專利名稱：一種波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域中的光器件，具體地說涉及一種中心波長(zhǎng)可逐個(gè)信道調(diào)諧的光學(xué)濾波器。
背景技術(shù)：
目前的光纖通信系統(tǒng)普遍采用DWDM傳輸技術(shù)，而且光纖網(wǎng)絡(luò)正在從點(diǎn)到點(diǎn)傳輸向全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，光纖鏈路變得復(fù)雜化，光信道的管理越來越重要，而光信道的在線監(jiān)測(cè)是
管理的基礎(chǔ)。光信道的在線監(jiān)測(cè)，一般以一個(gè)小分光比的光纖耦合器，從傳輸光纖中分出部分光功率，再用可調(diào)光學(xué)濾波器依次濾出各個(gè)光信道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，或者同時(shí)濾出其中幾個(gè)光信道進(jìn)行處理?？烧{(diào)光學(xué)濾波器的主流技術(shù)方案，是采用法布里-珀羅腔(FP腔)結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧，F(xiàn)P腔長(zhǎng)的調(diào)節(jié)方式則多種多樣，可以采用MEMS結(jié)構(gòu)、壓電效應(yīng)、聲光效應(yīng)和熱光效應(yīng)等。這種基于FP腔的結(jié)構(gòu)，其濾波譜為尖頂型，可用于DWDM信號(hào)的光譜分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器，該光學(xué)濾波器可以對(duì)信道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并具有調(diào)試方便，機(jī)械抖動(dòng)的容差大的特點(diǎn)。本發(fā)明提供的波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器，其特征在于，它包括光環(huán)行器、光纖準(zhǔn)直器、擴(kuò)束棱鏡組、透射式相位光柵、傅里葉透鏡、第一反射鏡、直線步進(jìn)電機(jī)和調(diào)諧棱鏡；光環(huán)行器和光纖準(zhǔn)直器的輸入端通過光纖連接，光纖準(zhǔn)直器的輸出端、擴(kuò)束棱鏡組和透射式相位光柵依次位于同一光路上，透射式相位光柵和反射鏡分別位于傅里葉透鏡的前、后焦面上，直線步進(jìn)電機(jī)用于控制調(diào)諧棱鏡的位置，以逐個(gè)信道的調(diào)諧濾波器的透射光中心波長(zhǎng)。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，從擴(kuò)束棱鏡組出來的光在透射式相位光柵上的入射角 Θ由公式0 = arCSin(4)計(jì)算得到，其中λ為信號(hào)光的中心波長(zhǎng)，d為光柵常數(shù)。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，第一反射鏡的寬度小于DWDM光信號(hào)的相鄰信道光束間距，并為高斯光束束腰直徑的2-3倍。作為上述技術(shù)方案的更進(jìn)一步改進(jìn)，該光學(xué)濾波器還包括用于對(duì)光路進(jìn)行折疊的第二反射鏡和轉(zhuǎn)角棱鏡，以及用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光束進(jìn)行第二次衍射的第三反射鏡，第三反射鏡位于透射式相位光柵之后，將第一次衍射之后的光束反射回到透射式相位光柵上，進(jìn)行第二次衍射。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)(I)本發(fā)明提出一種波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器，可以從光纖中傳輸?shù)腄WDM信號(hào)中選擇濾出一個(gè)光信道，以進(jìn)行信道監(jiān)測(cè)。(2)本發(fā)明采用透射式相位光柵和傅里葉透鏡的組合對(duì)DWDM信號(hào)光束進(jìn)行空間色散分離。(3)本發(fā)明采用一個(gè)擴(kuò)束棱鏡組對(duì)DWDM信號(hào)光束進(jìn)行擴(kuò)束以提高光柵的分辨率， 擴(kuò)束棱鏡沒有光軸，在器件調(diào)試過程中無需考慮光軸調(diào)節(jié)問題，降低了光路調(diào)試難度。(4)本發(fā)明對(duì)中心波長(zhǎng)的調(diào)諧通過直線步進(jìn)電機(jī)精確地改變棱鏡的位置來實(shí)現(xiàn)， 該濾波器中的唯一可動(dòng)部件是透射式調(diào)諧棱鏡，其濾波效果對(duì)調(diào)諧過程中的機(jī)械抖動(dòng)容差較大。(5)反射鏡的寬度小于相鄰信道光束間距，以保證每次只有一個(gè)信道的光束能被反射并沿原光路返回。


圖I為波長(zhǎng)可調(diào)光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)和原理；圖2為光柵和透鏡對(duì)DWDM光束的色散分離情況；圖3為棱鏡對(duì)光波長(zhǎng)的調(diào)諧原理；圖4為擴(kuò)束棱鏡組對(duì)光束的展寬原理；圖5為實(shí)際方案圖；圖6為光柵+反射鏡的兩次衍射光學(xué)結(jié)構(gòu)；圖7為反射鏡光束限制因子對(duì)濾波器譜線的影響。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明提供的光學(xué)濾波器包括一個(gè)光環(huán)行器I、一個(gè)光纖準(zhǔn)直器2、一個(gè)擴(kuò)束棱鏡組3、一個(gè)透射式相位光柵4、一個(gè)傅里葉透鏡5、一個(gè)第一反射鏡8和一個(gè)由直線步進(jìn)電機(jī)7控制的調(diào)諧棱鏡6。光環(huán)行器I的第二端口②和光纖準(zhǔn)直器2的輸入端通過光纖連接，光纖準(zhǔn)直器2 的輸出端、擴(kuò)束棱鏡組3和透射式相位光柵4依次位于同一光路上。從擴(kuò)束棱鏡組3出來
的光在透射式相位光柵4上的入射角Θ由公式給出，其中λ為信號(hào)光的中
心波長(zhǎng)(1550nm)，d為光柵常數(shù)(選用的光柵線數(shù)為966線/毫米，因此d =)。透
966
射式相位光柵4和反射鏡8分別位于傅里葉透鏡5的前后焦面上.直線步進(jìn)電機(jī)7與調(diào)諧棱鏡6相連，可以控制棱鏡的位置。從光環(huán)行器I的第一端口①輸入的DWDM光信號(hào),經(jīng)第二端口②進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器2, 變成準(zhǔn)直光束，經(jīng)棱鏡組3擴(kuò)束之后，被透射式相位光柵4衍射和傅里葉透鏡5變換，不同波長(zhǎng)的光束色散展開并保持相互平行，經(jīng)調(diào)諧棱鏡6折射后，垂直入射在反射鏡8上，反射鏡8小于相鄰信道光束間距,保證只有一個(gè)信道的光束被反射,該信道的光束經(jīng)反射后沿原路返回，從光環(huán)行器I的第三端口③輸出，其他信道的光束因不能被反射而損耗掉，從而實(shí)現(xiàn)濾波功能。通過直線步進(jìn)電機(jī)7精確地控制調(diào)諧棱鏡6的位置，就可以逐個(gè)信道的調(diào)諧濾波器的透射光中心波長(zhǎng)。調(diào)諧原理如圖3所示，經(jīng)透射式相位光柵4衍射和傅里葉透鏡5聚焦之后，各信道光束在空間上被色散分離，并且光束之間相互平行，經(jīng)調(diào)諧棱鏡6折射之后，各信道光束仍保持相互平行，通過直線步進(jìn)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)調(diào)諧棱鏡6的位置，可以選擇讓某一特定信道的光入射到反射鏡8上。圖3中，當(dāng)棱鏡位于位置A、B、C時(shí)，分別讓波長(zhǎng)為Aa、Ab、A。的光入射到反射鏡8上。透射式相位光柵4和反射鏡8分別位于傅里葉透鏡5的前后焦面上，構(gòu)成一個(gè)2f 系統(tǒng)。從側(cè)視方向觀察，從光纖準(zhǔn)直器2輸出的光束是水平的，并與傅里葉透鏡5的光軸重合，這種結(jié)構(gòu)可以保證，被光柵色散分離的不同波長(zhǎng)的光束，經(jīng)傅里葉透鏡5變換之后，被調(diào)諧棱鏡選擇的信道光束能正入射在反射鏡8上，然后沿原光路返回。為了提高光柵的分辨本領(lǐng)，需要對(duì)從準(zhǔn)直器輸入的光束進(jìn)行展寬，常用的擴(kuò)束結(jié)構(gòu)是以兩個(gè)透鏡構(gòu)成的望遠(yuǎn)系統(tǒng)，在器件調(diào)試過程中，要求望遠(yuǎn)系統(tǒng)的光軸與后續(xù)傅里葉透鏡的光軸重合。為了提高透射式相位光柵4的分辨本領(lǐng)，本發(fā)明以一個(gè)擴(kuò)束棱鏡組3對(duì)從準(zhǔn)直器2輸出的光束進(jìn)行展寬，如圖4所示。相對(duì)于其他方案中常用的以兩個(gè)透鏡構(gòu)成的望遠(yuǎn)系統(tǒng)，無需考慮擴(kuò)束系統(tǒng)(擴(kuò)束棱鏡無光軸)與后續(xù)傅里葉透鏡5之間的光軸調(diào)節(jié)問題，降低了光路調(diào)試難度。本發(fā)明所采用的擴(kuò)束棱鏡沒有光軸，在器件調(diào)試過程中無需考慮光軸調(diào)節(jié)問題，降低了光路調(diào)試難度。圖I為可調(diào)光學(xué)濾波器的原理圖，實(shí)際的器件結(jié)構(gòu)，如圖5所示。為了縮小體積， 需另外引入第二反射鏡10和轉(zhuǎn)角棱鏡11，對(duì)光路進(jìn)行折疊。其中，第二反射鏡10位于透射式相位光柵4衍射和傅里葉透鏡5的光路上，轉(zhuǎn)角棱鏡11位于傅里葉透鏡5和調(diào)諧棱鏡6 的光路上。另外，由于透射式相位光柵4的色散能力有限，如果只對(duì)信號(hào)光進(jìn)行一次衍射， 不同信道的光束在空間上分得不夠開，這樣就導(dǎo)致用作空間濾波的反射鏡8必須做得特別窄，增加了反射鏡制作和光路調(diào)試的難度。因此，在透射式相位光柵4之后引入一個(gè)第三反射鏡9，將第一次衍射之后的光束反射回到透射式相位光柵4上，進(jìn)行第二次衍射，如圖6所示這種“相位光柵+反射鏡”結(jié)構(gòu)的色散能力比單個(gè)相位光柵增加一倍。本發(fā)明通過直線步進(jìn)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)調(diào)諧棱鏡6，以控制調(diào)諧棱鏡6的位置，以選擇入射在反射鏡上的DWDM光信號(hào)波長(zhǎng)。這種方式成本低、精度高、操作簡(jiǎn)單。在設(shè)計(jì)反射鏡8 寬度時(shí)，需綜合考慮以下兩個(gè)方面(一 )為了實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)信道的濾波，應(yīng)該保證每次只有一個(gè)信道的光束能被反射并沿原光路返回，因此反射鏡的寬度應(yīng)當(dāng)小于相鄰信道光束間距，如圖3所示。(二)要保證光譜的通帶平坦度。寬帶光源入射在反射鏡上，形成的反射光譜可以用式⑴描述
權(quán)利要求
1.一種波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器,其特征在于，它包括光環(huán)行器、光纖準(zhǔn)直器、擴(kuò)束棱鏡組、透射式相位光柵、傅里葉透鏡、第一反射鏡、直線步進(jìn)電機(jī)和調(diào)諧棱鏡；光環(huán)行器和光纖準(zhǔn)直器的輸入端通過光纖連接，光纖準(zhǔn)直器的輸出端、擴(kuò)束棱鏡組和透射式相位光柵依次位于同一光路上，透射式相位光柵和反射鏡分別位于傅里葉透鏡的前、后焦面上，直線步進(jìn)電機(jī)用于控制調(diào)諧棱鏡的位置，以逐個(gè)信道的調(diào)諧濾波器的透射光中心波長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器，其特征在于，從擴(kuò)束棱鏡組出來的光在透射式相位光柵上的入射角Θ由公式0 = arcSin(g)計(jì)算得到，其中λ為信號(hào)光的中心波長(zhǎng)，d為光柵常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器，其特征在于，第一反射鏡的寬度小于DWDM光信號(hào)的相鄰信道光束間距，并為高斯光束束腰直徑的2-3倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I、2或3所述的波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器，其特征在于，該光學(xué)濾波器還包括用于對(duì)光路進(jìn)行折疊的第二反射鏡和轉(zhuǎn)角棱鏡，以及用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光束進(jìn)行第二次衍射的第三反射鏡，第三反射鏡位于透射式相位光柵之后，將第一次衍射之后的光束反射回到透射式相位光柵上，進(jìn)行第二次衍射。
全文摘要
一種波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器，包括光環(huán)行器、光纖準(zhǔn)直器、擴(kuò)束棱鏡組、透射式相位光柵、傅里葉透鏡、反射鏡、直線步進(jìn)電機(jī)和調(diào)諧棱鏡。從光環(huán)行器端口①輸入的DWDM光信號(hào)，經(jīng)端口②進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器，變成準(zhǔn)直光束，經(jīng)棱鏡組擴(kuò)束之后，被光柵衍射和透鏡變換，不同波長(zhǎng)的光束色散展開并保持相互平行，經(jīng)調(diào)諧棱鏡折射后，垂直入射在反射鏡上，反射鏡足夠窄，保證只有一個(gè)信道的光束被反射，該信道的光束經(jīng)反射后沿原路返回，從光環(huán)行器的端口③輸出，其他信道的光束因不能被反射而損耗掉，從而實(shí)現(xiàn)濾波功能。通過直線步進(jìn)電機(jī)精確地控制調(diào)諧棱鏡的位置，就可以調(diào)諧濾波器的透射光中心波長(zhǎng)。與反射式結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明對(duì)機(jī)械抖動(dòng)的容差更大。
文檔編號(hào)G02B6/34GK102608708SQ201210055838
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者萬助軍, 劉德明, 莫檳誠(chéng), 鐘瑞 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)