專利名稱：一種可切換的低色散光梳狀濾波器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光梳狀濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磁光式可切換的偏振光干涉
型的低色散光梳狀濾波器及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的梳狀濾波器(Interleaver)是 一 種核心為高密波分復(fù)用(Dense WavelengthDivision Multiplexing, DWDM)系統(tǒng)的器件，可以把一組包含有很多波長的光 信號分成兩組，兩組光信號的信道間隔為原來的兩倍，其中一組包含奇數(shù)波長，另一組包含 偶數(shù)波長。 梳狀濾波器的存在使得利用相對成本低廉、更易加工制備的具有較寬松信道間隔 比如100GHz光器件的系統(tǒng)可以傳輸較密集信道比如50GHz間隔的光信號，從而有效提高傳 輸容量。 從現(xiàn)有的低密度波分復(fù)用系統(tǒng)(Coarse wavelength division multiplexing, CWDM)(比如100GHz)向DWDM系統(tǒng)(50GHz)升級是需要全面的設(shè)計考慮的，比如最重要的是 須考慮升級過程本身不能中斷原有業(yè)務(wù)。 為了方便波分復(fù)用系統(tǒng)的升級，中國專利申請CN200710129690. 0提到了 一種可
調(diào)節(jié)梳狀濾波器。該發(fā)明公開了在系統(tǒng)升級前，可調(diào)節(jié)梳狀濾波器的其中一個通道用來傳 輸波長漂移值較大的低密度的光信號，所以要求此通道能夠傳輸所有波長的光，對W匿系 統(tǒng)而言是透明的，即不對光波進(jìn)行任何處理；而在系統(tǒng)升級后，可調(diào)節(jié)梳狀濾波器的兩個通 道分別用來傳輸兩路低密度的光信號，合并后形成高密度W匿傳輸，其工作方式與傳統(tǒng)梳 狀濾波器相同。即要求可調(diào)節(jié)梳狀濾波器能夠在全通模式與梳狀濾波模式之間切換，且切 換過程中不影響未被切換的光信號。 但現(xiàn)有的梳狀濾波器無法實現(xiàn)工作模式的調(diào)節(jié)，因而也就無法實現(xiàn)W匿系統(tǒng)從低 密度系統(tǒng)向高密度系統(tǒng)的無中斷升級。 而且，提升系統(tǒng)傳輸容量的方式除開以上提到的從低密度系統(tǒng)向高密度系統(tǒng)升級 的技術(shù)之外，還可以通過提高系統(tǒng)的傳輸速率來實現(xiàn)。當(dāng)傳輸系統(tǒng)從目前的10Gbps向更高 速的40Gbps以至100Gbps升級時，系統(tǒng)對色散的容限將大幅度降低，從而要求系統(tǒng)中的光 器件以及模塊必須具有較低的色散，但現(xiàn)有的梳狀濾波器作為W匿系統(tǒng)中的核心器件無法 滿足此種低色散的需求

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可切換的低色散光梳狀濾波器及方法，其能夠在多種 模式下工作，還可以在多種工作模式之間自由切換。 為實現(xiàn)本發(fā)明目的而提供的一種可切換的低色散光梳狀濾波器，包括入射光準(zhǔn) 直器，兩個接收準(zhǔn)真器，還包括至少3個可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片，至少兩個半波片組，至少1 個半波片，以及至少2個偏振分束器，至少2個波長濾波片；
從所述入射光準(zhǔn)直器輸入的任意偏振態(tài)的光束，經(jīng)過所述偏振分束器將光束分成 兩束線偏振光； 通過對所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片施加電壓脈沖信號，改變其旋光方向，所述可 切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片利用不同的旋光方向來改變所述多束線偏振光的偏振態(tài)，實現(xiàn)多種工 作模式，并且在多種模式之間進(jìn)行自由切換； 所述波長濾波片將所述多束線偏振光進(jìn)行濾波，得到奇偶波長的偏振方向正交的 光束； 所述的半波片組和半波片對所述多束線偏振光進(jìn)行偏振方向的調(diào)整。 經(jīng)過所述偏振分束器合束為不同模式下的波形，輸出到所述接收準(zhǔn)直器。 較優(yōu)地，所述的光梳狀濾波器，還包括一直角棱鏡，實現(xiàn)雙程光路結(jié)構(gòu)設(shè)計。 較優(yōu)地，所述的光梳狀濾波器，還包括一個或者多個偏振模式色散補(bǔ)償器，補(bǔ)償由
不同偏振方向的光束在光路中因光程不同而導(dǎo)致的偏振模式色散。 為實現(xiàn)本發(fā)明目的還提供一種可切換的低色散光梳狀濾波方法，包括 從入射光準(zhǔn)直器輸入的任意偏振態(tài)的光束，經(jīng)過偏振分束器將光束分成兩束線偏
振光的步驟； 通過對可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片施加電壓脈沖信號，改變其旋光方向，所述可切換 的法拉第旋轉(zhuǎn)片利用不同的旋光方向來改變所述多束線偏振光的偏振態(tài)，實現(xiàn)多種工作模 式，并且在多種模式之間進(jìn)行自由切換的步驟； 波長濾波片將所述多束線偏振光進(jìn)行濾波，得到奇偶波長的偏振方向正交的光束 的步驟； 經(jīng)過偏振分束器合束為不同模式下的波形，輸出到接收準(zhǔn)直器的步驟。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的可切換的低色散光梳狀濾波器及方法，以偏振光干
涉原理為基礎(chǔ)，結(jié)合可切換型法拉第旋轉(zhuǎn)片，通過在濾波器中插入3片或者3片以上的可切
換型法拉第旋轉(zhuǎn)片，通過改變法拉第旋轉(zhuǎn)片的旋光方向，從而改變光路中光束的偏振方向，
使光信號在不同通道之間進(jìn)行切換，從而實現(xiàn)磁光式可切換光梳狀濾波功能，該濾波器可
以在多種模式下工作，還可以在多種工作模式之間自由切換，其通過在光路中設(shè)計了色散
補(bǔ)償機(jī)制，實現(xiàn)濾波器的低色散以滿足高速光網(wǎng)絡(luò)的傳輸容限要求。


圖1是本發(fā)明實施例的可切換的光梳狀濾波器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2a-2d是本發(fā)明實施例各種工作模式下，光在磁光式可切換梳狀濾波器的不同 位置的偏振狀態(tài)示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例中偏振雙折射晶體型的波長濾波片的示意圖；
圖4是本發(fā)明實施例中馬赫_澤德光學(xué)干涉結(jié)構(gòu)的波長濾波片的示意圖；
圖5是本發(fā)明實施例中基于偏振分束晶體的馬赫-澤德光學(xué)干涉結(jié)構(gòu)的波長濾波 片的示意圖； 圖6是本發(fā)明實施例中，在正常的梳狀濾波模式下，本發(fā)明實施例光梳狀濾波器 的插損(IL)和色散(CD)的計算波形； 圖7是本發(fā)明實施例中，在偶通道全通模式下，本發(fā)明實施例光梳狀濾波器的IL
5和CD的計算波形；
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明的一種可切換的光梳狀濾波器及方法進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述 的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。 如圖1、2a-2d所示，作為一種可實施方式，本發(fā)明實施例的一種可切換的光梳狀 濾波器，包括入射光準(zhǔn)直器112，兩個接收準(zhǔn)直器111、113，還包括至少3個可切換的法拉第 旋轉(zhuǎn)片151、152、153，至少兩個半波片組140、170，至少l個半波片180，以及至少2個偏振 分束器121、122，至少2個波長濾波片161、 162。 從入射光準(zhǔn)直器112輸入的任意偏振態(tài)的光束，經(jīng)過偏振分束器121將光束分成 兩束線偏振光； 通過對所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、152、153施加電壓脈沖信號，改變其旋光 方向，所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、152、153利用不同的旋光方向來改變所述多束線偏 振光的偏振態(tài)，實現(xiàn)多種模式下的光梳狀濾波，并且在多種模式之間進(jìn)行自由切換；
半波片組140、 170和半波片180對所述多束線偏振光進(jìn)行偏振方向的調(diào)整；
所述波長濾波片161U62將所述多束線偏振光進(jìn)行濾波，得到奇偶波長的偏振方 向正交的光束；最后再經(jīng)過偏振分束器合束為不同模式下的波形。 本發(fā)明實施例中的可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、152、153，通過對其施加電壓脈沖 信號，改變其旋光方向，本發(fā)明實施例中用它來改變光路中的光束的偏振態(tài)，實現(xiàn)梳狀濾波 模式與全通模式之間的相互切換以及奇偶通道光信號的切換。 對可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、152、153施加電壓脈沖信號，改變其旋光方向，是 一種現(xiàn)有技術(shù)，因此，在本發(fā)明實施例中不再一一詳細(xì)描述。 作為一種可實施的方式，本發(fā)明實施例中的可切換法拉第旋轉(zhuǎn)片151U52、153，其
可以是一種可控磁光元件，其中包括一個法拉第旋轉(zhuǎn)片晶體、半硬磁性材料和一個電磁鐵
線圈，通過給線圈提供一個脈沖電壓之后使法拉第旋轉(zhuǎn)片晶體達(dá)到飽和，而再給線圈提供
一個相反方向的脈沖電壓之后又使法拉第旋轉(zhuǎn)片晶體達(dá)到飽和，但其磁場方向相反，法拉
第旋轉(zhuǎn)片晶體的旋光方向也相反；而且在外脈沖電壓撤除之后，被激活的半硬磁性材料可
以繼續(xù)維持對法拉第旋轉(zhuǎn)片晶體的磁激勵從而使其保持工作在飽和狀態(tài)。 本發(fā)明實施例的光梳狀濾波器，在光路中加入偏振分束器121、 122，使光通過偏振
分束器121、122后能夠在空間位置上互換，其通過利用可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、152、
153來改變光的偏振態(tài)，再利用偏振分束器121U22來改變光的傳播方向，從而實現(xiàn)光信號
在不同輸出端之間的切換。 本發(fā)明實施例中的波長濾波片161、162，光束進(jìn)入波長濾波片161、162之后會分 解成兩個偏振方向正交的偏振分量，其偏振方向分別與波長濾波片的光軸平行或垂直，兩 個偏振光分量之間存在光程差，兩個光分量進(jìn)入偏振分束器后122后會發(fā)生偏振光干涉， 在偏振分束器的兩個輸出端分別得到干涉相長或者干涉相消波形，從而實現(xiàn)光梳狀濾波器 的功能。 作為一種可實施方式，所述波長濾波片161、162，可以是偏振雙折射晶體，即其光軸設(shè)計為與入射光垂直，如此入射光分解得到的兩個正交偏振分量并保持同軸傳輸，但由 于晶體雙折射的存在，使得兩個偏振分量之間產(chǎn)生光程差，如圖3所示； 作為另一種可實施方式，所述波長濾波片161、162，也可以是一種馬赫-澤德光學(xué) 干涉結(jié)構(gòu)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)包括兩個偏振分束棱鏡(polarizing beam splitter,PBS)和一塊玻 璃A，光束進(jìn)入第一個偏振分束棱鏡之后根據(jù)偏振方向分解成S光和P光，再由第二個偏振 分束棱鏡合成一束光，S光和P光在合束之前，P光經(jīng)過玻璃A，這樣S光和P光會產(chǎn)生光程 差，如圖4所示； 作為更一種可實施方式，所述波長濾波片161、162，還可以是另一種基于偏振分束 晶體的馬赫_澤德光學(xué)干涉結(jié)構(gòu)，即入射光經(jīng)過第一個偏振分束晶體后分解為兩個正交偏 振分量，且兩分量之間在空間上分開，其后對稱放置的另一偏振分束晶體將兩分量合并為 一束輸出。由于兩分量在空間行程的差異和晶體雙折射和晶體雙折射從而產(chǎn)生光程差，如 圖5所示。 應(yīng)當(dāng)說明的是，作為另一種可實施方式，本發(fā)明的光梳狀濾波器，根據(jù)光梳狀濾波 器的光路和工作模式以及切換的要求，該法拉第旋轉(zhuǎn)片可以在3片以上，同樣相應(yīng)地，該光 梳狀濾波器的其他部件，包括偏振分束器，波長濾波片等部件可以在2片(組、個)以上，而 半波片也可以在1個以上，這些部件沿著光路相應(yīng)設(shè)置，完成光信號多種模式下工作，并可 以自由切換。 進(jìn)一步地，作為一種可實施方式，本發(fā)明實施例的光梳狀濾波器，還包括一直角 棱鏡190，通過直角棱鏡190，實現(xiàn)雙程光路結(jié)構(gòu)設(shè)計，使光束兩次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片151、 152、153，波長濾波片161、162，偏振分束器121、 122等光學(xué)元件，通過直角棱鏡190實現(xiàn)雙 程光路結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠使梳狀濾波曲線的波形更好，隔離度更深。 更進(jìn)一步地，作為一種可實施方式，本發(fā)明實施例的光梳狀濾波器，為改善本發(fā)明
的偏振模式色散(Polarization-Mode Dispersion，PMD)，可以在光路中加入一個或者多個
偏振模式色散補(bǔ)償器130，偏振模式色散補(bǔ)償器130的作用是補(bǔ)償由不同偏振方向的光束
在光梳狀濾波器光路中因光程不同而導(dǎo)致的偏振模式色散。 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種可切換的光梳狀濾波方法，包括下列步驟 步驟S100，從入射光準(zhǔn)直器112輸入的任意偏振態(tài)的光束，經(jīng)過偏振分束器121將
光束分成兩束線偏振光； 步驟S200，通過對可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、 152、 153施加電壓脈沖信號，改變 其旋光方向，可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、152、153利用不同的旋光方向來改變所述多束線 偏振光的偏振態(tài)，實現(xiàn)多種模式下的光梳狀濾波，并且在多種模式之間進(jìn)行自由切換；
步驟S300，波長濾波片161U62將所述多束線偏振光進(jìn)行濾波，得到奇偶波長的 偏振方向正交的光束； 步驟S400，經(jīng)過偏振分束器122合束為不同模式下的波形，輸出到接收準(zhǔn)直器 111、113。 進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例的光梳狀濾波方法，還包括利用半波片組140、 170和半 波片180對所述多束線偏振光進(jìn)行偏振方向的調(diào)整的步驟。 更進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例的光梳狀濾波方法，還包括利用直角棱鏡190實現(xiàn)雙 程光路結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟。
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更進(jìn)一步地，本發(fā)明實施例的光梳狀濾波方法，還包括利用一個或者多個偏振模 式色散補(bǔ)償器130補(bǔ)償由不同偏振方向的光束在光路中因光程不同而導(dǎo)致的偏振模式色 散的步驟。 本發(fā)明實施例的可切換的光梳狀濾波器及方法，相比于現(xiàn)有的光梳狀濾波器，可 以實現(xiàn)更多的功能。本發(fā)明實施例的光梳狀濾波器及方法，可以在四種模式下工作一、正 常的梳狀濾波模式；二、奇偶通道互換的梳狀濾波模式(正常的光梳狀濾波器中的奇偶波 長的光信號輸出端口互換)；三、奇通道全通輸出模式(所有波長的光信號都從奇通道輸 出，偶通道無光信號輸出)；四、偶通道全通輸出模式(所有波長的光信號都從偶通道輸出， 奇通道無光信號輸出)。在本發(fā)明實施例中，可以將前兩種模式統(tǒng)稱為梳狀濾波模式，后兩 種模式統(tǒng)稱全通模式。本發(fā)明實施例的可切換的光梳狀濾波器及方法，在這四種工作模式 之間相互切換，并且在由梳狀濾波模式與全通模式之間相互切換時不影響未被切換的光信 號。 下面以四個實施例，如圖1和圖2a-2d所示，分別說明本發(fā)明實施例的一種可切換 的光梳狀濾波器及方法在四種工作模式下的工作過程。 作為一種可實施方式，在四個實施例中，本發(fā)明實施例的可切換的光梳狀濾波器， 沿著光路方向包括入射光準(zhǔn)直器112，兩個接收準(zhǔn)直器111U13 ;偏振分束器121，偏振模 式色散(PMD)補(bǔ)償器130，半波片組140，可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151，波長濾波片161，可切 換的法拉第旋轉(zhuǎn)片152，半波片組170，波長濾波片162，半波片180，可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片 153，偏振分束器122，直角棱鏡190。在四個實施例中，都是以包括這些部件的這種可切換 的光梳狀濾波器而進(jìn)行說明，但是，應(yīng)當(dāng)說明的是，這四個實施例中的光梳狀濾波器及方法 是對本發(fā)明較佳實施方式的描述，而不是對本發(fā)明請求保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明請求保護(hù) 的范圍，應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書所請求保護(hù)的范圍為準(zhǔn)。 如圖1和圖2a-2d所示，為了方便說明，建立如圖1中所示的坐標(biāo)系，Z軸沿著出 射光的傳播方向，X軸沿著與Z軸垂直的水平方向，Y軸沿著豎直方向，還在圖1中用A、
B......K來表示光梳狀濾波器的不同區(qū)域，相對應(yīng)的區(qū)域均為光學(xué)元件之間的空白區(qū)域；
圖2a-2d中所示的光的偏振態(tài)為逆著Z軸方向看的，本發(fā)明實施例在描述光的偏振態(tài)和偏
振器時全部都是逆著Z軸方向看的，在圖2a-2d中畫出了所有光束在A、B......K等不同位
置的偏振狀態(tài)，圖2a、圖2b、圖2c、圖2d分別對應(yīng)四種工作模式，如下分別介紹不同工作模 式的具體工作方式 實施例一 正常的梳狀濾波模式 如圖1和圖2a所示，從單光纖準(zhǔn)直器112輸入的任意偏振態(tài)的光束11在A區(qū)域 通過偏振分束器121后到達(dá)B區(qū)域，分成為兩束偏振方向垂直的線偏振光12和13 ;
其中光束12再通過一個PMD補(bǔ)償器130補(bǔ)償，偏振態(tài)不變，PMD補(bǔ)償器130的作 用是補(bǔ)償由子光束12和13在光梳狀濾波器光路中光程不同而導(dǎo)致的PMD ;
然后光束12和13 —起進(jìn)入半波片組140，相應(yīng)的兩束光分別經(jīng)過半波片143和 144之后光束的偏振方向發(fā)生變化，到達(dá)C區(qū)域，在C區(qū)域光束12和13的偏振方向均為 67. 5° (本發(fā)明實施例中定義光束的偏振方向、晶體光軸和半波片的光軸的角度為其相對 X軸的夾角，同樣的順時針方向為負(fù)，逆時針方向為正)。經(jīng)過半波片后，光束偏振態(tài)關(guān)于半 波片的光軸對稱變化，在這里半波片143和144的光軸相差45° 。；
光束12和13再經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片151旋光后到達(dá)D區(qū)域，此時施加電壓脈沖信 號使法拉第旋轉(zhuǎn)片151的旋光方向為-22. 5° (本發(fā)明實施例中定義順時針方向為負(fù)，逆時 針方向為正)，在D區(qū)域旋光后的光束12和13的偏振方向均為45° ;
光束12和13再經(jīng)過光軸方向沿Y軸的波長濾波片161到達(dá)E區(qū)域，波長濾波片 161相對偶波長光(A2、 A4、 A6...)來說可看作全波片，經(jīng)過之后偏振態(tài)不變，而相對奇 波長光(A 1、 A 3、 A 5...)來說可看作半波片，經(jīng)過之后偏振態(tài)會發(fā)生變化(圖2a中入1 為奇波長光的偏振方向，入2為偶波長光的偏振方向，依此類推)，經(jīng)過波長濾波片161后， 在E區(qū)域，光束12和13中包含的奇偶波長的光的偏振相互垂直； 光束12和13再經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片152旋光后到達(dá)F區(qū)域，此時施加電壓脈沖信 號使法拉第旋轉(zhuǎn)片152的旋光方向為22. 5° ; 光束12和13再經(jīng)過半波片組170中的半波片171之后偏振方向發(fā)生變化，到達(dá)G 區(qū)域后，奇波長光的偏振方向為90.5。，而偶波長光的偏振方向接近于0.5。，與波長濾波 片162的光軸(快軸或慢軸)相差S ( S < 5° )，即為了兼顧梳狀濾波模式和全通模式的 性能，需將S控制在5°以內(nèi)(現(xiàn)有的光梳狀濾波器中S為5 15° );
光束12和13再經(jīng)過波長濾波片162到達(dá)H區(qū)域，波長濾波片162的光程差為波 長濾波片161的兩倍，對于奇偶波長的光均為全波片，偏振方向均不變，其作用是引入一個 二階相位微擾，能夠得到二階高斯波形； 光束12和13再經(jīng)過半波片180和旋光方向為-45°的法拉第旋轉(zhuǎn)片153旋光后 (通過施加電壓脈沖信號實現(xiàn))到達(dá)J區(qū)域，奇波長光的偏振方向接近于IO。，而偶波長光 的偏振方向接近于100° ，這樣光的偏振方向為與偏振分束器122的光軸方向相差約5 15° ，就能夠得到較好的梳狀濾波波形； 光束12和13再經(jīng)過偏振分束器122之后到達(dá)K區(qū)域，光束分為14、 15、 16、 17共
四個子光束，奇波長光的偏振方向與偏振分束器122的光軸方向很接近，所以光束14和16
主要為奇波長光的信號，相應(yīng)的光束15和17主要為偶波長光的信號； 光束14、 15、 16、 17再經(jīng)過直角棱鏡190反射之后再次經(jīng)過偏振分束器122到達(dá)J
區(qū)域，光束14、 15、 16、 17按照光束在偏振分束器122中的傳播方向標(biāo)記為光束18、19、20、
21，光束18和19為偶波長光的信號，而光束20、21為奇波長光的信號； 光束18、19、20、21再經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片153和半波片180到達(dá)H區(qū)域，奇波長的光
束20和21的偏振方向接近于O。，與之前光束14和16在此區(qū)域的偏振方向相差約90° ，
偶波長的光束與之類似； 光束18、19、20、21再經(jīng)過波長濾波片162到達(dá)G區(qū)域，奇偶波長光的偏振態(tài)仍保 持不變；光束20、21和光束18、 19分別經(jīng)過半波片組170中的半波片171和半波片173，之 后再經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片152到達(dá)E區(qū)域，其偏振方向分別為-45°和45° ;
光束18、19、20、21再經(jīng)過波長濾波片161后到達(dá)D區(qū)域，奇波長對應(yīng)的光束20、21 的偏振方向變?yōu)?5。，而偶波長光束的偏振態(tài)不變； 光束18、19、20、21經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片151，之后再分別經(jīng)過半波片組140中的半波 片141、 142、 145、 146到達(dá)B區(qū)域，光束18和20的偏振方向為0° ，而光束19和21的偏振 方向為90° ; 最終光束18、 19、20、21再經(jīng)過偏振分束器121合束成為光束22和23，奇偶波長的
9光分別進(jìn)入接收準(zhǔn)直器111和113，完成傳統(tǒng)的梳狀濾波模式的工作。 較佳地，本發(fā)明實施例的提供色散補(bǔ)償，通過直角棱鏡190反射實現(xiàn)雙程光路設(shè)計，光束兩次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片153之后偏振方向旋轉(zhuǎn)90° ，這樣光束兩次經(jīng)過波長濾波片161和162時的偏振態(tài)為相互垂直的，這樣光束兩次產(chǎn)生的色散正好相反，從而實現(xiàn)了色散補(bǔ)償。 實施例二 奇偶通道切換的梳狀濾波模式 在本實施例中，與實施例一正常的梳狀濾波模式的區(qū)別在于，本實施例二的奇偶通道切換的梳狀濾波模式通過施加電壓脈沖信號將法拉第旋轉(zhuǎn)片153的旋光方向由-45°切換為45° 。 其偏振狀態(tài)如圖2b所示，從入射準(zhǔn)直器112出射的光依次經(jīng)過偏振分束器121 、偏振模式色散補(bǔ)償器130、半波片組140、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、波長濾波片161、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片152、半波片組170、波長濾波片162、半波片180到達(dá)I區(qū)域；
由于施加電壓脈沖信號后法拉第旋轉(zhuǎn)片153的旋光方向被切換為45° ，這樣光束12和13經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片153到達(dá)J區(qū)域后，奇波長光的偏振方向接近于100° ，而偶波長光的偏振方向接近于10° ，奇偶波長波的偏振方向正好與正常的梳狀濾波模式時的偏振方向垂直；于是光束12和13進(jìn)入偏振分束器122分成光束14、15、16、17之后，光束14和16主要為偶波長光的信號，而光束15和17主要為奇波長光的信號，正好與正常的梳狀濾波模式相反； 光束14、 15、 16、 17經(jīng)過直角棱鏡190反射之后再次經(jīng)過偏振分束器122到達(dá)J區(qū)域，光束14、15、16、17按照光束在偏振分束器122中的傳播方向標(biāo)記為光束18、19、20、21，光束18和19為奇波長光的信號，而光束20、21為偶波長光的信號； 光束18、19、20、21再依次經(jīng)過半波片180、波長濾波片162、半波片組170、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片152、波長濾波片161、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、半波片組140、偏振模式色散補(bǔ)償器130、偏振分束器121，之后奇偶波長的光分別進(jìn)入接收準(zhǔn)直器113和lll，從而實現(xiàn)了奇偶通道切換的梳狀濾波模式的工作。
實施例三奇通道全通輸出模式 在本實施例中，與實施例一正常的梳狀濾波模式的區(qū)別在于，本實施例三的奇通道全通輸出模式通過施加電壓脈沖信號將法拉第旋轉(zhuǎn)片151的旋光方向由-22. 5°切換為22. 5° ，將法拉第旋轉(zhuǎn)片152的旋光方向由22. 5°切換為-22. 5° ，將法拉第旋轉(zhuǎn)片153的旋光方向由-45°切換為45° 。 其偏振狀態(tài)如圖2c所示，與實施例一的正常的梳狀濾波模式一樣，從入射準(zhǔn)直器112出射的光依次經(jīng)過偏振分束器121、偏振模式色散補(bǔ)償器130、半波片組140、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151分成光束12和13進(jìn)入D區(qū)域，由于施加電壓脈沖信號法拉第旋轉(zhuǎn)片151的旋光方向被切換為22. 5° ，這樣光束12和13在D區(qū)域的偏振方向為90° ;
光束12和13經(jīng)過波長濾波片161到達(dá)E區(qū)域，由于波長濾波片161的光軸方向與光束12和13的偏振方向相同，所以光束12和13所有波長光的偏振方向保持不變；
光束12和13再經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片152和半波片組170中的半波片171到達(dá)G區(qū)域，由于施加電壓脈沖信號法拉第旋轉(zhuǎn)片152的旋光方向為-22. 5° ，這樣光束12和13的偏振方向很接近O。；
光束12和13再經(jīng)過波長濾波片162到達(dá)H區(qū)域，波長濾波片162光軸方向與光
束12和13的偏振方向很接近，于是光束12和13所有波長光的偏振方向仍保持不變； 光束12和13再經(jīng)過半波片180和旋光方向為45°的法拉第旋轉(zhuǎn)片153 (通過施
加電壓脈沖信號實現(xiàn))到達(dá)J區(qū)域，所有波長光的偏振方向變?yōu)榻咏?0° ; 由于光束12和13的偏振方向與很接近0。，光束12和13進(jìn)入偏振分束器122之
后主要能量為光束14和16，光束15和17的能量很小，可以忽略不計； 光束14和16再經(jīng)過直角棱鏡190反射之后再次經(jīng)過偏振分束器122到達(dá)J區(qū)域，
光束14和16沿著圖1中20、21所示的方向傳播(光束重新標(biāo)記為20、21);光束20和21
再次經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片153和半波片180到達(dá)H區(qū)域，光的偏振方向變?yōu)榻咏?(T ;光束
20和21再次波長濾波片162到達(dá)G區(qū)域，光的偏振方向保持不變； 光束20和21再經(jīng)過半波片組170中的半波片171和法拉第旋轉(zhuǎn)片152到達(dá)E區(qū)域，光的偏振方向變化為0° ;光束20和21再次波長濾波片161到達(dá)D區(qū)域，光的偏振方向保持不變；光束20和21經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片151，之后再分別經(jīng)過半波片組140中的半波片141、142到達(dá)B區(qū)域，光束20和21的偏振方向分別為O。和90° ;這樣光束20和21經(jīng)過偏振分束器121合束成為光束23之后進(jìn)入接收準(zhǔn)直器lll，完成奇通道全通輸出模式的工作。 實施例四偶通道全通輸出模式 在本實施例中，與實施例三奇通道全通輸出模式的區(qū)別在于，本實施例四的偶通道全通輸出模式通過施加電壓脈沖信號將法拉第旋轉(zhuǎn)片153的旋光方向由45°切換為-45° 。 其偏振狀態(tài)如圖2d在所示，與實施例三奇通道全通輸出模式一樣，從入射準(zhǔn)直器112出射的光依次經(jīng)過偏振分束器121、偏振模式色散補(bǔ)償器130、半波片組140、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、波長濾波片161、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片152、半波片組170、波長濾波片162、半波片180到達(dá)I區(qū)域; 由于施加電壓脈沖信號法拉第旋轉(zhuǎn)片153的旋光方向被切換為45° ，這樣光束12和13經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)片153到達(dá)J區(qū)域后，所有波長光的偏振方向變?yōu)榻咏?00° ;光束12和13進(jìn)入偏振分束器122之后主要能量為光束15和17，光束14和16的能量很小，可以忽略不計； 光束15和17再依次經(jīng)過直角棱鏡190、半波片180、波長濾波片162、半波片組170、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片152、波長濾波片161、可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片151、半波片組140 、偏振模式色散補(bǔ)償器130 、偏振分束器121，合束成為光束22之后進(jìn)入接收準(zhǔn)直器113，完成偶通道全通輸出模式的工作。 圖6為正常的梳狀濾波模式下，本發(fā)明實施例的光梳狀濾波器的插損(InsertionLoss, IL)和色散(Chromatic Dispersion, CD)的計算波形。曲線601和602分別為奇偶通道的IL波形，相應(yīng)的縱坐標(biāo)為左邊的坐標(biāo)軸；曲線603和604分別為奇偶通道的CD波形，相應(yīng)的縱坐標(biāo)為右邊的坐標(biāo)軸(圖4中坐標(biāo)軸的定義與之相同)。從圖6中可以看出，奇偶通道IL曲線都是很好的梳狀濾波曲線，在透射帶曲線很平坦，隔離帶很深也很寬。在透射帶內(nèi)，光梳狀濾波器的色散值很小，其絕對值最大值只有l(wèi)ps/nm(傳統(tǒng)的光梳狀濾波器產(chǎn)品的色散值為75ps/nm)，表明該光梳狀濾波器的色散是很小的。相應(yīng)的，奇偶通道切換的梳狀濾波模式下，光梳狀濾波器的性能也很好，將奇偶通道的計算波形位置互換就可以得到相應(yīng)的IL和CD的計算波形。 圖7為偶通道全通模式下，本發(fā)明實施例的光梳狀濾波器的IL和CD的計算波形。曲線701和702分別為奇偶通道的IL波形，曲線703為偶通道的CD波形。從圖7中可以看出，偶通道IL曲線約為一條直線，且其值很接近O，說明所有波長的IL指標(biāo)都很好；而所有波長的奇通道IL都很大，其值約為_30(18，可以認(rèn)為完全沒有光信號。偶通道的CD曲線
也很接近o，說明在此工作模式下色散補(bǔ)償也是很好的。同樣的，奇通道全通模式下，光梳狀
濾波器的性能也一樣，只要將奇偶通道的波形互換一下就可以了。 本發(fā)明的可切換的光梳狀濾波器及方法，以偏振光干涉原理為基礎(chǔ)，結(jié)合可切換型法拉第旋轉(zhuǎn)片，通過在濾波器中插入3片或者3片以上的可切換型法拉第旋轉(zhuǎn)片，通過改變法拉第旋轉(zhuǎn)片的旋光方向，從而改變光路中光束的偏振方向，使光信號在不同通道之間進(jìn)行切換，從而實現(xiàn)磁光式可切換光梳狀濾波功能，該濾波器可以在多種模式下工作，還可以在多種工作模式之間自由切換。進(jìn)一步地，其通過在其光路中設(shè)計了色散補(bǔ)償機(jī)制，實現(xiàn)濾波器的低色散。 最后應(yīng)當(dāng)說明的是，很顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型。
權(quán)利要求
一種可切換的低色散光梳狀濾波器，包括入射光準(zhǔn)直器(112)，兩個接收準(zhǔn)真器(111、113)，其特征在于，還包括至少3個可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片(151、152、153)，以及至少2個偏振分束器(121、122)，至少2個波長濾波片(161、162)；從所述入射光準(zhǔn)直器(112)輸入的任意偏振態(tài)的光束，經(jīng)過所述偏振分束器(121)將光束分成兩束線偏振光；通過對所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片(151、152、153)施加電壓脈沖信號，改變其旋光方向，所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片(151、152、153)利用不同的旋光方向來改變所述多束線偏振光的偏振態(tài)，實現(xiàn)多種工作模式，并且在多種模式之間進(jìn)行自由切換；所述波長濾波片(161、162)將所述多束線偏振光進(jìn)行濾波，得到奇偶波長的偏振方向正交的光束；經(jīng)過所述偏振分束器(122)合束為不同模式下的波形，輸出到所述接收準(zhǔn)直器(111、113)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光梳狀濾波器，其特征在于，還包括至少兩個半波片組(140、 170)，至少1個半波片(180)，對所述多束線偏振光進(jìn)行偏振方向的調(diào)整。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光梳狀濾波器，其特征在于，還包括一直角棱鏡(190)， 實現(xiàn)雙程光路結(jié)構(gòu)設(shè)計。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光梳狀濾波器，其特征在于，還包括一個或者多個偏振模式 色散補(bǔ)償器(130)，補(bǔ)償由不同偏振方向的光束在光路中因光程不同而導(dǎo)致的偏振模式色 散。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述波長濾波片(161U62) 是偏振雙折射晶體，即其光軸設(shè)計為與入射光垂直，如此入射光分解得到的兩個正交偏振 分量并保持同軸傳輸，但由于晶體雙折射的存在，使得兩個偏振分量之間產(chǎn)生光程差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述波長濾波片(161U62) 是一種馬赫_澤德光學(xué)干涉結(jié)構(gòu)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)包括兩個偏振分束棱鏡和一塊玻璃A，光束進(jìn) 入第一個偏振分束棱鏡之后根據(jù)偏振方向分解成S光和P光，再由第二個偏振分束棱鏡合 成一束光，S光和P光在合束之前，P光經(jīng)過玻璃A，這樣S光和P光會產(chǎn)生光程差。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述波長濾波片(161U62) 是一種基于偏振分束晶體的馬赫_澤德光學(xué)干涉結(jié)構(gòu)，即入射光經(jīng)過第一個偏振分束晶體 后分解為兩個正交偏振分量，且兩分量之間在空間上分開，其后對稱放置的另一偏振分束 晶體將兩分量合并為一束輸出，由于兩分量在空間行程的差異和晶體雙折射從而產(chǎn)生光程 差。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述多種工作模式，包括正 常的梳狀濾波模式；奇偶通道互換的梳狀濾波模式；奇通道全通輸出模式；偶通道全通輸 出模式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述光梳狀濾波器，沿著光路 方向依次設(shè)置所述入射光準(zhǔn)直器(112)，兩個所述接收準(zhǔn)直器(111U13);所述偏振分束器 (121)，所述偏振模式色散補(bǔ)償器(130)，所述半波片組(140)，所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片 (151)，所述波長濾波片(161)，所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片(152)，所述半波片組(170)，所 述波長濾波片(162)，所述半波片(180)，所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片(153)，所述偏振分束器(122)，所述直角棱鏡(190)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述光梳狀濾波器在正常的梳狀濾波模式下工作時，所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(151)的旋光方向為-22.5° ;所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(152)的旋光方向為22.5。；所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(153)旋光方向為-45° 。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述光梳狀濾波器在奇偶通道切換的梳狀濾波模式下工作時，所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(151)的旋光方向為-22.5° ;所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(152)的旋光方向為22.5。；所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(153)旋光方向為45。。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述光梳狀濾波器在奇通道全通輸出模式下工作時，所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(151)的旋光方向為22.5。；所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(152)的旋光方向為-22. 5° ;所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(153)的旋光方向為45° 。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光梳狀濾波器，其特征在于，所述光梳狀濾波器在偶通道全通輸出模式下工作時，所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(151)的旋光方向為22.5。；所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(152)的旋光方向為-22. 5° ;所述法拉第旋轉(zhuǎn)片(153)的旋光方向為-45° 。
14. 一種可切換的低色散光梳狀濾波方法，其特征在于，包括從入射光準(zhǔn)直器(112)輸入的任意偏振態(tài)的光束，經(jīng)過偏振分束器(121)將光束分成兩束線偏振光的步驟；通過對可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片(151、152、153)施加電壓脈沖信號，改變其旋光方向，所述可切換的法拉第旋轉(zhuǎn)片(151、152、153)利用不同的旋光方向來改變所述多束線偏振光的偏振態(tài)，實現(xiàn)多種工作模式，并且在多種模式之間進(jìn)行自由切換的步驟；波長濾波片(161U62)將所述多束線偏振光進(jìn)行濾波，得到奇偶波長的偏振方向正交的光束的步驟；經(jīng)過偏振分束器(122)合束為不同模式下的波形，輸出到接收準(zhǔn)直器(111U13)的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光梳狀濾波方法，其特征在于，還包括利用半波片組(140U70)和半波片(180)對所述多束線偏振光進(jìn)行偏振方向的調(diào)整的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的光梳狀濾波方法，其特征在于，還包括利用直角棱鏡(190)實現(xiàn)雙程光路結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光梳狀濾波方法，其特征在于，還包括利用一個或者多個偏振模式色散補(bǔ)償器(130)補(bǔ)償由不同偏振方向的光束在光路中因光程不同而導(dǎo)致的偏振模式色散的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光梳狀濾波方法，其特征在于，還包括光束兩次經(jīng)過波長濾波片(161U62)時的偏振態(tài)為正交，從而實現(xiàn)了色散補(bǔ)償?shù)牟襟E。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可切換的低色散光梳狀濾波器及方法，其以偏振光干涉原理為基礎(chǔ)，結(jié)合可切換型法拉第旋轉(zhuǎn)片，從而實現(xiàn)磁光式可切換光梳狀濾波功能。并通過在其光路中設(shè)計了色散補(bǔ)償機(jī)制，實現(xiàn)了器件的低色散。在本發(fā)明中插入3片或者3片以上的可切換型法拉第旋轉(zhuǎn)片，通過改變法拉第旋轉(zhuǎn)片的旋光方向，從而改變光路中光束的偏振方向，使光信號在不同通道之間進(jìn)行切換。該器件可以在四種模式下工作正常的梳狀濾波模式、奇偶通道切換的梳狀濾波模式、奇通道全通輸出模式、偶通道全通輸出模式。
文檔編號H04B10/18GK101726872SQ200910266030
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者欒文敬, 王桂艷 申請人:招遠(yuǎn)招金光電子科技有限公司