[發(fā)明專利]帶寬和波長(zhǎng)可變可調(diào)的光學(xué)濾波器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210213326.3
• 申請(qǐng)日: 2012-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN102854618A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃玉華;張世超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B26/00
• 分類號(hào): G02B26/00;G02B5/20
• 代理公司: 金華科源專利事務(wù)所有限公司 33103
• 代理人: 呂葆華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)濾波器，特別是一種帶寬和波長(zhǎng)可變可調(diào)的光學(xué)濾波器。

背景技術(shù)

可調(diào)光學(xué)濾波器是一種能夠從寬帶光源信號(hào)中篩選出一定波長(zhǎng)范圍信號(hào)的光學(xué)器件，是現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中的重要部件之一，在光通訊、光譜學(xué)、遠(yuǎn)程遙感、超光譜/精細(xì)光譜等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。國(guó)際上已經(jīng)制作了多種光學(xué)濾波器，如法布里波羅濾波器、薄膜干涉濾波片、馬赫曾德爾干涉儀濾波器、光柵濾波器、波導(dǎo)濾波器等。但是，目前的這些濾波器只能調(diào)諧帶寬或者波長(zhǎng)，而不能實(shí)現(xiàn)帶寬和波長(zhǎng)的同時(shí)調(diào)諧。隨著光通訊技術(shù)和多光譜/精細(xì)光譜技術(shù)的發(fā)展，那種僅能調(diào)諧帶寬或波長(zhǎng)的濾波器已不能滿足要求，越來(lái)越需要一種既可以調(diào)諧帶寬也可以調(diào)諧波長(zhǎng)的可調(diào)光學(xué)濾波器以滿足未來(lái)的發(fā)展需要，因而近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。

Philip?E.Buchshaum等人利用兩個(gè)鍍有厚度呈線性變化的干涉膜的光學(xué)基板開發(fā)出帶寬和波長(zhǎng)同時(shí)可調(diào)的光學(xué)濾波器，其中干涉膜的厚度從基板的一邊到另一邊呈楔形變化。當(dāng)光的入射位置從楔形濾波板的一端移向另一端時(shí)，濾波板所濾除光波的中心波長(zhǎng)便隨之變化。該濾波器的波長(zhǎng)可調(diào)性是通過線性地移動(dòng)兩片楔形基板來(lái)實(shí)現(xiàn)的；而帶寬的改變則是通過在線性變化的基板間引入一個(gè)位移差來(lái)實(shí)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是制作復(fù)雜、成本高。

2011年，丁運(yùn)鴻小組提出并制作了基于馬赫——曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的帶寬和波長(zhǎng)同時(shí)可調(diào)的光學(xué)濾波器。但是，該濾波器的波長(zhǎng)和帶寬的調(diào)諧范圍非常窄，分別只有4nm和0.42nm，很難滿足實(shí)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制作、成本低廉、波長(zhǎng)和帶寬的調(diào)諧范圍大且實(shí)用的帶寬和波長(zhǎng)可變可調(diào)的光學(xué)濾波器。

一種帶寬和波長(zhǎng)可變可調(diào)的光學(xué)濾波器，包括濾波片和調(diào)節(jié)裝置，其特征在于：濾波片為膽固醇液晶片，由兩片平行排列的膽固醇液晶片構(gòu)成；調(diào)節(jié)裝置為平行調(diào)節(jié)裝置，兩片膽固醇液晶片設(shè)裝在各自的平行調(diào)節(jié)裝置上。所述的平行調(diào)節(jié)裝置是指能使兩片膽固醇液晶片平行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)裝置。

本發(fā)明的目的是通過兩片平行排列且能平行調(diào)節(jié)的膽固醇液晶片實(shí)現(xiàn)的。所以，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制作、成本低廉、波長(zhǎng)和帶寬的調(diào)諧范圍大（帶寬可以從27nm調(diào)節(jié)到80nm,中心波長(zhǎng)則可以從480nm調(diào)節(jié)到618nm）、適用范圍廣、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。

與一般的可調(diào)光學(xué)濾波器相比，該光學(xué)濾波器既可以調(diào)節(jié)波長(zhǎng)也可以改變帶寬，因此它既可以用于只要求改變波長(zhǎng)或者帶寬的場(chǎng)合，也可以用于要求波長(zhǎng)和帶寬同時(shí)改變的場(chǎng)合。

與丁運(yùn)鴻小組提出的基于馬赫——曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的帶寬和波長(zhǎng)同時(shí)可調(diào)的光學(xué)濾波器相比，無(wú)論是帶寬還是波長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍都大得多，帶寬可以從27nm調(diào)節(jié)到80nm,中心波長(zhǎng)可以從480nm調(diào)節(jié)到618nm。其中中心波長(zhǎng)可以根據(jù)需要改變膽固醇液晶分子中的手性分子的配比濃度在任意波長(zhǎng)范圍調(diào)節(jié)，帶寬也可以通過采用高雙折射率的液晶材料來(lái)增寬，同時(shí)通過壓縮光斑大小來(lái)獲得更窄的帶寬，從而擴(kuò)展帶寬的調(diào)節(jié)范圍，理論模擬表明最窄帶寬可以達(dá)到5nm,最寬帶寬則可以達(dá)到300nm甚至更寬。

與Philip?E.Buchshaum等人發(fā)明的可調(diào)濾波器相比，不僅能實(shí)現(xiàn)同樣的功能，而且制備要簡(jiǎn)單得多。因采用了膽固醇液晶片，只要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整手性分子的比例就能制備出我們需要的工作波長(zhǎng)和帶寬范圍的可調(diào)濾波器，而且液晶材料非常便宜，所以采用膽固醇液晶制作這種帶寬和波長(zhǎng)可變可調(diào)濾波器非常便宜。Philip?E.Buchshaum等人發(fā)明的可調(diào)濾波器是采用鍍膜的方法來(lái)制備的，鍍膜這一方法本身就很復(fù)雜，成本很高，而在Philip?E.Buchshaum的可調(diào)濾波器中，基板上所鍍的膜的厚度還是線性變化的，其制備復(fù)雜和成本昂貴是不可想象的，可以說他們這一方法雖然原理上可行，實(shí)際上可操作性不大，難以工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2a空間分布膽固醇液晶結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2b空間分布膽固醇液晶實(shí)驗(yàn)圖，

圖3膽固醇液晶在不同位置的反射譜，

圖4a是帶寬可變可調(diào)光學(xué)濾波器調(diào)節(jié)中心波長(zhǎng)的原理圖，

圖4b是帶寬可變可調(diào)光學(xué)濾波器調(diào)諧波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，

圖5a是帶寬可變可調(diào)光學(xué)濾波器調(diào)節(jié)帶寬的原理圖，

圖5b是帶寬可變可調(diào)光學(xué)濾波器改變帶寬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。