本發(fā)明涉及一種用于光纖通信系統(tǒng)的光學(xué)器件,具體地說(shuō),是涉及一種光學(xué)可調(diào)濾波器。
背景技術(shù):光學(xué)濾波器是一種用于對(duì)光束的波長(zhǎng)進(jìn)行選擇的器件,包含有多種波長(zhǎng)的光束組經(jīng)過(guò)光學(xué)濾波器以后,只有特定波長(zhǎng)的光束輸出,其他波長(zhǎng)的光束被過(guò)濾掉,從而實(shí)現(xiàn)從多種波長(zhǎng)的光束組中過(guò)濾出特定波長(zhǎng)的光束。由于光學(xué)器件使用過(guò)程中,對(duì)接收的光束的波長(zhǎng)并不是完全不變的,因此需要使用具有可調(diào)節(jié)輸出波長(zhǎng)的光學(xué)濾波器進(jìn)行濾波,輸出光束的波長(zhǎng)可調(diào)的光學(xué)濾波器被稱為光學(xué)可調(diào)濾波器?,F(xiàn)在的光學(xué)可調(diào)濾波器按照其產(chǎn)生色散的原理可以分為兩大類:光柵衍射型濾波器以及法布里-帕羅(Fabry-Perot)腔型濾波器。光柵衍射型濾波器是利用具有不同波長(zhǎng)的入射光束入射到光柵表面時(shí),不同波長(zhǎng)的光束分量對(duì)應(yīng)著不同的衍射角,從而把不同波長(zhǎng)的光束分開(kāi)形成光譜,同時(shí)通過(guò)電光、聲光、熱光效應(yīng)或者常規(guī)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的方式改變?nèi)肷涔馐娜肷浣?,使光譜的中心波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng),從而產(chǎn)生濾波的效果。法布里-帕羅腔型濾波器是基于多光束干涉原理,從而形成特定反射和透射譜線,并且通過(guò)改變?nèi)肷涞椒ú祭?帕羅腔的光束的角度,可以改變反射和透射譜線的中心波長(zhǎng),達(dá)到可以調(diào)諧的目的。通常,基于電光、聲光、熱光效應(yīng)的光學(xué)可調(diào)濾波器都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗大、中心波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍小等缺點(diǎn);而基于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)方式的光學(xué)可調(diào)濾波器,則存在體積龐大、穩(wěn)定性差、重復(fù)性差和響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。因此,人們開(kāi)始研發(fā)基于微電機(jī)系統(tǒng)的光學(xué)可調(diào)濾波器。公告號(hào)為CN202182973U的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了名為“一種光柵型的可調(diào)濾波器”的發(fā)明創(chuàng)造,該濾波器具有一個(gè)輸入準(zhǔn)直器,在輸入準(zhǔn)直器的一側(cè)設(shè)有第一光柵,第一光柵的后級(jí)設(shè)有微電機(jī)反射鏡,在微電機(jī)反射鏡的后級(jí)依次設(shè)有擴(kuò)束棱鏡、第二光柵以及反射鏡,輸出準(zhǔn)直器基本上與輸入準(zhǔn)直器平行設(shè)置,且均位于第一光柵的同一側(cè)。具有多種波長(zhǎng)的光束從輸入準(zhǔn)直器入射后,經(jīng)過(guò)第一光柵發(fā)射衍射,不同波長(zhǎng)的光束因穿過(guò)第一光柵時(shí)折射角度不同而以不同的入射角度入射至微電機(jī)反射鏡上,從而將多束光束分開(kāi)形成光譜。多束光束經(jīng)過(guò)微電機(jī)反射鏡的反射依次入射到擴(kuò)束棱鏡、第二光柵以及反射鏡后,只有特定波長(zhǎng)的光束能夠原路返回并且入射到輸出準(zhǔn)直器上,實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)的光束濾波。通過(guò)調(diào)節(jié)微電機(jī)反射鏡的角度可以改變光束從微電機(jī)反射鏡入射到擴(kuò)束棱鏡、第二光柵的角度,從而改變光學(xué)可調(diào)濾波器的中心波長(zhǎng),因此調(diào)節(jié)微電機(jī)反射鏡的角度即可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)可調(diào)濾波器調(diào)節(jié)輸出光束波長(zhǎng)的功能。隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展,光學(xué)設(shè)備的小型化已經(jīng)是發(fā)展趨勢(shì)。如將光學(xué)可調(diào)濾波器小型化,則往往需要使用準(zhǔn)直透鏡。然而,準(zhǔn)直透鏡的工作受限于雙光纖尾纖發(fā)光的交叉點(diǎn)的位置,對(duì)于一般的準(zhǔn)直透鏡而言,工作距離很短,通常只有3毫米左右。如果使用3毫米的工作距離的雙光纖尾纖,不能滿足上述設(shè)計(jì)的準(zhǔn)直透鏡的工作要求。如果增加雙光纖尾纖的工作距離,必須增加準(zhǔn)直透鏡的曲率半徑,使之產(chǎn)生一個(gè)較大的光斑,這樣的數(shù)據(jù)不但增大光學(xué)可調(diào)濾波器的尺寸,還會(huì)增加微電機(jī)反射鏡的直徑,進(jìn)而增加微電機(jī)反射鏡的驅(qū)動(dòng)電壓和功耗,增加了微電機(jī)反射鏡的生產(chǎn)成本??梢?jiàn),現(xiàn)有的光學(xué)可調(diào)濾波器存在體積過(guò)大以及功耗過(guò)高的問(wèn)題。此外,由于現(xiàn)有的光學(xué)可調(diào)濾波器從輸入準(zhǔn)直器出射的光束先經(jīng)過(guò)第一光柵的衍射再入射至微電機(jī)反射鏡內(nèi),導(dǎo)致微電機(jī)反射鏡每旋轉(zhuǎn)固定的角度后,從第一光柵出射的光束入射到微電機(jī)反射的角度變化較小,導(dǎo)致需要微電機(jī)反射鏡每次旋轉(zhuǎn)較大的角度才能滿足大范圍的中心波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)需求。此外,上述的光學(xué)可調(diào)濾波器設(shè)置兩個(gè)光柵,導(dǎo)致光學(xué)可調(diào)濾波器的生產(chǎn)成本高,且體積龐大,不能滿足光學(xué)器件小型化的發(fā)展趨勢(shì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明的主要目的是提供一種體積小且生產(chǎn)成本低的光學(xué)可調(diào)濾波器。本發(fā)明的另一目的是提供一種微電機(jī)反射鏡功效小的光學(xué)可調(diào)濾波器。為了實(shí)現(xiàn)上述的主要目的,本發(fā)明提供的光學(xué)可調(diào)濾波器具有雙光纖尾纖以及設(shè)置在雙光纖尾纖一側(cè)的準(zhǔn)直透鏡,準(zhǔn)直透鏡遠(yuǎn)離雙光纖尾纖的一側(cè)設(shè)有微電機(jī)反射鏡,其中,雙光纖尾纖與準(zhǔn)直透鏡之間設(shè)有楔形片,楔形片的端面與雙光纖尾纖的端面傾斜設(shè)置,光學(xué)可調(diào)濾波器還設(shè)有位于微電機(jī)反射鏡的反射光路上的反射衍射裝置,從準(zhǔn)直透鏡出射的光束經(jīng)過(guò)微電機(jī)反射鏡后入射到反射衍射裝置上。由上述方案可見(jiàn),從雙光纖尾纖出射的光束先經(jīng)過(guò)位于雙光纖尾纖與準(zhǔn)直透鏡之間的楔形片并發(fā)生折射后,再入射至準(zhǔn)直透鏡,使用普通的準(zhǔn)直透鏡即可以將光纖準(zhǔn)直器的工作距離增加至9毫米左右,并且不會(huì)增加光斑的尺寸,微電機(jī)反射鏡的尺寸可以做得很小,從而減小光學(xué)可調(diào)濾波器的尺寸。此外,由于反射衍射裝置設(shè)置在微電機(jī)反射鏡的后級(jí),從準(zhǔn)直透鏡出射后的光束直接入射到微電機(jī)反射鏡,并經(jīng)微電機(jī)反射鏡后再入射到反射衍射裝置。由于從反射衍射裝置返回的光束也需要經(jīng)過(guò)微電機(jī)反射鏡后再入射到準(zhǔn)直透鏡,因此,相比于現(xiàn)有的光學(xué)可調(diào)濾波器,微電機(jī)反射鏡旋轉(zhuǎn)相同的角度,即可以產(chǎn)生兩倍的入射角的變化量,對(duì)于相同的中心波長(zhǎng)的改變,微電機(jī)反射鏡只需要旋轉(zhuǎn)更小的角度,消耗的功率較小,也減小光學(xué)可調(diào)濾波器的體積。一個(gè)優(yōu)選的方案是,反射衍射裝置包括透射式光柵以及位于透射式光柵后級(jí)的反射鏡。由此可見(jiàn),使用透射式光柵以及反射鏡組成的反射衍射裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且實(shí)現(xiàn)靈活,方便光學(xué)可調(diào)濾波器的制造。進(jìn)一步的方案是,透射式光柵與反射鏡均固定在光學(xué)可調(diào)濾波器內(nèi)。這樣,可以避免透射式光柵與反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng),避免光學(xué)可調(diào)濾波器內(nèi)具有多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的器件,影響中心波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。一個(gè)可選的方案是,反射衍射裝置包括反射式光柵,微電機(jī)反射鏡與反射式光柵之間設(shè)有擴(kuò)束棱鏡。可見(jiàn),使用反射式光柵作為反射衍射裝置,可以減小光學(xué)可調(diào)濾波器的生產(chǎn)成本,并減小光學(xué)可調(diào)濾波器的體積。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例另一視角的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例出射光纖處檢測(cè)到的波形圖。圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。具體實(shí)施方式本發(fā)明的光學(xué)可調(diào)光濾波器用于對(duì)入射的光束進(jìn)行濾波,從包含多種不同波長(zhǎng)的光束組中過(guò)濾出特定波長(zhǎng)的光束,并且可以調(diào)節(jié)過(guò)濾出的光束的波長(zhǎng),滿足不同光學(xué)器件的使用需要。第一實(shí)施例:參見(jiàn)圖1,本實(shí)施例具有雙光纖尾纖10,雙光纖尾纖10內(nèi)設(shè)有兩根光纖,分別是入射光纖11以及出射光纖12,包含多種波長(zhǎng)的光束從入射光纖11進(jìn)入光學(xué)可調(diào)濾波器,過(guò)濾后的特定波長(zhǎng)的光束從出射光纖12輸出。在雙光纖尾纖10的一側(cè)設(shè)有準(zhǔn)直透鏡20,在準(zhǔn)直透鏡20與雙光纖尾纖10之間設(shè)有楔形片14,本實(shí)施例中,楔形片14粘貼在雙光纖尾纖10的端面13上,端面13是靠近準(zhǔn)直透鏡20的端面。優(yōu)選地,楔形片14的端面與雙光纖尾纖10的端面傾斜設(shè)置,如圖2所示,楔形片14的端面15向雙光纖尾纖10的方向凹陷。當(dāng)然,楔形片的端面也可以是一個(gè)平面,但楔形片的端面與雙光纖尾纖的端面之間形成的夾角為銳角。準(zhǔn)直透鏡20靠近楔形片14的端面21為平面,與端面21相對(duì)的端面22為弧面,從楔形片14出射的光束經(jīng)端面21入射至準(zhǔn)直透鏡20,并從端面22出射。返回至準(zhǔn)直透鏡20的光束從端面22入射,并從端面21出射。在準(zhǔn)直透鏡20的后側(cè)設(shè)有微電機(jī)反射鏡25,本實(shí)施例中,微電機(jī)反射鏡25為罐型封裝的微電機(jī)反射鏡,其具有一個(gè)封裝的殼體,在殼體內(nèi)設(shè)有反射鏡,反射鏡由微電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)并可以在一定角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在微電機(jī)反射鏡25的反射光路上設(shè)有透射式光柵27以及反射鏡28,本實(shí)施例中,透射式光柵27以及反射鏡28構(gòu)成反射衍射裝置,并且反射鏡28位于透射式光柵27的后級(jí)。優(yōu)選地,透射式光柵27以及反射鏡28均固定安裝在光學(xué)可調(diào)濾波器的殼體內(nèi),即透射式光柵27以及反射鏡28不會(huì)相對(duì)于光學(xué)可調(diào)濾波器的殼體旋轉(zhuǎn)。這樣,光學(xué)可調(diào)濾波器內(nèi)只有微電機(jī)反射鏡25內(nèi)部的反射鏡可以旋轉(zhuǎn),改變光束的反射角度。從圖1可見(jiàn),反射鏡28與透射式光柵27相互分離地設(shè)置,從入射光束的光路上看,反射鏡28位于透射式光柵27的后級(jí)。并且,反射鏡28的反射面29與透射式光柵27之間形成一個(gè)夾角,該夾角為銳角。包括有多種波長(zhǎng)的光束組L11從入射光纖11入射后,經(jīng)過(guò)楔形片14的折射,并入射到準(zhǔn)直透鏡20中,形成光束組L12。準(zhǔn)直后的光束組L12從準(zhǔn)直透鏡20的端面22出射后,形成光束組L13并入射到微電機(jī)反射鏡25的反射鏡上,形成反射光束組L14并入射到透射式光柵27上。由于透射式光柵27對(duì)光束有衍射作用,不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)過(guò)光柵27后,因折射角度不同而發(fā)散并形成光譜,也就是形成由多束光束組成的光束組L15。光束組L15入射到反射鏡28的反射面29后沿路返回至透射式光柵27。經(jīng)過(guò)反射鏡28反射形成的光束組L16再次入射到光柵27,光束組L16再次發(fā)生衍射,不同波長(zhǎng)的光束因折射角度不相同而以不同的入射角度入射至微電機(jī)反射鏡25上。由于光束組L14經(jīng)過(guò)光柵27后,不同波長(zhǎng)的光束因折射角度不相同而發(fā)散,經(jīng)過(guò)反射鏡28反射后的光束組L16入射到光柵27后,形成的光束組L17中只有一束光束能夠沿著光束組L14的入射光路返回,而該束光束的波長(zhǎng)就是光學(xué)可調(diào)濾波器的中心波長(zhǎng),并且該束光束可以最終從出射光纖12出射。光束組L17入射到微電機(jī)反射鏡25后,經(jīng)過(guò)微電機(jī)反射鏡25的反射后形成光束組L18并且入射到準(zhǔn)直透鏡20的端面22,光束組L18中有一束光束L21能夠沿光束組L13的入射方向返回。光束組L18入射到準(zhǔn)直透鏡20后,形成光束組L19,并且從端面21出射后,再次經(jīng)過(guò)楔形片14并入射至雙光纖尾纖10。由于光束組L18中只有一束光束L21能夠沿光束組L13的入射方向返回,光束組L19中也只有一束光束L22能夠沿光束組L12的入射方向返回,因此光束L22經(jīng)過(guò)楔形片14后能夠入射到出射光纖12并形成出射光束L20出射。光束組L19的其他波長(zhǎng)的光束因色散而不能沿原路返回,無(wú)法入射至出射光纖12。這樣,具有不同波長(zhǎng)的光束的光束組L11中,只有特定波長(zhǎng)的光束L20才能從出射光纖12出射,實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的過(guò)濾,這個(gè)特定波長(zhǎng)就是光學(xué)可調(diào)濾波器的中心波長(zhǎng)。可見(jiàn),只要調(diào)節(jié)微電機(jī)反射鏡25的反射鏡與準(zhǔn)直透鏡20軸線之間的傾斜角度,光束組L14中不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)過(guò)光柵27的折射角度隨之發(fā)生變化,且不同波長(zhǎng)的光束的折射角度變化情況不相同,能夠原路返回的光束的波長(zhǎng)也隨即改變。可見(jiàn),通過(guò)改變微電機(jī)反射鏡25的反射鏡的傾斜角度,可以改變光學(xué)可調(diào)濾波器的中心波長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出光束L20的波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。圖3是從出射光纖12處檢測(cè)的波形圖,可以看出其半高譜寬,也就是衰減量為3dB的帶寬約為200GHz,可以滿足放大器等光學(xué)器件的噪聲抑制的需要。當(dāng)然,衰減量為3dB的帶寬為200GHz只是部分光學(xué)器件的要求,也僅僅是本實(shí)例的設(shè)計(jì)值,實(shí)際應(yīng)用中,還可以調(diào)整光柵的入射角,根據(jù)實(shí)際需要改變3dB帶寬的值。由于在雙光纖尾纖10的端部設(shè)有楔形片14,從雙光纖尾纖10出射的光束組L11先經(jīng)過(guò)楔形片14并發(fā)生折射后,再入射至準(zhǔn)直透鏡20,因此,本實(shí)施例可以使用普通的準(zhǔn)直透鏡即可以將準(zhǔn)直透鏡20的工作距離增加至9毫米左右,并且不會(huì)增加光斑的尺寸,微電機(jī)反射鏡25的尺寸可以做得很小,從而減小光學(xué)可調(diào)濾波器的尺寸。此外,由于從準(zhǔn)直透鏡20出射的光束組L13直接出射至微電機(jī)反射鏡25,經(jīng)過(guò)微電機(jī)反射鏡25反射后再入射至透射式光柵27。這樣,相對(duì)于現(xiàn)有的光學(xué)可調(diào)濾波器,從準(zhǔn)直透鏡20出射的光束組L13不需要先經(jīng)過(guò)光柵再入射至微電機(jī)反射鏡,當(dāng)本實(shí)施例的微電機(jī)反射鏡25旋轉(zhuǎn)相同的角度,相對(duì)于現(xiàn)有的光學(xué)可調(diào)濾波器,返回準(zhǔn)直透鏡20的光束可以產(chǎn)生2倍的入射角的改變,因此,在相同的中心波長(zhǎng)的改變的情況下,本實(shí)施例的微電機(jī)反射鏡25旋轉(zhuǎn)的角度只需要現(xiàn)有的可調(diào)光學(xué)濾波器的一半,因此微電機(jī)反射鏡25的體積可以做得更小,且消耗的功率也更小。這樣,光學(xué)可調(diào)濾波器的體積很小,可以做成緊湊型的小型化器件。第二實(shí)施例:參見(jiàn)圖4,本實(shí)施例具有雙光纖尾纖30,雙光纖尾纖30內(nèi)設(shè)有兩根光纖,分別是入射光纖31以及出射光纖32,在雙光纖尾纖30的一側(cè)設(shè)有準(zhǔn)直透鏡40,雙光纖尾纖30與準(zhǔn)直透鏡40之間設(shè)有楔形片34,楔形片34粘貼在雙光纖尾纖30靠近準(zhǔn)直透鏡40的端面33上。并且,楔形片34的端面35與雙光纖尾纖30的端面33傾斜布置,如楔形片34的端面35向雙光纖尾纖30的方向凹陷。準(zhǔn)直透鏡40的端面41靠近雙光纖尾纖30,端面42為遠(yuǎn)離雙光纖尾纖30的端面,在端面42的外側(cè)設(shè)有微電機(jī)反射鏡45,從準(zhǔn)直透鏡40出射的光束組入射到微電機(jī)反射鏡45的反射鏡后發(fā)生反射。在微電機(jī)發(fā)射極45的反射光路上設(shè)有擴(kuò)束棱鏡46以及位于擴(kuò)束棱鏡46后方的反射式光柵47。不同波長(zhǎng)的光束入射到反射式光柵47因折射率不同而發(fā)散,并且在反射面48上發(fā)生反射,返回至擴(kuò)束棱鏡46??梢?jiàn),本實(shí)施例中,反射衍射裝置為反射式光柵47。包含不同波長(zhǎng)光束的光束組L31從入射光纖31入射到雙光纖尾纖30,并經(jīng)過(guò)楔形片34時(shí)發(fā)生折射,再入射到準(zhǔn)直透鏡40并形成光束組L32,經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直的光束組L32從準(zhǔn)直透鏡40出射后形成光束組L33入射至微電機(jī)反射鏡45上。經(jīng)過(guò)反射后的光束組L34入射至擴(kuò)束棱鏡46,形成的光束組L35的光斑增大,并入射至反射式光柵47,光束組L35中不同波長(zhǎng)的光束因折射率不同而發(fā)散并在反射面48上發(fā)生反射,形成光束組L36并入射至擴(kuò)束棱鏡46。由于不同波長(zhǎng)的光束在反射式光柵47上發(fā)散,多束光束中只有特定波長(zhǎng)的光束才能沿光束組L35入射到反射式光柵47的路徑返回,其他波長(zhǎng)的光束因發(fā)散而無(wú)法原路返回,因此光束組L36中只有一束光束是沿光束組L35的入射方向返回至擴(kuò)束棱鏡46。光束組L36穿過(guò)到擴(kuò)束棱鏡46后形成光束組L37并入射到微電機(jī)反射鏡45,并形成光束組L38,光束組L38中只有一束光束L41沿光束組L33的方向返回至準(zhǔn)直透鏡40。光速組L38入射到光纖準(zhǔn)直40后形成光束組L39,且光束組L39中只有特定波長(zhǎng)的光束L42原路返回并經(jīng)過(guò)楔形片34后從出射光纖32中出射,形成光束L40。光束組L39中的其他波長(zhǎng)的光束因色散導(dǎo)致光斑無(wú)法入射到出射光纖32上,也就被過(guò)濾掉,無(wú)法從出射光纖32中出射。通過(guò)改變微電機(jī)反射鏡45與準(zhǔn)直透鏡40軸線之間的角度,可以改變光學(xué)可調(diào)濾波器的中心波長(zhǎng),也就是改變從出射光纖32出射的光束的波長(zhǎng)。優(yōu)選地,擴(kuò)束棱鏡46以及反射式光柵47均固定安裝在光學(xué)可調(diào)濾波器的殼體內(nèi),這樣,微電機(jī)反射鏡45的反射鏡旋轉(zhuǎn)時(shí),擴(kuò)束棱鏡47以及反射式光柵47均不會(huì)相對(duì)于微電機(jī)反射鏡45的反射鏡發(fā)生旋轉(zhuǎn),確保光學(xué)可調(diào)濾波器的工作穩(wěn)定性。在微電機(jī)反射鏡45與反射式光柵47之間設(shè)置擴(kuò)束棱鏡46,可以使光束組L34入射到反射式光柵47前被更多的分割,從而產(chǎn)生更大的分辨率和衍射效率。當(dāng)然,上述實(shí)施例僅是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案,實(shí)際應(yīng)用時(shí)還可有更多的改變,例如,微電機(jī)反射鏡可以不是罐型封裝,可以采用其他結(jié)構(gòu)的微電機(jī)反射鏡;或者,使用色散棱鏡替代透射式光柵作為衍射器件等,這樣的改變并不會(huì)影響本發(fā)明的實(shí)施。最后需要強(qiáng)調(diào)的是,本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式,如微電機(jī)反射鏡與透射式光柵等器件在光學(xué)可調(diào)濾波器的殼體內(nèi)安裝位置的改變、使用的光柵器件的類型的改變等變化也應(yīng)該包括在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。