專利名稱：一種高速可調(diào)的光梳狀濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，尤其涉及一種高速可調(diào)的光梳狀濾波器。
背景技術(shù)：
隨著光纖通訊技術(shù)的飛速發(fā)展和多媒體通信技術(shù)的日益成熟，人們對數(shù)據(jù)
帶寬需求越來越大。密集波分復(fù)用DWDM技術(shù)的發(fā)展大大緩解了日益增長的通 信流量壓力。光梳狀濾波器是一種優(yōu)異的DWDM器件，它除了用于波分復(fù)用/ 解復(fù)用外，還可用于系統(tǒng)容量的升級，為光纖通訊的發(fā)展提供更為便利的條件。 另外，光梳狀濾波器作為一種高效的波長選擇濾波器還可以應(yīng)用于多波長激光 器、光電測量系統(tǒng)與全光信息處理等方面。
光梳狀濾波器作為一種DWDM系統(tǒng)的核心器件，人們對其性能提出了更高 的要求。目前，光纖通訊領(lǐng)域使用的梳狀濾波器有多種方法薩尼亞克(Sagnac) 環(huán)、陣列波導(dǎo)光柵(AWG)和全光纖馬赫-曾德(M-Z)干涉儀等。這些梳狀濾波 器技術(shù)在插入損耗和隔離度等基本性能方面都能較好地滿足設(shè)計要求。然而梳 狀濾波器中心波長的不可調(diào)，在很大程度上限制了它在動態(tài)DWDM系統(tǒng)中的應(yīng) 用。高速可調(diào)梳狀濾波器使得動態(tài)DWDM系統(tǒng)中信道的切換和信號的快速調(diào)節(jié) 修飾等方面的動作更加簡單、有效。而且，可調(diào)光器件的高速動態(tài)響應(yīng)在未來 的光通信網(wǎng)絡(luò)中將起非常關(guān)鍵的作用，例如，利用包交換時分多址技術(shù)的計算 機網(wǎng)絡(luò)，要求響應(yīng)速度能夠達到亞微秒級。因此，與傳統(tǒng)的光梳狀濾波器相比， 高速可調(diào)梳狀濾波器可以大大拓展其應(yīng)用空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)技術(shù)的不足，提供一種中心波長亞微秒級高速可 調(diào)的光梳狀濾波器，同時提高其可靠性，簡化構(gòu)造和降低成本。
高速可調(diào)的光梳狀濾波器是在同一水平光路方向上依次放置單光纖準直 器、第一偏振位移晶體、第一半波片組、雙折射延遲晶體、第二半波片組、電 光延遲片、第三半波片組、第二偏振位移晶體、第四半波片組、屋脊棱鏡、第 三偏振位移晶體和雙光纖準直器；由第二偏振位移晶體分離的平行光束經(jīng)屋脊 棱鏡和第三偏振位移晶體準直耦合到雙光纖準直器；通過控制電光延遲片的外 加電壓來實現(xiàn)光梳狀濾波器中心波長的高速可調(diào)。
所述的雙折射延遲晶體是釩酸釔或金紅石。雙折射延遲晶體是長方體狀， 其光軸在通光端面的平面內(nèi)，光軸方向與水平方向成45度角。電光延遲片的材
3料是透明鐵電陶瓷電光材料。透明鐵電陶瓷是鋯鈦酸鉛鑭陶瓷或鈮鎂酸鉛陶 瓷。電光延遲片是長方體狀，其兩側(cè)面上鍍有金屬電極，并在晶片的兩個,通光 端面上鍍有光學(xué)增透膜。
本發(fā)明通過改變加在電光延遲片上的電壓來調(diào)節(jié)電光延遲片的折射率變 化，進而控制通過電光延遲片的兩相互垂直的偏振光的相位差大小，從而實現(xiàn) 光梳狀濾波器中心波長的快速動態(tài)調(diào)節(jié)。而且中心波長的調(diào)節(jié)范圍可以達到整 個通道寬度，使得濾波器的靈活性和適應(yīng)性大大提高。 >
采用透明鐵電陶瓷作為電光延遲片材料，比傳統(tǒng)的LiNb03晶體具有更'高的 透光性和電光系數(shù)，特別是鈮鎂酸鉛晶體PMN-PT，它的電光系大約是LiNb03 的100倍，從而使得外加的操作電壓大大降低。而且鈮鎂酸鉛晶體PMN-PT沒 有很明顯的遲滯效應(yīng)，使得可調(diào)光梳狀濾波器的可靠性和精確度增加。
另外，基于透明電光陶瓷的可調(diào)光梳狀濾波器的響應(yīng)速度可達到亞微秒級， 可快速響應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，遠遠優(yōu)于其它傳統(tǒng)的梳狀濾波器設(shè)計方案。


圖1為高速可調(diào)光梳狀濾波器的主視結(jié)構(gòu)圖2為高速可調(diào)光梳狀濾波器的俯視結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明中四個半波片組包含的各波片及位置示意圖4為本發(fā)明的傳輸譜線圖5為本發(fā)明隨外加電壓中心波長發(fā)生偏移的傳輸譜線；
圖中單光纖準直器l、第一偏振位移晶體2、第一半波片組3、雙折射延 遲晶體4、第二半波片組5、電光延遲片6、第三半波片組7、第二偏振位移晶 體8、第四半波片組9、屋脊棱鏡IO、第三偏振位移晶體ll、雙光纖準直器12。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明
如圖1和圖2所示， 一種高速可調(diào)的光梳狀濾波器是在同一水平光路方向
上依次放置單光纖準直器1、第一偏振位移晶體2、第一半波片組3、雙折射延 遲晶體4、第二半波片組5、電光延遲片6、第三半波片組7、第二偏振位移晶 體8、第四半波片組9、屋脊棱鏡10、第三偏振位移晶體11和雙光纖準直器12; 由第二偏振位移晶體分離的平行光束經(jīng)屋脊棱鏡和第三偏振位移晶體準直耦合 到雙光纖準直器；通過控制電光延遲片的外加電壓來實現(xiàn)光梳狀濾波器中心波 長的高速可調(diào)。
所述第一偏振位移晶體2、第二偏振位移晶體8和第三偏振位移晶體11是由釩酸釔(YV04)等具有高雙折射特性的材料制成，并在其通光面上鍍有光學(xué)增透膜，增強透光性。 一束光正入射到該雙折射晶體，分為兩束偏振方向相互垂直的O光和E光，O光沿原方向前進，而E光發(fā)生的偏折與晶體光軸方向相關(guān)。
所述的第一半波片組3和第四半波片組9所包含的都是光軸與水平方詢成45度的半波片，第二半波片組5和第二半波片組7所包含的都是光軸與水平方向成22.5度的半波片，使得通過半波片的線偏振光的偏振方向分別旋轉(zhuǎn)90度和45度。同時為了使結(jié)構(gòu)更加緊湊，可以把厚度很薄的半波片粘在雙折射晶體的通光端面上。
如圖3所示，順著光的傳播方向如圖1或圖2從右往左看到的第一半波片組3、第二半波片組5、第三半波片組7和第四半波片組9的半波片的位置分布及光軸方向。其中第一半波組3只包含一個光軸與水平方向成45度的半波片，粘在第一偏振位移晶體2右通光端面的下半部分。第二半波片組5包含兩個光軸與水平方向成22.5度的半波片501和502，并且兩個半波片的光軸方向不相同，粘在雙折射延遲晶體4右通光端面上。第三半波片組7只包含一個22.5度半波片，粘在第二偏振位移晶體8的左通光面上。而第四半波片組9包含兩個光軸與水平方向成45度的半波片901和902，分別粘在第三偏振位移晶體8右通光端面的左上角和右下角。
所述的雙折射延遲晶體4是釩酸釔(YV04)或金紅石(Ti02)等具有高雙折射特性的材料。雙折射延遲晶體是長方體狀的，其光信號通過晶體的距離也即晶體的長度為d，且光軸在通光端面的平面內(nèi)，光軸方向與水平方向成45度角，并在兩個通光端面上鍍有光學(xué)增透膜。由于雙折射效應(yīng)，雙折射延遲晶體4
2;r
產(chǎn)生的兩相互垂直的偏振光的相位差為《=iA^J，其中An為材料的雙折
射率差，X為光波長。
所述的屋脊棱鏡10是具有楔角的棱鏡，楔角的大小與雙光纖準直器相匹配，能將兩平行的光束折變成具有適當?shù)膴A角出射并耦合到雙光纖準直器。
所述的電光延遲片6是具有高速響應(yīng)特性的透明鐵電陶瓷電光材料。透明鐵電陶瓷是鋯鈦酸鉛鑭陶瓷(PLZT)或鈮鎂酸鉛陶瓷(PMN-PT)。電光延遲片6是長方體狀，其兩側(cè)面上鍍有金屬電極，兩個金屬電極之間的距離為h，延遲片的厚度也即通光距離為t，并在延遲片的兩個通光端面上鍍有光學(xué)增透膜。電光相位延遲片6的兩電極上施加不同的電壓，在外電場的作用下由于二次電光效應(yīng)(Kerr效應(yīng))電光相位延遲片6的折射率發(fā)生變化，通過的兩個相互垂直
的偏振光將產(chǎn)生一個依賴與外加電壓V的相位差r = ^^，其中R為電光
屈2
材料的電光系數(shù)，n為不加電壓時透明鐵電陶瓷的折射率。本發(fā)明通過改變加在電光相位延遲片6上的電壓來調(diào)節(jié)電光相位延遲片6的折射率變化，進而控制通過電光相位延遲片6的兩相互垂直的兩偏振光的相位差，從而實現(xiàn)梳狀濾波器中心波長的快速可調(diào)。
圖1和圖2中描述了信號光從單光纖準直器1出射到準直耦合進雙光纖準直器12的整個傳播路徑。其工作原理如下，由雙折射延遲晶體4和電光延時片6產(chǎn)生的的相位延時的總和為5 = &+r。認為輸入單光纖準直器l總的光強為Io，此時通過偏振光的延時和干涉出射兩個光束的光強表達式為
/二 = /。 cos2 (—) = i (i—cos(《+ r))
2 即，輸出的兩譜線為互補的余弦函數(shù)。輸出譜
/,/。sin2(力爭(l + c《+r))線信道的頻率間隔可表示為A/:^.+ :A。其中C為光速，S。為雙折射時
A 5。 A/7. d
延晶體產(chǎn)生的相差。而且濾波器中心頻率的移動大小隨外加電壓變化的關(guān)系表
達式為C/ = ^A/ = _^r=，',并在一般應(yīng)用中可簡單地認為c/ oc r2 。
透明鐵電陶瓷材料的電光效應(yīng)具有亞微秒的響應(yīng)速度。通過快速調(diào)節(jié)透明鐵電陶瓷材料的施加電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)電光可調(diào)梳狀濾波器亞微秒級的高速動態(tài)調(diào)節(jié)。
參見圖1，信號光從輸入光纖由光纖準直器1進入，經(jīng)第一偏振位移晶體2，分成兩束偏振方向互相垂直的線偏光，即水平偏振光和垂直偏振光。其中垂直偏振光經(jīng)第一半波片組3之后偏振態(tài)發(fā)生變化，出射的兩信號光都成為水平偏振光，這就在很大程度上消除了偏振模色散(PMD)和偏振相關(guān)損耗(PDL)對器件的影響。
當信號光通過雙折射延遲晶體4時，將產(chǎn)生So的相位差。由前面的分析可
知道，So決定了輸出譜線的周期大小即信道頻率間隔A/ 。
信號光經(jīng)第二半波片組5，通光面的上下兩路線偏光的偏振面分別向相及的
方向旋轉(zhuǎn)45度，通過電光延遲片6，兩相互垂直的偏振光產(chǎn)生相差r， r值對譜線的相位變化發(fā)揮巨大的影響，并最終導(dǎo)致中心波長(頻率)的移動變化。第三半波片組7使得線偏振光再次旋轉(zhuǎn)45度。此時入射到第二偏振位移晶體8的上下兩束光，經(jīng)偏振分束且水平偏振光和垂直偏振光分別進行干涉。從第二偏振位移晶體8出射時變成偏振態(tài)上下相等左右互相正交的四束線偏光，并且此時水平方向上的四個信號光的光強譜線上下相同左右互補。
經(jīng)過第四半波片組9，使得入射到第三偏振位移晶體11通光端面的上部為水平偏振光，下部為垂直偏振光。最后經(jīng)第三偏振位移晶體11的合束，耦合進入雙光纖準直器12。屋脊棱鏡10對光路的偏振態(tài)變化不產(chǎn)生任何影響，它的加入使得兩平行光束折變成具有適當?shù)膴A角出射并耦合到與之相匹配的雙光纖準直器12。
如圖4所示，在電光相位延遲片6上未施加電壓的時候，光梳狀濾波器的傳輸譜線圖。圖5所示為施加電壓時，光梳狀濾波器的一路譜線的中心波長發(fā)生移動變化。
權(quán)利要求
1. 一種高速可調(diào)的光梳狀濾波器，其特征在于在同一水平光路方向上依次放置單光纖準直器(1)、第一偏振位移晶體(2)、第一半波片組(3)、雙折射延遲晶體(4)、第二半波片組(5)、電光延遲片(6)、第三半波片組(7)、第二偏振位移晶體(8)、第四半波片組(9)、屋脊棱鏡(10)、第三偏振位移晶體(11)和雙光纖準直器(12)；由第二偏振位移晶體(8)分離的平行光束經(jīng)屋脊棱鏡(10)和第三偏振位移晶體(11)準直耦合到雙光纖準直器(12)；通過控制電光延遲片(6)的外加電壓來實現(xiàn)光梳狀濾波器中心波長的高速可調(diào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速可調(diào)的光梳狀濾波器，其特征在于所述的 雙折射延遲晶體(4)是釩酸釔或金紅石。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速可調(diào)的光梳狀濾波器，其特征在于所述的雙折射延遲晶體(4)是長方體狀，其光軸在通光端面的平面內(nèi)，光軸方向與水 平方向成45度角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速可調(diào)的光梳狀濾波器，其特征在于所述的電光延遲片(6)的材料是透明鐵電陶瓷電光材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速可調(diào)的光梳狀濾波器，其特征在于所述的透明鐵電陶瓷是鋯鈦酸鉛鑭陶瓷或鈮鎂酸鉛陶瓷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高速可調(diào)的光梳狀濾波器，其特征在于所述的電光延遲片(6)是長方體狀，其兩側(cè)面上鍍有金屬電極，并在晶片的兩個通光端面上鍍有光學(xué)增透膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速可調(diào)的光梳狀濾波器。在同一水平光路方向上依次放置單光纖準直器、第一偏振位移晶體、第一半波片組、雙折射延遲晶體、第二半波片組、電光延遲片、第三半波片組、第二偏振位移晶體、第四半波片組、屋脊棱鏡、第三偏振位移晶體和雙光纖準直器；由第二偏振位移晶體分離的平行光束經(jīng)屋脊棱鏡和第三偏振位移晶體準直耦合到雙光纖準直器；通過控制電光延遲片的外加電壓來實現(xiàn)光梳狀濾波器中心波長的高速可調(diào)。本發(fā)明實現(xiàn)了梳狀濾波器中心波長的高速動態(tài)可調(diào)，并具有結(jié)構(gòu)緊湊、制作方便、性能穩(wěn)定可靠等特點。
文檔編號H04J14/02GK101533129SQ20091009728
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者軍 冀, 灝 池, 飛 章, 章獻民, 金曉峰 申請人:浙江大學(xué)