專利名稱：波長選擇光學(xué)器件和波長特性調(diào)諧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在波長多路復(fù)用方法中的波長選擇光學(xué)器件，其用于在光通信領(lǐng)域中疊加多個(gè)波長的光信號(hào)并通過一根光纖傳輸光信號(hào)。具體地，本發(fā)明涉及一種使用濾光器作為波長選擇元件的波長選擇光學(xué)器件及其調(diào)諧方法。
背景技術(shù)：
在光通信等領(lǐng)域中，已知各種器件利用光的波長性質(zhì)來控制信息的發(fā)射和傳遞。例如，波分復(fù)用大容量光學(xué)通信(密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM)、稀疏波分復(fù)用技術(shù)(CWDM)等)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用，其中具有窄線寬的多波長激光束以高密度重疊，然后向光纖輸入或從光纖輸出。該波分復(fù)用光學(xué)通信中，必須從復(fù)用光信號(hào)中解復(fù)用所需的波長信號(hào)(信道)，或者相反地將所需的波長信號(hào)(信道)與上述復(fù)用光信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用，以將其送入一根光纖中。
對(duì)每個(gè)信道的中心波長和波長寬度分別進(jìn)行了規(guī)范。組成系統(tǒng)的光耦合器必須只選擇所需的信道信號(hào)并以低損失將其拾取出，并且必須避免相鄰信道與外信道之間的未選擇信號(hào)的串?dāng)_(crosstalk)。
在使用電介質(zhì)多層光干涉濾波器作為波分元件的高密度波分復(fù)用系統(tǒng)(例如DWDM、CWDM)中，為了增強(qiáng)所拾取信號(hào)之間的隔離和降低其間的串?dāng)_，透射過濾光器的光被用于選擇信號(hào)，并且包括剩余反射的反射光用為表達(dá)信號(hào)(express signal)，用于下一級(jí)的光耦合器。
作為濾光器，可以使用各種濾光器，例如帶通濾光器(BPF)，其用于僅通過預(yù)定的波段；短波濾光器(SWPF)，其用于僅通過比預(yù)定波長更短側(cè)的波長；長波濾光器(LWPF)，其用于僅通過比預(yù)定波長更長的波長，等等。通常，BPF被用于DWDM或CWDM。
這里，重要的是(1)BPF的通過波段兩側(cè)波長邊緣位于所選信道的兩端波長的外側(cè)，并且在信道上的所有波段中的信號(hào)的信號(hào)損失很?。?2)兩側(cè)波長邊緣被定位以使BPF的通過波段不包括相鄰未選擇信道的波段，并且未選擇信道之間的串?dāng)_降至足夠小。
BPF的特性諸如波長帶寬、串?dāng)_阻斷量(隔離)等主要取決于濾光器的設(shè)計(jì)。然而，濾光器的值，如截止波長、中心波長等，根據(jù)濾光器產(chǎn)生的每個(gè)批次而變化。此外，玻璃襯底片上這些值在某種程度上也會(huì)發(fā)生變化。為此，必須在安裝光學(xué)耦合器時(shí)對(duì)波長偏移量進(jìn)行精確調(diào)諧(必須使用波長調(diào)諧)，以使光學(xué)耦合器符合光學(xué)系統(tǒng)(組件)的標(biāo)準(zhǔn)，所述光學(xué)系統(tǒng)使用該光學(xué)耦合器作為組成元件。
例如，在100GHz DWDM系統(tǒng)的情形中，信道間隔大約是0.8nm，信道帶寬大約是0.22nm。因此，組件的工作特性甚至有可能受小波長偏差(例如大約為0.1nm)的較大影響。
圖1說明調(diào)諧BPF中心波長的思路。假設(shè)，當(dāng)入射光射至根據(jù)與預(yù)定的方法相符合的預(yù)定設(shè)計(jì)值制造而成的BPF時(shí)，由光強(qiáng)度P表示的BPF的通過特性如虛線所示。這說明中心波長從特定信道(X)的中心波長λp偏至更長的波長側(cè)，并且在比所選信道(X)帶寬更短的波長側(cè)損耗增加。此外，在長波長側(cè)上未選擇信道(X+1)中的串?dāng)_增加。因此，必須采取任何方法對(duì)波長進(jìn)行調(diào)諧，該特征由實(shí)線表示。
同時(shí)，在具有波長選擇性的多層電介質(zhì)濾光器中，當(dāng)入射光的入射角度改變時(shí)，波長邊緣改變，或者，假如濾光器是BPF，通帶的中心波長與波長邊緣一起改變。通常，與垂直入射相比，傾斜入射使中心波長偏向短波長一側(cè)。因此，借助該現(xiàn)象可以進(jìn)行上述波長調(diào)諧。
圖2是說明使用漸變折射率棒形透鏡的波分復(fù)用光學(xué)耦合器的基本結(jié)構(gòu)的橫截面圖。該光學(xué)耦合器通過光學(xué)調(diào)諧/固定子組件和單光纖準(zhǔn)直儀10制成，所述子組件通過將濾光器芯片40粘貼至雙光纖準(zhǔn)直儀20的透鏡表面33上制成。該雙光纖準(zhǔn)直儀20包括雙光纖引出端21和漸變折射率棒形透鏡31。單光纖準(zhǔn)直儀10包括單光纖引出端22(也可以使用雙光纖引出端)和漸變折射率棒形透鏡32。
從一根光纖23發(fā)出的發(fā)散光入射至漸變折射率棒形透鏡31的一端表面。假設(shè)棒形透鏡的透鏡長度是0.25節(jié)距(pitch)(漸變折射率棒形透鏡特有的射線正弦路徑周期(節(jié)距)的四分之一)，從棒形透鏡31出來的發(fā)散光被校直成平行光束。然后，該平行光束中的處于預(yù)定波長范圍的光被濾光器40反射，然后再次被棒形透鏡31會(huì)聚，再耦合至另一根光纖24。
此外，不處于光反射波長范圍內(nèi)的光透射通過濾光器40，然后由單光纖準(zhǔn)直儀10的棒形透鏡32會(huì)聚，再耦合至光纖25。信號(hào)光通過該光路進(jìn)行波長分離，以反映出濾光器的光學(xué)特性。
作為與濾光器的波長調(diào)諧有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，例如美國專利NO.5799121闡述了通過改變兩根光纖的準(zhǔn)直距離來改變?nèi)肷渲凉饫w的光線的入射角度，從而調(diào)諧中心波長的技術(shù)。換言之，入射至棒形透鏡31的光線的入射位置可通過改變引出端21的光軸與光纖23、24的光軸之間的距離(光纖的偏移量，如圖2所示)d而發(fā)生改變，從而入射至濾光器40的入射角(φ)改變。當(dāng)光纖距離2d(通常兩根光纖23、24布置在距棒形透鏡31的光軸相等距離的位置)增加時(shí)，所選信號(hào)的中心波長移至短波長側(cè)。
類似地，美國專利No.6084994中，所謂的雙光纖引出端模式通過在固定器上以預(yù)定的距離固定兩根光纖制成，以實(shí)際適合光耦合器的生產(chǎn)。由于入射至濾光器的光線的入射角可以通過交換固定器而改變光纖的光軸之間的距離來改變，調(diào)諧中心波長是可能的。
在上述通過調(diào)諧兩根光纖的芯區(qū)距離來調(diào)諧所選中心波長的方法中，存在下述問題。
當(dāng)兩根光纖緊密地接觸并相互平行時(shí)，兩根光纖的芯區(qū)距離變成最小。芯區(qū)距離的下限值取決于光纖的覆層(cladding)直徑(通常為125μm)。由于棒形透鏡具有有限的有效孔徑(用作透鏡的直徑)，芯區(qū)距離的上限值受限于此有效孔徑。因此，不可能在足夠大的范圍內(nèi)調(diào)諧所選中心波長。
此外，通常將上述固定器用作實(shí)際的光纖固定方法。通常將其中沿柱形元件的軸線開有通孔的毛細(xì)管用作這種固定器，通過所述通孔分別插入所述光纖。然而，由于通孔之間的間隔較小，具體地在芯區(qū)距離的上述下限值附近，因此難于在將芯區(qū)距離維持在預(yù)定值的同時(shí)開設(shè)兩個(gè)通孔。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種波長選擇光學(xué)器件，其能夠進(jìn)行高精度的波長調(diào)諧，而不受光纖覆層直徑和棒形透鏡的有效孔徑限制。
根據(jù)本發(fā)明的波長選擇光學(xué)器件具有如下的配置。設(shè)置用于透射具有多個(gè)波長的多路復(fù)用光信號(hào)的透鏡，與第一光纖的端部相對(duì)，從而將從第一光纖端部輸出的光轉(zhuǎn)換成平行光，并且在透鏡輸出的平行光輸入的位置設(shè)置濾光器。在濾光器反射的光再次輸入透鏡以被透鏡聚焦的位置設(shè)置第二光纖。
在具有上述配置的波長選擇光學(xué)器件中，所述透鏡如此配置相互連接兩個(gè)具有不同折射率分布常數(shù)和基本上相同外徑的漸變折射率(gradient index)棒形透鏡的端部，以使其光軸相互對(duì)準(zhǔn)。
半徑為r的漸變折射率棒形透鏡的折射率分布N(r)由下面等式表示。
N(r)=N0·{1-((A)2/2)r2}]]>這里， 表示折射率分布常數(shù)。甚至當(dāng)光纖之間的芯區(qū)距離固定時(shí)，從棒形透鏡輸出的光的輸出角，即，輸入到棒形透鏡的光線的入射角，可通過改變 而改變，但具有不同 的棒形透鏡可通過對(duì)具有不同 的兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡進(jìn)行多種組合而等效地配置。因此，不必調(diào)整所述兩根光纖之間的芯區(qū)距離，并且不必準(zhǔn)備具有不同穿孔間隔的毛細(xì)管，以改變芯區(qū)距離。換言之，解決了由于芯區(qū)距離的限制，并且因此可以容易提供一種波長選擇光學(xué)器件，其能夠準(zhǔn)確調(diào)諧中心波長。
當(dāng)組合所述兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡時(shí)，如果所述兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡的折射率分布常數(shù)分別為 和 并且中心軸上的折射率分別為N01和N02，則透鏡的透鏡長度Z1和Z2基本上滿足tan(A1·Z1)·tan(A2·Z2)=N01·A1/(N02·A2).]]>
通過滿足此條件，具有所述兩個(gè)棒形透鏡的透鏡可被看作是一個(gè)漸變折射率棒形透鏡。
此外，可在下述位置設(shè)置第三濾光器在所述位置處，濾光器透射的光被輸入到漸變折射率棒形透鏡的第一端，其正對(duì)濾光器，并且從正對(duì)的第二端輸出的光被聚焦。
如果反射波帶(wavelength band)如上所述準(zhǔn)確調(diào)諧，則所述透射波帶被同等調(diào)諧，并因此可容易地提供一種使用反射光和透射光的波長選擇光學(xué)器件。
濾光器可以是多層光干涉濾波器。因?yàn)榉瓷洳ㄩL或者透射波長隨著該濾光器中的入射角改變，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)。
可在第一棒形透鏡的第二端部上直接形成濾光器。通過在具有不同 的多個(gè)棒形透鏡上直接而同時(shí)形成、構(gòu)成了濾光器的電介質(zhì)多層薄膜，可能容易地提供具有多個(gè)中心波長的波長選擇光學(xué)器件。
可選地，可準(zhǔn)備具有允許第一漸變折射率棒形透鏡無間隙地插入的內(nèi)徑的柱形元件，具有濾光器的濾光器芯片可附在柱形元件的一個(gè)端部，并且第一漸變折射率棒形元件可插入柱形元件的另一端中。通過這樣的配置，通過替換具有不同 和相同外徑的多個(gè)棒形透鏡，能夠容易地提供具有所需中心波長的波長選擇光學(xué)器件。
換言之，第一漸變折射率棒形元件可從具有不同 的多個(gè)漸變折射率棒形透鏡中選擇，從而透射通過濾光器或者從濾光器反射的光的中心波長處于期望的范圍內(nèi)。
當(dāng)組裝按照本發(fā)明的波長選擇光學(xué)器件時(shí)，來自雙光纖引出端的一根光纖的、經(jīng)過濾光器的波帶的光輸入到棒形透鏡，并且從濾光器反射的光由棒形透鏡耦合到另一根光纖。此外，移動(dòng)和固定棒形透鏡和雙光纖引出端的相對(duì)位置，從而耦合光的強(qiáng)度成為最大值或者預(yù)定值或更高。其次，首先安裝的棒形元件被具有不同折射率分布常數(shù)的另一個(gè)棒形透鏡替換，并且波長選擇光學(xué)器件的反射波段的代表值(例如，中心值)被調(diào)諧至處于預(yù)定的范圍內(nèi)。
通過采用調(diào)諧波長特征的方法，波長選擇光學(xué)器件的波長特征可以為預(yù)定值而不改變光纖之間的間隔。
按照本發(fā)明，盡管可制造具有與目標(biāo)中心波長不同的中心波長的濾光器，但是可制造可充分運(yùn)行而無需修正兩根光纖之間的距離的波長選擇光學(xué)器件。因此，通過包括制造濾光器的方法，可以大為改善產(chǎn)量。


圖1描述濾光器(BPF)的透射譜帶和中心波長調(diào)諧原理；圖2是采用漸變折射率棒形透鏡的常規(guī)波長多路復(fù)用光耦合器的橫截面圖；圖3是波長多路復(fù)用光學(xué)耦合器的雙光纖準(zhǔn)直儀的橫截面圖；圖4A和4B是按照本發(fā)明的波長多路復(fù)用光耦合器的橫截面圖；圖5A和5B是描述按照本發(fā)明的波長多路復(fù)用光耦合器結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
半徑為r的漸變折射率棒形透鏡的折射率分布N(r)表示為下式N(r)=N0·{1-((A)2/2)r2}]]>這里，N0表示棒形透鏡中心軸上的折射率，并且 表示折射率分布常數(shù)。
此外，透鏡的光束表示為等式1。
(等式1)r2θ2=cos(A·Z)sin(A·Z)/N0A-N0A·sin(A·Z)cos(A·Z)r1θ1]]>這里，r1和θ1分別表示在棒形透鏡第一端的光束的入射位置(距光軸的距離)和入射角(單位弧度)，而且r2和θ2分別表示在棒形透鏡第二端的光束的入射位置(距光軸的距離)和出射角(單位弧度)。
當(dāng)A·Z=π/2]]>時(shí)，等式1被簡化而得到下面關(guān)系θ2=-N0A·r1]]>P=2π/A]]>被認(rèn)為是透鏡的光線正弦曲線光路周期(節(jié)距，pitch)。關(guān)系式A·Z=π/2]]>對(duì)應(yīng)Z＝P/4，即，采用具有0.25節(jié)距長度的透鏡的情形。
在具有0.25節(jié)距長度的透鏡中，由上面的等式，當(dāng)r1和N0為常數(shù)時(shí)，出射角θ2與 成比例，與θ1無關(guān)。換言之，調(diào)諧棒形透鏡的 則可調(diào)整從棒形透鏡射出光的出射角，而雙光纖引出端中光纖之間的芯區(qū)距離2d(入射光的入射位置)不變，因此可調(diào)整輸入濾光器的光線的入射角。
的調(diào)整可通過調(diào)整玻璃基材的成份、玻璃基材的直徑、離子交換條件等進(jìn)行。此外，通過在離子遷移率增強(qiáng)的溫度范圍內(nèi)對(duì)透鏡進(jìn)行退火，可以對(duì)已經(jīng)制造出的透鏡的 再次進(jìn)行調(diào)整。
盡管在上面的描述中，采用了一個(gè)透鏡，但是可對(duì)兩個(gè)或更多透鏡進(jìn)行組合。這種情況下，假設(shè)第一棒形透鏡的折射率分布常數(shù)為 中心軸上的折射率為N01，透鏡長度為Z1，第二透鏡的折射率分布常數(shù)為 中心軸上的折射率為N02，并且透鏡長度為Z2。當(dāng)相互連接兩個(gè)透鏡時(shí)，光束由等式2表示。
(等式2)r3θ3=cos(A2·Z2)sin(A2·Z2)/N02A2-N02A2·sin(A2·Z2)cos(A2·Z2)]]>cos(A1·Z1)sin(A1·Z1)/N01A1-N01A1·sin(A1·Z1)cos(A1·Z1)r1θ1]]>這里，r1和θ1分別表示第一棒形透鏡第一端光束的入射位置和入射角，r3和θ3分別表示第二棒形透鏡第二端光束的入射位置和出射角。
由等式2，當(dāng)光束的入射位置r1不變時(shí)出射角θ3與θ1無關(guān)的條件如下tan(A1·Z1)·tan(A2·Z2)=N01·A1/(N02·A2)]]>當(dāng) 和 為常數(shù)時(shí)，對(duì)于任意Z1，滿足此等式的Z2存在。此外，對(duì)r1的θ3由Z1和Z2聯(lián)合確定。實(shí)際上，選擇θ3使得兩個(gè)透鏡的節(jié)距總和為0.22到0.25或者0.72到0.75。
換言之，準(zhǔn)備具有兩種折射率分布常數(shù)的棒形透鏡，制造和連接具有滿足上述等式的透鏡長度組合的透鏡，從而獲取期望的出射角。
為制造具有多種 的透鏡，諸如離子交換的一系列工藝必須通過多次改變條件進(jìn)行。此外，在制造透鏡后的熱處理中， 的調(diào)整受到限制。因此，如果采用準(zhǔn)備僅僅具有兩種 的棒形透鏡以及切削具有多種長度的棒形透鏡的方法，那么所述方法可被簡化。
作為按照本發(fā)明的濾光器，采用其中層壓了多層的光干涉濾波器。通過設(shè)計(jì)由電介質(zhì)制成的每層材料的折射率和薄膜厚度，即光學(xué)薄膜厚度的周期性結(jié)構(gòu)，可獲得期望的波長特征。作為代表性的例子，包括帶通濾波器，通過預(yù)定的波長范圍并反射其它的波長范圍；邊緣濾波器，僅通過比預(yù)定波長長或短的波長范圍并反射其它波長范圍。通過組合帶通濾波器和邊緣濾波器，可能實(shí)現(xiàn)增益平坦的濾波器，其透射率隨著用于展平光纖放大器增益的波長而變化。本發(fā)明中，調(diào)諧與各種濾光器的波長特征相關(guān)的代表波長。在帶通濾波器中，透射波長范圍的中心波長用作代表波長，并且在邊緣濾波器中，透射率為50％的波長用作代表波長。
當(dāng)通過光學(xué)對(duì)準(zhǔn)和固定子組件和單光纖準(zhǔn)直儀來制造光學(xué)耦合器時(shí)，可通過使用不同透鏡長度的組合，來調(diào)整(調(diào)諧)透射過光纖的光或者從光纖反射的光的中心波長，在所述子組件中，將濾光器芯片固定在雙光纖準(zhǔn)直儀的透鏡端的一個(gè)端部附近，所述雙光纖準(zhǔn)直儀包括雙光纖引出端(設(shè)有兩根或更多根光纖)和漸變折射率棒形透鏡，而所述單光纖準(zhǔn)直儀包括分離的單光纖引出端(或更多)和漸變折射率棒形透鏡。
以下，將參照附圖詳細(xì)描述調(diào)諧波長和配置作為波長選擇光學(xué)器件的波長多路復(fù)用光耦合器的方法。此外，附圖中相同的參考數(shù)字表示相同的元件。
本實(shí)施例涉及具有1550.12nm選擇帶寬的目標(biāo)中心波長的波長多路復(fù)用光耦合器。
具有0.3nm的透射帶寬的電介質(zhì)多層BPF形成在玻璃襯底上。如圖3所示，使用夾具將BPF芯片(濾光器)140按壓和固定到漸變折射率棒形透鏡131的輸出端133上，漸變折射率棒形透鏡131具有0.326mm-1的折射率分布常數(shù) 和0.25節(jié)距的透鏡長度。
優(yōu)選的是，棒形透鏡131的輸入端135向棒形透鏡131的中心軸137傾斜，從而阻止入射光返回到光纖中。雙光纖引出端121正對(duì)端部135并且其位置被對(duì)準(zhǔn)。此外，兩根光纖123和125為具有125μm覆層直徑的普通單模式的光纖。將兩根光纖緊密地粘接在一起，從而使芯區(qū)距離為125μm。
在對(duì)準(zhǔn)操作中，具有1.55μm帶寬和除透射通過光纖140的波長以外的波長的激光輸入到一根光纖(第一光纖)123中。所述光從濾光器140反射并經(jīng)過棒形透鏡131從端部135輸出。對(duì)準(zhǔn)操作通過相對(duì)移動(dòng)棒形透鏡131和光纖引出端121進(jìn)行，從而使耦合到光纖(第二光纖)125的光量最大。
對(duì)準(zhǔn)操作完成后，激光的波長掃過5nm并且測量透射波長譜。因此，相對(duì)于1550.12nm的目標(biāo)中心波長，實(shí)際測量的中心波長為1550.26nm。
因此，如圖4A所示，準(zhǔn)備了復(fù)合透鏡230，通過加熱和按壓(光接觸)具有A=0.326mm-1]]>和0.100節(jié)距長度的第一棒形透鏡231以及具有A=0.418mm-1]]>和0.128節(jié)距長度的第二棒形透鏡232獲取。與采用一個(gè)棒形透鏡的情況類似，優(yōu)選的是，第一棒形透鏡正對(duì)光纖的端部235向光軸傾斜。兩個(gè)透鏡之間的連接表面237可與光軸垂直。如圖4A所示，復(fù)合透鏡230取代圖3的透鏡121以再次對(duì)準(zhǔn)光纖引出端121的位置。因此，由于獲得了中心波長為1550.14nm的光譜，雙光纖準(zhǔn)直儀通過以環(huán)氧樹脂連接和固定每一個(gè)元件獲得。通過以兩種棒形透鏡的組合增加了等效的 可以將波長向短波長側(cè)調(diào)諧0.12mm。
制作完成具有濾光器的雙準(zhǔn)直儀后，對(duì)準(zhǔn)包括具有第三光纖127的單光纖引出端122和棒形透鏡132在內(nèi)的單光纖準(zhǔn)直儀的位置，從而透射通過濾光器140、耦合到單光纖準(zhǔn)直儀的光量如圖4B所示為最大值，并且所述兩個(gè)準(zhǔn)直儀以環(huán)氧樹脂相互連接和固定，從而完成3端口光耦合器。
在透射通過濾光器的光的光譜中，透射帶和阻帶的形狀與從濾光器反射的光的光譜上的透射帶和阻帶相反，但是中心波長為準(zhǔn)確的1550.14nm，這與反射光的中心波長相同。
透鏡組合與波長偏移之間的關(guān)系如表1所示。
表1中，波長偏移代表如下情況下的值，即當(dāng)輸入垂直光時(shí)采用具有1550nm的設(shè)計(jì)參考波長的濾光器的情況。在具有A=0.326mm-1]]>的折射率分布常數(shù)和0.25節(jié)距的透鏡長度的最上端的單個(gè)透鏡的情況下，通過傾斜入射，波長從1550nm偏移-0.137nm。在具有A=0.326mm-1]]>的折射率分布常數(shù)和0.100節(jié)距的透鏡長度的透鏡與具有A=0.418mm-1]]>的折射率分布常數(shù)和0.128節(jié)距的透鏡的組合的情況下，波長偏移-0.441nm并且可進(jìn)行-0.124nm的波長調(diào)諧，其與實(shí)際測量的結(jié)果十分接近。
表1設(shè)計(jì)波長1550nm 此外，盡管在本實(shí)施例中，精確拋光為平面的棒形透鏡的端部采用光學(xué)接觸相互連接，而不采用黏合劑，也可以使用具有相同折射率的光學(xué)黏合劑使棒形透鏡的端部彼此接觸?？蛇x地，可以通過使其上涂敷有非反射膜的棒形透鏡的端部彼此接觸并以黏合劑固定其四周，來固定兩個(gè)透鏡，而不必將黏合劑插入到光路中。
此外，盡管在上述實(shí)施例中，濾光器在玻璃襯底上制造，但是濾光器可直接在第二漸變折射率棒形透鏡232的端部上形成。由于在棒形透鏡的端部上直接形成濾光器可針對(duì)多個(gè)棒形透鏡同時(shí)進(jìn)行，可以針對(duì)具有不同透鏡長度的多種透鏡，同時(shí)形成具有相同薄膜結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)多層膜。
方便的是，將下面的配置用于代替多個(gè)復(fù)合透鏡并進(jìn)行波長調(diào)諧。
如圖5A和5B所示，將具有1.8mm尺寸、0.32nm透射帶寬的BPF芯片(濾光器)340連接到具有1.81mm內(nèi)徑、2.6mm外徑和2mm長度的玻璃管(柱形元件)350的一端352。將其中每一個(gè)都具有1.80mm外徑的兩個(gè)棒形透鏡相互連接而成的復(fù)合透鏡330插入到管350中以與濾光器340接觸，并且將具有125μm芯區(qū)距離的雙光纖引出端121定位為正對(duì)端部(第一部分)335，端部335與透鏡330接觸BPF芯片的端部333相反，并且對(duì)準(zhǔn)雙光纖引出端121的位置。
如果波長調(diào)整不充分，則將復(fù)合透鏡330從玻璃管350中移除并且與分離的復(fù)合透鏡緊密連接，并且再次對(duì)準(zhǔn)光纖引出端121。在完成對(duì)準(zhǔn)之后，固定玻璃管350和復(fù)合透鏡330、以及濾光器340、相對(duì)透鏡端335和雙光纖引出端121，可以制造出具有濾光器的雙光纖準(zhǔn)直儀。對(duì)于用于透射通過濾光器的單光纖準(zhǔn)直儀，情況相同。
盡管，在上述實(shí)施例中，描述了用于調(diào)諧BPF中心波長和分出從入射信號(hào)中選擇的一個(gè)信道信號(hào)的光學(xué)耦合器，本發(fā)明也適用于另一種波長選擇光學(xué)器件。
可選擇多個(gè)信道，而不是一個(gè)信道。這種情況下，采用邊緣濾波器，即SWPF或者LWPF。必須以幾個(gè)nm或更小的精度調(diào)諧波長邊緣，并因此可使用本發(fā)明。
此外，例如，在光上/下路模塊中，采用多個(gè)濾光器，并且采用具有3個(gè)端口或更多的光纖，但是所選信道組的波長標(biāo)準(zhǔn)與上面的描述相同，并且本發(fā)明適用于調(diào)諧其波長邊緣。
盡管，在上面的說明中，描述了通過對(duì)具有多個(gè)離散波長的光信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用而用在波長多路復(fù)用通信中的波長多路復(fù)用光學(xué)耦合器，本發(fā)明也適合于另一種波長選擇光學(xué)器件。
例如，廣泛用于放大由光纖傳輸?shù)乃p光的摻鉺光纖放大器(EDFA)的增益取決于波長。為展平由于波長造成的增益變化，使用增益平坦濾波器。為高準(zhǔn)確度地進(jìn)行展平，需要調(diào)諧濾光器的波長特征，并因此可以采用本發(fā)明。
此外，當(dāng)輸入棒形透鏡的光具有連續(xù)光譜而非離散光譜時(shí)，甚至希望使用濾光器選擇部分連續(xù)光譜的情況下，也可以采用本發(fā)明。例如，當(dāng)希望從由超輻射發(fā)光二極管發(fā)出的、具有寬光譜寬度的光中選擇窄波長范圍內(nèi)的光時(shí)，通過直接向漸變折射率棒形透鏡輸入從二極管輸出的光，使用從濾光器反射或者透射通過濾光器的光束。本發(fā)明可用于高精度地選擇光束的波長。對(duì)于從由EDFA輸出的ASE光中提取窄波長的情況，同樣如此。光束并不局限于耦合到光纖，也可以通過將從濾光器反射或者透射通過濾光器的光輸入到光接收元件，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種波長選擇光學(xué)器件，包括具有第一端表面和第二端表面的透鏡，其第一端表面上射入從第一光纖端面發(fā)出的發(fā)散光，并且從其第二端表面上發(fā)出平行光束；和濾光器，其設(shè)置為正對(duì)所述透鏡的第二端表面，從而從所述透鏡發(fā)出的平行光束射入濾光器；濾光器的反射光射回所述透鏡并且輸入第二光纖，第二光纖位于反射光被透鏡聚焦的位置；其中，透鏡具有兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡，所述兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡具有相互不同的折射率分布常數(shù)，并且，所述兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡具有基本相同的外徑，并相互連接從而對(duì)準(zhǔn)所述兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡的光軸。
2.如權(quán)利要求1所述的波長選擇光學(xué)器件，其中，假設(shè)所述兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡的折射率分布常數(shù)分別為 和 并且中心軸上的折射率分別為N01和N02，則透鏡的透鏡長度Z1和Z2基本上滿足tan(A1·Z1)·tan(A2·Z2)=N01·A1/(N02·A2).]]>
3.如權(quán)利要求1所述的波長選擇光學(xué)器件，進(jìn)一步包括另一個(gè)漸變折射率棒形透鏡，其具有正對(duì)濾光器的第一端表面，和設(shè)置在所述另一個(gè)漸變折射率棒形透鏡第二端表面一側(cè)上的第三光纖，透射過濾光器的光通過所述第二漸變折射率棒形透鏡耦合到所述另一個(gè)漸變折射率棒形透鏡上。
4.如權(quán)利要求1所述的波長選擇光學(xué)器件，其中所述濾光器為多層光干涉濾波器。
5.如權(quán)利要求4所述的波長選擇光學(xué)器件，其中所述濾光器直接在透鏡的第二端表面上形成為薄膜。
6.如權(quán)利要求1所述的波長選擇光學(xué)器件，進(jìn)一步包括一個(gè)柱形元件，其中所述透鏡從柱形元件的一端插入，從而透鏡無間隙的裝配在柱形元件上，并且所述濾光器設(shè)置在柱形元件的另一個(gè)端部上。
7.一種調(diào)諧波長選擇光學(xué)器件的波長特征的方法，其中發(fā)散光被校準(zhǔn)并通過透鏡射入濾光器，入射其上的預(yù)定波長范圍的光被濾光器反射或透射，其中所述透鏡具有兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡，所述兩個(gè)漸變折射率棒形透鏡相互連接并具有不同的折射率分布常數(shù)和相互相同的外徑，以對(duì)準(zhǔn)所述漸變折射率棒形透鏡的光軸，所述方法包括如下步驟固定緊密粘附到透鏡一個(gè)端部的濾光器，以透射或者反射預(yù)定的波帶；以預(yù)定間隔把兩根光纖固定到透鏡的另一端；把具有由濾光器反射的波帶的光從其中一根光纖輸入透鏡；由透鏡把由濾光器反射的光耦合至其中另一根光纖；調(diào)整以預(yù)定間隔固定到棒形透鏡的兩根光纖的相對(duì)位置，從而耦合光的強(qiáng)度成為最大或者預(yù)定值或更高，并且改變固定的波長選擇光學(xué)器件的兩個(gè)棒形透鏡的透鏡長度的組合，以將反射波帶的代表值調(diào)整至預(yù)定范圍內(nèi)。
全文摘要
在一種波長選擇性光學(xué)器件中，設(shè)置用于透射具有多個(gè)波長的多路復(fù)用光信號(hào)的透鏡，與第一光纖的端部相對(duì)，從而將從第一光纖端部輸出的光轉(zhuǎn)換成平行光，并且在透鏡輸出的平行光輸入的位置設(shè)置濾光器。在濾光器反射的光再次輸入透鏡以被透鏡聚焦的位置設(shè)置第二光纖。所述透鏡如此配置相互連接兩個(gè)具有不同折射率分布常數(shù)和基本上相同外徑的漸變折射率棒形透鏡的端部，以使其光軸相互對(duì)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G02B6/32GK101034189SQ200610164280
公開日2007年9月12日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者橋爪秀樹, 武內(nèi)健一郎, 陸海光 申請人:日本板硝子株式會(huì)社