本發(fā)明涉及光電子領域、傳感領域的可調諧光濾波器，尤其涉及一種衰減可調的寬帶波長可調諧濾波器。

背景技術：

隨著密集波分復用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們對傳輸系統(tǒng)的靈活性要求越來越高，可調諧光濾波器可以靈活選擇所需波長，給光通信系統(tǒng)帶來了便捷，已經廣泛應用于通信網絡中。同時，在光傳輸網絡中，光信號的功率對線路信號的傳輸也至關重要。在實際應用中，一般通過可調光衰減器(Variable Optical Attenuator，VOA)來實現(xiàn)線路的功率管理。

此外，隨著通信速率的提升，光傳輸信號的碼型也越來越復雜，在某些應用中，往往需要光濾波器具有較大的光學通帶，使得信號能量可以全部通過濾波器。

基于MEMS技術的可調諧光濾波器是一種體積小，結構簡單，性能穩(wěn)定的濾波器。在現(xiàn)有公開技術中，基于MEMS技術的可調諧濾波器都只有單純的波長濾波的功能，而不具備功率調節(jié)能力，另外對于如何實現(xiàn)更大的光學通帶也少有涉及。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的缺點和不足，提供一種新型的基于MEMS技術的衰減可調的寬帶波長可調諧光濾波器，該濾波器集成了衰減調節(jié)、波長調節(jié)的功能。此外，通過一定的光學設計可以使得本發(fā)明裝置具有更大的光學帶寬。

一種衰減可調的寬帶波長可調諧濾波器，其光路組成依次包括：光輸入端口、準直透鏡、衍射光柵、MEMS反射鏡及光輸出端口，

光輸入端口，用于輸入光信號；

準直透鏡，用于將光信號準直；

衍射光柵，用于將光信號的不同波長分量在空間上分離；

MEMS反射鏡，通過控制MEMS反射鏡繞一個軸轉動，改變從光輸出端口輸出的反射光波長，實現(xiàn)波長調諧；通過控制MEMS反射鏡繞另一個正交軸轉動，改變反射光與光輸出端口的耦合，實現(xiàn)衰減可調；

光輸出端口，用于接收MEMS反射鏡反射的光信號并輸出光信號。

其中，光輸入端口、光輸出端口設置于準直透鏡的前焦平面處。

其中，二維可調的MEMS反射鏡設置于準直透鏡的后焦平面處。

其中，所述光輸出端口數(shù)目大于1，通過控制MEMS反射鏡繞另一個正交軸轉動，使反射信號選擇其中一個光輸出端口輸出。

其中，光輸入端口的光纖端面、光輸出端口的光纖端面設置有光纖擴束裝置。

其中，對光輸入端口的光纖、光輸出端口的光纖采用燒結工藝處理，改變光纖中折射率分布，使得光纖端面處光斑半徑增大，實現(xiàn)擴束裝置的功能。

有益效果

本發(fā)明提出的一種衰減可調的寬帶波長可調諧濾波器，MEMS反射鏡可獨立的繞兩個正交軸轉動，通過控制MEMS反射鏡繞一個軸轉動以改變從光輸出端口輸出的反射光波長，實現(xiàn)波長調諧；通過控制MEMS反射鏡繞另一個正交軸轉動改變反射光與光輸出端口的耦合，實現(xiàn)衰減可調。可見，該濾波器集成了衰減調節(jié)、波長調節(jié)的功能。此外，通過一定的光學設計，譬如在光輸入端口、光輸出端口的光纖端面，設置光纖擴束裝置，其作用是增加光纖端面處的光斑尺寸，最終增加濾波器的光學通帶，可以使得本發(fā)明裝置具有更大的光學帶寬。本發(fā)明結構緊湊，光學元件較少，成本低，易于生產。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施例波長調諧示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實施例衰減調節(jié)示意圖；

圖3為本發(fā)明第二實施例通道選擇示意圖；

其中：

1-光輸入端口；

2-準直透鏡；

3-衍射光柵；

4-MEMS反射鏡；

5-光輸出端口；

51-第一光輸出端口；

52-第二光輸出端口。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作具體說明。

圖1示意本發(fā)明第一實施例波長調諧示意圖，其光路組成依次包括：光輸入端口1、準直透鏡2、衍射光柵3、MEMS反射鏡4及光輸出端口5。來自光輸入端口1的信號光經準直透鏡2準直后，入射至衍射光柵3。信號光經衍射光柵3衍射后，不同波長分量的信號光具有不同的衍射角i，并滿足光柵方程：

d(sin i+sinθ)＝mλ

其中d為衍射光柵3的光柵常數(shù)，θ為信號光入射至衍射光柵3的角度，i為衍射角，m為衍射級次。

信號光經衍射后，各波長分量在空間上相互分開，之后以不同角度入射至MEMS反射鏡4，如圖1中λ₁、λ₂所示。通過設計光輸出端口5的位置，可以使得只有以特定角度入射至MEMS反射鏡4的波長分量，經MEMS反射鏡4反射回光學系統(tǒng)后，耦合至光輸出端口5輸出。在本發(fā)明第一實施例示意圖中，只有垂直入射于MEMS反射鏡4的波長分量，經MEMS反射鏡4反射回光學系統(tǒng)，才能耦合至光輸出端口5。

圖1示意的本發(fā)明第一實施例中，Y軸為垂直于紙面的方向。通過控制MEMS反射鏡4繞Y軸轉動，可以選擇垂直于MEMS反射鏡4入射的波長分量耦合至光輸出端口5輸出，實現(xiàn)波長調諧濾波器的功能。例如，當衍射光柵3常數(shù)d＝900l/mm，入射角θ＝40°，衍射級次m＝1時。根據(jù)光柵方程可知，對于波長1525nm的信號光，其衍射角i＝35.25°，當波長為1570nm時，其衍射角i＝37.82°。通過轉動MEMS反射鏡4，若使得MEMS反射鏡4的法線與衍射光柵3法線正好成35.25°時，波長為1525nm的信號分量將垂直入射于MEMS反射鏡4，此時，本發(fā)明的可調諧濾波器將選擇1525nm附近的信號光輸出。同理，若轉動MEMS反射鏡4使它的法線與衍射光柵3法線成37.82°時，將選擇1570nm附近的信號光輸出。

圖2示意本發(fā)明第一實施例衰減調節(jié)示意圖。其光路組成依次包括：光輸入端口1、準直透鏡2、衍射光柵3、MEMS反射鏡4及光輸出端口5。其中，示意圖2中坐標系相對示意圖1翻轉90°。此時，X軸方向為垂直紙面方向。

來自光輸入端口1的信號光，經過準直透鏡2、衍射光柵3，聚焦至MEMS反射鏡4，隨后由MEMS反射鏡4反射回光學系統(tǒng)，最后耦合至光輸出端口5輸出。

通過控制MEMS反射鏡4繞X軸轉動，可以改變信號光的反射角度，從而改變反射信號光與光輸出端口5在Y方向的位移ΔY。根據(jù)高斯光束耦合理論，耦合效率η與ΔY滿足如下關系：

其中，ω₀為光輸出端口5處高斯光束的半徑。

因此，控制MEMS反射鏡4繞X軸轉動，可以改變反射光耦合至光輸出端口5的耦合效率，從而實現(xiàn)本裝置衰減可調的功能。

在本發(fā)明的其它實施例中，光輸出端口5數(shù)目可以大于1，通過控制MEMS反射鏡4繞X軸轉動，不僅可以實現(xiàn)衰減調節(jié)，還可以實現(xiàn)光輸出端口5的選擇。下面結合實施例作具體說明。

圖3示意本發(fā)明第二實施例通道選擇示意圖，其光路組成依次包括：光輸入端口1、準直透鏡2、衍射光柵3、MEMS反射鏡4及光輸出端口5。在本實施例中，光輸出端口5包括第一光輸出端口51、第二光輸出端口52。來自光輸入端口1的信號光，經過準直透鏡2、衍射光柵3，聚焦至MEMS反射鏡4，隨后由MEMS反射鏡4反射回光學系統(tǒng)。MEMS反射鏡4可繞示意圖中的X軸轉動，改變信號光反射回光學系統(tǒng)的角度，使反射光束耦合至第一光輸出端口51、第二光輸出端口52之一輸出，實現(xiàn)通道選擇功能。

本發(fā)明的可調濾波器具備較大的光學通帶，增加光學通帶的方法可以通過減小MEMS反射鏡4處的光斑尺寸來實現(xiàn)。本發(fā)明的光輸入端口1、光輸出端口5的光纖端面位于準直透鏡2的前焦平面處，MEMS反射鏡4位于準直透鏡2的后焦平面處。假定光纖端面處的光斑半徑為ω₀₁，MEMS反射鏡4處的光斑半徑為ω₀₂，準直透鏡2的焦距為f。由高斯光束的透鏡變換理論：

可知，為減小MEMS反射鏡4處的光斑尺寸ω₀₂，實現(xiàn)更大的光學通帶，可減小準直透鏡2的焦距f，或增加光纖端面處的光斑半徑ω₀₁。準直透鏡2的焦距f受到光路中衍射光柵3、MEMS反射鏡4等元件尺寸的限制，不能太小。那么，需要通過增加光纖端面處的光斑半徑ω₀₁實現(xiàn)更大的光學通帶。

本發(fā)明的一種衰減可調的寬帶波長可調諧濾波器，在光輸入端口1、光輸出端口5的光纖端面，設置光纖擴束裝置。光纖擴束裝置的功能是增加光纖端面處的光斑半徑ω₀₁，進而減小MEMS反射鏡4處的光斑半徑ω₀₂，最終提高整個系統(tǒng)的光學通帶。

在本發(fā)明中，另一種優(yōu)選的光纖擴束方案是通過特殊的燒結工藝對光輸入端口1的光纖、光輸出端口5的光纖進行處理，改變光纖中折射率分布，使得光纖端面處光斑半徑比常規(guī)光纖更大，實現(xiàn)擴束裝置的功能。

總之，本發(fā)明提出一種衰減可調的寬帶波長可調諧濾波器，包括：光輸入端口1、準直透鏡2、衍射光柵3、二維可調的MEMS反射鏡4及光輸出端口5。在光輸入端口1、光輸出端口5的光纖端面，設置有光纖擴束裝置，其作用是增加光纖端面處的光斑尺寸，最終增加濾波器的光學通帶。MEMS反射鏡4可獨立的繞兩個正交軸轉動，通過控制MEMS反射鏡4繞一個軸轉動以改變從光輸出端口5輸出的反射光波長，實現(xiàn)波長調諧；通過控制MEMS反射鏡4繞另一個正交軸轉動改變反射光與光輸出端口5的耦合，實現(xiàn)衰減可調。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的某種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。