光学滤波器详解概况
光纤滤波器原理
光纤滤波器原理
光纤滤波器是一种使用光纤作为传输介质的光学器件，其工作原理是基于光在不同波长下的色散特性。
它通过控制特定波长的光信号的传输和衰减，实现对光波的选择性调制。
光纤滤波器通常由两个主要元件组成：光纤耦合器和滤波元件。
光纤耦合器用于将进入滤波器的光信号分成两个相互耦合的信号，一个经过滤波元件，另一个绕过滤波元件。
而滤波元件，则是决定了滤波器的传输特性的关键部分。
滤波元件常见的类型包括光栅和干涉滤波器。
光栅滤波器利用光栅的衍射效应，通过周期性的结构使特定波长的光信号被衍射到特定的方向。
通过调整光栅的周期和衍射角度，可以选择性地调节滤波器的中心波长和带宽。
干涉滤波器则利用光的干涉效应，在光路中引入干涉器件（如Fabry-Perot腔或干涉光纤），通过调整光路径的光程差，在特定波长下形成干涉峰或干涉谷。
通过调节光程差，可以选择性地改变滤波器的中心波长和带宽。
无论是光栅滤波器还是干涉滤波器，其关键之处就在于能够选择性地调节光信号的传输和衰减。
这意味着光纤滤波器可以用于实现波长复用、波长选择和波长转换等光通信应用中。
通过将多个滤波器组合起来，可以实现更复杂的光信号处理功能。
总之，光纤滤波器利用光的色散特性，通过调节光的波长选择性地调制光信号，其原理基于光的干涉或衍射效应。
这一技术
在光通信系统、光传感器和光谱分析等领域中具有广泛的应用前景。
滤光片的技术详解和应用参数
什么是OLPF光学低通滤光片OLPF全名是Optical lowpass filter,即光学低通滤光片，主要工作用来过滤输入光线中不同频率波长光讯号，以传送至CCD，并且避免不同频率讯号干扰到CCD对色彩的判读。
OLPF对于假色（false colors）的控制上有显著的影响，假色的产生主要来自于密接条纹、栅栏或是同心圆等主体影像，色彩相近却不相同，当光线穿过镜头抵达CCD时，由于分色马赛克滤光片仅能分辨25%的红与蓝色以及50%的绿色，再经由色彩处理引擎运用数据差值运算整合为完整的影像。
因为先天上色彩资料短缺，CCD根本无法判断密接条纹相邻色彩的参数，终于导致引擎判断错误输出错误的颜色。
由于细条纹的方向不同，需用相对应角度的光学低通滤波晶片加以消除，又因为不同型号的CCD摄像机与 CMOS图象传感器在规格上有些差异，为针对不同的型号及同时兼顾不同方向所产生的干扰杂音，需用不同厚度、片数、角度组合的OLPF的设计，以提高取象品质。
IR-CUT双滤光片切换的作用IR-CUT双滤光片的使用可以有效解决双峰滤光片产生问题。
IR-CUT双滤光片由一个红外截止滤光片和一个全光谱光学玻璃构成，当白天的光线充分时红外截止滤光片工作，CCD还原出真实彩色，当夜间光线不足时，红外截止滤光片自动移开，全光谱光学玻璃开始工作，使CCD充分利用到所有光线，从而大大提高了低照性能。
IR CUT双滤光片专为CCD摄影机修正偏色、失焦的问题，促使撷取影像画面不失焦、不偏色,红外夜视更通透，解决红外一体机，日夜图像偏色影响，能够过滤强光让画面色彩纯美更柔和、达到人眼视觉色彩一致。
普通日夜型摄象机使用能透过一定比例红外光线的双峰滤片，其优点是成本低廉，但由于自然光线中含有较多的红外成份，当其进入CCD后会干扰色彩还原，比如绿色植物变得灰白，红色衣服变成灰绿色等等（有阳光室外环境尤其明显）。
深圳纳宏光电技术有限公司是一家专业生产精密光学滤光片的厂家。
光学环形谐振腔陷波滤波器的 COMSOL Multiphysics 模型说明书
此模型基于《COMSOL 软件许可协议》6.0 版本授权。
所有商标均为其各自所有者的财产。
请参见 /trademarks 。
在 COMSOL Multiphysics 6.0 版本中创建光学环形谐振腔陷波滤波器2 |光学环形谐振腔陷波滤波器简介最简单的光学环形谐振腔由直波导和环形波导组成。
这两个波导的芯层彼此靠近放置，因此光从一个波导耦合到另一个波导。
当环形波导的长度为波长的整数倍时，环形波导与波长产生谐振，并且存储在圆环中的光波能量增加。
通过直波导传输的波是入射波与从环耦合到直波导的波形成的干涉波。
您可以大致地将环形谐振腔视为如下面的图 1 所示。
入射波 E i 1 的一部分在直波导中传输，而其中的一部分场耦合到环形波导中。
类似地，环形波导中的部分光与直波导中的光相耦合，而其余的波继续围绕环形波导传输。
图 1：光学环形谐振腔示意图，显示入射场 E i1 和 E i2 以及透射场/耦合场 E t1 和 E t2，还指出了传输系数 t 和耦合系数 κ，以及往返损耗 L 。
透射场通过以下矩阵-矢量关系式与入射场相关(1)上面定义的矩阵单元确保总输入功率等于总输出功率，(2)其中假设传输系数和耦合系数之间的关系如下(3)tt *κ-κ*E i1E t1E i2E t2LE t 1E t 2t κκ*–t*E i 1E i 2=E t 12E t 22+E i 12E i 22+=t 2κ2+1=3 |光学环形谐振腔陷波滤波器此外，当波围绕环形波导传播时，您会得到以下关系式(4)其中 L 是围绕环形波导传播的损耗系数， 是累积的相位。
结合方程 1、方程 3 和方程 4，可以将透射场写为(5)这里，透射系数被分成传输损耗 |t | 和相应的相位，(6)请注意，谐振情况下，当 是 2π 的整数倍，且 |t | = L 时，透射场为零。
|t | = L 的条件称为临界耦合。
因此，当耦合器传输损耗与环形波导周围传播的波的损耗相抵消时，您会得到环形谐振腔用作带阻滤波器（即陷波滤波器）的最佳条件。
《光纤滤波器》课件
其他领域中的应用
光纤滤波器还广泛应用于激光器、传感器、光纤光 谱仪等领域。
总结
1 优缺点
光纤滤波器具有较小的尺寸、高选择性和可 调谐性，但制造复杂且成本较高。
2 未来发展方向
光纤滤波器的未来发展趋势包括更高的选择 性、更大的通信容量和更低的成本。
《光纤滤波器》PPT课件
光纤滤波器是一种用于光学信号处理的关键设备。本课件将介绍光纤滤波器 的工作原理、分类、制造技术、应用案例等内容。
介绍
光纤滤波器是用于光学信号处理的装置，可以选择性地透过或隔离特定波长 的光信号。我们将讨论它的分类、应用领域以及一些基本概念。
工作原理
1 基本原理
光纤滤波器利用不同的物理效应（如衍射和干涉）对不同波长的光进行选择性耦合。
2 常见的工作原理
常见的光纤滤波器包括衍射光纤光栅、腔内光纤光栅和间隙耦合基本结构
光纤滤波器通常由光纤传输介质、光栅、滤波 器衬底和调谐区组成。
特点
光纤滤波器具有较小的尺寸、高选择性、可调 谐性和稳定性等特点。
光纤滤波器的制造技术
制造技术
光纤滤波器的制造使用了多种工艺，包括光纤拉制、 光刻、螺旋包覆和光纤连接等。
制造流程和方法
光纤滤波器的制造过程包括设计、光栅制作、组装 和测试等多个步骤。
光纤滤波器的评价标准
1 质量评价标准
光纤滤波器的质量常从光学性能、稳定性和 可靠性等方面进行评估。
2 性能评价标准
光纤滤波器的性能评价通常包括插损、波长 选择性和波长范围等参数。
光纤滤波器的应用案例
通信领域中的应用
光纤滤波器在光纤通信中起到滤波、波长分复用和 光谱调制等重要作用。
滤波器简介介绍
设计滤波器的方法和步骤包括确定滤波器的类型、阶数、截止频率等参数，然后根据这 些参数选择合适的数学方法进行计算和设计。例如，对于巴特沃斯滤波器，可以使用最 小二乘法进行设计；对于切比雪夫滤波器，可以使用切比雪夫多项式进行设计。在设计
过程中，还需要考虑滤波器的稳定性、线性相位等性能指标。
06
带通滤波器
总结词
允许一定频率范围内的信号通过，抑制低于和高于该范 围的信号的滤波器
详细描述
带通滤波器（Band Pass Filter, BP）是一种允许特定频 率范围内的信号通过，同时抑制低于和高于该范围的信 号的电路或数字滤波器。在频域上，带通滤波器的频率 响应曲线表现为一个特定的频带范围。在该频带范围内 ，信号幅度不受影响；低于或高于该频带范围的信号将 被衰减或抑制。带通滤波器常用于提取特定频段的信号 、消除干扰等。
极点和零点
极点位置
极点位置决定了滤波器的类型（如低通、高通、带通或带阻）和系统的稳定性 。极点在复平面上不同的位置会导致不同的系统特性。
零点位置
零点位置也会影响系统的特性，尤其是在频率响应方面。通过合理配置极点和 零点的位置，可以设计出具有特定性能指标的滤波器。
03
常见滤波器类型
低通滤波器
总结词
高通滤波器要点一源自总结词允许高频信号通过，抑制低频信号的滤波器
要点二
详细描述
高通滤波器（High Pass Filter, HP）是一种让高频信号通 过而抑制低频信号的电路或数字滤波器。在频域上，高通 滤波器表现为一个上凸的频率响应曲线，其截止频率是滤 波器允许通过的最低频率。在截止频率以下，信号幅度受 到抑制；超过截止频率的信号幅度不受影响。高通滤波器 常用于提取高频成分、消除低频噪声等。
dbr膜层结构
dbr膜层结构概述：dbr膜层结构，全称为Distributed Bragg Reflector，是一种分布式布拉格反射镜结构，常用于光学器件中的反射镜和滤波器。
它由一系列交替堆叠的高折射率和低折射率材料组成，通过周期性的折射率变化，实现对特定波长光的高反射和其它波长光的低反射。
结构与原理：dbr膜层结构的基本组成由多层高折射率和低折射率材料交替堆叠而成。
高折射率材料层的折射率要远大于低折射率材料层，这样才能产生明显的折射率差异。
两种材料的厚度也要保持在特定的比例，以保证光波在多层膜结构中的干涉和反射。
当入射光照射到dbr膜层结构上时，根据布拉格定律，只有特定波长的光会被完全反射。
这是因为在dbr膜层结构中，特定波长的光在不同材料层之间多次反射，并且干涉效应使得反射光相长相消。
其他波长的光由于没有满足布拉格条件，会继续穿过膜层结构或被部分反射。
应用：dbr膜层结构由于其优异的光学性能和设计灵活性，被广泛应用于各种光学器件中。
1. 光学反射镜：dbr膜层结构可以用于制作高反射率的光学反射镜。
通过调整材料的折射率和膜层的周期，可以实现在特定波长范围内的高反射效果。
这种高反射率的反射镜在激光器、光纤通信系统等领域有着广泛的应用。
2. 光学滤波器：利用dbr膜层结构的波长选择性反射特性，可以制作出高效的光学滤波器。
通过调整膜层的设计参数，可以实现对特定波长的滤波效果，使其透过或反射其他波长的光。
这种滤波器在光谱分析、光学传感器等领域有着广泛的应用。
3. 光学增透膜：dbr膜层结构还可以用于制作光学增透膜，即在特定波长范围内提高光的透过率。
通过调整膜层的设计参数，可以实现对特定波长的增透效果，使其透过率显著提高。
这种增透膜在太阳能电池、光学显示器等领域有着广泛的应用。
4. 激光器谐振腔：dbr膜层结构可以用于激光器的谐振腔设计。
在激光器的谐振腔中，dbr膜层结构作为反射镜，实现对激光的反射和放大。
通过调整膜层的设计参数，可以实现激光器在特定波长范围内的单模振荡和高功率输出。
光学薄膜技术在光学仪器及电子器件中的应用
光学薄膜技术在光学仪器及电子器件中的应用光学薄膜技术是一种通过在材料表面沉积极薄的多层膜来改变材料的光学性质的技术。
它常被应用于多种领域，例如光学仪器、电子器件和太阳能电池板等领域。
在本文中，我们将重点探讨光学薄膜技术在光学仪器及电子器件中的应用。
一、光学薄膜技术在光学仪器中的应用1. 镀膜镜片光学仪器如望远镜、显微镜、摄影机、激光器等都需要使用镀膜镜片。
这些镜片通过在玻璃表面沉积一层或多层的薄膜来改变其反射和透射性质。
例如，将镜片上面的薄膜设置为防反射膜，可以减少光的反射，使图像更加清晰。
2. 光学滤波器光学滤波器是一种通过选择性地传透或反射不同波长的光线来改变图像颜色和亮度的装置。
利用光学薄膜技术可以制备出各种类型的滤波器，例如彩色滤镜、中性密度滤镜等。
3. 光学透镜光学透镜是一种通过折射和反射光线来聚焦或分散光线的装置。
光学薄膜技术可以用于制备具有特殊折射率和色散性质的薄膜透镜。
这些透镜可以被应用于一些非常精密的光学器件中，例如激光束成型器。
二、光学薄膜技术在电子器件中的应用1. 太阳能电池板光学薄膜技术可以用于制备太阳能电池板中的反射层和透明电极。
反射层可以将太阳光反射回电池板，提高电池板的发电效率。
透明电极则可用于收集光能，使其能够被电池板利用。
2. 显示器液晶显示器和有机发光二极管（OLED）显示器需要使用多层薄膜制成的透明电极。
这些透明电极为显示器提供能量和信号，并且需要具备高透过率和电导率。
3. 激光二极管激光二极管通过在pn结构中注入电子和空穴实现电流注入来产生激光。
在激光二极管中，金属膜的反射率很高，会导致很大的反射损失。
因此，将多层薄膜沉积在金属层上，可以减小反射损失，提高激光二极管的效率。
总结光学薄膜技术的应用非常广泛，尤其是在光学仪器和电子器件中。
通过利用光学薄膜技术，可以制备出各种具有特殊性质的薄膜，以实现不同的光学功能。
未来，光学薄膜技术将会继续得到广泛的应用，并且在不断推动着科学技术的发展。
thin film filter原理
thin film filter原理Thin Film Filter原理Thin Film Filter，也称为薄膜滤波器，是一种基于光学薄膜技术的光学滤波器。
它利用薄膜的干涉效应，选择性地传递或反射特定波长的光，从而实现光的波长选择性过滤。
Thin Film Filter广泛应用于光通信、光谱分析、激光器和显微镜等领域。
Thin Film Filter的工作原理基于薄膜的干涉效应。
干涉是指两束或多束光波相互叠加形成干涉条纹的现象。
当光通过薄膜时，由于薄膜的光学特性，不同波长的光波会在薄膜中发生干涉。
通过合理设计和优化薄膜的厚度和折射率，可以实现对特定波长光的选择性透过或反射。
Thin Film Filter的核心是光学薄膜的设计和制备。
薄膜的设计需要考虑所需的波长范围、透过率、反射率等参数。
通常，使用多层膜堆叠的方式来实现对特定波长的选择性传递或反射。
薄膜的制备主要通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等技术，将不同材料的薄膜层沉积在基底上。
Thin Film Filter具有许多优点。
首先，由于薄膜的干涉效应，可以实现非常窄的带通或带阻特性，从而实现更高的光学性能。
其次，由于薄膜的制备工艺成熟，可以实现高精度的波长控制和稳定性。
此外，Thin Film Filter可以根据不同应用需求进行定制设计，满足不同波长范围和光学性能的要求。
因此，它被广泛应用于光通信领域，用于波分复用、波分分集和波分选择等应用。
在光通信中，Thin Film Filter扮演着重要的角色。
光通信系统中需要进行波长的分离、复用和选择，以实现高速、大容量的光传输。
Thin Film Filter可以根据波长的要求，选择性地传输或反射特定波长的光。
例如，在波分复用系统中，多个不同波长的光信号可以通过Thin Film Filter进行复用，通过光纤传输到目标地点后，再通过Thin Film Filter进行解复用，实现波长的分离。
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多层介质膜滤波器
入射光
4
反射光 折射率
高 低 高 低 高
滤波器1滤波器2
1 , 2 , 3
1
2 , 3
3
透射光
2
介质薄膜滤波器
用介质薄膜滤波器构成解 复用器
• 介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。连续反 射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的 反射光束，在这一范围之外，则反射很小。 • 这样通过多层介质膜的干涉，通过某一波长，阻止其它波长。
•F-P腔的自由谱区FSR 必须大于多信道复用信 号的频谱宽度，以免使 信号重叠，造成混乱。
•在DWDM中，信道间 距小于1nm，所以要求 F-P腔有较窄的带宽F。
f1 f2 f3
P1 P2 P3
………….
fN
………….
PN
精细度F要高 级联F-P腔
f1 f2 f3
………….
fN
F-P滤波器的传输特性 (a)传输函数 (b)N个信道经波分复用后加到 滤波器输入端的频谱图 (c)滤波器输出端
相移
Mach-Zehnder型滤波器
对输入信号 进行分路的 3dB耦合器
长度相差L的两根波 导，用来在两臂间产 生与波长有关的相移
在输出端将 信号复合的 3dB耦合器
通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组 的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出 端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。
外部写入法
紫外掩模写入法： 1. 用两束紫外光照射光纤并发生干涉 2. 掺锗的高光敏纤芯在光强部分折射率增加 3. 光栅永久写入光纤
光纤光栅工作原理
• 对于同向传输的两个波，如果传播常数满足Bragg条 件，两波之间将发生能量的耦合。 • Bragg条件： 2 1 2 光栅周期 • 特别地，如果满足
多层介质膜工作原理
1 / 4 2 / 4
入射光 A B 反 射 光C n1
透射光
n2 > n1 n1
透射光
n2
n2
1
2
1
2
1 反 射 系 数 0 330
o
550 770
(nm)
(a)对 反射 光 相长 干 涉 的原 理
(b) 反 射系 数 与波特性 ( 相位差为 180 度 ) ，经过几层 这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系 数将达到 1。
1 1
2 2 1
能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射 中--反射式滤波器FBG
FBG:
length
Period
反射中 心波长
2neff
纤芯的有效折射率
光栅 周期
根据不同的折射率分布，FBG分类：
1. 均匀的Bragg光栅：
谐振峰两边有一些旁瓣。 由于光纤光栅两端折射率突变引起F-P效应导致的。 旁瓣分散了光能量，不利于其应用，需进行旁瓣抑制。
• 光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，
光纤光栅的产生
(1) 干涉法 干涉法是利用双光束干涉原理，将一束紫 外光分成两束平行光，并在光纤外形成干 涉场，调节两干涉臂长，使得形成的干涉 条纹周期满足制作光纤光栅的要求。 (2) 相位掩膜板法 相位掩膜板法，是利用预先制作的膜板， 当紫外光通过相位板时产生干涉，从而在 光纤圆柱面形成干涉场，将光栅写入光纤。
F-P 滤波器特性
• 自由谱区FSR(Free Spectral Range)：相邻两个谐振 频率的间距。 FSR=C/2nd n-中间介质折射率；d-腔长 • 3dB带宽F：传输系数的数值降为最大值的一半应的 C (1 R) 频带宽度。 F R越大， F越窄 2dn R • 精细度F(Finesse)：自由谱区与3dB带宽之比。
2. 切趾型光栅： 两端折射率分布逐渐递减至零，消除了折射率突 变，从而使反射谱不存在旁瓣
高斯切趾
平均值为零 的升余弦切 趾
3. 啁啾光栅：
折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴向变化， 反射谱宽增加
长波长
短波长
4. 取样光栅Sampled gratings：梳状滤波器
5. 相移光栅Phase-shifted FBGs:
工作原理
0 /2
L
0 0 /2 /2 0 /2+L + /2
从端口1输出的光： 途径下臂的光相对上臂的相位差为/2 + L + /2
0 /2 0 /2 /2 /2 0 /2+L
如果在输入端的波长 满足L = k (k为奇) 两个支路的光在上输 出端口相差2的整数 倍，在下端口的光相 差的整数倍，因此， 光最终从上端口输出 如果在输入端的波长 满足L = k (k为耦) 那么光信号由下输出 端口输出 因此不同的波长可以 解复用到不同输出端
薄膜多共振腔滤波器
传输特性： 腔越多滤波器顶越平
边缘越陡
光纤光栅
• 光纤光栅是近几年发展最为迅速的一种光纤无源 器件。 • 它是利用光纤中的光敏性而制成的。 • 光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺 锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久 性改变。 • 人们利用这种效应可在几厘米之内写入折射率分
第九章 光学滤波器
光滤波器
光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一 定波长的光信号通过的器件。 光滤波器可分为固定的和可调谐的两种。 固定滤波器允许一个固定的、预先确定的 波长通过，而可调谐的滤波器可动态地选 择波长。
Fabry-Perot滤波器
基本原理：F-P干涉仪， 平行平板的多光束干涉。 当入射光波的波长为腔长 的整数倍时， 光波可 形成稳定振荡， 输出 光波之间会产生多光束 干涉， 最后输出等间 隔的梳状波形（对应的 滤波曲线为梳状）。
FSR R F F 1 R
R越大，精细度越大。
Frequency
F
FSR＝C/2nd 高反射率窄带滤波器
FSR R F F 1 R
传输函数
(f)
(a)
DWDM系统对F-P滤波 器参数的要求：
FSR
输入功率 Pin(f) (b) 输出功率 Pout(f) (c)
L
从端口2输出的光： 途径下臂的光相对上臂的相位差为/2 + L - /2
：传播常数
Input 1