專利名稱:基于tff的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能消除偏振相關(guān)損耗以及偏振光分離現(xiàn)象的三端口可調(diào)諧光濾波器。具體地說(shuō)，涉及到一種基于薄膜干涉濾波(TFF)技術(shù)的三端口可調(diào)諧光濾波器。該三端口可調(diào)諧光濾波器可被廣泛應(yīng)用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一的可重構(gòu)的光路上下復(fù)用/解復(fù)用器ROADM；還可應(yīng)用在光性能監(jiān)測(cè)儀OPM中從而簡(jiǎn)化光電轉(zhuǎn)換以及監(jiān)測(cè)設(shè)備；還能同寬帶光源結(jié)合構(gòu)成可調(diào)諧光源；另外它還可以應(yīng)用在傳感網(wǎng)絡(luò)等諸多方面。
背景技術(shù)：
目前可用于可調(diào)諧光濾波器的技術(shù)較多，主要有F-P腔型、聲光可調(diào)濾波器型和光纖布拉格光棚型等。其中，聲光可調(diào)濾波器利用的是聲光效應(yīng)，其調(diào)諧速度快，但是制造成本高，而且其相鄰?fù)ǖ栏綦x度較差，不適合于DWDM系統(tǒng)；光纖光柵型可調(diào)諧光濾波器利用的是光纖布拉格衍射特性，采用控制溫度變化來(lái)調(diào)節(jié)應(yīng)力的方法，其帶寬和相鄰?fù)ǖ栏綦x度都較好，可用于DWDM系統(tǒng)，但是其調(diào)諧范圍小，容易受外界環(huán)境的影響，長(zhǎng)期穩(wěn)定性也不夠好，事實(shí)上一直都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程應(yīng)用；單腔的F-P腔型可調(diào)濾波器利用的是多光束干涉效應(yīng)，現(xiàn)在國(guó)際上這種類型的兩端口可調(diào)諧濾波器的供應(yīng)商較多；國(guó)內(nèi)有關(guān)單位(上海微系統(tǒng)所和光迅科技公司)在前期“863”項(xiàng)目的支持下，2005年已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出了樣品，可望在近期實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和銷售。但是由于這種器件的透射曲線是一個(gè)尖峰，帶寬窄，對(duì)PayLoad信號(hào)(特別是10G以上信號(hào))有傷害，而且其相鄰?fù)ǖ栏綦x度較差，因此一般可用于信道監(jiān)控等，但不能用于DWDM信號(hào)上下路提取，也無(wú)法構(gòu)成ROADM器件。在DWDM系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，三端口可調(diào)濾波器的作用極為重要。三端口可調(diào)濾波器能在選擇性濾出某一波長(zhǎng)光信號(hào)的同時(shí)，不影響其他非濾波波長(zhǎng)信號(hào)的繼續(xù)向前傳輸，其他信號(hào)能經(jīng)由器件的另一個(gè)端口輸出。
目前廣泛用于DWDM系統(tǒng)中的固定波長(zhǎng)多腔干涉薄膜三端口濾光片的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，有通帶寬，隔離度高和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。這種濾波器最初是由美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室在上世紀(jì)70~80年代關(guān)于自聚焦透鏡棒及其應(yīng)用方法的發(fā)明(US4111524，US4474424)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)成功的。它的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)固定波長(zhǎng)的薄膜濾波器，一對(duì)對(duì)稱于薄膜濾波器放置的光纖準(zhǔn)直器，其中連接到多路光信號(hào)輸入端的是雙芯光纖準(zhǔn)直器，而另一端則是一個(gè)單芯光纖準(zhǔn)直器。如圖1所示。
其工作原理是多路波長(zhǎng)的光信號(hào)經(jīng)由光纖耦合到一個(gè)雙芯光纖準(zhǔn)直器，信號(hào)光經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器出來(lái)后為一束擴(kuò)散后的準(zhǔn)直平行光，照射到固定波長(zhǎng)(如λ1)的薄膜濾光片上，薄膜濾光片透射λ1波長(zhǎng)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)另一端的單芯光準(zhǔn)直器后輸出，并將剩余波長(zhǎng)的光信號(hào)以及其微小的角度偏差反射回原雙芯光纖準(zhǔn)直器，再由其耦合到另一根光纖輸出。該方案的濾光單元的濾光波長(zhǎng)是固定的，不具有可調(diào)性。
在利用這種多腔干涉薄膜DWDM濾光片的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)三端口可調(diào)諧光濾波器方面，國(guó)外已經(jīng)發(fā)展了兩種技術(shù)，一個(gè)是日本SANTEC公司，該技術(shù)使用的是非均勻的多腔薄膜濾光片，整個(gè)濾光片在不同位置上鍍制的薄膜厚度不同，因此其入射光在該濾光片上的不同入射位置，有著不同的濾波特性，再用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)推拉移動(dòng)該薄膜濾光片，以改變?nèi)肷涔庠跒V光片上的入射位置。如圖2所示，該方案通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)濾光片的調(diào)諧，來(lái)達(dá)到可調(diào)諧濾波的效果。該方案的一大難點(diǎn)在于其非均勻薄膜濾光片的制備，目前只有日本SANTEC公司一家能制備這樣高精度的非均勻薄膜濾光片，價(jià)格很高。另外由于該方案要求在薄膜濾光片上下位置移動(dòng)時(shí)，上下左右不能有任何轉(zhuǎn)動(dòng)(平行度＜0.05度)，對(duì)機(jī)械加工的精度要求非常高，為保證長(zhǎng)期穩(wěn)定性，對(duì)封裝和材料的要求也非常高。SANTEC公司的市場(chǎng)人員承認(rèn)，他們的這種可調(diào)諧光濾波器實(shí)際上只適合作為儀表使用，在電信設(shè)備中使用，成本可能太高。事實(shí)上在SANTEC公司的產(chǎn)品目錄上(http://www.santec.com/products/instruments.htm#OTF-930)，這種可調(diào)諧光濾波器的確歸為儀表類。
另一個(gè)是美國(guó)AFOP公司2005年獲得授權(quán)的編號(hào)為US6943938的專利，該方案利用一個(gè)薄膜濾光片和一個(gè)全反射鏡垂直放置構(gòu)成一個(gè)濾波器件。如圖3所示，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)該濾波器件來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波，從面構(gòu)成了一個(gè)三端口的可調(diào)諧濾波器。該方案的問(wèn)題在于其反射光束在濾被器件偏轉(zhuǎn)的調(diào)諧過(guò)程中，會(huì)不斷有一定的上下位置漂移，因此反射光路的光纖準(zhǔn)直器必須跟著上下移動(dòng)。這樣就給反射光信號(hào)的接收增添很大的難度，對(duì)相應(yīng)的機(jī)械件的加工精度要求也就非常高。
另外值得一提的是國(guó)內(nèi)山東招金光電子科技有限公司在2003年也曾經(jīng)申請(qǐng)了一項(xiàng)專利(公開(kāi)號(hào)CN1632633A)。但該專利只是一個(gè)兩端口的可調(diào)濾波器設(shè)計(jì)。如圖4所示，它也是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波。但是在設(shè)計(jì)中，使用了雙折射晶體將入射光分解成正交的并在空間上分開(kāi)的兩路平行子光束，再通過(guò)半波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器的使用將兩路子光束調(diào)整為同一偏振態(tài)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的可調(diào)諧濾波并有效的減小了器件的偏振相關(guān)損耗。濾光片濾波后，經(jīng)過(guò)反射鏡的反射透射信號(hào)按原路徑返回濾光片，再次透射后雙折射晶體可以將返回的兩路子光束合并為一個(gè)沿與入射光不同路徑傳播的單光束，并經(jīng)透鏡聚焦至雙芯光纖的另一根光纖輸出。該方案的光路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大量使用的透鏡、半波片、契型棱鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)器等器件使得光路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜，并增加了器件的損耗。它的關(guān)鍵缺點(diǎn)在于它只是一個(gè)兩端口的可調(diào)諧濾波器，濾波后，其他非濾波波長(zhǎng)光信號(hào)都被散射掉了，所以它并不適合在DWDM系統(tǒng)中光路上下復(fù)用/解復(fù)用器的實(shí)際應(yīng)用。
實(shí)際上到目前為止，全世界光電子器件市場(chǎng)上還沒(méi)有一種價(jià)格較低并且可以實(shí)際應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)的信號(hào)光路上下(復(fù)用/解復(fù)用)的三端口可調(diào)諧光濾波器。
光迅公司在上述這些專利的基礎(chǔ)上，最近曾申請(qǐng)過(guò)一個(gè)基于薄膜干涉濾波技術(shù)的三端口可調(diào)濾波器的專利，專利申請(qǐng)?zhí)?00610019489，該專利的實(shí)施方案如圖5所示。該方案使用的是改進(jìn)膜系的一對(duì)平行放置的均勻薄膜濾光片來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧光濾波器。其工作原理是當(dāng)外部多路復(fù)用的光信號(hào)經(jīng)由光環(huán)形器和單芯光纖準(zhǔn)直器(或雙芯光纖準(zhǔn)直器)后到達(dá)保持平行放置的兩塊均勻厚度的薄膜干涉濾光片，這樣兩個(gè)薄膜濾光片在相同入射角度的光信號(hào)入射點(diǎn)有著相同的濾波特性，能透射相同波長(zhǎng)的光信號(hào)。剩余波長(zhǎng)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)再次反射后就能到達(dá)垂直于反射光路放置的全反射鏡。光信號(hào)經(jīng)過(guò)全反射鏡反射后，按同樣的光路被兩個(gè)薄膜濾光片依次反射回到輸入端的單芯光纖準(zhǔn)直器和光環(huán)形器，后經(jīng)由另一根光纖輸出，這樣就完成了一路波長(zhǎng)光信號(hào)的濾波。需要濾出另一路波長(zhǎng)的光信號(hào)時(shí)，改變兩個(gè)平行放置的均勻薄膜濾光片的傾斜角度，即改變薄膜濾光片的入射光角度，這樣就可以濾出另一路光信號(hào)。通過(guò)同步轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)平行的薄膜濾光片，不斷改變?nèi)肷涔獾慕嵌染涂梢詫?shí)現(xiàn)可調(diào)諧光濾波器的功能。
該專利的另一個(gè)實(shí)施方案如圖6所示，不同之處在于輸入端用雙芯光纖準(zhǔn)直器代替輸入端光環(huán)形器和單芯光纖準(zhǔn)直器的組合。
該專利由步進(jìn)電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)平行薄膜濾光片的傾斜角度，從而決定每一路波長(zhǎng)光信號(hào)的濾波過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；使用靈活；光路可靠；通過(guò)設(shè)計(jì)并改進(jìn)優(yōu)化后的膜系能具有較大的調(diào)諧范圍，其偏振相關(guān)損耗較低；雙級(jí)薄膜濾光片濾波提高了信道隔離度等等。
但是該方案還存在一個(gè)問(wèn)題，雖然設(shè)計(jì)并優(yōu)化膜系后的濾光片在較大角度入射時(shí)兩個(gè)偏振光的中心波長(zhǎng)對(duì)得較準(zhǔn)，從而使得偏振相關(guān)損耗較低。但是隨著調(diào)諧角度的加大，由于兩個(gè)偏振光帶寬的變化，透射光會(huì)不可避免的出現(xiàn)偏振光分離現(xiàn)象，如圖8(2)所示。這種偏振光分離到一定程度會(huì)影響器件的濾波性能，限制了調(diào)諧范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于薄膜干涉濾波技術(shù)TFF的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器，它的濾光單元不僅可以實(shí)現(xiàn)濾光波長(zhǎng)可調(diào)，而且能夠消除偏振相關(guān)損耗以及偏振光分離現(xiàn)象，調(diào)諧范圍能更大，性能更好。同時(shí)由于監(jiān)測(cè)Tap/PD及反饋控制電路的引入，對(duì)機(jī)械部件加工精度的要求降低。
本發(fā)明的技術(shù)方案是基于TFF的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器，它有一組或多組可調(diào)諧濾光單元，其一組可調(diào)諧濾光單元，包括連接到多路光信號(hào)輸入端的光環(huán)形器，一個(gè)薄膜濾光片，一對(duì)置于薄膜濾光片前后且在同一光路上的偏振分束器A和B，其特征在于偏振分束器A將輸入信號(hào)光分離成P光和S光平行輸出，P光路中放置半波片C將P光旋轉(zhuǎn)為p-S光，兩路平行的S光到達(dá)薄膜濾光片，薄膜濾光片的法線傾斜于平行的兩路S光路放置，半波片D將S光旋轉(zhuǎn)為s-P光，偏振分束器B將調(diào)整后的P光和S光合成一般光信號(hào)后輸出；反射鏡E與薄膜濾光片平行放置，反射鏡E后放置反射鏡F，反射鏡F垂直于兩條平行光路。
如上所述的基于TFF的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器，其特征在于在薄膜濾光片兩側(cè)沒(méi)有半波片的兩條光路上，分別放置一塊與半波片厚度相似的玻璃片。
如上所述的基于TFF的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器，其特征在于偏振分束器B后的光路中放置的Tap/PD分光探測(cè)器，與數(shù)字信號(hào)處理器DSP芯片和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器依次電連接，薄膜濾光片和反射鏡E固定安裝在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)件上。
本發(fā)明的工作原理當(dāng)外部多路復(fù)用的光信號(hào)(如40路)經(jīng)由光環(huán)形器到達(dá)偏振分束器A，偏振分束器A將輸入光信號(hào)的偏振態(tài)分離成P光和S光后平行輸出，半波片C處于P光的光路上并將P光旋轉(zhuǎn)為S光。調(diào)整后的兩路S光信號(hào)到達(dá)傾斜于兩路平行S光信號(hào)放置的均勻厚度薄膜干涉濾光片后，薄膜濾光片濾出λi波長(zhǎng)的兩路S光信號(hào)，半波片D將一路S光信號(hào)旋轉(zhuǎn)為P光后經(jīng)由另一個(gè)對(duì)稱放置的偏振分束器B合光后輸出。
同時(shí)該薄膜濾光片反射剩余波長(zhǎng)的兩路平行S光信號(hào)到另一個(gè)平行于薄膜濾光片放置的反射鏡E，并始終保持二者平行。這樣剩余波長(zhǎng)的S光信號(hào)經(jīng)過(guò)再次反射后就能到達(dá)垂直于反射光路放置的全反射鏡F。兩路S光信號(hào)經(jīng)過(guò)全反射鏡E和F的依次反射后按同樣的光路被薄膜濾光片反射，其中一路S光被半波片C旋轉(zhuǎn)為P光，兩路平行反射回的P光和S光被偏振分束器A合光后回到光環(huán)形器并經(jīng)由另一根光纖輸出，這樣就完成了一路波長(zhǎng)光信號(hào)的分離。需要濾出另一路波長(zhǎng)的光信號(hào)時(shí)，改變兩個(gè)平行放置的薄膜濾光片和反射鏡E的傾斜角度，即改變?yōu)V光片的入射光角度，就可以濾出另一路光信號(hào)。通過(guò)同步轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)平行放置的薄膜濾光片和反射鏡E，不斷改變?nèi)肷涔獾慕嵌染涂梢詫?shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波的過(guò)程。
由于偏振分束器A和B、半波片C和D的使用，使得薄膜濾光片調(diào)諧透射的是多路光信號(hào)中的S偏振光，這樣僅對(duì)一個(gè)偏振態(tài)的調(diào)諧不會(huì)產(chǎn)生偏振相關(guān)損耗以及偏振分離現(xiàn)象。而在輸入和輸出端，由于半波片又將一路S光旋轉(zhuǎn)回P光，所以對(duì)各個(gè)端口的光信號(hào)都無(wú)影響。值得一提的是半波片的引入在反射光路中會(huì)帶來(lái)一定的PMD(偏振色散)，但因?yàn)榘氩ㄆ暮穸群鼙?，小?.2mm，因此它所引起的PMD對(duì)通信信號(hào)的影響可以忽略不計(jì)。為了消除半波片所帶來(lái)的PMD，也可以在沒(méi)有半波片的兩條光路上放置兩塊與半波片厚度相似的玻璃片來(lái)補(bǔ)償PMD的影響。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。由步進(jìn)電機(jī)來(lái)調(diào)諧每一路波長(zhǎng)光信號(hào)的濾波過(guò)程，使用靈活。可根據(jù)實(shí)際需要選擇光信道數(shù)，實(shí)現(xiàn)DWDM系統(tǒng)中對(duì)整個(gè)C波段約40路光信號(hào)的調(diào)諧范圍。器件采用的是均勻的薄膜濾波器，成本低。目前多腔DWDM薄膜濾光片的技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，插入損耗低，因此整個(gè)器件的損耗也較低。
②光路傳輸簡(jiǎn)單，由于使用了全反射鏡使得濾波后的光信號(hào)能按照原路徑返回到輸入端，這樣就使得兩個(gè)偏振分束器能夠固定放置，不需要有移動(dòng)和追蹤光信號(hào)的過(guò)程，使得光路的穩(wěn)定性較高，降低了光路調(diào)試的難度，也使得工藝上更加容易實(shí)現(xiàn)。
③使用了和薄膜濾光片保持平行的全反射鏡代替了另一個(gè)平行的薄膜濾光片，降低了成本。由于反射光路仍能保證每次濾波時(shí)入射光和反射光兩次經(jīng)過(guò)同一個(gè)薄膜濾光片，所以兩次濾波后對(duì)單波長(zhǎng)的光信號(hào)濾除更為徹底，使得信道隔離度大大提高。
④對(duì)于多腔DWDM薄膜濾光片的膜系進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化，使之在入射光傾斜角度入射時(shí)，能有穩(wěn)定且符合DWDM濾光片所有要求的透射曲線，其偏振相關(guān)損耗PDL和插入損耗較低，適合較大范圍的動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
⑤由于使用了偏振分束器和半波片，使得薄膜濾光片只需對(duì)混合光信號(hào)的S偏振光進(jìn)行調(diào)諧，這樣就徹底消除了偏振相關(guān)損耗以及改進(jìn)膜系尚存的微小偏振光分離現(xiàn)象，使得調(diào)諧范圍大大增加并提高了器件的調(diào)諧性能。
⑥為了進(jìn)一步提高調(diào)諧精度，器件采用了1％～10％的Tap/PD分光探測(cè)器的反饋機(jī)制，通過(guò)該分光探測(cè)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)的反饋來(lái)精確控制步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)位移量，從而獲得更高的調(diào)諧精度。
總之，本發(fā)明性能價(jià)格比高，使用靈活，可能有著廣闊的應(yīng)用前景。
圖1—Bell Lab的三端口固定波長(zhǎng)濾波器。其中9—雙芯準(zhǔn)直器；10—薄膜濾光片；11—單芯準(zhǔn)直器。
圖2—日本SANTAC公司基于TFF技術(shù)的三端口可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。其中12—雙芯準(zhǔn)直器；13—契型非均勻薄膜濾光片；14—單芯準(zhǔn)直器；15—步進(jìn)電機(jī)。
圖3—美國(guó)AFOP公司基于TFF技術(shù)的三端口可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。其中16、17、18—單芯準(zhǔn)直器；19—薄膜濾光片；20—全反射鏡；21—旋轉(zhuǎn)軸。
圖4—招金光電子科技有限公司基于TFF技術(shù)的兩端口低偏振相關(guān)損耗的可調(diào)濾波器結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。其中22—雙芯光纖；23—透鏡；24、28—雙折射晶體；25、30—半波片；26、29—法拉第旋轉(zhuǎn)器；27—契角棱鏡；31—薄膜濾光片；32—全反射鏡。
圖5—光迅公司基于TFF技術(shù)的三端口可調(diào)諧濾波器的設(shè)計(jì)方案1。(已申請(qǐng)專利)其中33—光環(huán)形器；34、37—單芯準(zhǔn)直器；35、36—薄膜濾光片；38—全反射鏡。
圖6—光迅公司基于TFF技術(shù)的三端口可調(diào)諧濾波器的設(shè)計(jì)方案2。(已申請(qǐng)專利)其中39-雙芯準(zhǔn)直器；40、41—薄膜濾光片；42—單芯準(zhǔn)直器。
圖7—本發(fā)明三端口可調(diào)濾光單元實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1—光環(huán)形器；2—偏振分束器A；3—半波片C；4—薄膜濾光片；5—半波片D； 6—偏振分束器B；7—反射鏡E；8—反射鏡F。
圖8(1)—改進(jìn)膜系在入射角度4.3度時(shí)透射率曲線。透射曲線為S光、P光與平均光(重合)。
圖8(2)—改進(jìn)膜系在入射角度15度時(shí)透射率曲線。透射曲線由里向外依次為S光、平均光和P光。
圖8(3)—改進(jìn)膜系消偏振后在入射角度4.8度時(shí)透射率曲線。透射曲線為S光。
圖8(4)—改進(jìn)膜系消偏振后在入射角度15度時(shí)透射率曲線。透射曲線為S光。
圖8(5)—改進(jìn)膜系消偏振后在入射角度20度時(shí)透射率曲線。透射曲線為S光。
圖9—本發(fā)明三端口可調(diào)濾光單元實(shí)施例2(包括Tap/PD反饋控制機(jī)制)。其中1—光環(huán)形器；2—偏振分束器A；3—半波片C；4—薄膜濾光片；5—半波片D；6—偏振分束器B；7—反射鏡E；8—反射鏡F；43—Tap/PD分光探測(cè)器；44—DSP控制芯片；45—步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；46—步進(jìn)電機(jī)控制部分。
圖10—使用Tap/PD反饋機(jī)制與單純電機(jī)控制的指標(biāo)比較表。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1本發(fā)明的基于TFF技術(shù)的三端口可調(diào)諧濾波器有一組或多組可調(diào)諧濾光單元，其一組可調(diào)諧濾光單元實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖7所示，利用一個(gè)均勻厚度的多腔DWDM薄膜濾光片4，一對(duì)置于薄膜濾光片前后且在同一光路上的偏振分束器2、6，一對(duì)置于薄膜濾光片前后且在不同光路上的半波片3、5，兩個(gè)全反射鏡7、8，其中一個(gè)全反射鏡7始終保持與薄膜干涉濾光片4位置平行，另一個(gè)全反射鏡8保持垂直于光路，以及一個(gè)光環(huán)形器1構(gòu)成一組濾光單元。
1、本發(fā)明的工作原理是當(dāng)外部多路復(fù)用的光信號(hào)(如40路)經(jīng)由光環(huán)形器1到達(dá)偏振分束器2后，偏振分束器2將輸入光信號(hào)的偏振態(tài)分離成P光和S光后平行輸出，半波片3將P光旋轉(zhuǎn)為p-S光(p-S光即由半波片將P光旋轉(zhuǎn)成的S光)。調(diào)諧后的兩路S光信號(hào)到達(dá)傾斜于兩路平行S光信號(hào)放置的均勻厚度薄膜干涉濾光片4后，薄膜濾光片4濾出λi波長(zhǎng)的兩路S光信號(hào)，另一半波片5將一路S光信號(hào)旋轉(zhuǎn)為s-P光后經(jīng)由另一個(gè)對(duì)稱放置的偏振分束器6合光后輸出(s-P光即由半波片將S光旋轉(zhuǎn)成的P光)。
同時(shí)該薄膜濾光片反射剩余波長(zhǎng)的兩路平行S光信號(hào)到另一個(gè)平行于薄膜濾光片4放置的反射鏡7，并始終保持二者平行。這樣剩余波長(zhǎng)的S光信號(hào)經(jīng)過(guò)再次反射后就能到達(dá)一個(gè)垂直于反射光路放置的全反射鏡8。兩路S光信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)全反射鏡的依次反射后按同樣的光路被薄膜濾光片4反射，其中一路S光經(jīng)由半波片后旋轉(zhuǎn)為P光，兩路平行反射回的P光和S光被輸入端的偏振分束器7合光后回到輸入端光環(huán)形器1并經(jīng)由另一根光纖輸出，這樣就完成了一路波長(zhǎng)光信號(hào)的濾波過(guò)程。需要濾出另一路波長(zhǎng)的光信號(hào)時(shí)，改變兩個(gè)平行放置的薄膜濾光片和反射鏡的傾斜角度，即改變薄膜濾光片的入射光角度，這樣就可以濾出另一路光信號(hào)。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)平行放置的薄膜濾光片和反射鏡，不斷改變?nèi)肷涔獾慕嵌染涂梢詫?shí)現(xiàn)一個(gè)三端口可調(diào)諧濾波器的調(diào)諧濾波過(guò)程。
每一組濾光單元根據(jù)設(shè)計(jì)需要可以實(shí)現(xiàn)約40個(gè)信道左右的上下路選擇，可以實(shí)現(xiàn)在100G DWDM系統(tǒng)中整個(gè)C波段(1528nm～1561nm)的40路單波長(zhǎng)光信號(hào)的可調(diào)諧濾波過(guò)程。
2、濾光片設(shè)計(jì)和性能在我們上次有關(guān)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?00610019489)的設(shè)計(jì)中，使用的多腔DWDM濾光片，是按照能滿足具有一定的動(dòng)態(tài)傾斜入射角度調(diào)諧范圍的要求設(shè)計(jì)的。通過(guò)設(shè)計(jì)可以使用兩組濾光單元完成對(duì)整個(gè)C波段范圍的可調(diào)諧濾波。每組濾光片的可調(diào)諧波長(zhǎng)范圍應(yīng)為16或17nm，每組可以滿足20個(gè)信道(100GHz信道間隔)的調(diào)諧。每一組的動(dòng)態(tài)可調(diào)諧角度范圍為從4.8度～14.9度。在可調(diào)諧范圍內(nèi)，其透射曲線的通帶帶寬大于0.4nm，截止帶寬小于1.2nm，偏振相關(guān)損耗最大值小于0.03dB?？梢詽M足100GHz DWDM系統(tǒng)的需要。
經(jīng)過(guò)本發(fā)明的消偏振設(shè)計(jì)后，可調(diào)范圍能大大增加，可以達(dá)到33nm的調(diào)諧范圍，采用單濾光片就能滿足整個(gè)C波段約40個(gè)信道(100GHz信道間隔)的調(diào)諧。其可調(diào)諧波長(zhǎng)范圍是1561nm～1528nm。在起始入射角度為4.8度時(shí)，對(duì)應(yīng)中心波長(zhǎng)為1561nm；當(dāng)入射角度調(diào)諧到20度時(shí)，其中心波長(zhǎng)移到1528nm。仿真結(jié)果如圖8(5)所示。
3、器件的消偏設(shè)計(jì)對(duì)于改進(jìn)設(shè)計(jì)后的膜系，雖然調(diào)諧角度較大性能較穩(wěn)定且偏振相關(guān)損耗很低，但是由于P光和S光在傾斜入射時(shí)有著P光的透射率帶寬增大和S光透射率帶寬減小的特點(diǎn)。所以在角度較大時(shí)，透射率曲線仍存在著一定的偏振光分離現(xiàn)象，即兩個(gè)偏振光的透射率帶寬不一致，這對(duì)進(jìn)一步加大調(diào)諧范圍不利?？紤]到同原始帶寬相比S光的帶寬變化較小而P光的帶寬變化很大，故僅對(duì)S光進(jìn)行角度調(diào)諧可以獲得更大和更穩(wěn)定的調(diào)諧范圍。所以器件采用了偏振分束器將混合光信號(hào)中的S光和P光分離，再用半波片將P光旋轉(zhuǎn)為S光，薄膜濾光片僅對(duì)S光信號(hào)濾波調(diào)諧，可以大大增加調(diào)諧范圍和穩(wěn)定性。在各輸出端口再利用半波片和偏振分束器實(shí)現(xiàn)P光和S光的合光，實(shí)現(xiàn)了器件內(nèi)部消除偏振相關(guān)損耗以及偏振光分離的現(xiàn)象。
4、器件調(diào)諧精度的提高由于本器件是使用步進(jìn)電機(jī)對(duì)薄膜濾波器進(jìn)行角度調(diào)諧，因而步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)精度及重復(fù)性對(duì)于器件的控制精度十分重要。由于系統(tǒng)設(shè)備的對(duì)ITU-T規(guī)定的信道波長(zhǎng)準(zhǔn)確度的要求，如果采用步進(jìn)電機(jī)直接控制方法，步進(jìn)電機(jī)每一步可以實(shí)現(xiàn)的波長(zhǎng)控制精度至少要達(dá)到0.03nm，這對(duì)步進(jìn)電機(jī)本身以及機(jī)械旋轉(zhuǎn)部分的機(jī)械加工精度及重復(fù)性提出了很高的要求，也大大增加了器件的成本。另外高精度步進(jìn)電機(jī)的行程一般都較短。在本發(fā)明的實(shí)施例2中(參見(jiàn)圖9)，為了提高步進(jìn)電機(jī)的調(diào)諧精度，本系統(tǒng)提出了采用Tap/PD反饋機(jī)制。如圖9所示，實(shí)線箭頭是光路部分，虛線箭頭是電路部分。原理是在透射光后使用Tap/PD分光探測(cè)器43，分出1％～10％的光信號(hào)，通過(guò)DSP控制芯片44對(duì)濾波光進(jìn)行自動(dòng)尋峰，來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)45進(jìn)行反饋，可以使步進(jìn)電機(jī)45能自動(dòng)調(diào)整進(jìn)退步數(shù)，進(jìn)一步控制好步進(jìn)位移量，因此大大提高調(diào)諧精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并降低對(duì)步進(jìn)電機(jī)本身精度的要求以及成本。
如圖10的表所示，如果僅僅單純使用高精度步進(jìn)電機(jī)，其控制精度需要達(dá)到0.03nm，而且調(diào)諧范圍較短，這樣對(duì)整個(gè)C波段的調(diào)諧需要兩組這樣的濾光單元和高精度步進(jìn)電機(jī)，成本會(huì)大大增加。而使用了Tap/PD反饋機(jī)制后，精度要求可以降低到約0.2nm就夠了，當(dāng)步進(jìn)調(diào)諧的中心波長(zhǎng)偏離了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)中心波長(zhǎng)后，由于反饋機(jī)制能夠由控制核心單元調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)退步數(shù)，使之達(dá)到要求。這樣僅一組濾光單元和一般的步進(jìn)電機(jī)就能夠達(dá)到調(diào)節(jié)整個(gè)C波段全部信道的要求。
權(quán)利要求
1.基于TFF的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器，它有一組或多組可調(diào)諧濾光單元，其一組可調(diào)諧濾光單元，包括連接到多路光信號(hào)輸入端的光環(huán)形器，一個(gè)薄膜濾光片，一對(duì)置于薄膜濾光片前后且在同一光路上的偏振分束器A和B，其特征在于偏振分束器A將輸入信號(hào)光分離成P光和S光平行輸出，P光路中放置半波片C將P光旋轉(zhuǎn)為p-S光，兩路平行的S光到達(dá)薄膜濾光片，薄膜濾光片的法線傾斜于平行的兩路S光路放置，半波片D將S光旋轉(zhuǎn)為s-P光，偏振分束器B將調(diào)整后的P光和S光合成一般光信號(hào)后輸出；反射鏡E與薄膜濾光片平行放置，反射鏡E后放置反射鏡F，反射鏡F垂直于兩條平行光路。
2.如權(quán)利要求
1所述的基于TFF的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器，其特征在于在薄膜濾光片兩側(cè)沒(méi)有半波片的兩條光路上，分別放置一塊與半波片厚度相似的玻璃片。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的基于TFF的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器，其特征在于偏振分束器B后的光路中放置的Tap/PD分光探測(cè)器，與數(shù)字信號(hào)處理器DSP芯片和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器依次電連接，薄膜濾光片和反射鏡E固定安裝在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)件上。
專利摘要
基于TFF的三端口消偏振可調(diào)諧光濾波器，它有一組或多組可調(diào)諧濾光單元，其一組可調(diào)諧濾光單元，包括連接到多路光信號(hào)輸入端的光環(huán)形器，一個(gè)薄膜濾光片，一對(duì)置于薄膜濾光片前后且在同一光路上的偏振分束器A和B，其特征在于偏振分束器A將輸入信號(hào)光分離成P光和S光平行輸出，P光路中放置半波片C將P光旋轉(zhuǎn)為p－S光，兩路平行的S光到達(dá)薄膜濾光片，薄膜濾光片的法線傾斜于平行的兩路S光路放置，半波片D將S光旋轉(zhuǎn)為s－P光，偏振分束器B將調(diào)整后的P光和S光合成一般光信號(hào)后輸出；反射鏡E與薄膜濾光片平行放置，反射鏡E后放置反射鏡F，反射鏡F垂直于兩條平行光路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，能夠消除偏振相關(guān)損耗以及偏振光分離現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G02B6/27GK1996074SQ200610125495
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月18日
發(fā)明者劉 文, 俞侃, 常進(jìn), 劉水華, 關(guān)衛(wèi)林, 黃德修 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司, 武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan