液晶调谐滤光片的设计与测试

【摘要】： 光学滤光片在连续的光谱中用于透过一定宽度的光谱带或在线状光谱中提取某些辐射。滤光片在科学技术的各个领域起着重要的作用．近年来随着光纤通信中以增大传输容量为目的的WDM及DWDM系统的兴起，滤光片作为WDM和DWDM系统中的一个关键部件日益引起人们的关注。 绝大多数WDM系统需要的一个关键功能，是由光学滤光片实现的接收机波长的可选择性。这种滤光片允许一个波长通过，阻止所有其它波长通过，这样就能准确无误的恢复数据。如果系统需要波长可调谐接收机，那么滤光片必须是可调谐的。即使系统允许将接收机固定在某个特定波长上，滤光片还是需要一定的可调谐性，以便将光滤光片的通带中心与光谱的正确位置对准，并补偿频率的漂移。因而可调谐滤光片作为光纤通信中的一个关键器件日益引起各国研究部门的重视，各种可调谐滤光片先后研制出来。如： 机械调谐的可调光栅滤光片，光栅安装在一个旋转部件上，光栅与入射光的夹角决定了所需要选择的波长。通过光栅的旋转，改变入射光与光栅的夹角，从而实现波长的调谐。这种滤光片具有控制电压高、响应速度慢、体积庞大等缺点 电子光学滤光片则是通过施加电压使各种电子光学材料的双折射率发生变化来实现透射波长的调谐，也可以利用电光晶体在电场中的旋转来实现波长的调谐。近年来随着晶体材料科学的发展，利用晶体的电光效应制成的电光可调谐滤光片得到了很大的发展，它已广泛用于波长信号分离、传感器保护、机载水文探测、遥感领域，并且在光纤通信中有很大的应用前景。本文重点研究了可调谐液晶电光滤光片，它的主要优点有： 1、可应用的光谱范围特别宽。许多液晶在紫外、可见光、红外都具有较大的双折射率和良好的透射性。 2、其调谐性能决定于所用液晶材料的双折射率，通常较小的 曲阜师范大学研究生论文稿纸 第2页 电压（0．8－4V）就足以产生较大的双折射率变化。 3、滤光片中的液晶厚度、液晶分子的排列方向比较灵活，输 出光束不发生偏离。 4、可调谐液晶电光滤光片的应用范围广、制作简单、成本较 低。 各种改进液晶电光可调谐滤光片的措施的实现，使得液晶调 谐滤光片成为一种很有应用前景的电先调谐滤光片，特别是用于 光纤通信中的波分复用系统和密集波分复用系统，将使光纤的传 输容量大大增加。目前国外在这方面的研究进展很快，而国内在 这方面的研究比较薄弱。因此对该器件进行深入的研究是很有必 要的。 论文共分四章，第一章主要介绍了Lyot滤光片、FP滤光片 及其他滤光片的原理，并对其参数及调谐滤光片在光纤通信系统 中的应用做了描述。第二章详细介绍了液晶的基本知识，主要包括 液晶的分类、三类液晶中液晶分子的排列特点及向列型液晶的电－ ”——”－””””一—“一’——”—””－’”””’””””’－’”一 一” 一 ＠ 控双折射效应，利用偏光干涉法测量出了液晶的双折射率随外加 电场的变化情况，测量结果表明外加电压的较，J、变化（0刁．sy）， 即可产生很大（0．3）的双折射率变化。另外鉴于加上电场后，液 晶分子同时具有旋光性和双折射特性，所以在本章中引入了液晶 的琼斯矩阵，以便以后利用矩阵光学的方法来处理问题。 论文的第三章根据液晶的电光效应和 Loo t滤光片的原理设 计了 LyO t型液晶电光调谐滤先片，利用矩阵光学的方法从理论上 推导了其可行性，并且推导出透射比T于p的关系（pm（n厂n＊ d八）。在分光光度计的基础上搭建测试系统对其在400刁600n。的 波段范围内进行测试，结果表明该Lynt型可调谐滤光片在可见光 范国内的滤先性能较好，带宽比较窄、精细度大且曲线比较平滑；严 而在红外波段其带宽宽、精细度小且曲线出现毛刺现象。进一步 的实验证明该调谐滤光片在0—SV的电压范围内其可见光范围内 的最大调谐量可这到 7 onm。鉴于其在可见光范围内良好的滤光性， 曲阜师范大学研究生论文稻纸 第3页 本章从理论和实验上证明了该Lyo止型液晶调谐滤光片可用于复 色激先罢中来提取所需要的谱线，从而避免多级双折射滤光片的 t 使用·我们对衍傲光器中最强的两条谱线488urn蓝光和514·sn。 绿光进行测试，用较低的调谐电压即可提取所需要的谱线，且得 出当两谱线经过以 E7 0为材料的液晶调谐滤光片时，当液晶盒上 所加电压为1．19v时，透过的基本是488urn的谱线；当电压为1．30v 是透过的是 514．5 urn的谱线。 由于目前光纤通信的波长主要集中于红外波段，并且随着掺 饵光纤放大器的广泛应用，15 5 onm远距离光纤通信系统的应用越 来赵广泛，针对此该论文的第四章根据法布里一硝罗腔对输入的 非单色先起挑选波长、压综线宽，从而提高单色