专利名称：光学网络上的可调式滤波器的制作方法
技术领域：
本发明与一种光学滤波器有关，特别是与一种可调式光学滤波器装置有关。
光滤波器有多种形式，如
图1所示为一薄膜滤波器100(thin-filmfilter)的示意图，是使用多层介电材料层，且每一层具有相对高或低的折射系数，共同组合而成此薄膜滤波器100所需波长的反射和传递特性。一典型的薄膜滤波器100是由一个表面具多层薄膜的玻璃所构成，当光入射时，让具有特定波长的光穿透出去，而将其余波长的光反射。如图1所示，一具λ1至λn的光线照射此薄膜滤波器100，假设此薄膜滤波器100可过滤λ2的波长，此时λ1与λ3至λn的光线会被反射。
另一种光滤波器如图2所示，为一种光纤布雷格光栅(Fiber Bragggratings)，此光纤具有一从高折射率至至低折射率周期性变化的区域，对具有一特定波长的光波而言，其同相的反射波会被相加，亦即利用共振的特性反射出特定波长，而对于不符合此特定波长的光会被传送出光纤外。
还有一种光滤波器如图3所示，数组型波导光栅(Array waveguidesgratings)，其使用数组型的光导管，且此光导管的长度彼此间具有固定量的差值(光程差)，当输入的光线从单一光纤照射入此数组型的光导管后，因为这些光导管间彼此具有不同的长度，造成于数组型光导管的不同光导管输出端处，其光线相位角会以一固定量值产生变化。这种反射而出的光线图案会于部分空间中产生相加或相减的结果，最后，这光线图案会被导入其它光纤中，以造成具不同波长的光会照射入不同的光纤中，如图3所示，具波长λ1至λN的光线经过数组型波导光栅后，会将波长为λ1至λN分别滤出。
然而上述的各种光滤波器中，其中薄膜滤波器其表面所使用的多层介电材料层可利用镀膜技术加以完成，但是其却会占用过大的体积。而另一方面，光纤布雷格光栅，可借由温度控制来改变光栅折射率的周期性变化，进而可滤出具不同波长的光讯号而成为一个可调的滤波器。而对于数组型波导光栅亦可利用温度控制来改变光程差，达到调变波长的目的，形成一个可调的滤波器。然而就目前技术而言，温度控制不易是一最大的问题。因此，对于设计出一种不易受温度影响的可调滤波器为目前业界所要追求的目标。
本发明的一目的在提供一种可调式滤波器，其具体积小与对温度低敏感的特性，且可精准过滤出所要的波长讯号。
借由本发明的装置，利用法布里-伯罗共振腔与反射式光学组件，组合而成一可调的滤波器。此可调式滤波器可使所接收的光讯号通过同一个法布里-伯罗共振腔两次，以达到低串音与高导通频宽的光学特性，并借由调变法布里-伯罗共振腔两反射面的间距，以得到欲滤出的特定波长。且此法布里-伯罗共振腔可与所接收的光讯号间夹角在三度空间中偏转一预定角度，将所不需要的波长反射，并使反射光更偏离输入及输出光轴，以得到较高的隔离度。
图号说明100薄膜滤波器 410与420反射面610法布里-伯罗共振腔620反射式光学组件630、720与830入射光束 710三光纤平行管810三棱镜本发明的可调式滤波器具体积小与对温度低敏感的特性，且可精准过滤出所要的波长讯号。本发明的应用当不仅限于以下所述的最佳实施例。
请参照图4A，为一法布里-伯罗共振腔(Fabry-Perot Cavity)示意图，此共振腔是由两个部分反射率且彼此仅分离一小距离d的反射面410与420所组成，此分离距离约在数微米间。当一包含有复数波长的光线入射时，大部分的入射光被前反射面410反射，但小部分的入射光会穿过前反射面410，并通过共振腔，即位于两反射面410与420的空间，打到后反射面420。此时，借由选择反射面410及420间的一特定距离d，则会使入射光中某一特定波长的光波于共振腔中形成建设性干涉，而其余波长的入射光则不会形成建设性干涉。也就是说，选定特定的距离d后，大部分的入射光会被反射，入射光中仅有该特定波长部分会穿透此法布里-伯罗共振腔。
根据此两反射面410与420间的间距大小与此共振腔的折射系数(refraction index)，大部分于此共振腔中来回反射未形成建设性干涉的入射光会被反射掉，而入射光中未被反射掉形成建设性干涉的入射光的波长强度会被增大，此种现象称为共振(resonates)，可发生共振的波长是由共振腔的宽度，亦即如图4A所示两前后反射面410与420的距离d，所决定。一般而言，要发生共振，此共振腔的宽度需为半波长的整数倍，以本图为例此共振腔的宽度为d，因此对于一特定波长其波长mλ＝2nd*cosθ(其中n为共振腔的折射系数，θ为入射光与共振腔的法线间的夹角，m为任意正整数)，即会于此共振腔发生共振。
参阅图4B，当光线经由此法布里-伯罗共振腔(Fabry-Perot Cavity)，其会形成如图所示的高斯图形，于某一特定波长下，假设为λ1，具有最高的光功率，而与两侧的波长，λ2至λ7组成总光谱宽度，其中形成共振的共振波波长与两反射面的距离d有关。因此可借由调整法布里-伯罗共振腔两反射面的距离d，来决定所要求的波长。当欲降低此光谱宽度，亦即让此高斯分布更集中于特定波长λ1，可让此光线通过两法布里-伯罗共振腔，如图5A所示，一光线通过两玻璃相距离等宽，均为d的法布里-伯罗共振腔，其会滤出一个如图5B所示，更加集中于特定波长λ1的高斯图形。
然而，对一个法布里-伯罗共振腔而言，其两反射面的距离d约在数微米间，因此要将两个法布里-伯罗共振腔两反射面间的距离调整一致，亦即均为d距离，往往会遭遇很大的困难，因为只要有一点差异存在，会造成中心波长的偏移及输出功率减少。因此本发明利用法布里-伯罗共振腔与反射式光学组件，组合而成一可调式的滤波器。此可调式滤波器可使光讯号先通过此法布里-伯罗共振腔，接着此光讯号借由反射式光学组件反射后，再次通过同一个法布里-伯罗共振腔，因此其并不需要利用到两个法布里-伯罗共振腔，且不会有调整两反射面距离一致的困扰存在。
参阅图6为本发明的可调滤波器的第一实施例，是由一法布里-伯罗共振腔610与一反射式光学组件620所组成，其中此反射式光学组件可为一反射镜，而法布里-伯罗共振腔610可以于空间中做3D平面任何方向的调整，另一方面此法布里-伯罗共振腔610两反射面间的距离亦为可调整(如图中所示，左侧的反射面不动，而右侧的反射面可调整至虚线处)。
当一具有波长λ1至λn的光束630通过此可调法布里-伯罗共振腔，假设此时法布里-伯罗共振腔610两反射面的距离d会使得具λ1波长的光讯号产生共振λ1波长的光讯号则会通过法布里-伯罗共振腔610，而波长λ2至λn的光讯号则会被法布里-伯罗共振腔610反射。当此具λ1波长的光讯号打到反射式光学组件620时，会被反射而再次进入法布里-伯罗共振腔610，让光功率更集中于波长λ1处。借由本发明的装置，利用一个法布里-伯罗共振腔与一反射式光学组件，所组合而成的可调滤波器，可使光讯号通过同一个法布里-伯罗共振腔两次，让光功率更行集中于特定波长处，且并不需使用两个法布里-伯罗共振腔，因此降低了调整彼此反射面距离可能造成不一样大小所产生的困扰。
另一方面，法布里-伯罗共振腔610与入射光630间的偏转角度θ，可将波长λ1与波长λ2至λn的光讯号彼此分开，而得到较高的隔离度。且由于本发明所设计的法布里-伯罗共振腔610，可以于3D空间中做任何方向的调整，因此可以很轻易的借由调整与入射光630间的偏转角度θ而得到更佳的隔离度。当于本实施例中欲滤出不同的波长的光讯号，可借由调整法布里-伯罗共振腔610的两反射面距离d而达到滤出特定波长的目的。因此，总括而言，本实施例中，法布里-伯罗共振腔610与入射光630间的偏转角度θ，与法布里-伯罗共振腔610的两反射面距离均是可调整的，因此可得到一欲滤出的波长讯号。
请参阅图7为本发明的可调滤波器的第二实施例，此实施例与第一实施例最大不同在于将反射出的不同波长由一三光纤平行管710(Three FiberCollimator)导出。如同第一实施例，法布里-伯罗共振腔610两反射面间的距离为d，其亦为可调整。
当一具有波长λ1至λn的光束720经由此三光纤平行管710中的第一光纤导出，并送入此可调法布里-伯罗共振腔610，假设此时法布里-伯罗共振腔610两反射面间的距离会使得具λ1波长的光讯号产生共振，而具其它光波长λ2至λn的光讯号会被反射，而由此三光纤平行管710中的第二光纤导出。具λ1波长的光讯号通过法布里-伯罗共振腔610，并进而打到反射式光学组件620时，会被反射而再次进入法布里-伯罗共振腔610，让光功率更集中于波长λ1处。且此具光波长λ1的光讯号会由此三光纤平行管710中的第三光纤导出。
因此本发明的第二实施例，亦可使光讯号通过同一个法布里-伯罗共振腔两次，让光功率更行集中于特定波长处，且利用一三光纤平行管710导出滤波后各波长光讯号。
特别说明的是，本实施例中法布里-伯罗共振腔610与入射光630间的偏转角度θ亦会使波长λ1与λ2至λn的光讯号彼此分开而被其相对应的光纤导出。
图8所示为本发明可调滤波器的第三实施例图，是由一法布里-伯罗共振腔610与一反射式光学组件810所组成，此实施例与第一实施例最大不同在于将此反射式光学组件810改为一三棱镜。而此法布里-伯罗共振腔610两反射面间的距离为d，其亦为可调整。
当一具有波长λ1至λn的光束830通过此可调法布里-伯罗共振腔，假设此时法布里-伯罗共振腔610两反射面的距离会使得具λ1波长的光讯号穿过法布里-伯罗共振腔610，而具其它光波长λ2至λn的光讯号会被法布里-伯罗共振腔610反射。当此具λ1波长的光讯号打到三棱镜810时，经由此三棱镜810反射而再次进入法布里-伯罗共振腔610，而可让光功率更集中于波长λ1处。
于此第三实施例中，法布里-伯罗共振腔610与入射光830间具一偏转角度θ，根据此偏转角度，可将不需要的波长反射，让波长λ1与波长λ2至λn的光讯号彼此分开，而得到较高的隔离度。且由于本发明所设计的法布里-伯罗共振腔610，可以于3D空间中做任何方向的调整，因此可以很轻易的借由调整与入射光630间的偏转角度θ而得到更佳的隔离度。当欲滤出不同波长的光讯号时，亦可借由调整法布里-伯罗共振腔610的两反射面距离而达到滤出特定波长的目的。
本发明具有许多优点首先，利用一法布里-伯罗共振腔与反射式光学组件所组合而成的可调光学滤波器，可使光讯号通过同一个法布里-伯罗共振腔两次，而将光功率更行集中于特定光波长处，以达到低串音与高导通频宽的光学特性，因其并不需要利用到两个法布里-伯罗共振腔，所以不会有调整两反射面距离一致的困扰存在，可有效的降低滤波的复杂性。且另一方面，本发明的装置具体积小与对温度低敏感的特性，且可精准过滤出所要的波长讯号，其与传统的装置，如平面滤波器、光纤布雷格光栅和数组型波导光栅相比较，改进平面滤波器占用过大的体积，而光纤布雷格光栅和数组型波导光栅具温度控制不易的缺点。
权利要求
1.一种使用于光学网络上的可调式滤波器，至少包含一共振腔，是用以接收一包含有复数波长的入射光讯号，其中具一特定波长的入射光讯号会于该共振腔中形成共振，并由该共振腔输出一第一共振讯号，而非特定波长的入射光讯号则会被该共振腔反射；以及一反射组件，将该第一共振讯号反射回该共振腔中，其中当该共振腔接收该第一共振讯号后会于该共振腔中再次形成共振，并由该共振腔输出一第二共振讯号；其中当该包含有复数波长的入射光讯号射入该共振腔时，该共振腔的间距是可调变的，以输出其所相对应的第一共振讯号。
2.根据权利要求1所述的可调式滤波器，其特征在于更包括一接收装置用以接收该第二共振讯号及被该共振腔反射的该非特定波长的入射光讯号。
3.一种使用于光学网络上的可调式滤波器，至少包含一共振腔，是用以接收一包含有复数波长的入射光讯号，其中一具特定波长的入射光讯号会于该共振腔中形成共振，并由该共振腔输出一第一共振讯号，而非特定波长的入射光讯号则会被该共振腔反射；一反射组件，将该第一共振讯号反射回该共振腔中；以及一接收装置，用以接收第二共振讯号及被该共振腔反射的非特定波长的入射光讯号，其中该第二共振讯号是当该共振腔接收该第一共振讯号后于该共振腔中再次形成共振所输出的光讯号；其中当该包含有复数波长的入射光讯号射入该共振腔时，该共振腔的间距是可调变的，以输出其所相对应的第一共振讯号。
4.根据权利要求1或3所述的可调式滤波器，其特征在于上述的共振腔为法布里-伯罗共振腔。
5.根据权利要求1或3所述的可调式滤波器，其特征在于上述的反射组件是一镜子。
6.根据权利要求1或3所述的可调式滤波器，其特征在于上述的反射组件是一三棱镜。
7.根据权利要求2或3所述的可调式滤波器，其特征在于上述的接收装置为一三光纤平行管。
8.根据权利要求1或3所述的可调式滤波器，其特征在于上述的共振腔可与该入射光讯号间调整成任一角度，以将被反射的该非特定波长的入射光讯号与该第二共振讯号分离。
全文摘要
一使用于光学网络上的可调式滤波器，是利用法布里－伯罗共振腔与反射式光学组件，组合而成；此可调式滤波器可使光讯号通过同一个法布里－伯罗共振腔两次，以达到低串音与高导通频宽的光学特性，并借由改变法布里－伯罗共振腔两反射面的间距，借以过滤出特定波长。
文档编号G02B6/26GK1474222SQ02128660
公开日2004年2月11日 申请日期2002年8月9日 优先权日2002年8月9日
发明者汪仁智, 张绍雄 申请人:台达电子工业股份有限公司