TW318896B - - Google Patents

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318896 at _- _ B7五、發明说明（/ ) ’ 經濟部中央梯準局貞工消費合作社印5ί 技術領域： 本發明係關於使用干涉機制之光學虹件㈣減經過選 擇波長之光線。 發明背景： 干涉濾波器使用建設性及硃壞性干涉合併效果以形成 濾波器效應。施以建設性干涉之波長將通過濾波器，以及 施以破壞性干涉之波長則被阻擋。干涉產生係藉由將同一 光束不同相位偏移部份重疊在一起β 一些範例包括 Perot干涉儀，介電濾波器，以及光織Bragg光拇。 Fabry-Perot干涉儀使用多對相對之部份反射性表面 以在被反射光束部份間產生干涉。不過濾波器效應被限制 。一般情況為正弦效應曲線》製造過程由於需要精確地對 準反射表面而變為複雜。 介電濾波器以及光織Bragg光柵具有交替之高及低折 射率層以產生一系列部份反射，其受到各層之間距而偏移 。通常各層放置相距過濾光束標稱波長之四分之一，其難 以容納介電濾波器之組件。傳統介電濾波器之製造限制於 大型光學組件中，其相對集體光學組件通常為較昂貴。 .光纖Bragg光栅之折射率變化為相當低(例如為.〇〇〇1) 而需要#常多層以衰減不想要之波長。交替各層藉由將光 敏材料暴露於駐波下而形成。此將限制光敏材料之選擇。 .Mahapatra等人之美國第4715027號專利揭示出多工/ 解多工器，其亦能作為濾波器。階梯光柵具有反射表面排 列為梯級情況以向後反射光線至光源於頻率相等距離處。 ----------------~1^! ·~ν請先閲讀背面之注意事項再填寫本耳〕 ^'^τ· * In 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 斗 83. 3, l〇t〇〇〇 318896 A7 B7 五、發明说明（之） 經濟部中央棣準局貞工消費合作社印製 雖然濾波器能夠製造為集體光學組件，其效應亦被受限制 。濾波器必需連續地串接類似於微調器以更進一步改善 效應。 發明大要： 本發明亦過濾經過選擇之光線波長，其藉由將一束輸 入光線分成兩個或多個具有不同光學路徑長度之中間光束 以及將中間光束再合成為輸出光束，該光束由輸入光線經 由中間光束間之干涉而改變。中間光束光學路徑長度能夠 藉由改變其各別路徑實際長度或傳輸介質折射率而改變。 本發明多路徑濾波器包含輸入及輸出光學路徑及光學 路徑長度差異產生器項或'多項聚焦元件能夠使用來耦 合光學路徑長度差值產生器至輸入及輸出路徑。例如，輸 入及輪出光學路徑能夠對準於光學中心軸以及一對聚焦元 件以及功能為光學路徑長度差值產生器之分隔板。第一聚 焦元件將輸入路徑發射出之擴張輸入光束變為平行《分隔 板具有兩個或更多中間路徑，其將平行光束分成相對應數目 具有不同光學路徑長度之中間光束。第二聚焦元件匯聚及 再合併中間光束於輸出光學路徑上之焦點處。 本發明濾波器另外一項結構与含偏離光學中心軸之相 鄰輸入及輸出光學路徑。單一聚焦元件與分隔板以及反射 元件共同作用以使輸入路徑之輸入光束變為平行以及將折 Θ中間光束聚焦於輸出路徑上。利用另一反射元件，中間 光束通過分隔板兩次，因而使其光學路徑長度差值倍增。 可加以變化，反射元件能夠為弩曲的以呈現聚焦之功能。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .衆. 訂 -Ψ. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 83. 3.10,000 五、發明说明（3 ) A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 輸入路徑之發散光束反射在折回路程通過中間路徑變為匯 聚光束到連輸出路徑》 分隔板中間路徑能夠對數目，材料，通過面積，以及縱 向長度變化以達到所需要之頻譜效應。中間光束之光學路 徑長度差值藉由改變形成中間政徑材料之折射率，及/或變 化其長度而形成。通過中間光束之面積控制中間光束之相 對能量，以及不同中間路徑之數目控制中間光束之數目，其 產生所需要之頻譜效應。通常，中間光束之數目類似於傳 統干涉模式之細縫數目》 反射堆疊亦能夠使用來替代分隔板以產生中間光束間 之光學路徑長度差值。每一層之反射堆疊具有反射塗膜， 其將反射一部份入射至堆疊之光線。部份反射產生一組多 個中間路徑；其空間性地重疊但是將中間光束分離通過至 少一條實際不同路徑長度之波導。每一層材料，數目，部份 反射性，以及縱向長度能夠加以控制以調整頻譜效應。 本發明濾波器實施於大型光學元件中》例如，所有元 件能夠以平面性技術製造出。不過，優先地使用各別指向 元件以更精確地反射光線而平行於其他元件。本發明濾波 器亦能夠加入單根光纖。聚焦元件以及作為光學路徑長度 差值產生器之分隔器兩者被融合拼接以連接光纖之兩端。 在光織分隔器或其他實施組件内之材料能夠能夠是混 令式的以利用外界控制條件例如為溫度，壓力，電場或磁場 而呈現不同折射特性。在不同中間路徑間之折射率差值之 控制變數能夠使用來調整對經過選擇波長之濾波器效應。
本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） G 83. 3.10,000 ---------ί--装-- ί (婧先閱讀背面之注意事項再f本肓) ,ιτ ：8896_ b7五、發明説明（+) 經濟部中央梂準局負工消費合作社印製 附圖簡單說明： 囷1為本發明多路徑干涉濾波器光學示意圖，其使用兩 個部份之分隔器，以在軸向地對準輸入及輸出光織之間產 生光學路徑長度差值。 圖2為本發明濾波器示範頻譜效應曲線圖，為在一段波 長範圍内所傳送光線密度之量測值。 囷3為類似干涉濾波器光學示意圓，其具有不同分隔器 * * 部份。 圖4為具有另外一種類似多路徑干涉濾波器之光學示 意圖，其具有兩個同心元件之分隔器部份。 圖5為多路徑干涉濾波器之光學示意圖，濾波器具有相 鄰輸入及輸出光纖，其藉由另外一種分隔器部份及反射元 件光學地加以連接。 圖6為類似徑干涉濾波器之光學示意圖，其中另外一種 包含其他元件之分隔器部份以產生更複雜之頻譜效應。 圏7為類似圓2之曲線圓，但是顧現出由額外分隔器部 份元件產生更加複雜之頻譜效應。 圖8為類似干涉濾波器之光學示意圖，其具有另外一種 分隔器部份以產生更複雜之頻譜效應。 囷0為類似多路徑干涉濾波器之光學示意圖，其中反射 性堆疊之功能為光學路徑長度差值產生器。 ..圖10為光學濾波器之斷面圈，其包含本發明藉由兩個 GRIN透鏡以及產生光學路徑長度差值之分隔器所構成之多 路徑干涉濾波器。 ----1.1-1,--^裝------訂------飞 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公; 83. 3.10,000 五、發明説明（jT ) A7 B7 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 圖11為通過圖10直線11-11之斷面圖，其顯示出兩個不 同光學區段以產生不同長度之路徑。 圖12為類似另外一種分隔器斷面圖，其由兩個調整濾 波器效應之電極所圍繞著》 圖13為單模光纖融合至具有高斯折射率分佈多模光纖 之斷面圖。 圖14為兩條相同多模光織之斷面圓，其被劈開適當之 長度以使用作為GRIN光纖桿透鏡。 囷15為類似圖4-6之干涉濾波器之光學示意圓，其反射 表面形狀將產生聚焦元件之功能。‘ 附圏數字符號說明： 多路徑濾波器10;輸入光纖12;輸出光織14;透鏡 16,18;分隔板20;光學元件（中間路徑）22,24;光學中心 轴26;光束頻譜功率分佈之效應曲線28;多路徑濾波器 30;輸入光織32;輪出光織34;透鏡36,38;分隔板40; 主要元件42;附加元件44所構成；濾波器50;輸入光纖 52;輸出光織54;透鏡56,58;分隔板60;同心圓元件62, 64;孔徑66;光學中心轴68;多路徑濾波器7〇;輪入光纖 72;輙出光纖74;透鏡76;反射光學元件78;分隔板80; 分隔板元件82,84;多路徑濾波器90;輸入光纖92;輪出 光纖94;透鏡96;反射元件98;分隔板100;環狀元件. 1Q2,104,106,108;多路徑濾波器111;輸入光纖112;輪出 光纖114;透鏡116;反射元件118;分隔板120;環狀元件 122,124,126,128;多路徑濾波器130;輸入光纖132;輪出 私紙張从逋用中國國家梂準（c叫八4胁（21〇x叩公瘦） 83· 3. !0,〇〇〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、，發明説明（石） A7 B7 經濟^•中央揉準局只工消费合作社印製 光纖134;透鏡136;反射性堆叠140;反射層142;反射性 表面144;光學中心軸146;多路徑干涉濾波器15〇;光纖 端部152,154;透鏡156,158;分隔器160;區段（中間路徑） 162,164;護套166;同心圓區段172,174;護套176;電極 Π8,180;透鏡182;光織184;單模光織186;多路徑濾波 器190;輸入光纖192;輸出光織194;光學中心軸196;反 射性表面198;分隔器200;光學元件202, 204;焦坞206。 詳細說明： 本發明一項實施例為多路徑濾波器10,其實施為如圓1 所顯示之整塊光學元件。所顯示濾波器1〇具有單模輸入及 輪出光織12及14(輸入及輸出路徑)藉由兩個透鏡16及18( 聚焦光學元件)加以光學耦合以及為光學路徑長度差值產 生器功能之分隔板20。第一透鏡16將輸入光織12之發散輸 入光束變為平行光束，其以正常入射角投射至分隔板2〇。 分隔板20被分成兩個不同之光學元件22及24(中間路 徑)，其將平行延伸於平行光束之不同橫向斷面。元件22由 第一折射率為m之材料所構成，元件24由第二折射率為m 之材料所構成。分隔板20之兩個元件22及24將平行光束剖 分為平行令間光束，其具有由下列公式所界定之不同光學 路徑長度： △OPL = L (Hi _ii2) (1) 某，中AOPL為兩個中間光束之不同光學路徑長度差值以及L 為分隔板在傳播方向之縱向長度。 第二透鏡18匯聚以及再合併兩個中間光束於輸出光纖 (請先閲讀背面之注意事項再填离本頁) 敗· 訂 -1^1. 本紙张尺度適用中囷國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公麓） 83. 3. 10,000 A7 _______JB7 五、發明説明（7) 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 14内側端部之焦點處，該輸出光纖沿著輸入光織12之光學 中心軸26放置著。當再合併時，建設性干涉週期性地發生 於波長λ處;該值為路徑長度差值aopl與整數Μ之乘積。 以下列公式表示： △0PL = Μ λ 濾波器10—般頻譜效應之曲線圖顯示於圖2中》進入 濾波器10光束原先頻譜功率分佈在整個量測波長範圍内為 均勻的。離開濾波器10光束頻譜功率分佈之效應曲線28具 有週期性形狀,其最大密度位於光束間波長產生最大建設 性干涉處，該波長為路徑長度差值與整數之乘積》所有其 他波長受到不同程度之破壞性干涉。乘數Μ優先使用之範 圍為20至150之間。 另外一個顯示於圖3之多路徑濾波器30包含類似輸入 及輸出光纖32及34以及透鏡36及38以及不同之分隔板40 » 分隔板40由主要元件42以及附加元件44所構成，其在橫方 向與分隔板40不同。假設主要元件42為均質的，對光學路 徑長度差值有關之尺寸只有附加元件44之尺寸。公式（1) 持續地適用》不過折射率m為單一的以及折射率m由附加‘ 元件44之材料所決定。 囷4顯示出另外一個濾波器50,其具有類似輸入及輸出 光纖52及54以及透鏡56及58。頻譜效應光能亦為類似的。 不過，光學路徑長度差值由分隔板60所產生，該分隔板是由 兩個佔據不同孔徑66橫向面積之同心圓元件62及64所構成 。為圓柱形之元件62為環狀元件64所圍繞著。每一元件62 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
，1T 未紙張尺度通用中囷國家梯準（CNS ) Λ4規格（210 X 297公嫠） (〇 31889ft___ 五、發明説明（g* ) A7 B7 經濟部中央梂準局負工消費合作社印製 及64由不同材料所構成，其中一個甚至為空氣，但是兩個元 件具有共同長度L。 傳送與非傳送波長相對密度間之對比能夠藉由調整兩 個元件62及64之間通過面積而加以控制》各別面積藉由改 變兩個元件62及64有效半徑r!及η之相對尺寸而加以調整 。例如，對比能夠藉由將各別面積與入射平行光束密度分 佈產生關連以平衡由兩個元件62及64間傳送頻譜能量而達 到最大》兩裇元件62及64之同心®形狀將具有徑向對稱能 量分佈之光束剖分變為簡單。 由圖5所顯示之多路徑濾波器70在數個方面為不同的 。輸入及輸出光纖72及74彼此如鄰位於單一透鏡76之相同 一側但是在光學中心軸68兩側。輸入光纖72發射發散光束 ，該光束由單一透鏡76變為平行。反射光學元件78在通過 分隔板80後向後反射平行光束。由於折回，平行光束再由 單一透銑76匯聚至位於輸出光纖74處之焦點。為了得到最 大耦合效率，輸入及輸出光織72及74能夠對著光學中心軸 68傾斜，其縱向對準於光學中心軸68與反射元件78間之一 交角。 ，反射元件78能夠形成為獨立反射鏡或為反射性塗膜於 分隔板如遠側之表面上。分隔板80元件82及84為同心圓但 是長度1^及1^兩個尺寸以及材料組成份（即m及Π2)並不相 同。反射時所產生光學路徑長度差值AOPL能夠表示為： △OPL = - 2U(m-l) 儘管這些變化，類似闽2之頻譜曲線仍然可能具有由半
私紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4说格（2丨0><297公釐） K 83. 3.10,000 (靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 五、發明説明（<7 ) Α7 Β7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 徑η及η所控制之對比《其他形狀及尺寸之分隔元件82及 84能夠使用來產生所需要之光學路徑長度差值。 單一透鏡76能夠藉由將反射元件形成為球形而免除以 反射由輸入光纖72所發出之反射光線經由折回路徑至輸出 光纖74。分隔元件82及84將沿著徑向再成形以剖分發散及 匯聚光束之部份。 圓6顯示出一個多路徑濾波器90,其包含類似排列之輸 入及輸出光纖92及94以及單一透鏡96及反射元件98並具有 分隔板100以作為向後反射由輸入光纖92發出光線折回至 輸出光纖94。分隔板100不同處為多個環狀元件1〇2,104, 106及101，其長度由Li變化至Lz以及半徑由η改變至η。 環狀元件102,104,106及108之折射率能夠同樣地由山改變 至m。假如為相同情況，相對中間路徑之光學路徑長度藉 由一些材料(例如玻璃及空氣)相同之組合而加以變化，但 是其為不同比例以呈現出不相同之有效折射率。 此結果為更複雜之干涉囷案，其藉由結合具有各別光 學路徑長度之額外中間光束而產生，該各別路徑長度是由 分隔板100之環狀元件102,104,106,及108加以改變。在特 定波長範圍内傳送密度之範例性頻譜效應曲線顯示於圖7 中。尖峰密度較圖2之效應曲線較狹窄以及分佈較為寬廣 。對效應曲線88形狀更進一步控制能夠藉由相對地調整環 狀元件102,1()4,106及108長度L·至U折射率iu至m，或半 徑η至η而達成。長度Li至Lz或折射率m至m之變化將影 饗中間光束之光學路徑長度以及半徑η至η之變化將影響 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ —· 本紙張尺度通用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210X297公麓） / λ 83. 3.10,000 318896
五、發明説明（/ ο 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 其相對功率。 先前圖1-6所顯示五個濾波器中通過各別光學路徑長 度差值產生器之中間路徑實際物理路徑長度為相等的但是 有效折射率箄不相同。分隔板20及60形成相等長度之中間 路徑，其由於不同材料所構成。分隔板30, 70及90產生相等 長度之中間路徑，其由不同材料之組合包含在比例上變化 之組合而產生不同。材料本身在組成份或甚至於實際狀態 f 例如為玻璃或空氣而不同。 圖8中所顯示多路徑濾波器111與多路徑濾波器90大部 份相同，其包含輸入及輸出光纖112及114,單一透鏡116,反 射元件118,以及分隔板120。同樣地類似於多路徑濾波器 90,分隔板120由多個環狀元件122,124,126及128所構成， 其長度由L·改變至L2以及半徑由η改變至η。環狀元件 122,124,126及128之折射率η丨至η»為相同的或不同的。 不過，與先前所有實施例對照，環狀元件122,124,126 及128相對位置，以及其共同反射元件118亦可藉由長度L· 至L·之差值而改變中間光束之實際路徑長度。例如，環狀 元件122及128間之光學路徑長度差值能以下列公式表示： AOPL = 2 (Li ni - L. η») (4) 為了適合不同長度環狀元件丨22,124,126及128,反射 元件118為階梯式。此能夠藉由塗覆反射性塗臈至環狀元 件122,124,126及128之端部表面而達成。假如不使用平面 反射鏡，中間光束實際路徑之長度為相等的而類似於圖6之 實施例。 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（2丨0 X 297公釐）13 83.3.10,000 -----^---—— f (請先閲讀背面之注意事項再填商本頁) 五、發明説明（丨/ A7 B7 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 類似圓5及6之實施例，單一透鏡116能夠藉由將反射鏡 元件118再成形為連續性弯曲表面而免除，反射元件118環 狀梯級優先地各別地彆曲以產生類以聚焦功能。環狀元件 122,124,126及128沿著徑向直線逐漸變化至主要焦點。 在先前實施例中，單一透，;能夠被繞射光學元件或刻 記於分隔器上之繞射圖案所替代。假如刻記於反射性表面 上，中間路徑將被成形通過焦點直線。 類似於所有先前之實施例，囷9實施例為具有輸入及輸 出光纖132及134之多路徑濾波器130以及一個透鏡136或其 類似物體。.不過，光學路徑長度差值產生器為反射性堆疊 140而非分隔板。反射性堆疊140被製成多層142並由部份 反射性表面144所隔離。每一層142具有固定長度L以及固 定折射率n，雖然長度L以及折射率η能夠在各層142間改變 以產生更複雜之頻譜效應。 部份反射性表面144之反射性與所需要層142數目有關 以建立所需要頻譜效應。例如假如需要20層，各層每一表 面144被製成反射5%之總頻譜能量。各層142之數目類似於 先前實施例通過分隔板中間路徑 <數目，以及每一層142之 反射性與中間路徑橫向面積有關。‘不過，中間光束能夠藉 由每一部份反射表面144之較少不同面積所隔離。 換言之，中間光束能夠實質上使用相同空間，例如為整 僻孔徑Α，其緊鄰於反射性堆疊140入口及出口。不過，其各 個光學路徑長度不同可藉由沿著光學中心轴146運行實際 不相同之長度而達成，其相當於長度L之倍數。因此，兩個 ----1---.--------1Τ------^ (請先聞讀背面之注f項再填寫本頁) 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐〉 /4^ 83.3. !〇,〇〇〇 、發明説明（/又） 經濟部中央標準局貞工消費合作社印褽 相鄰層142中間光束之光學路徑長度差公式為： △OPL = 2 L η (5) 中間光束應該相距傳播光束至.少一個波長之光學路徑 長度差值AOPL »優先使用至少丨〇微米之距離，所預期平均 厚度在20至30微米範固内。反射性表面144形成係藉由部 份反射性塗膜，完全反射塗膜(例如金屬點）塗復於有限橫 向面積上，或具有折射率較大差值之相鄰材料層而達成。 至少1%折射率差值能夠使用來限制層數以實質上反射所有 傳播光束，但是10%或更大差值為優先地使用構成實用頻譜 效應。優先地使用不超過100層。 關於類似反射性堆疊之構造及製造之更進一步詳細說 明包含於本公司1996年2月23日申請美國第60/012170號" Multiple Reflection Multiplexer and Demulti-plexer" 相關專利申請案中。該專利在此加入作為參考之用。 雖然上述所有實施例以整體光學元件說明，相同之實 施例亦能夠以整體或混合光學元件形式完成β例如，輸入 及輸出光織能夠形成為波導在基板上，其亦包含一個或多 個聚焦及反射元件，以及光學路徑長度差值產生器。為混 合形式之設計，輸入及輸出光纖以及一個或多個聚焦元件 能夠形成於第一基板上以及光學路徑長度差值產生器能夠 形成於第二基板上。可加以變化，第一基板亦能夠加入光 學，路徑長度差值產生器，以及反射元件能夠分別地形成為 .整體光學元件而按裝靠在第一基板壁板上或為反射性塗膜 於相同壁板上。聚焦元件亦能夠為分別地形成為f曲反掄 ---.--^1------訂--：----1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐> /矿 83.3.10,000 五、發明説明（/3 ) A7 B7 經濟部中央梂準局貞工消费合作社印製 光學元件或為同一整體元件之一部份。 角度公差必需為精密的以確保適當之聚焦於輸入及輸 出路徑之間。不過出口側向及縱向尺寸具有更多選擇餘地 。例如分隔板側向位置影響中間路徑間光線之分佈，但是 少量變化對頻譜效應只有有限之影響。同樣地，長度尺寸L 量測可達0.25賴，因此得數微米範圍内之變化為不顯著的。 本發明亦能夠形成為單模光纖之部份如圓10及11所顯 示的。多路徑干涉濾波器150被形成於單模光纖之相鄰兩 端152及154。陡度折射率(GRIN)光纖桿透鏡156及158以及 作為光學路徑長度差值產生器之中央分隔器160被融合拼 接於相鄰端部152及154之間。 在光線運行之一個方向中，GRIN透鏡156將由光纖端部 152發出之光線變為平行。分隔器區段160被分成兩個軸向 區段162及164(中間路徑)，其延伸於GRIN透鏡156及158之 間。每一區段由不同材料製造出以及包含不同折射率ηι及 m於至少在想要使用之波長範圍内。護套166能夠使用來 包夾兩個區段162及164,使得其各別材料能夠為不同狀態， 包含固態或液態或固態及氣態。亦能夠使用光敏(例如Ge02 -SiQ2)或光電(例如液晶)材料。 類似先兪實施例10,30, 50及70,兩個區段162及164將 平行光線分成兩個具有不同光學路徑長度之中間光束。 GRIN透鏡158將兩束中間光束再結合於單模光纖端部154處 之焦點。在光纖端部154處所得到合成光束間之干涉產生 頻譜效應類似於圖2所顯示的。遮蓋不同程度之孔徑面積 .--襄-- (婧先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 1.. 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS > A4说格（210X297公釐） 83, 3.10,000 318896 *主、發明説明（斤） λ7 Β7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 之其他區段能夠使用來產生更為複雜之效應。 調整；作能夠藉由使用一種或多種折射率隨著溫度， 壓力，或電場或磁場而變化之材料而達成。例如，圖12顯示 出另外一個分隔板，其具有兩個同心圓區段172及174以及 護套176,其部份由金屬電極178及180所圍繞著。内側區段 172由玻璃所製成，以及外側區段174由折射率隨著溫度而 變化之聚合物所製成。利用電極改變聚合物溫度將改變區 段172及174間之光學路徑長度差值以及因而改變濾波器之 頻譜效應。 闽13及U顯示出如何製造GRIN光纖桿透銳182。一段 (約為10至20公分)之陡度折射率光纖184被融合拼接皇單 模光纖186。陡度折射率光纖184具有徑向地為高斯分佈變 化之折射率》陡度折射率光織ρ機械方式沿著直線拼接至 長度LG，其等於完整週期四分之一以沿著光學中心軸將點 光源再聚焦。在特定長度處，由點光源發出之光線（即單模 光織之端部)被變為平行。更進一步關於GRIN光織桿透鏡 之資料可參閱W.L. Emkey以及C.A. Jack之"Analysis and Evaluation of Graded-Index Fiber Lenses" from Journal of Lightwave Technology LT-5, 1987, pages 1156-1164。該文獻在此加入作為參考之用》 圖15顯示出本發明多路徑濾波器另外一個實施例190, 丼以不同方式完成聚焦功能。類似於圖5及6之實施彳列70及 90,反射性表面198將相鄰輸入及輸出光織192及194,其跨 越光學中心軸196 »不過，反射性表面198為弩曲的（整體完 私紙用中賴家轉（CNS) A4規格（21()><297公廣）17 83. 3.10,000 H u n --I .m Hr J— I I!- (請先閲讀背面之注$項再填寫本育) ,1r A7 B7 五、發明説明（) 成優先地為球形形狀)以亦能夠產生聚焦功能◎由輸入光 織所發出之發散光束實質地由反射性表面198向後反射於 匯聚路徑而至輸出光織194。 沿著光學中心軸196支撐反射性表面198之分隔器200 由具有不同折射率對稱性(或同心圓）光學元件202及204所 構成。形成相同長度中間路徑部份之光學元件202及204連 接輸入及輸出光纖192及194,其朝著反射表面198之焦點206 E聚。光學元件202及204之不同折射率改變中間路徑之光 學路徑長度以產生干涉圓案，其將改變到達輸出光織194再 組合光束之頻譜功率分佈。 類似焦距功能能夠藉由如囷8所示一組多個獨立沿著 光學中心軸偏移但是朝向共同焦點之反射鏡達成。偏移將 產生中間路徑間之實際路徑長度差值以加至或替代折射率 差值。 本發明各種實施例能夠在寬廣波長範圍内（例如1200 nffl-1700nm)使用於不同濾波應用，其包括通訊以及感測技 術領域之應用。該應用之一項為放大本發明濾波器所分離 特定波長之光學濾波器。 Γ-------装------訂------^ f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央梯準局βς工消費合作社印製 私紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 83. 3· ΙΟ,οοο

Claims (1)

  1. 經濟部中央標準局只工消t合作社印製 1. 一種多路徑干涉濾波器，其包含 傳送輸入光束之輸入光學路徑； 傳送輸出光束之輸出學路徑； 光學路徑長度差值產生器，其具有一組多個延伸於光束 傳播方向之中間路徑，其呈現不同有效折射率，以及傳送分 離部份之輪入光束通過不同光學路徑長度； 聚焦光學元件，其將分離部份之光;束再結合為具有頻譜 功率分佈之輸出光束，該光束是對轉入光束加以改變以在 分離光束部份:之間產生干涉； 光學路·徑長度差值產生器以及界焦光學元件對準於共同 參考中心轴;以及 中間路a被排列在參考中心軸另外一側產生對稱折射单 分佈。 ! • t 2. 依據申請專利範圍第1項之濾波器，其中中間路徑為同心 圓以徑向地傳送輸入光束之對稱部份。· 3. 依據申請專利範圍第1項之濾波器，其中中間路徑具有相 等之實際長度及由一組具有不同折射率之固態光學材料所 構成以傳送分離之輸入光束部份通過不同光學路徑長度。 4. 依據申請專利範圍第1項之濾波器，其中中間路徑具有實 際相等之長度以及由不同比例材料之相同組合以呈現出不 同之折射率。 5..依據申請專利範圍第1項之濾波器，其中反射性表面沿著 中間路徑形成以將分離光束部份反射回去而通過中間路徑 ，因而在分離光束部份間形成雙倍之光學路徑長度差值。 本紙張尺度逋用中國國家榡準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐} — II -- -I- 裝-- (誚先閲讀背面之注^^項#填鸡本页) -5 ABCD 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 6·依據申請專利範圍第1項之濾波器，其中聚焦光學元件為 反射性表面，其沿著中間路徑形成以將分離光束部份向後 反射通過中間路徑。 7. 依據申請專利範圍第1項之濾波器，其中聚焦光學元件以 及光學路徑長度差值產生器形成於沿著一段光纖之區段中。 8. 依據申請專利範圍第7項之濾波器，其中中間路徑之不同 係藉由光纖内不同心蕊材料而_成。 9. 依據申請專利範圍第7項之遽波莽，其中更進一步包含外 部控制器，該控制器改變中間路徑之有效折瀹率。 10. —種多路徑干涉濾波器，其包含 傳送輸入光束之輸入光學路徑； 傳送輸出光束之輸出學路徑； 光學路徑長度差值產生器，其具有一組多個延伸於光束 傳播方向之中間路徑； .中間路徑由由一組具有不同折射率之固態光學材料所構 成以傳送分離之輸入光束部份通過不同光學路徑長度;及 聚焦光學元件，其將分離部份之光束再結合為具有頻譜 功率分佈之輸出光束，該光束是對輸入光束加以改變以在 分離光朿部份之間產生干涉。 11 ·依據申請專利範固第1 〇項之濾波器，其中中間路徑延伸 平行於參考中心轴以及固態光學材枓被排列以產生折射率 之.對稱性分佈於參考中心袖之兩側。 12.依據申請專利範圍第10項之濾波器，其中聚焦光學元件 以及光學路徑長度差值產生器形成於沿著一段光織之區段 本紙⑽逋(2丨ox297公ry Sl〇 ----------- 裝------訂------ (請先閲讀背面之注意事項羿填寫本頁) 318896 ABCD 六、申請專利範園 组濟部中央標準局另工消费合作社印製 中。 13. 依據申請專利範圍第12項之濾涑器其中中間路徑之不 同係藉由光纖内不同心蕊材料而形成。 14. 依據申請專利範圍第12項冬濾波器其中更進一步包含 外部控制器，該控制器改變中間路徑之有效折射率。 15. —種多路徑干涉濾波器其包含 傳送輸入光束之輸入光學路徑； 傳送輸出光束之輸出學路徑； 光學路徑長度差值產生器，其具有一組多褊延伸於光束 傳播方向實際相等長度之中間路徑，其呈現不同有效折射 率，以及傳送分離部份之輸入光束通過不同光學路徑長度; 實際相等長度之中間路徑由不同比例材料之相同組合以 呈現出不同之折射率；以及 聚焦光學元件，其將分離部份之光束再結合為具有頻譜 功率分佈之輸出光束，該光束是對輸入光束加以改變以在 分離光束部份之間產生干涉。 16. 依據申請專利範圍第15項之濾波器，其中每一組合之各 材料存在不同之物理形態。 17. —種多路徑干涉濾波器，其包含 傳送輸入光束之輸入光學路徑； 傳送輪出光束之輸出學路徑； 光學路徑長度差值產生器，其具有一組多個延伸於光束 傳播方向實際相等長度之中間路徑，其呈現不同有效折射 率，以及傳送分離部份之輸入光束通過不同光學路徑長度；
    (請先閲讀背面之注意事項再填离本页) •装· f ft—/, · it 經濟部中央#準局只工消費合作社印装 苕1物6 — -、申請專利範固 Λ8 B8 C8 D8 聚焦光學元件，其將分離部份之光束再結合為具有頻譜 功率分佈之輸出光束，該光束是對輸入光束加以改變以在 分離光束坪食之間產生干涉；以及 m !:反射性表面沿著中間路徑形成以將分離光束部份反射回 去而通過中間路徑，因而在分離光束部份之間形成雙倍光 學路徑長度差值。 1&依據申請專利範圍第17項之濾波器，其中反射表面具有 曲率，其亦作為聚焦光學元件❶ '19·依據申請專利範圍第18項之渡波器，其中'中間路徑朝著 反射表®之焦點匯聚。 20. —種多輅徑干涉濾波器，其作為改變傳送於輸入及輸出 路徑間光束之頻譜功率分佈，該濾波器包含：' 光學路徑長度差值產生器，其光學地耦合輸入及輸出路 徑以及具有一系列反射性表面，其在輸入及輸出路徑之間 光束傳播方向交錯排列著以及形成相對大:小而復蓋不同程 度之橫面積以反射相對大少部份之光束通過在輸入及輸出 .路徑間之不同實際路徑長度； .戽射表面形成相對大小與光束内橫向能量分佈相關以提 昇不同大小部份光束間之干涉。. 21. 依據申請專利範圍第20項之濾波器，其中反射表面被定 向以產生聚焦功能，其蔣光學路徑長度產生器耦合至輸入 及輸出路徑。 1 22. 依據申請專利範圍第20項之濾竦器，其中反射表面為同 •心圓以傳送徑向地對稱之光束部份。 I n 111 n 丨丨.：n -I ^ n 1 ϋ n 11 n -I n' ^ -.- f (請先閲读背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺及速用中國囷家梂準（CNS ) A4規格（2l〇X297公釐） ^t889e
    六、申請專利範圍 23. 依據申請專利範圊第20項之濾波器，其中光學路徑長度 差值產生器亦包含一組多個傳送不同大小光表部份至反射 性表面以及由該反射性表面傳送光束之半行中間路徑，以 及在不同大小光東部份間之光學路徑長度差值藉由中間路 徑有效折射率間差值而更進一步改變》 24. —種多珞徑干涉濾波器，其包含 傳送光東之輸入及輸出光學路徑； .夺' 光學路徑長度差值產生器，其具有一疊分開放置之平面 部份反射性丧面於光束傳播方向通過至少一個傳播光東之 波長； 每一部份反射性表面反射分離部份之傳播先朿通過不同 實際路徑長度亦等於至少一個波長於光東傳播方向；以及 聚焦光學元件，其將分離部份之光朿再結合產生干涉岡 索，其將改變傳播光束之頻譜功率分伟 25. 依據申請專利範圍苐24項之濾波器，其中部份反射性表 面係鯓由部份反射塗旗形成* 26. 依捸申請專利範圍第24項之濾波器，其中部份反射性表 面係藉由具有折射率相差至少10¾之相鄰多層材料形成》 被濟部中*螵率局Λ工消费合作：一印袋 27. 依掳申請專利範園第24項之濾波器，其令部份反射性表 面層總數不大於100。 28·依據申請專利範圍苐27項之濾波器，其中部份反射性表 面分開放置相距至少10微米· 丰紙琢尺度域/Π中闻《家禕率（CNS > Λ4说格（210X297公釐） 318896 ABCD 六、申請專利範囷 ί·Τ ·ϊ · ϊ ' · 經濟部中央梯準局只工消費合作社印製 23. 依據申請專利範固第2〇項之濾波器，其中光學路徑長度 差值產生器亦包含一組多個傳送不同大小光束部份至反射 性表面以尽_該反射性表面傳送光束之平行中間路徑以 « I 如Η1各在不同大小光束部份間之光學ai徑長度差值藉由中間路 徑有效折射率間差值而更進一步改變。 24. —種多路徑干涉濾波器，其包含 傳送光束之輸入及輸出光學‘徑； 光學路徑長度差值產生器，其具有一疊分開放置之平面 \ ·_部份反射性表面於光束傳播方向通過至少一’個傳播光束之 波長； . 每一部份反射性表面反射分離部份之傳播光束通過不同 實際路徑長度亦等於至少一個波長於光束傳播方向；以及 聚焦光學元件，其將分離部份之光束再結合產生干涉囷 案，其將改變傳播光束之頻譜功率分佈。 ‘ 25.依據申請專利範圍第24項之丨慮波器，其中部份反射性表 面係藉由具·有折射率相差至少10%之相鄰多層材料而形成。 -:27.依據申請專利範圍第24項之濾波器，其中部份反射性表 φ層總數不大於100 » ..28.依據申請專利範圍第24項之濾波器，其中部份反射性表 面分開放置相距至少10微米。 ,* I ^ I I-、1τ (請先閲讀背面之注項再填鸾本頁)
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