專利名稱：級聯(lián)式奇偶數(shù)信號分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種級聯(lián)的奇偶數(shù)信號分離器，主要可在波分復(fù)用技術(shù)中將奇偶數(shù)信號信道分離(interleaver)，此外還可用于一切需要平坦化光譜透射率函數(shù)的濾波器。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是當(dāng)前用來擴大通信系統(tǒng)信息容量的一個切實可行和已被廣泛采用的技術(shù)方案。在同一根光纖上同時傳送的多路等頻率間隔的單一載頻波分復(fù)用信號需要采用解復(fù)用器將波分復(fù)用信號按波長的不同進行分離。隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的迅速發(fā)展，信號頻率間隔愈來愈小，需要采用更窄頻率間隔的波分復(fù)用器件來擴容，這也就對解復(fù)用器提出了更高的光譜分辨要求。奇偶數(shù)波分復(fù)用信號分離器(以下簡稱奇偶分離器)能將波分復(fù)用信號按照波分載頻的順序分離成為奇數(shù)系列和偶數(shù)系列兩個信道，每個信道中的波分頻率間隔相應(yīng)增加一倍，這樣就降低了波分復(fù)用解復(fù)用器對波長間隔要求的負擔(dān)，提高了系統(tǒng)傳輸容量，因此奇偶分離器是一種重要的光通信核心器件。為了有效分離奇偶數(shù)信號，實現(xiàn)低通道間串?dāng)_，奇偶分離器必須具備平坦而高對比度的通帶和阻帶的光譜透過特性。
在先技術(shù)[1](參見光通信技術(shù)，馮德軍等，2000，(1)，29-32)描述的是一種全光纖馬赫-澤德(Mach-Zehnder)干涉儀型結(jié)構(gòu)的波分復(fù)用系統(tǒng)器件。該在先技術(shù)同樣可以用作奇偶數(shù)信號分離器，此時要求兩個光纖耦合器的分束比均為1∶1，通過控制兩干涉臂的長度差可使輸出兩端口分別得到奇數(shù)波長組信號光和偶數(shù)波長組信號光。但該在先技術(shù)對兩臂光程差和第二個耦合器分束比的要求較高，而現(xiàn)有的耦合器拉制工藝對第二個耦合器分束比較難控制，如能有效解決耦合器拉制工藝問題，將是不錯的奇偶信號信道分離濾波器的技術(shù)方案。
在先技術(shù)[2](參見Opt.Lett.，K.Okamoto and H.Yamada，20(1)，1995，43-45)中所描述的是一種利用陣列波導(dǎo)光柵(英文簡稱AWG)來產(chǎn)生平坦化的光譜響應(yīng)函數(shù)。它的設(shè)計原理基于離散傅立葉變換，通過模擬光束傳播，實現(xiàn)了100GHz信道間隔的大于57.2Ghz的平坦光譜區(qū)域?？蓪崿F(xiàn)波分復(fù)用技術(shù)中的復(fù)用/解復(fù)用功能，插分復(fù)用功能和波長路由等功能。但該在先技術(shù)存在插入損耗較大，偏振相關(guān)損耗高，溫度穩(wěn)定性不好等缺點，實際應(yīng)用中必須采用其它方法和設(shè)備消除偏振和溫度等的影響，從而限制了它的應(yīng)用。
在先技術(shù)[3](參見Eltctron.Lett.，W.J.Carlsen and C.F.Buhrer，23(3)，1987，106-107)描述的是一種產(chǎn)生平坦化光譜透射率函數(shù)的級聯(lián)雙折射偏振干涉技術(shù)。其采用的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為一塊起偏器和檢偏器中間放置有厚度比為1∶2∶2的三塊同樣材料的雙折射晶體波片。通過逆推計算方法計算出了所需的各塊晶體相對于起偏器的偏角值(此時起偏器與檢偏器平行)。但它在通帶和阻帶的抖動不大于1％時，只得到了一組晶體偏角值，而且在通帶和阻帶抖動不大于0.1％時，通帶或阻帶的寬度與周期的比值不到3％。故要得到抖動較小的光譜透射率函數(shù)時，該結(jié)構(gòu)則需要大尺寸，高光學(xué)質(zhì)量，高雙折射的晶體，而這類晶體品種很少。此外所用的是高階波片，制做困難。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述在先技術(shù)的困難，提供一種奇偶數(shù)信號分離器，該分離器具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟、成本低、性能可靠的特點。
本實用新型的構(gòu)思是采用K(K≥1)塊介質(zhì)對級聯(lián)構(gòu)成的濾波器，各塊介質(zhì)對交面鍍有薄膜，控制光在介質(zhì)對中的光程差和介質(zhì)對交面薄膜的反射率或透射率可使光譜透射率函數(shù)接近理想的周期矩形光譜透射率的傅立葉級數(shù)，形成奇偶數(shù)信號可靠的分離。
本實用新型的具體技術(shù)解決方案如下自輸入光纖1沿光束前進的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直透鏡2、偏振分束器3、偏振旋轉(zhuǎn)片4、K(K≥1)塊級聯(lián)介質(zhì)對5，其后水平地接設(shè)有第一輸出偏振旋轉(zhuǎn)片6、第一偏振合束器7、第一聚焦透鏡8及位于該第一聚焦透鏡8焦點的第一輸出光纖9；由K塊級聯(lián)介質(zhì)對5之后垂直地接設(shè)有第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片10、第二偏振合束器11、第二聚焦透鏡12及位于該第二聚焦透鏡12焦點的第二輸出光纖13。
K塊級聯(lián)介質(zhì)對5是依次由介質(zhì)對501、介質(zhì)對502…、介質(zhì)對50K級聯(lián)而成，每塊介質(zhì)對均由形狀相同而折射率不同的A、B兩部分介質(zhì)組成，而且前K-1級介質(zhì)對中的A或B的平面結(jié)構(gòu)均為一五邊形，是將底角等于45°的等腰梯形的一底角切掉了一個斜邊為該梯形下底一部分的等腰直角三角形的五邊形；第K塊介質(zhì)對中，A或B的平面結(jié)構(gòu)均為底角等于45°的等腰梯形；前K-1級的每塊介質(zhì)對的A和B的上半交面鍍有薄膜，而第K級介質(zhì)對的A和B的交面全鍍有薄膜。
介質(zhì)對也可以采用各向同性材料，如具有不同折射率的玻璃。輸入偏振旋轉(zhuǎn)片4和第一、第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片6，10可采用旋光片或半波片。偏振分束器3和第一、第二偏振合束器7，11可采用雙折射晶體或偏光棱鏡組合。
級聯(lián)介質(zhì)對(5)的對數(shù)K＝3時，三塊級聯(lián)介質(zhì)對在尺寸上滿足如下關(guān)系光從第一塊介質(zhì)對交面入射到入射第二塊介質(zhì)對交面后的光程差與光從第二塊介質(zhì)對交面入射到入射第三塊介質(zhì)對交面后的光程差與光在第三塊介質(zhì)對內(nèi)的光程差之比為1∶2∶2；除第三塊介質(zhì)對上半交面鍍硅和二氧化硅多層膜外，第一塊、第二塊介質(zhì)對上半交面和第三塊介質(zhì)對下半交面鍍硅單層膜，各膜層反射率在1％-84％范圍內(nèi)。
本實用新型的技術(shù)效果在先技術(shù)[1]采用的是全光纖，在先技術(shù)[2]采用的是平面集成光學(xué)。本實用新型采用的是分立的光學(xué)元件組裝技術(shù)，使用級聯(lián)介質(zhì)對中的介質(zhì)和偏振旋轉(zhuǎn)片等，利用傳統(tǒng)光學(xué)加工和鍍膜工藝技術(shù)，避免了插入損耗、偏振和溫度等問題的影響，具有設(shè)備簡單、工藝成熟、成本低和性能可靠等優(yōu)點。
在先技術(shù)[3]采用的是晶體的雙折射，本實用新型主要采用的是每塊介質(zhì)對中的兩塊介質(zhì)的折射率差，因此不僅能生成范圍很大的折射率差值，而且能達到比晶體雙折射大很多的折射率差。光學(xué)玻璃的折射率為1.45-1.8，因此通過選擇不同的光學(xué)玻璃可使兩塊介質(zhì)的折射率差遠大于石英晶體雙折射0.0084，鈮酸鋰晶體雙折射0.073，方解石晶體雙折射0.156，因此本實用新型的級聯(lián)介質(zhì)對結(jié)構(gòu)簡單，優(yōu)質(zhì)介質(zhì)易得，介質(zhì)材料的選擇余地大而價格低，易于實現(xiàn)各種大小光譜頻率間隔的波分信號的奇偶分離，特別適用于高度密集波分復(fù)用信號并實現(xiàn)晶體干涉法以及其它方法達不到的很小的光譜頻率間隔。
本實用新型能夠得到當(dāng)透過通帶和阻帶更平坦時，各塊介質(zhì)對交面薄膜的透射率或反射率的多種組合值，較在先技術(shù)3優(yōu)越。


圖1為本實用新型奇偶數(shù)信號分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的級聯(lián)介質(zhì)對5中的各塊介質(zhì)對的結(jié)構(gòu)圖(a)為除第K塊(即最后一塊)以外的各塊介質(zhì)對的結(jié)構(gòu)圖，其中aj、bj、cj、dj為介質(zhì)的各邊長，j＝1，2…K-1；(b)為第K塊(即最后一塊)介質(zhì)對的結(jié)構(gòu)圖，其中u、v、w、s為介質(zhì)的各邊長。
圖3為光在圖1中的級聯(lián)介質(zhì)對5中傳播的光路圖。
圖4為具體實施方式
中產(chǎn)生的平坦化光譜透射率函數(shù)的波形。
具體實施方式
請先參閱圖1，由圖可見，本實用新型的奇偶數(shù)信號分離器包括輸入光纖1，發(fā)射光束前進的方向上依次置有準(zhǔn)直透鏡2，偏振分束器3，隨后為輸入偏振旋轉(zhuǎn)片4，K塊級聯(lián)介質(zhì)對5(K≥1)置于輸入偏振旋轉(zhuǎn)片4之后，接著沿該光路方向依次為第一輸出偏振旋轉(zhuǎn)片6和第一偏振合束器7，沿該光路的垂直方向依次為第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片10和第二偏振合束器11，從第一偏振合束器7端面輸出的光束連有第一聚焦透鏡8和置于第一聚焦透鏡8焦點上的第一輸出光纖9，從第二偏振合束器11端面輸出的光束連有第二聚焦透鏡12和置于第二聚焦透鏡12焦點上的第二輸出光纖13。
K塊級聯(lián)介質(zhì)對5依次由介質(zhì)對501，502…50K級聯(lián)而成，每塊介質(zhì)對均由A和B兩部分介質(zhì)組成。對K≥1級介質(zhì)對而言每級介質(zhì)對中的A、B兩部分介質(zhì)形狀相同，而材料的折射率不同；各級介質(zhì)對中的A介質(zhì)材料可相同也可不相同，各級介質(zhì)對中的B介質(zhì)材料也可相同或不同；此外，前K-1級介質(zhì)對中的每級介質(zhì)對在外形上相似。當(dāng)采用3級介質(zhì)對級聯(lián)時，這3級介質(zhì)對在結(jié)構(gòu)尺寸上滿足如下關(guān)系光從第一塊介質(zhì)對交面入射到入射第二塊介質(zhì)對交面后的光程差與光從第二塊介質(zhì)對交面入射到入射第三塊介質(zhì)對交面后的光程差與光在第三塊介質(zhì)對內(nèi)的光程差之比為1∶2∶2。前K-1級介質(zhì)對中，A(或B)的平面結(jié)構(gòu)為一個五邊形，是將底角等于45°的等腰梯形在一底角處切掉了一個斜邊為梯形下底一部分的等腰直角三角形所形成的；第K級介質(zhì)對中，A(或B)的平面結(jié)構(gòu)為底角等于45°的等腰梯形。單塊介質(zhì)對的結(jié)構(gòu)可如圖2所示(a)為除第K塊(即最后一塊)以外的各塊介質(zhì)對的結(jié)構(gòu)圖，其中介質(zhì)對中的各邊長度已標(biāo)出，j＝1，2…K-1；(b)為第K塊(即最后一塊)介質(zhì)對的結(jié)構(gòu)圖。其中除最后一塊介質(zhì)對外，每塊介質(zhì)對的A和B的上半交面鍍有薄膜，而最后一塊介質(zhì)對的上半交面和下半交面均鍍有薄膜，且這兩薄膜不同，T為薄膜的振幅透射率，R為薄膜的振幅反射率。圖3為光在級聯(lián)介質(zhì)對5中的光路圖。
準(zhǔn)直透鏡2用于對輸入光纖1發(fā)射的無規(guī)偏振波分復(fù)用信號光束進行準(zhǔn)直和擴束，準(zhǔn)直透鏡2輸出平行細光束x，其入射到偏振分束器3后在水平方向上被分解為等強度的左右分離的二束偏振正交的平行光束，第一偏振旋轉(zhuǎn)片4只對于左邊的垂直偏振的異常光束起作用，并旋轉(zhuǎn)偏振方向90°，因而第一偏振旋轉(zhuǎn)片4后為二束同為水平方向偏振的平行光束，隨后再進入級聯(lián)介質(zhì)對5。
從級聯(lián)介質(zhì)對5的右端面輸出在水平平面內(nèi)偏振態(tài)互相平行的兩平行光束，從級聯(lián)介質(zhì)對5的下端面輸出在豎直平面內(nèi)偏振態(tài)互相平行的兩平行光束，第一輸出偏振旋轉(zhuǎn)片6對于在水平平面內(nèi)互相平行的左側(cè)光束產(chǎn)生附加90°的偏振方向旋轉(zhuǎn)，第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片10對在豎直平面內(nèi)互相平行的左側(cè)光束產(chǎn)生附加90°的偏振方向旋轉(zhuǎn)，因此通過第一輸出偏振旋轉(zhuǎn)片6后，同一水平平面內(nèi)的兩束光偏振方向互相垂直，通過第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片10后，同一豎直平面內(nèi)的兩束光偏振方向也互相垂直，第一偏振合束器7在水平方向上合并光束，它使兩束偏振方向正交的水平平面內(nèi)平行的兩光束合并為輸出光束y，第二偏振合束器11在豎直方向上合并光束，它使兩束偏振方向正交的豎直平面內(nèi)平行的兩光束合并為輸出光束z。第一聚焦透鏡8對于y路輸出光束進行聚焦并耦合入第一輸出光纖9之中，第二聚焦透鏡12對于z路輸出光束進行聚焦并耦合入第二輸出光纖13之中。
系統(tǒng)中，偏振分束器3和第一偏振旋轉(zhuǎn)片4用于分解無規(guī)偏振的輸入光束，第一輸出偏振旋轉(zhuǎn)片6和第一偏振合束器7用于把濾波后的水平方向上的偏振光束再合成無規(guī)偏振的輸出光束，第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片10和第二偏振合束器11用于把濾波后的豎直方向上的偏振光束再合成無規(guī)偏振的輸出光束，主要目的是實現(xiàn)與輸入光束偏振無關(guān)的工作特性。因此，所有的介質(zhì)對有一定的寬度，允許能夠?qū)τ谄穹质?分解的二個光束同時進行相同的處理。
第一偏振旋轉(zhuǎn)片4與第一輸出偏振旋轉(zhuǎn)片6(或第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片10)之間的級聯(lián)介質(zhì)對5是整個系統(tǒng)的核心，如圖3，光束垂直入射介質(zhì)對501的交面上的e點，一部分光被反射，另一部分光被透射，之后這兩束光分別在介質(zhì)A和B內(nèi)發(fā)生全反射，隨后垂直入射介質(zhì)對502，并在其交面上的f點發(fā)生第二次反射和透射，在f點發(fā)生第二次反射和透射前，這兩束光已產(chǎn)生了一定的位相延遲，以此方式經(jīng)過多塊介質(zhì)對后，會在最后一塊介質(zhì)對503的交面出射點h處發(fā)生多個位相互不相同光的干涉，隨后一路光直接從級聯(lián)介質(zhì)對5的B介質(zhì)輸出，形成輸出光束N1，另一路光從級聯(lián)介質(zhì)對5的A介質(zhì)輸出，形成輸出光束N2。一塊介質(zhì)對的偏振干涉濾波器產(chǎn)生余弦形的光譜透過率函數(shù)，因此，多塊介質(zhì)對的級聯(lián)產(chǎn)生的光譜透過率函數(shù)不僅包含它們各自的基頻項，而且有它們的和差組合項，光譜透過率函數(shù)是一個由不同光譜頻率項組成的級數(shù)。通過調(diào)整和控制光在各級介質(zhì)對中的光程差和介質(zhì)對交面薄膜的透射率或反射率可使這個級數(shù)接近于周期性矩形函數(shù)的付立葉級數(shù)，從而產(chǎn)生平坦的透過通帶和透過阻帶，同時保持最大透過率和最小透過率分別為1和0。
一.關(guān)于介質(zhì)對假設(shè)各介質(zhì)對中介質(zhì)A的折射率為ni，A，介質(zhì)B的折射率為ni，B(其中i＝1，2…K)，除最后一塊介質(zhì)對外的其它介質(zhì)對交面的薄膜振幅透射率為Tj，振幅反射率為Rj(其中j＝1，2…K-1)，光在最后一塊介質(zhì)對交面入射時薄膜的振幅透射率為TK，振幅反射率為RK，光在最后一塊介質(zhì)對交面出射時薄膜的振幅透射率為Tp，振幅反射率為Rp。令除最后一塊介質(zhì)對外光從每塊介質(zhì)對交面入射到出射該介質(zhì)對進入下一個介質(zhì)對時所走的路程為Lj，光從每塊介質(zhì)對出射到進入下一塊介質(zhì)對交面時所走的路程為lj。光從入射最后一塊介質(zhì)對交面到出射最后一塊介質(zhì)對交面時所走的路程為Lk。并且可讓光以45°角入射各介質(zhì)對的交面和以45°角在各介質(zhì)內(nèi)發(fā)生全反射。
光在介質(zhì)A和B中發(fā)生全反射而產(chǎn)生的位相變化δi，A(B)有如下關(guān)系S偏振tgδi,A(B)2=-sin2θ-n2cosθ----(1-1)]]>P偏振tgδi,A(B)2=-sin2θ-n2n2cosθ---(1-2)]]>(其中θ為入射角，n=n0ni,A(B),]]>n0為空氣的折射率，ni，A(B)為所在介質(zhì)的折射率，i＝1，2…K)光從入射一個介質(zhì)對交面到進入下一個介質(zhì)對交面所產(chǎn)生的位相變化為tj=(δT,j-δR,j)+(δj,B-δj,A)+2πλ·(nj,B-nj,A)·Lj+2πλ·(nj+1,B-nj+1,A)·lj--(2-1)]]>(其中，δR，j和δT，j為光經(jīng)過各介質(zhì)對交面薄膜后反射光和透射光所產(chǎn)生的位相變化，δj，A和δj，B為光在各介質(zhì)對的介質(zhì)A和B中全反射所產(chǎn)生的位相變化，j＝1，2…K-1)當(dāng)n1，A＝n2，A＝…＝nj，A＝n1，和n1，B＝n2，B＝…＝nj，B＝n2時tj=(δT,j-δR,j)+(δj,B-δj,A)+2πλ·(n2-n1)·(Lj+lj)------(2-2)]]>而光從入射最后一塊(即第K塊)介質(zhì)對交面到出射該介質(zhì)對交面所產(chǎn)生的位相變化為tk=(δT,K-δR,K)+(δK,B-δK,A)+(δT,P-δR,P)+2πλ·(nK,B-nK,A)·LK----(3-1)]]>(其中δR，K和δT，K為光經(jīng)過最后一塊介質(zhì)對交面的入射處薄膜后反射光和透射光所產(chǎn)生的位相變化，δR，p和δT，p為光經(jīng)過最后一塊介質(zhì)對交面的出射處薄膜后反射光和透射光所產(chǎn)生的位相變化)當(dāng)nK，A＝n1，和nK，B＝n2時tk=(δT,K-δR,K)+(δK,B-δK,A)+(δT,P-δR,P)+2πλ·(n2-n1)·LK--(3-2)]]>每個介質(zhì)對的相位延遲可以表達為偏振干涉的光譜周期Δfi或時延γiΔfi=1γi=Ctiλ2π----(4)]]>其中C為光速，λ為波長。
二.光譜透射率函數(shù)的表達式根據(jù)瓊斯矩陣?yán)碚摚恳粋€光學(xué)元件都可用一個2×2的矩陣來表示，整個系統(tǒng)可用所有光學(xué)元件的矩陣相乘來表示，通過系統(tǒng)后出射光的偏振態(tài)為入射光的矢量表示與整個系統(tǒng)的矩陣表示相乘。該系統(tǒng)的光譜透射率函數(shù)可表示為t(f)＝t0+t1cos(2πγ′1f)+t2cos(2πγ′2f)+t3cos(2πγ′3f)+....+tncos(2πγ′nf)+....(5)其中，tn是與各級介質(zhì)對交面薄膜的振幅透射率(或振幅反射率)有關(guān)的系數(shù)，γ′n為γ1，γ2，γ3，...，γK的單獨或者其任意組合的差項，和項或者和差項。
三.奇偶信號的分離本器件的核心元件濾波器為由k個介質(zhì)對級聯(lián)所構(gòu)成的級聯(lián)介質(zhì)對5，如前所述，一束光入射級聯(lián)介質(zhì)對5時，由于各介質(zhì)對交面鍍有薄膜，在第一個介質(zhì)對交面薄膜處光被分成兩束，一束為透射光，另一束為反射光，這兩束光分別在介質(zhì)A和B內(nèi)發(fā)生全反射后垂直入射下一介質(zhì)對，并在其交面薄膜處又分別發(fā)生透射和反射，在此處發(fā)生透射和反射前，這兩束光已經(jīng)產(chǎn)生了一定的位相延遲(如式(2-1)(2-2)所示)，按此方式，則經(jīng)過多個介質(zhì)對后會在最后一個介質(zhì)對交面薄膜的出射點處發(fā)生多個位相互不相同光的干涉(其中光經(jīng)過最后一個介質(zhì)對所產(chǎn)生的位相變化如式(3-1)(3-2)所示)，光通過多個級聯(lián)介質(zhì)對所產(chǎn)生的光譜透射率函數(shù)如式(5)所示(它與各介質(zhì)對交面薄膜的振幅透射率(或反射率)和光在各介質(zhì)對中所產(chǎn)生的位相變化有關(guān))，為使奇偶信號得到分離，我們通過控制各介質(zhì)對交面薄膜的振幅透射率(或反射率)和光在各介質(zhì)對中所產(chǎn)生的位相變化，使該光譜透射率函數(shù)的表達式接近周期矩形函數(shù)的表達式，即產(chǎn)生具有平坦通帶和平坦阻帶的平坦化光譜透射率，同時保持最大透射率為1，最小透射率為0，從而使處于通帶的奇信號與處于阻帶的偶信號得到分離，分別從兩個端口輸出。
四.其它上述所說的輸入偏振旋轉(zhuǎn)片4和第一、二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片6、10可以采用旋光片或者半波片。其中旋光片由雙面拋光的旋光晶體構(gòu)成，旋光晶體的旋光率為α(度/毫米)，當(dāng)相對于入射旋轉(zhuǎn)片的入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)偏振角度θ時，旋光片的通光長度d(mm)為d=θα----(6)]]>當(dāng)使用半波片，所需的偏振旋轉(zhuǎn)角度為θ時，半波片的快軸(或慢軸)與輸入光的偏振方向的夾角β為β=θ2---(7)]]>上述所說的偏振分束器3和第一、二偏振合束器7、11可以采用雙折射晶體塊或者偏光棱鏡組合，上述所說的K塊級聯(lián)介質(zhì)對5中的各塊介質(zhì)對501，502…50K的介質(zhì)A和B可以采用各向同性材料如玻璃。K塊級聯(lián)介質(zhì)對5中的介質(zhì)對501，502…50K旋轉(zhuǎn)時其產(chǎn)生的位相延遲會發(fā)生變化，這可以用于光譜帶寬的微調(diào)諧。
三塊介質(zhì)對級聯(lián)構(gòu)成級聯(lián)介質(zhì)對5時，各介質(zhì)對交面薄膜可采用的反射率參見下表

(其中r1、r2分別為第一和第二塊介質(zhì)對交面薄膜的反射率，r3為第三塊介質(zhì)對上半交面薄膜的反射率，rp為第三塊介質(zhì)對下半交面薄膜的反射率)圖1是本實用新型K＝3的實施例的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例主要用于50GHz波分復(fù)用信號的奇偶分離，分離后的波分復(fù)用信號頻率間隔為100GHz。頻率范圍為193.35-193.55THz，對應(yīng)的波長在1548.91-1550.52nm波段。整體結(jié)構(gòu)見附圖1，采用三級介質(zhì)對級聯(lián)(即K＝3)，每級介質(zhì)對中的介質(zhì)A選材相同，每級介質(zhì)對中的介質(zhì)B選材也相同，且均選用光學(xué)玻璃，一個牌號為BK7，另一個牌號為SF11，即介質(zhì)A和B的折射率分別為n1，A＝n2，A＝n3，A＝n1＝1.50065，n1，B＝n2，B＝n3，B＝n2＝1.74474。偏振分束器和偏振合束器都采用單塊自然切割的光束入射面與出射面相平行的方解石晶體塊，偏振旋轉(zhuǎn)片都是石英半波片，半波片的快軸(或慢軸)與輸入光的偏振方向的夾角β為45°，并假定無規(guī)偏振的信號光A經(jīng)偏振分束器3和第一偏振旋轉(zhuǎn)片4后入射到級聯(lián)介質(zhì)對5的信號光是S偏振的。光以45°角入射各介質(zhì)對的交面和以45°角在各介質(zhì)內(nèi)發(fā)生全反射。
以表中的r1＝50％，r2＝16.54％，r3＝75％，rp＝2.45％為例進行實施。采用鍍膜工藝除第三塊介質(zhì)對上半交面鍍硅和二氧化硅外，其它三處的交面鍍膜處只需鍍硅即可。當(dāng)L1+l1＝12.281mm，L2+l2＝24.563mm，L3＝24.565mm時即可產(chǎn)生平坦化的光譜透射率函數(shù)，用于奇偶信號分離。進一步計算可得，a1＝6.1405mm，b1＝4.34264mm，c1＝d1＝3.07025mm，e1＝8.68529mm；a2＝12.2815mm，b2＝8.68564mm，c2＝d2＝6.14075mm，e2＝17.37129mm；u＝w＝12.2825mm，v＝8.68635mm，s＝26.05905mm。
附圖4為該實施例的平坦化光譜透射率曲線。
權(quán)利要求1.一種級聯(lián)式奇偶數(shù)信號分離器，包括輸入光纖(1)、第一輸出光纖(9)和第二輸出光纖(3)，其特征在于(1).自輸入光纖(1)沿光束前進的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直透鏡(2)、偏振分束器(3)、偏振旋轉(zhuǎn)片(4)、K(K≥1)塊級聯(lián)介質(zhì)對(5)，其后水平地接設(shè)有第一輸出偏振旋轉(zhuǎn)片(6)、第一偏振合束器(7)、第一聚焦透鏡(8)及位于該第一聚焦透鏡(8)焦點的第一輸出光纖(9)；(2).由K塊級聯(lián)介質(zhì)對(5)之后垂直地接設(shè)有第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片(10)、第二偏振合束器(11)、第二聚焦透鏡(12)及位于該第二聚焦透鏡(12)焦點的第二輸出光纖(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奇偶數(shù)信號分離器，其特征在于所述的K塊級聯(lián)介質(zhì)對(5)是依次由介質(zhì)對(501)、介質(zhì)對(502)…、介質(zhì)對(50K)級聯(lián)而成，每塊介質(zhì)對均由形狀相同而折射率不同的A、B兩部分介質(zhì)組成，而且前K-1級介質(zhì)對中，A或B的平面結(jié)構(gòu)均為一五邊形，是將底角等于45°的等腰梯形的在一底角處切掉了一個斜邊為該梯形下底一部分的等腰直角三角形后所形成的五邊形；第K級介質(zhì)對中，A或B的平面結(jié)構(gòu)均為底角等于45°的等腰梯形；前K-1級的每塊介質(zhì)對的A和B的上半交面鍍有薄膜，而第K級介質(zhì)對的A和B的交面全鍍有薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的奇偶數(shù)信號分離器，其特征在于所述介質(zhì)對可以采用各向同性材料，如具有不同折射率的玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奇偶數(shù)信號分離器，其特征在于所述的輸入偏振旋轉(zhuǎn)片(4)和第一、第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片(6，10)可采用旋光片或半波片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奇偶數(shù)信號分離器，其特征在于所述的偏振分束器(3)和第一、第二偏振合束器(7，11)可采用雙折射晶體或偏光棱鏡組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的奇偶數(shù)信號分離器，其特征在于所述的級聯(lián)介質(zhì)對(5)數(shù)K＝3。
專利摘要一種級聯(lián)式奇偶數(shù)信號分離器，包括輸入光纖、第一輸出光纖和第二輸出光纖，其特征在于自輸入光纖沿光束前進的方向依次設(shè)有準(zhǔn)直透鏡、偏振分束器、偏振旋轉(zhuǎn)片、K(K≥1)塊級聯(lián)介質(zhì)對，其后水平地接設(shè)有第一輸出偏振旋轉(zhuǎn)片、第一偏振合束器、第一聚焦透鏡及位于該第一聚焦透鏡焦點的第一輸出光纖；由K塊級聯(lián)介質(zhì)對之后垂直地接設(shè)有第二輸出偏振旋轉(zhuǎn)片、第二偏振合束器、第二聚焦透鏡及位于該第二聚焦透鏡焦點的第二輸出光纖。本實用新型的分離器容易實現(xiàn)各種大小光譜頻率間隔的波分信號的奇偶分離，能夠達到很小的光譜頻率間隔，光學(xué)元件加工和裝校工藝簡單、成本低和可靠性高。
文檔編號H04J14/02GK2612166SQ0228366
公開日2004年4月14日 申請日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者張娟, 劉立人, 周煜, 祖繼鋒, 欒竹, 劉德安, 周常河 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所