针对薄膜滤光片倾斜入射时产生的偏振光中心波长分离现象和偏振相关损耗, 本文利用等效层理论设计了倾斜入射下中心波长消偏振的100 GHz信道间隔滤光片膜系结构, 实现了薄膜滤光片的角度和波长调谐。首先通过相位关系分析, 计算了滤光片间隔层的消偏振等效折射率, 实现了不同偏振光中心波长的对准。然后, 根据等效层理论, 设计三层对称膜层结构实现了对间隔层中心波长消偏振等效折射率的替换。与原有的五层规整低偏振薄膜滤光片相比, 本文提出的膜系结构更为简单, 对消偏振等效折射率的替换更为精确。仿真和实验结果表明: 该膜系结构的薄膜滤光片能实现0~20°倾斜入射的偏振光中心波长对准, 偏振光波长偏离度小于0.03 nm, 波长调谐范围能达到35 nm。

三端口可调谐滤波器是全光智能交换网络和密集波分复用系统中的核心器件.其反射端口的光谱特性,尤其是反射率和信道隔离度对于滤波器的性能至关重要.角度调谐滤光片因其良好的矩形度和温度稳定性被广泛应用于三端口可调谐滤波器的制备,其反射端口的光谱特性不仅与倾斜入射角度的大小有关,而且与其非平行端面间的楔角参量有关.文章详细分析了楔角参量对非平行角度调谐滤光片的反射率及半宽的影响,仿真计算了楔角参量在不同极性和大小条件下角度调谐滤光片的反射光谱特性,揭示了保持适当的楔角参量和方向性可以改善倾斜入射状态下滤光片的反射光谱特性.设计并制备了楔角为0.8°的楔形角度调谐滤光片,实验证明了当保持楔角方向与倾斜入射方向相同时会严重的劣化透反射光谱的半宽和隔离度,方向相反时则可以改善反射光谱的反射率和半宽指标.通过负楔角参量的引入使得角度调谐滤光片较之高平行度的同类器件具有更高的反射率和信道隔离度.

角度调谐薄膜滤光片因较大的波长调谐特性和良好的矩形度在密集波分复用系统中得到了广泛的应用。 在倾斜入射时薄膜滤光片透射光谱的透射率和半宽不仅受到入射角度的影响, 还跟滤光片两端面间的非平行度即楔角的大小有关。 详细分析了楔角对对滤光片透射率以及半宽的影响, 发现适当的楔角和角度取向能够改善倾斜入射状态下滤光片的透射光谱特性。 设计制备了楔角为0.8°的楔形薄膜角度调谐滤光片, 实验结果证明保持该楔角的方向与倾斜入射角度相同时会严重的劣化透射光谱的透射率和矩形度, 方向相反时则可以提高光谱的透射率以及矩形度, 并使器件的波长调谐范围增大约10 nm。

根据薄膜窄带滤光片在斜入射时的偏振特性, 提出了基于遗传算法的斜入射薄膜窄带滤光片膜系优化设计方法.根据开发的程序, 设计并制备了一组可用于18°倾斜入射的0.8纳米信道间隔的五腔薄膜窄带滤光片.该滤光片能有效地抑制斜入射时偏振光中心波长的分离现象, 降低器件的偏振相关损耗, 通过角度调谐能实现选择波长的改变.通过与针法设计的滤光片膜系相比, 遗传算法得到的膜系具有更高的矩形度、更大的波长调谐范围以及更低的偏振相关损耗.实验结果表明其满足设计要求并有超过25纳米的波长调谐范围.

基于多光束干涉原理，推导了非平行角度调谐薄膜滤光片在斜入射时的高斯光束反射光强表达式。在此基础上研究了高斯光束的入射角以及非平行滤光片两端面间所存在楔角对反射光强分布的影响。计算和实验结果都表明，滤光片的反射光强分布不仅与入射角有关，而且非平行滤光片两端面间楔角的大小和正负特性还会在一定程度上影响斜入射时滤光片的光场分布、反射率和隔离度。要保证滤光片在斜入射时反射率和隔离度的稳定，既可以在切片时提高滤光片的平行度，也可以通过在斜入射时保证楔角为负来实现。

基于多光束干涉原理，推导了斜入射状态下非平行角度调谐滤光片的高斯光束透射光强表达式。在此基础上研究了高斯光束的入射角以及非平行滤光片两端面间所存在楔角对透射光强分布的影响。计算和实验结果都表明，滤光片的透射光强分布不仅与入射角有关，非平行滤光片两端面间楔角的大小和正负特性还会在很大程度上影响斜入射时滤光片的光场分布、透射率和矩形度。要保证滤光片在斜入射时透射率和矩形度的稳定，就必须在切片时提高滤光片的平行度。

针对多腔窄带薄膜滤光片在倾斜入射时会产生严重的偏振相关损耗问题，研制了一种基于双折射晶体偏振分束器、信道间隔为100 GHz 的角度可调薄膜滤波器。该方法可简化倾斜入射时多腔窄带薄膜滤光片消偏振膜系结构，通过对入射光信号偏振态的控制，仅使用常规窄带滤光片就能实现角度调谐其中心透射波长。该可调谐滤波器件具有结构简单、成本低和偏振相关损耗小的特点，实验测试证明其可调谐波长范围可覆盖整个C 波段。

入射光束的发散角会影响角度调谐窄带滤光片的透射特性，出现透射通带变小及发散损耗增大的情况，且该现象随着入射角度的增大而更加明显。分析了出现这些现象的原因，并根据拉赫不变量定理设计了扩束棱镜组来压缩入射光束的发散角。并利用二次滤波技术进一步提高了透射光谱的矩形度和稳定性。根据该方法设计了针对100 GHz密集波分复用系统角度调谐窄带滤光片的光学整形系统，实验结果表明，该方法能有效地改善入射光束发散角对器件滤波特性的影响。

基于多光束干涉原理，推导了高斯光束斜入射角度调谐窄带滤光片后的透射光强表达式.在此基础上研究了入射角对高斯光束的透射特性的影响.计算和实验结果表明：随着入射角的增大，透射光强的光斑会出现一定程度的展宽现象；当入射角度较小时，输出为单一光斑，但其光强峰值位置产生了一定的偏移，并不在呈现高斯分布；当入射角度较大时，输出则为一系列的离散光斑.

基于多光束干涉原理, 从高斯光束在自由空间的传输方程出发, 推导了高斯光束斜入射角度调谐窄带滤光片的反射光强以及透射光强的表达式。在此基础上研究了滤光片入射角对高斯光束反射特性的影响和关系。理论数值计算和实验结果都表明, 随着入射角度的增大, 滤光片透射光强的光斑会出现明显的展宽现象, 而其反射光强的光斑虽会在较大角度斜入射时出现一定的展宽, 但是展宽幅度远小于透射光斑的变化。故角度调谐窄带滤光片的反射端口在其调制范围内不需要跟透射端口一样进行光斑整形处理。