该光束在经由第二直角反射体(13b)作二次反射，形成与原入射光相同水平方向的光束通过第二偏振控制晶体(14b)及双折射波片(11)。
2.根据权利要求1所述的高滤波准确度的光信号分隔器结构，其特征在于该双折射波片(11)的材质为钒酸钇(YVO4)，且水平入射光与该双折射波片(11)的光轴夹角为45度。
3.根据权利要求1所述的高滤波准确度的光信号分隔器结构，其特征在于该双折射滤波器(10)的第一直角反射体(13a)与第二直角反射体(13b)皆为一直角三角柱体，可使光束在进入直角反射体时，经两次反射后，产生与原进入光束平行相反的方向。
4.根据权利要求1所述的高滤波准确度的光信号分隔器结构，其特征在于该双折射滤波器(10)的第一偏振控制晶体(14a)与第二偏振控制晶体(14b)为一半波片。
5.一种高滤波准确度的光信号分隔器结构，主要元件包括多个偏振分离器、第一双折射波片(1)、第二双折射波片(2)、一分析器(3)，其特征在于仅以一双折射滤波器(10)取代两双折射波片，该双折射滤波器(10)由下列组成物所组合一双折射波片(11)，为一长方体形状；一稳温折射波片(12)，形成于该双折射波片(11)的一面；第一直角反射体(13a)，位于该双折射波片(11)后方；第一偏振控制晶体(14a)，位于第一直角反射体(13a)与双折射波片(11)之间，仅供经第一直角反射体(13a)反射后的光束经过；第二直角反射体(13b)，位于该双折射波片(11)前方；及第二偏振控制晶体(14b)，位于第二直角反射体(13b)与双折射波片(11)之间，仅供经第二直角反射体(13b)反射后的光束经过；其中，借由一水平入射光(具所有波长的光信号)穿透该双折射波片(11)与一稳温折射波片(12)，形成奇数波长与偶数波长的偏振态正交，该稳温折射波片(12)可稳温及修正误差，其中光的行进路径由一水平入射光由该双折射波片(11)前方水平穿透该双折射波片(11)与一稳温折射波片(12)后，进入第一直角反射体(13a)经两次反射，以反向平行原入射光的路径通过第一偏振控制芯片(14a)、一稳温折射波片(12)与双折射波片(11)，该光束在经由第二直角反射体(13b)作二次反射，形成与原入射光相同水平方向的光束通过第二偏振控制晶体(14b)、双折射波片(11)与一稳温折射波片(12)。
6.根据权利要求5所述的高滤波准确度的光信号分隔器结构，其特征在于该双折射波片(11)的材质为钒酸钇(YVO4)，且水平入射光与该双折射波片(11)的光轴夹角为45度。
7.根据权利要求5所述的高滤波准确度的光信号分隔器结构，其特征在于该双折射滤波器(10)的第一直角反射体(13a)与第二直角反射体(13b)皆为一直角三角柱体，可使光束在进入直角反射体时，经两次反射后，产生与原进入光束平行相反的方向。
8.根据权利要求5所述的高滤波准确度的光信号分隔器结构，其特征在于该双折射滤波器(10)的第一偏振控制晶体(14a)与第二偏振控制晶体(14b)为一半波片。
9.根据权利要求5所述的高滤波准确度的光信号分隔器结构，其特征在于该双折射滤波器(10)的稳温折射波片(12)的材质可为铌酸锂(LiNbO3)，并与双折射滤波器(10)具有相同的光轴夹角。
全文摘要
本发明提供一种高滤波准确度的光信号分隔器结构，仅利用一个双折射波片对入射光造成适当的相位延迟与多次往返通行(Multi－pass)设计，达到滤波频谱平坦化与高的滤波准确度，降低滤波频谱对组成晶体长度不匹配时所产生的误差，同时也可减少元件数量并缩短元件长度。
文档编号G02F1/01GK1414413SQ0113683
公开日2003年4月30日 申请日期2001年10月24日 优先权日2001年10月24日
发明者黄承彬, 胡杰 申请人:财团法人工业技术研究院