滤光器的受控应力热补偿制造技术

一种温度补偿滤光器组件，它包括具有依赖于温度的折射率的多个薄膜，所述薄膜配置在玻璃基底上，以形成传统的干涉滤光器。玻璃基底粘结到金属支持物，使得配置的薄膜干涉滤光器介于玻璃基底和沿支持物装配面分配的粘合剂层之间。因此，玻璃基底向干涉滤光器的内层施加第一热失配应力，支持物向干涉滤光器的外层施加第二失配应力，其中第一和第二失配应力依赖于滤光器组件的温度。以具有机械特性的材料较佳地形成玻璃基底、粘合剂和支持物，使得第一和第二失配应力补偿依赖于温度的薄膜折射率的影响，以响应温度变化保持滤光器组件统一的光谱性能。在一个实施例中，在形成期间，用电／磁致伸缩预加应力薄膜叠层获得附加的自由度。在另一实施例中，使用有源应力管理系统。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及滤光器，尤其，本专利技术涉及温度补偿滤光器组件，其中配置有薄膜干涉滤光器子组件。相关技术的描述滤光器通常用于科学和工业中，以根据频率选择性地衰减光信号。例如，沿单个光纤发射具有多个频率分量的多路复用光信号的通信系统依赖滤光器多路分解发射信号。尤其，适于实质衰减或反射除了一窄频带之外所有频带的滤光器(熟知为带通滤光器)允许相应的频率分量与发射光信号隔离，使得可以以无干扰方式实质处理隔离频率分量所传送的信息。典型的滤光器组件包括玻璃基底、配置在玻璃基底上的干涉滤光器，和支撑基底的支持物。具体而言，玻璃基底在结构上支撑干涉滤光器，干涉滤光器包括以叠层方式配置在玻璃基底表面上的多个薄膜。此外，支持物与玻璃基底的另一表面耦合，其中两个表面位于相反侧。当输入宽带光信号入射在干涉滤光器上时，干涉滤光器使用熟知的反射、折射和干涉原理选择性地衰减信号。具体而言，当信号在干涉滤光器的各个层经历反射和折射时，首先将输入信号细分成多个带宽成分。因此，每个成分沿唯一光路长度传播，以下将光路长度定义为物理通路长度与折射介质之折射率的乘积，所以每个成分的频率分量经历依赖于频率的相位变化。此外，在通过滤光器折射介质中的变化光路长度传播之后，以干涉方式重新组合最后从背面层出射的细分成分，以产生发射滤光输出信号。类似地，从正面层出射的光能被重新组合成反射滤光输出信号。因此，滤光方面由干涉滤光器中每个薄膜的厚度和折射率、以及输入信号相对于干涉滤光器的入射角确定。因此，使用具有适当折射率的适当尺寸薄膜，干涉滤光器可适用于执行任何实质的特殊滤光操作，如带通滤光或带阻滤光。此外，干涉滤光器可以用作反射装置以及透射装置，使得反射和透射信号能相互补偿。然而，已知的滤光器组件通常对温度变化敏感。尤其，因为温度变化会改变薄膜的特性，所以薄膜的折射率和厚度通常随温度变化而变化。此外，由于玻璃基底和干涉滤光器通常具有不同的热膨胀系数，所以玻璃基底通常向配置的薄膜施加热失配应力，使得薄膜在厚度上进一步经历依赖于温度的变化。因此，由于滤光特征依赖于薄膜的折射率和厚度，所以温度变化通常改变滤光器的滤光特征。因此，已知的具有实质温度依赖的滤光组件会限制依赖这种装置的光学系统的性能。具体而言，已知滤光器组件中依赖于温度的滤光特征会限制其恒定发射具有第一频段的信号而衰减或反射具有第二频段的另一信号的能力。因为这些装置通常位于具有实质温度变化的环境中，所以使用这种装置的光学系统的设计中需要实质的公差，以补偿上述的温度依赖。例如，在上述多路复用光纤通信系统的情况下，发射信号每个频率分量之间的所需频率间隔要求相对较大，以适应滤光器组件的依赖于温度的光谱性能。因为沿单个光纤能同时发射信号的最大数目直接与最大频率间隔相关，所以依赖于温度的滤光器组件同样将限制通过光纤光缆同时发射信号的数目。工业中用于减小以上温度依赖问题的典型解决方法是在补偿玻璃基底上配置干涉滤光器。具体而言，选择玻璃基底的材料，使得基底向薄膜施加的热失配应力能使薄膜的厚度变化，使得滤光器的滤光特征减小对温度变化的灵敏度。然而，虽然这种方法可用于减小滤光特征的热依赖，但是通常还保留实质的热依赖。此外，由于补偿玻璃基底通常由相对昂贵的玻璃材料构成，所以这种滤光器的制造较贵。因此，从以上描述中，可以理解需要一种滤光器组件，其光谱响应受温度变化的影响较小。为此，需要一种滤光器组件，它能够进一步减小滤光器光路长度中的热感应变化。此外，还需要以简单的方式构成该装置，使得能够廉价地制造它。此外，还需要该装置的尺寸较小，以用于光纤系统所限定的空间。
技术实现思路
本专利技术的光学装置满足了上述需要。根据本专利技术的一个方面，该光学装置包括透光基底、支持物、和配置在基底表面上并连接到支持物表面的干涉滤光器。其中，基底和支持物具有不同的热膨胀系数，选择该系数在一温度范围上向所述滤光器施加补偿应力。在一个实施例中，支持物和滤光器通过粘合剂接合在一起，所述粘合剂使所述滤光器部分隔离支持物热感应尺寸变化所引起的应力。在另一实施例中，滤光器包括电/磁致伸缩材料。本专利技术的另一方面包括一光学装置，该光学装置包括沿光路接收光的输入口和包含电/磁致伸缩材料的干涉滤光器。还包括电/磁场发生器，用于向所述材料施加电/磁场。较佳的是，包括一控制器，用于控制电/磁场发生器。本专利技术的又一方面包括稳定干涉滤光器滤光特征的方法。该方法包括向所述干涉滤光器施加多个热依赖应力，以响应稳定变化减小所述干涉滤光器与期望滤光特征的偏差。在一个实施例中，稳定干涉滤光器滤光特征的方法还包括使用机构产生多个应力。在另一实施例中，该方法还包括使用电/磁场产生多个应力中的至少一个。本最佳实施例的光学装置过滤输入光信号，使滤波特性不受温度变化的实质影响。从下面描述中，通过结合附图中，将使本最佳实施例的这些和其它优点变得更加明显。附图概述附图说明图1A是本专利技术实施例中温度补偿滤光器组件的侧视图；图1B是图1A中滤光器组件的放大图；图2是本专利技术实施例中使用电/磁致伸缩材料的滤光器组件的侧视图；图3是使用图1A和2中滤光器组件的光纤接头组件的侧视图；图4是本专利技术实施例中包括有源应力管理控制系统的滤光器组件的侧视图；图5是示意图4中滤光器组件的控制系统的框图。较佳实施例的详细描述现在参考附图，其中类似的标号都表示类似的部分。具体而言，图1A显示了响应温度变化提供改进滤光特征的光学装置30。尤其，装置30根据依赖于频率的衰减曲线选择性地衰减输入光信号32，使得当装置30经历温度变化时衰减曲线实质保持不变。如以下将要详细描述的，通过向光学装置30的干涉滤光器46施加第一和第二热失配应力，提供改进的热补偿。如图1A所示，光学装置30包括具有装配面36的支持物34、具有相反的第一和第二表面42、44的透光基底40、以及介于基底40和支持物34之间的干涉滤光器46。基底40的第一表面42作为输入口，使得进入其中的光被光学装置30选择性地衰减。提供光学装置30滤光能力实质部分的干涉滤光器46配置在基底40的第二表面44上，并粘合到支持物34的装配面36，使基底40与支持物34耦合。因此，如以下将要详细描述的，依赖于温度的第一和第二热失配应力分别通过基底40和支持物34被施加到干涉滤光器。如图1A所示，较佳地配置光学装置30，在基底40的第一表面42处接收输入光信号32，使得输入信号32沿实质垂直于表面42的通路入射到第一表面42。然后，输入信号32通过基底40，并在第二表面44处从基底40出射。然后，输入信号32进入干涉滤光器46，其中输入信号32被转换成返回基底40的反射输出信号(未图示)和远离基底40出射的透射输出信号54。然而，可以理解如果光学装置30旋转180°，它可以以类似的方式工作。具体而言，可以配置光学装置使得具有与图1A中输入信号32相反方向的输入光信号在进入基底40之前，直接入射到干涉滤光器46。因此，在这可选结构中，可以使反射输出信号远离基底40，使透射输出信号进入基底40。如图1A所示，形成的支持物34具有从装配面36延伸的开口68，使输出信号54从中通过，如图1A中的虚线所示。此外，可以将支持物34枢轴装配到任何适当结构，以提供调节光学装置30频率响应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，其特征在于，它包括：透光基底；支持物；蒸镀在基底表面上并与支持物表面接合的干涉滤光器，其中基底和支持物具有不同的热膨胀系数，选择该系数，在一温度范围上向滤光器施加补偿应力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WL德博因顿，KR弗朗西斯，SM海尔曼，M乌施特兹基，PG威格雷，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]