新型濾波器件研究【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述應(yīng)用物理新型濾波器件研究摘要：對當(dāng)下的主要的光學(xué)濾波器的原理，結(jié)構(gòu)、特性與用途作了介紹，還介紹了基于旋光材料設(shè)計(jì)的光學(xué)濾波器及其優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展前景。關(guān)鍵字：光學(xué)濾波器、干涉型、衍射型、吸收型、旋光色散一、引言光學(xué)濾波器是一種波長選擇器件，能夠在連續(xù)譜中能透過一定寬度的波長或在線狀譜中提取某些輻射的波長[1]，它在空間通訊、光譜分析、光纖通信、激光技術(shù)以及雷達(dá)技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，基于不同的原理，光學(xué)濾波器大致可以分為干涉型、衍射型和吸收型三類[2]。當(dāng)前，隨著光纖傳感技術(shù)，密集波分復(fù)用（DWDM），光時(shí)分復(fù)用（OTDM）技術(shù)的發(fā)展，對光學(xué)濾波器的可調(diào)諧性、透過率以及精細(xì)度

2、的要求越來越高，同時(shí)也對器件的小型化和低成本提出了一定要求。本文對當(dāng)下研究較多的光學(xué)濾波器作了介紹，從原理和機(jī)構(gòu)上對其進(jìn)行分析，還著重介紹了基于旋光色散原理所設(shè)計(jì)的光學(xué)濾波器。二、干涉型光學(xué)濾波器2.1多層膜干涉可調(diào)諧光濾波器（TFF）多層膜干涉可調(diào)諧光濾波器是基于多光束干涉原理所形成的課調(diào)諧濾波器件，通過改變?yōu)V光片的入射角度實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波。其基本結(jié)構(gòu)由鍍制在玻璃基片上的高（H）/低（L）折射率材料膜層構(gòu)成多個(gè)F-P腔，從而實(shí)現(xiàn)窄帶濾波。如圖1所示。圖1.TFF濾波器結(jié)構(gòu)示意圖2.2F-P腔可調(diào)諧光學(xué)濾波器F-P腔可調(diào)諧光濾波器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由F-P腔和準(zhǔn)直器兩個(gè)部分組成。光經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)

3、直之后進(jìn)入F-P腔，通過改變F-P腔的腔長來實(shí)現(xiàn)波長選擇；F-P腔可受直流電壓控制，通過調(diào)節(jié)直流電源的電壓達(dá)到選擇所要求的輸出光波長。單F-P腔技術(shù)的可調(diào)諧光濾波器可以由MEMS、壓電、液晶等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。圖.2F-P腔濾波器結(jié)構(gòu)示意2.3Mach-Zehnder光濾波器[3-5]其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩個(gè)輸入、輸出端和3dB耦合器組成。兩個(gè)3dB耦合器中間的兩臂光纖長度不等，相差ΔL，在臂上貼上熱敏膜或加上PZT就能夠調(diào)整ΔL。其原理同樣基于光的干涉理論，即兩束相干光經(jīng)過不同波長的光纖傳輸后發(fā)生干涉。兩個(gè)不同波長的光通過光纖傳輸進(jìn)濾波器端口1，經(jīng)3dB耦合器后光強(qiáng)均勻的分布到兩臂上，由于兩臂的

4、長度相差ΔL，故而兩束相干光經(jīng)兩臂傳輸后，會(huì)產(chǎn)生相位差，通過調(diào)整期中一臂（光波導(dǎo)）的折射率來改變?chǔ)，當(dāng)為特定值時(shí)即能在輸出端輸出未被相消得波長，故而將不同波長分離開來。圖.3Mach-Zehnder光濾波器示意圖三、衍射型光學(xué)濾波器3.1閃耀光柵光柵濾波器是不可調(diào)諧濾波器中的一種，衍射光柵的最基本結(jié)構(gòu)是在一塊透明材料(平面波導(dǎo))上平行地刻劃出一系列溝槽或在材料中形成光折射率周期變化的區(qū)域。例如對于正弦光柵，當(dāng)用具有不同空間頻率（波長）的光入射時(shí)，由于所有非零級(jí)主極大的條紋都出現(xiàn)在不同位置上，使得不同波長的光被分離開來[6]。而為了實(shí)際工作中將光強(qiáng)集中在位置可分辨的非零級(jí)主極大中，人們設(shè)計(jì)

5、了一種閃耀光柵，其是在玻璃基底上等間距的刻出鋸齒狀槽面兒形成的，其剖面如圖4所示，其通過閃耀角β的設(shè)計(jì)，使光柵使用與某一特定波段的某級(jí)光譜上，目前很多光柵光譜儀均使用閃耀光柵。圖.4閃耀光柵3.2波導(dǎo)光柵路由器[7]衍射光柵的另一種應(yīng)用是波導(dǎo)光柵路由器（WaveguideGratingRouter,WGR），又稱集成陣列波導(dǎo)光柵(ArrayedWaveguideGrating,AWG)。集成陣列波導(dǎo)光柵的典型結(jié)構(gòu)如圖5所示。它由輸入/輸出波導(dǎo)、星型波導(dǎo)和陣列波導(dǎo)三部分組成。其中，輸入星形波導(dǎo)與陣列波導(dǎo)組成一個(gè)相位控制器，使得到達(dá)衍射光柵的光波相位與光的輸入端口、光波長λ有關(guān)。與陣列波導(dǎo)輸出

6、端面相連的星形波導(dǎo)的輸入端面充當(dāng)衍射光柵的作用。它不需要用模擬信號(hào)來控制濾波特性,也不需要反饋控制電路及鑒頻電路來保持穩(wěn)定，故而使得它一誕生就在WDM光網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛的應(yīng)用。圖.5AWG的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)四、吸收型光學(xué)濾波器4.1選擇吸收濾光片[1]濾光片主要分為液體濾光片、有色玻璃濾光片、有機(jī)物質(zhì)濾光片和氣體濾光器。其中，有色玻璃濾光片的應(yīng)用較為廣泛，同時(shí)也較為常見，并且廣泛的應(yīng)用到人們的日常生活中。其大多由無機(jī)鹽制成，其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、均勻和良好的光學(xué)質(zhì)量。然而，由于其帶通很少低于30nm，故而會(huì)摻雜一些稀土元素，從而使通帶減少至10nm左右。4.2原子共振光濾波器[9]原子共振濾波器（Atom

7、icResonanceFilter，簡寫成ARF）于70年代末期開始研究，它是一種超高Q值（105~106）的光學(xué)濾波器,具有超窄帶寬（0.001nm），各向同性，全視角接收（接收角接近180），其中心波長對環(huán)境因素不敏感等特點(diǎn)。ARF是利用原子躍遷制造出的超窄帶濾波裝置。具有原子躍遷線（波長）的入射光子在共振線被含在蒸氣爐中的原子吸收，然后這些原子以另外波長重新輻射，替代了入射波長中允許通過的發(fā)射光，同時(shí)阻止了入射波長