1.本实用新型属于光探测、光信号传输技术领域，涉及一种红外-紫外信号转换装置。


背景技术：

2.光信号的转换在许多领域，例如光探测，光通信，光对抗，光传感等方面有着广泛的应用。随着通信技术和ic技术以及光传感探测领域技术的不断发展，光信号的转换也将在其中起到越来越重要的作用。
3.随着网络的快速发展，人们对信息的需求呈现出飞速的增长。信息传输技术在提高人们处理各种事件效率的同时，也对通信传输网络提出了更高的要求。如今，wdm系统已经得到广泛应用，wdm网络带宽已经基本可以满足大部分需求，但是系统的波长数目相较于日益增长实际的节点数目和用户数目仍然不足。这就使得当两个或多个不同波长的信号同时面向同一路由连接时会造成波长竞争，这时wdm网络会产生较高阻塞率。解决网络阻塞的关键就是实现信号的波长转换(wc)，利用信号的波长转换进行传输，从而解决交叉连接中的信号波长竞争、灵活地进行路由选择、提高效率，降低阻塞率，同时有益于网络通信的管理和控制以及信号通道的保护倒换。尤其是在未来的光网络中，不同波长的信号转换必然会成为核心技术。
4.同时，在民用及军事领域，光探测和光对抗等技术正高速发展，红外探测和紫外探测等非可见光探测已经越来越成熟，并成为行业内广泛应用的关键技术。但是由于其信号波长的特殊性，如红外波段在空气传输中受到天气情况及障碍物的影响较大，有时无法有效传输信号。在军事领域，红外信号也由于其成熟的探测技术，缺乏信号传输的安全性。而相对于红外信号，紫外信号的传输主要以散射方式传播，具有一定的绕过障碍的能力，在近距离抗干扰通信上有较大优势。同时，紫外信号传播距离短，以及紫外探测技术相对于红外探测的不成熟，也使得紫外信号传输在军事应用上具有独特的防窃听优势。
5.所以，将红外波段信号转变为紫外波段的信号，有巨大的应用潜力。


技术实现要素：

6.(一)实用新型目的
7.本实用新型的目的是：提供一种红外-紫外信号转换装置，利用非晶硅材料的热光效应进行信号转换。
8.(二)技术方案
9.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种红外-紫外信号转换装置，其包括：分路器2和同轴布置在分路器2后方的硅基f-p薄膜谐振腔3，分路器2透射红外并反射紫外，红外入射信号1通过分路器2垂直入射到硅基f-p薄膜谐振腔3上，同时紫外参考信号5通过分路器2垂直入射到硅基f-p薄膜谐振腔3上，经由硅基f-p薄膜谐振腔3出射紫外出射信号4。
10.其中，所述硅基f-p薄膜谐振腔3包括第一镜面层61、腔体层7、第二镜面层62和透明衬底层8，腔体层7位于第一镜面层61和第二镜面层62之间，透明衬底层8位于第二镜面层62底部。
11.其中，所述硅基f-p薄膜谐振腔3采用气相沉积法制成；所述第一镜面层61的材质为si3n4或者sio2；所述第二镜面层62的材质为si3n4或者sio2；所述腔体层7的材质为a-si；所述透明衬底层8的材质为高透过率玻璃。
12.(三)有益效果
13.上述技术方案所提供的红外-紫外信号转换装置，采用了硅基薄膜结构，基于硅基材料制备技术成熟的特点，达到了成本低、体积小、集成化高等效果。
附图说明
14.图1为红外-紫外信号转换装置的原理示意图。其中，1-红外入射信号，2-分路器，3-硅基f-p薄膜谐振腔，4-紫外出射信号，5-紫外参考信号。
15.图2为f-p薄膜谐振腔结构示意图。其中，6-镜面层，7-腔体层，8-透明衬底层。
16.图3为f-p薄膜谐振腔原理图。
17.图4为f-p薄膜谐振腔简化原理图。
18.图5为信号转换频谱示意图。其中，s1为一种红外入射信号下的f-p薄膜谐振腔调制频谱，a1为对应该红外入射信号下，参考紫外信号受调制后的紫外出射信号强度；s2为另外一种红外入射信号下的f-p薄膜谐振腔调制频谱，a2为对应该红外入射信号下，参考紫外信号受调制后的紫外出射信号强度。
具体实施方式
19.为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
20.如图1所示，本实施例红外-紫外信号转换装置包括分路器2和同轴布置在分路器2后方的硅基f-p薄膜谐振腔3，分路器2透射红外并反射紫外，红外入射信号1通过分路器2垂直入射到硅基f-p薄膜谐振腔3上，同时紫外参考信号5通过分路器2垂直入射到硅基f-p薄膜谐振腔3上，经由硅基f-p薄膜谐振腔3出射紫外出射信号4。
21.如图2所示，硅基f-p薄膜谐振腔3包括第一镜面层61、腔体层7、第二镜面层62和透明衬底层8，腔体层7位于第一镜面层61和第二镜面层62之间，透明衬底层8位于第二镜面层62底部。
22.其中，硅基f-p薄膜谐振腔3采用气相沉积法制成，第一镜面层61可采用si3n4或者sio2材料制作，第二镜面层62可采用si3n4或者sio2材料制作，腔体层7采用a-si制作，透明衬底层8采用高透过率玻璃，如透过率不小于95％。
23.硅基f-p薄膜谐振腔3的工作原理如下:根据物理光学中多光束干涉原理，硅基f-p薄膜谐振腔3其原理示意图可由图3所示，入射光从外部入射，进入中间腔体层7后，由于第一镜面层61和第二镜面层62的高反射率，入射光线将在腔体层7中多次反射，相邻反射光存在固定的相位差，因而从硅基f-p薄膜谐振腔3出射后的光线将由于干涉的结果而受到调制。
24.基于上述信号转换装置，本实施例信号转换的过程为：将红外入射信号1通过分路器2垂直入射到硅基f-p薄膜谐振腔3上；同时将紫外参考信号5通过分路器2垂直入射到硅基f-p薄膜谐振腔3上；紫外参考信号5通过f-p薄膜谐振腔3后的紫外出射信号4的信号强度受到f-p薄膜谐振腔3调制，完成从红外信号到紫外信号的转换。
25.如图4所示，平行光束入射角a约等于0，硅基f-p薄膜谐振腔3腔体层7的厚度为h，腔体层7介质折射率为n，其光学厚度d＝n*h。第一镜面层61和第二镜面层62的反射率为r，入射光振幅为a0。由以上参数计算出入射光最终从硅基f-p薄膜谐振腔3的另一个镜面层出射的透射光的振幅如下：
[0026][0027]
经过腔体层后的相位差可如下：
[0028][0029]
其中，k＝2π/λ为波矢。可得到第i次出射的光波的电场强度如下：
[0030]ei
＝(1-r)
·ri
·
a0·
cos[ωt+kx+(i-1)
·
δ]
[0031]
最终出射光的强度如下：
[0032][0033]
由以上计算可知，当δ＝2mπ时，为最大透过峰，光学厚度d＝n*h。所以，其光学性质通常决定于第一镜面层61和第二镜面层62的反射率及腔体光学厚度等参数，它的透过峰值取决于腔体光学厚度。因此，可以由2个方面对其调谐，一个是改变腔体层厚度h，另外一个是改变腔体层折射率n。
[0034]
本实用新型采用改变腔体层折射率的方式，腔体层采用具有高热光系数的非晶硅薄膜材料(通常非晶硅热光系数为3.6
×
10-4
k-1
)制作，由于热光系数是折射率随温度变化的比值，因此非晶硅薄膜材料折射率随着温度的变化而变化的幅度较大，因此可调谐范围也较大。当红外信号入射后，被f-p薄膜谐振腔中的腔体层材料a-si吸收，使得薄膜温度升高由t1变为t2，而根据热光效应f-p薄膜谐振腔腔体层折射率由原来的n1变为n2，因此其光学厚度d1发生变化为d2，因此最终透过频谱也如图5所示从s1变为s2。同时，入射一个紫外参考信号到f-p薄膜谐振腔，而入射的紫外参考信号通过f-p薄膜谐振腔后被调制，其出射的紫外信号强度如图3所示从a1变成a2，从而实现了红外-紫外信号的转换。
[0035]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技
术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。