CN1294691A - 薄膜光学组件的夹持与调谐装置 - Google Patents

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Abstract

介绍了一种用于夹持和调谐薄膜光学组件(140,146)的装置,其中,壳体(110)容纳一圆柱形薄膜光学组件,该组件可转动以调节波长,该光学组件通过或反射一光信号。薄膜光学组件包括一薄膜滤光器,安装在一圆柱形组件上,该组件具有一平直安装面和用于传输光线的孔。壳体具有一光径(282),光径穿过壳体加工而成,该光径允许光线通过以到达每一薄膜光学组件(149,146),在此,一波长通过传输而被分离,而其余波长被反射至后继滤光器。每一薄膜光学组件(140,146)可在壳体(110)内转动以允许波长调谐。薄膜光学组件一经完成调谐,可用施加于薄膜光学组件和壳体(110)之间的低温焊剂将其就地夹持。光纤(100)用套圈和棒状渐变折射率透镜与壳体连接。每一光纤(100)可用施加于套圈和壳体间的低温焊剂就地夹持。

Description

薄膜光学组件的夹持与调谐装置
发明背景
滤光器对于处理光信号是特别有用的装置,已发现大量应用于光纤通讯系统,用于分离可携带不同通讯信号的不同的光波长。在其它的应用中,使用滤光器有选择地反射或传导光信号,并从而可用于使光信号在光开关内改变方向、用作光波长分隔多路调制器(wavelengthdivision multiplexor)或其它光处理设备。
滤光器通常由具有不同折射率的光学材料薄膜制成,从而构成一种多层组件。薄膜滤光器的特点之一在于其传导(和反射)特性取决于光投射到滤光器的角度。由于这种角度上的相关性,薄膜滤光器必须正确地对准,以保证所需要的光波长或偏振光过滤特征。使滤光器绕垂直于入射光的轴线转动,提供了调谐滤光器的方法,并可用于获得系统所希望的光学响应。
在任何通过滤光器转动进行调谐的光学系统中,重要的是具有一种适当的方法转动与紧固滤光器。机动台架可用于对滤光器进行调谐,但其价格昂贵且不适于小型大容量光学元件。其它机械台架可能适用于实验室工作,但和机动台架一样不适用于小型大容量光学元件。此外,需要具有安装并转动几个滤光器的能力,以构成具有多路光输出的光波长分隔多路调制器。
基于上述理由,需要一种装置来夹持和紧固薄膜光学组件。
发明概述
本发明包括一种用于夹持并对准薄膜光学组件的装置,其中,薄膜光学组件安装在圆柱形夹持器内,并插入一壳体中,该壳体允许圆柱形夹持器绕一轴线转动,该轴线垂直于壳体内的一光径。一旦正确对准,可使用一种紧固装置将光学组件夹持就位,这种装置在一推荐实施例中是使用一种低温焊接材料。
本发明可用于实现一种光波长分隔多路传输装置,用于分离光波长,在这种装置中,壳体包含许多光学组件,每一光学组件包括一薄膜滤光器,并对准成使光线之选定波长通过滤光器并离开壳体,而其余的光信号沿一光径行进,通过壳体而进入后继的滤光器组件。
在一推荐实施例中,本发明用于实现一种光波长信号分离器,该信号分离器基于使用一种由金属板制成的壳体,具有数个插入的并可调节的圆柱形光学组件夹持器。每一圆柱形光学组件顶上所设的槽有助于调节光学组件。在一推荐实施例中,包括套圈并包括棒状渐变折射率(graded rod index)透镜的光纤组件被插入壳体,以与装置的输入输出光信号耦合,并用低温焊剂将其固定。
在一推荐实施例中薄膜光学组件用环氧树脂固定在薄膜干涉(interference)夹持器中。
本发明之一优点在于其可被利用于制成光波长分隔多路传输器或其它在大容量环境下的光学开关,其中,该装置可快速装配、调谐和用低温焊剂固定。本发明保证组件一经调谐即可经受温度变化和机械振动而不需重复调整。
本发明之另一优点在于此发明可用于实现许多处理功能,这是由于包含在这些光学组件中的光学组件和滤光器,可设计成用于光波长或偏振光分离。本发明可设置为一光学处理系统的一部分,例如作为一种光学开关,或用作光纤通讯系统中的一种独立光学元件。
本发明的这样和那样特征和目的,从下列推荐实施例的详细说明可以更为全面地了解,对于推荐实施例应结合附图阅读。
附图简介
加入并构成技术特征的一部分的附图,连同用于阐述本发明原理的说明,说明了本发明的实施例。
在附图中:
图1图解说明了当本发明被用于分离光波长时的原理;
图2为本发明之四口型装置的轴测图;
图3为本发明之六口型装置的轴测图;
图4为本发明六口型装置顶视图横截面;
图5为插入壳体之圆柱形光学组件夹持器纵向视图的横截面;
图6为壳体纵向视图的横截面;
图7为光纤组件容座纵向视图的横截面;
图8为壳体的端面视图;
图9为圆柱形光学组件夹持器的轴测图;
图10为圆柱形光学组件夹持器沿垂直于光传播方向剖切的横截面视图;
图11为圆柱形光学组件夹持器顶视图的横截面;和
图12为圆柱形光学组件夹持器在平行于光传播方向侧视图的截面图。
推荐实施例的详细说明
在说明附图所示本发明推荐实施例时,为清楚起见将使用专用的术语。但是本发明并不局限于这样选择的专用术语,并应当理解为每一专用术语包括其全部技术上的等价物,这些等价物以相似的方式运行以实现相似的目的。
总体参看附图,特别是图1至图12,公开了本发明的装置。
图1示出了本发明当用作光波长(λ1n)分离时的原理图,其中壳体110用于夹持光学组件夹持器,该光学组件夹持器包括第一薄膜组件140、第二薄膜组件142、第三薄膜组件144和第四薄膜组件146。光纤100携带包括光线的多种波长的信号并在入口114被接收。在一推荐实施例中,光纤100使用金属套圈与棒状渐变折射率(GRIN)透镜结合与壳体110连接。
光学信号传播进入壳体110并入射于第一光学薄膜组件140。在一推荐实施例中,光学薄膜组件140、142、144和146包括薄膜干涉滤光器,用于不同光波长的分离。波长为λ1的光线穿过第一光学薄膜组件140,并在第一光波长出口116离开壳体。
其余光信号继续在壳体110内行进,并入射于第二光学薄膜组件142,此光学薄膜组件分离出波长为λ2的光线,此分离出的光线通过第二光波长出口118离开壳体。其余波长的光入射于第三滤光器组件144,此滤光器组件分离出波长为λ3的光线,此被分离出的光线通过第三光波长出口120离开壳体。其余波长的光线入射于第四滤光器组件,此滤光器组件分离出波长为λ4的光线,被分离出的光线通过第四光波长出口122离开壳体。其余的全部光线,在这种情况下包括波长为λ5n的信号从第四滤光器组件146反射,并通过出口130离开壳体。图1所示光径282图解说明光信号通过壳体110的路径。
图2图解说明本发明之四口装置实施例,此外还图解说明入口114、第一波长出口116、第二波长出口118和出口130,示出了本发明的其它特点,包括:第一光学组件夹持器容座210、第二光学组件夹持器容座220、和第三光学组件夹持器容座230。还可以看见的是安装孔235、光纤组件低温焊接孔280和光径282。在一推荐实施例中,壳体110是用不锈钢加工制造而成。在一替换实施例中,其它金属或聚合材料(塑料)也可使用。
在一推荐实施例中,安装孔235用于将壳体安装在一衬底即一基板上。在一推荐实施例中使用螺钉穿过安装孔235安装壳体。
图3图解说明本发明之六口实施例,该实施例对应于图1所示装置,该装置包括第四光学组件夹持器容座240、第三光波长出口120和第四光波长出口122。
图4为本发明一六口型装置顶视图的横截面。图中所示长度(L)、直径(D)、深度(P)和角度(A),根据本发明一实施例,其尺寸列于表1中。除角度外,表1中之全部尺寸以毫米为单位。
表1
 L1=9.0  L9=17.0  L17=4.0
 L2=2.8  L10=20.0  L18=27.0
 L3=6.0  L11=6.0  L19=35.0
 L4=4.0  L12=6.0  D1=2.5
 L5=16.5  L13=4.0  D2=4.0
 L6=13.5  L14=4,0  P1=5.1
 L7=4.0  L15=5.0  A1=20°
 L8=1.5  L16=16.5
在图5和图6中图解示出的横截面视图的位置也在图4中示出。
图5为插入壳体110的圆柱形光学组件夹持器纵向视图的横截面,示出了凹台510的存在,该凹台限制光学组件夹持器900插入圆柱形容座520的插入深度。
图6为壳体纵向视图的横截面,并示出光径282。
图7为光纤组件容座纵向视图的横截面,该容座分别对应于输入口114、第一至第四光波长输出口116、118、120和122,以及出口130。光纤组件低温焊接孔280可以看见,在一推荐实施例中,该孔是用于允许低温焊剂形成壳体110和具有金属套圈的光纤组件间的金属粘接。图7所示横截面的位置在图8中示出。
图5、6和7中的长度(L)和直径(D)的尺寸,根据本发明之一实施例,列于表2。表2中之全部尺寸以毫米为单位。
表2
 L20=1.0  L24=2.0  D4=4.0
 L21=5.1  L25=2.8  D5=2.0
 L22=5.6  L26=5.6  D6=2.0
 L23=2.8  D3=5.0  D7=1.5
图8为壳体的端视图,分别示出了光径282、第一和第三光波长输出口116和120,连同出口130。图8中所示长度(L)、直径(D)、深度(P)和角度(A)的尺寸,根据本发明之一实施例,列于表3。除角度外,表3中之全部尺寸均以毫米为单位。
表3
 L27=5.6  L30=5.6  D8=4.0
 L28=2.8  L31=5.6  P2=6.0
 L29=5.6  D7=2.0  A2=45°
图9示出一光学组件夹持器900,该夹持器具有光学组件调节槽910、光学组件安装区920和光学组件夹持孔930。在一推荐实施例中,光学组件安装区是平直的,允许用环氧树脂或其它粘接剂安装薄膜光学组件1010。图10示出了光学组件夹持器沿垂直于光传播方向剖切的横截面视图。如图10所示,一薄膜光学组件1010用环氧树脂1001安装在光学组件夹持器900中。
图10中所示长度(L)的尺寸,根据本发明之一实施例列于表4中。表4中之全部尺寸以毫米为单位。
表4
 L32=0.5  L35=2.0  L38=2.0
 L33=2.0  L36=1.6
 L34=0.5  L37=1.0
图11为圆柱形光学组件夹持器顶视图的横截面,图12为在平行于光传播方向上圆柱形光学组件夹持器侧视图的截面图。图12中之长度(L)和直径(D)的尺寸,根据本发明之一实施例列于表5。表5中之全部尺寸以毫米为单位。
表5
 L39=2.8  D9=4.0
 L40=5.1  D10=1.5
在一推荐实施例中,薄膜光学组件1010为一多层干涉滤光器,该滤光器有选择地使一光波长通过,该波长为国际无线电通讯联合会(International Telecommunication Union-ITU)标准光纤远距离通讯通道频率和波长之一。这些波长为标准栅格(grid)之一,在一推荐实施例中,该栅格覆盖的波长范围从1562.233纳米(nm)(191900GHz)至1530.725纳米(195850GHz),各波长(频率)间的间距为50GHz。多层干涉滤光器制成使在此栅格的波长通过,该栅格在一标准波长具有一中心波长,中心波长公差为±0.2纳米,0.9纳米通频带宽最小-0.5分贝(dB),4.0纳米通频带宽最大-25分贝,在中心波长的最大插入损失0.3分贝,最大通频波动0.3分贝,最大偏振相关损失(polarizationdependent loss)0.05分贝,最大热波长漂移0.003纳米/℃。对于横向电偏振和横向磁偏振两者,入射角和偏振角均为10°。
在一推荐实施例中,多层干涉滤光器由多层高(折射)率材料和低(折射)率材料交替设置而制成,该材料是沉积在一1.4mm×1.4mm的BK-7玻璃基片上,使最终装置的厚度大约1mm。多层干涉滤光器的制造对于本领域技术人员而言是众所周知的,这些滤光器容易获得或基于上述技术规范制造。在一推荐实施例中上述技术规范适用于-40℃至85℃的工作温度范围。
在一替换实施例中,设计了一种多层干涉滤光器用于分离偏振光,在这种情况下,一偏振光通过滤光器,而另一偏振光被反射,并通过壳体110的光径282行进。
在一推荐实施例中,用环氧树脂1001将薄膜光学组件1010贴附在光学组件夹持器900上。合适的环氧树脂为Master Bond Inc.销售的EP65HT-1环氧树脂。合适的替换粘接材料对于本领域的技术人员而言是众所周知的,并可能包括水泥、塑料和其它粘接材料。在一替换实施例中,使用一种机械安装系统将薄膜光学组件1010附着在光学组件夹持器900上。
作为本发明工业应用的例子,壳体110由镀镍和镀金的不锈钢加工制成,并具有图1-12所示的特点、特征和尺寸。以干涉滤光器形式的薄膜滤光器,安装在数个光学组件夹持器900上,并插入壳体110。具有镀金套圈和棒状渐变折射率透镜的光纤插入适当的口中,并用低温焊接固定在光纤组件低温焊接孔280。镀金套圈组件起准直器的作用,这种准直器借助于将光线安装在具有GRIN透镜的玻璃毛细管中而构成。入射光信号进入入口114,而穿过第一至第四光波长输出口116、118、120、122沿光纤离开的光线被依次监测以便调谐,调谐是基于使用螺丝刀插入光学组件调节槽910使光学组件夹持器转动实现的。
每一光学组件夹持器一经调节而绕垂直于光径282的轴线转动,用低温焊剂将每一光学组件夹持器900固定在壳体110上。最终制成的光波长分隔多路传输器可用作光通讯系统中光波长分离或其它光处理装置。
尽管本发明已结合具体实施例给予了说明,对于本领域的技术人员而言,在本发明范围内显然可进行各种改变和修改。本发明在所附权利要求的精神与范围内受到广泛的保护。

Claims (16)

1.一种夹持和对准薄膜光学组件的装置,所述装置包括:
a)一光学组件夹持器,其中,所述光学组件夹持器容纳所述薄膜光学组件;
b)壳体,用于设置所述光学组件夹持器,其中,所述壳体具有光径,用于使光线通过所述壳体传播;所述壳体支承插入的所述光学组件夹持器;所述光学组件夹持器可绕一轴线转动,该轴线垂直于所述光径,并与所述光径相交;所述光学组件夹持器的转动允许旋转调节所述光学组件,以优化预定波长光线的传输。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述光学组件是继旋转调节之后,用所述固定装置夹持在一固定位置以避免其转动。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述固定装置是低温焊接材料。
4.一种用于分离光线波长的波长信号分离器,包括:
a)数个光学组件夹持器,其中,每一所述光学组件夹持器容纳一薄膜光学组件,该光学薄膜组件传递一选定波长的光线;
b)壳体,用于设置所述数个光学组件夹持器,其中,所述壳体具有光径,用于使光线通过所述壳体传播;所述光径具有数个光径分段,包括:第一光径分段,在入口和第一滤光器夹持器之间;第二反射光径分段,在所述第一滤光器夹持器和第二滤光器夹持器之间;所述第一光径分段与所述第二反射光径分段为非零夹角;所述壳体允许对所述数个光学组件之每一组件进行旋转调节,以便在一预定的波长优化光线传输。
5.如权利要求4所述的装置,其特征在于,所述光学组件在旋转调节之后,使用固定装置夹持在一固定位置,以利用固定装置避免其转动。
6.如权利要求5所述的装置,其特征在于,所述固定装置是一种低温焊接材料。
7.一种用于分离光线波长的光波长信号分离器,包括:
a)数个圆柱形光学组件夹持器,其中,每一所述光学组件夹持器包括一平直安装部,一以选定波长传输光线的薄膜光学组件可安装于其上;
b)壳体,用于设置所述数个圆柱形光学组件夹持器,其中,所述壳体由一金属材料板制成;所述板限定一平面,并具有:一组第一型圆柱形开口,该开口垂直于所述平面,用于插入所述光学组件夹持器;一组第二型开口,该开口平行于所述平面,用于插入一组光纤组件;所述板包含一光径,用于使光线传播通过所述板,所述光径具有数个光径分段,包括:第一光径分段,该光径分段在输入口和第一光学组件夹持器之间;第二反射光径分段,该光径分段在所述第一光学组件夹持器和第二光学组件夹持器之间;所述第一光径分段与所述第二反射光径分段为非零夹角;所述壳体允许对所述数个光学组件之每一组件进行旋转调节,以便在一预定的波长从所述输入口至一输出口优化光线传输,使所述输出口与所述光学组件夹持器一致。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述光学组件夹持器具有一槽部,以有助于使所述干涉夹持器绕一垂直于所述平面的轴线转动,其中,所述所述转动可使用一刀片装置完成。
9.如权利要求7所述之装置,其特征在于,所述第二型圆柱形开口具有第三型开口,该第三型开口允许使用一种固定装置固定所述光纤组件。
10.如权利要求9所述之装置,其特征在于,所述光纤组件包括一套圈和一棒状渐变折射率(GRIN)透镜。
11.一种用于监测一光学信号之一部分的装置,所述装置包括:
a)一个圆柱形光学组件夹持器,其中,所述圆柱形光学组件夹持器包括一平直安装部,一反射部分入射光信号的薄膜光学组件安装于其上;
b)壳体,用于设置所述圆柱形光学组件夹持器,其中,所述壳体由一金属材料板制成;所述板限定一平面,具有一组第一型圆柱形开口,该开口的轴线垂直于所述平面,用于插入所述圆柱形光学组件夹持器,一组第二型开口,用于插入一组光纤组件;所述第二型圆柱形开口的轴线平行于所述平面;所述板包含一用于传播光线的光径,其中,所述光径具有数个光径分段,包括:第一光径分段,该光径分段在输入口和所述圆柱形光学组件夹持器之间;第二反射光径分段,该光径分段在所述圆柱形光学组件夹持器和输出口之间;所述壳体允许所述圆柱形光学组件旋转,以便在所述反射光径分段获得预定的信号水平。
12.如权利要求11所述的装置,其特征在于,所述圆柱形光学组件夹持器具有一槽部,以帮助使所述圆柱形光学组件夹持器绕一轴线转动,该轴线垂直于所述平面;所述转动可使用一刀片装置完成。
13.如权利要求11所述之装置,其特征还在于,所述第二型圆柱形开口具有第三型开口,该第三型开口允许使用固定装置将所述光纤组件固定。
14.如权利要求13所述的装置,其特征在于,所述光纤组件包括一套圈和一棒状渐变折射率(GRIN)透镜。
15.如权利要求13所述的装置,其特征在于,所述固定装置是低温焊接材料。
16.如权利要求11所述的装置,其特征在于,所述薄膜光学组件是用环氧树脂固定在所述薄膜干涉夹持器上。
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