專利名稱：基于tff消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)器件領(lǐng)域，尤其涉及一種基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器。
背景技術(shù)：
可調(diào)諧光濾波器(TOF)是現(xiàn)代光網(wǎng)絡(luò)中的重要器件，它 對(duì)靈活選擇和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)光通道十分重要。目前的光濾波器可分為聲光可調(diào)濾波器型、光纖布拉格光柵型、F-P腔型(基于壓電或微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù))和薄膜濾光片(TFF)型等。聲光可調(diào)諧濾波器利用聲光效應(yīng)改變波導(dǎo)折射率周期形成光柵，其調(diào)諧速度快，但制造成本高，而且相鄰?fù)ǖ栏綦x度較差；光纖光柵型可調(diào)諧濾波器利用光纖布拉格衍射特性，通過(guò)控制溫度變化來(lái)調(diào)節(jié)應(yīng)力，其帶寬和相鄰?fù)ǖ栏綦x度都較好，但是其調(diào)諧范圍不大，容易受外界環(huán)境的影響，長(zhǎng)期穩(wěn)定性也不夠好；F-P腔型可調(diào)諧濾波器利用壓電或MEMS等機(jī)理對(duì)腔長(zhǎng)進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，調(diào)諧速度快，可實(shí)現(xiàn)較寬的調(diào)節(jié)范圍，但其通道較窄，相鄰?fù)ǖ栏綦x度較低。而一般可用于波長(zhǎng)信號(hào)監(jiān)測(cè)的基于TFF技術(shù)的可調(diào)諧濾波器同時(shí)具備了以下優(yōu)點(diǎn)(I)光譜矩形度好，通帶平頂、相鄰?fù)ǖ篱g隔度高；(2)波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍大且掉電自鎖；(3)技術(shù)工藝成熟，環(huán)境穩(wěn)定性與可靠性好?；赥FF可調(diào)諧濾波器的原理多波長(zhǎng)的光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸耦合到準(zhǔn)直器，光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器后變成準(zhǔn)直的光束，準(zhǔn)直的近似平行的光束入射到帶通濾波器上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶通濾波片的角度改變?nèi)肷涔馐娜肷浣?，有選擇的通過(guò)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)，而其余的光信號(hào)則被反射，如圖I所示。對(duì)于帶通濾波片的傾斜入射特性，改變傾斜的入射角，即能改變?yōu)V波片的透射峰波長(zhǎng)，波長(zhǎng)隨入射角的關(guān)系為X = Xtl(I-A2Sin2 0 )1/2，其中，\為透射峰中心波長(zhǎng)，X ^為垂直入射時(shí)的中心波長(zhǎng)，0為入射角，A為濾波片的調(diào)頻參數(shù)，不同的膜系設(shè)計(jì)具有不同的調(diào)頻參數(shù)。將上述公式求導(dǎo)得出透射峰波長(zhǎng)隨入射角的變化關(guān)系為cU/d9=-A0 A2Sin 0 cos 0 / (I- A2Sin2 0 )1/2，根據(jù)該式可即可算出角度變化量與透射峰波長(zhǎng)變化量的關(guān)系，由此來(lái)確定濾波片所需要旋轉(zhuǎn)的角度。對(duì)于常規(guī)50G的DWDM濾波片在角度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，可以覆蓋整個(gè)C-波段(1525-1565nm)或者L-波段(1575_1615nm)，但是在實(shí)際光路中存在以下限制(I)由于不同偏振的光束入射到濾波片，P光和s光通過(guò)濾波片的中心波長(zhǎng)是不同的，在光以大角度入射濾波片時(shí)P光和s光透過(guò)濾波片的中心波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致通帶的寬度會(huì)變窄。其次，導(dǎo)致偏振相關(guān)的光學(xué)性能變差，如產(chǎn)生較大的偏振相關(guān)損耗(PDL)、偏振模式色散(PMD)等；(2)光束在入射濾波片時(shí)，由于濾波片基材折射率和環(huán)境折射率的不同，導(dǎo)致入射光束和出射光束產(chǎn)生上下位移，如果采用透射式接收，接收準(zhǔn)直器必須能夠跟上光束的上下移動(dòng)，如圖2所示，在這種情形下，要求對(duì)接收準(zhǔn)直器的移動(dòng)精確度較高，因此必然存在耦合效率低的問題。中國(guó)專利局于2005年6月29日公布的發(fā)明專利申請(qǐng)《低偏振相關(guān)損耗的寬范圍內(nèi)波長(zhǎng)可調(diào)光學(xué)濾波器》(申請(qǐng)?zhí)?00310114550. 8)公開了一種波長(zhǎng)可調(diào)光學(xué)濾波器，包括光纖準(zhǔn)直稱合模塊，偏振處理模塊，光學(xué)薄膜濾波器和平面反射鏡。其偏振處理模塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組合元件較多，從而也增加了成本。
發(fā)明內(nèi)容為克服上述問題，本實(shí)用新型提出一種基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器，采用更少的光學(xué)元件，具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了耦合效率，降低了偏振相關(guān)損耗及偏振模式色散等。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所提出的技術(shù)方案為基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器，包括準(zhǔn)直單元、分束合束單元、偏振處理單元、薄膜濾波片和直角反射棱鏡，所述準(zhǔn)直單元包括發(fā)射光纖準(zhǔn)直器和接收光纖準(zhǔn)直器；所述分束合束單元包括一雙折射晶體、一偏振分束器(PBS)和一反射鏡；經(jīng)發(fā)射光纖準(zhǔn)直器輸入的準(zhǔn)直光經(jīng)雙折射晶體之后分為偏振態(tài)相互垂直的兩偏振光束，其中一路經(jīng)過(guò)偏振分束器后進(jìn)入偏振處理單元，另一路直接進(jìn)入偏振處理單元，經(jīng)過(guò)偏振處理單元的兩偏振光經(jīng)薄膜濾波片濾波之后由直角反射棱鏡 反射交換光路返回，再次經(jīng)過(guò)薄膜濾波片和偏振處理單元，之后其中一路直接進(jìn)入雙折射晶體，另一路經(jīng)由偏振分束器和反射鏡之后進(jìn)入雙折射晶體，兩偏振光束經(jīng)雙折射晶體合束后由接收準(zhǔn)直器輸出。進(jìn)一步的，所述偏振處理單元包括45°法拉第旋轉(zhuǎn)器和一個(gè)二合一的1/4波片；所述二合一的1/4波片由垂直面內(nèi)的上下兩個(gè)1/4波片組成，一個(gè)1/4波片使入射光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°，即正1/4波片，另一個(gè)使入射光偏振態(tài)反向旋轉(zhuǎn)45°，即負(fù)1/4波片，分別設(shè)于兩偏振光束的光路中。進(jìn)一步的，所述薄膜濾波片由一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器，采用更少的光學(xué)元件，具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，同時(shí)有效解決了入射和出射光上下錯(cuò)移導(dǎo)致的耦合效率低的問題，降低了偏振相關(guān)損耗和偏振模式色散。

圖I為薄膜濾波片濾波原理示意圖；圖2為薄膜濾波片入射光和出射光發(fā)射上下錯(cuò)移示意圖；圖3為本實(shí)用新型濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型濾波器實(shí)施例的光路示意圖。標(biāo)記說(shuō)明1準(zhǔn)直單元；101發(fā)射光纖準(zhǔn)直器；102接收光纖準(zhǔn)直器；2分束合束單元；201雙折射晶體；202偏振分束器；203反射鏡；3偏振處理單元；301正1/4波片;302負(fù)1/4波片；303法拉第旋轉(zhuǎn)器；4薄膜濾波片；5直角反射棱鏡。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖3所示為本實(shí)用新型的基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器的實(shí)施例，包括準(zhǔn)直單元I、分束合束單元2、偏振處理單元3、薄膜濾波片4和直角反射棱鏡5。其中，準(zhǔn)直單元I包括發(fā)射光纖準(zhǔn)直器101和接收光纖準(zhǔn)直器102 ;分束合束單元2包括一雙折射晶體201、一偏振分束器202(PBS)和一反射鏡203 ;經(jīng)發(fā)射光纖準(zhǔn)直器101輸入的準(zhǔn)直光經(jīng)雙折射晶體201之后分為偏振態(tài)相互垂直的兩偏振光束，其中一路經(jīng)過(guò)偏振分束器202后進(jìn)入偏振處理單元3，另一路直接進(jìn)入偏振處理單元3，經(jīng)過(guò)偏振處理單元3的兩偏振光經(jīng)薄膜濾波片4濾波之后由直角反射棱鏡5反射交換光路返回，再次經(jīng)過(guò)薄膜濾波片4和偏振處理單元3，之后其中一路直接進(jìn)入雙折射晶體201，另一路經(jīng)由偏振分束器202和反射鏡203之后進(jìn)入雙折射晶體201，兩偏振光束經(jīng)雙折射晶體201合束后由接收準(zhǔn)直器102輸出。其中，偏振處理單元3包括45°法拉第旋轉(zhuǎn)器303和一個(gè)二合一的1/4波片；該二合一的1/4波片由垂直面內(nèi)的上下兩個(gè)1/4波片組成，一個(gè)1/4波片使入射光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°，即正1/4波片301，另一個(gè)使入射光偏振態(tài)反向旋轉(zhuǎn)45°，即負(fù)1/4波片302，分別設(shè)于兩偏振光束的光路中。薄膜濾波片4采用厚度均勻的DWDM薄膜濾波片，由一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行波長(zhǎng)選擇。該結(jié)構(gòu)采用更少的光學(xué)元件，簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。圖4為該結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例光路，以實(shí)線表示光束，在光束上標(biāo)實(shí)心圓點(diǎn)表示光束的偏振態(tài)為p-偏振，在光束上標(biāo)短實(shí)線表不光束的偏振態(tài)為S-偏振。經(jīng)過(guò)發(fā)射準(zhǔn)直器101入射的準(zhǔn)直光進(jìn)入雙折射晶體201后分為偏振方向相互垂直的p_偏振光和S-偏振光,其 中S-偏振光直接透過(guò)偏振分束器202入射到偏振處理單元3的正1/4波片301，其偏振方向旋轉(zhuǎn)45°，再經(jīng)過(guò)45°法拉第旋轉(zhuǎn)器303之后再次旋轉(zhuǎn)45°后，其偏振態(tài)由s_偏振態(tài)變成P-偏振態(tài)。而由雙折射晶體201出射的p-偏振光直接入射到偏振處理單兀3的負(fù)1/4波片302，其偏振方向被反向旋轉(zhuǎn)45°，再經(jīng)過(guò)45°法拉第旋轉(zhuǎn)器303之后其偏振方向恢復(fù)到P-偏振態(tài)，即經(jīng)過(guò)偏振處理單元3之后，兩偏振光束均為P-偏振光。兩束P-偏振光入射到薄膜濾波片4，達(dá)到濾波的目的。濾波之后的兩偏振光入射到直角反射棱鏡5，經(jīng)直角反射棱鏡5反射交換光路，經(jīng)反射返回的兩偏振光再次經(jīng)過(guò)偏振處理單元3時(shí)，由于法拉第旋轉(zhuǎn)器的“非互易”性，其中經(jīng)過(guò)45°法拉第旋轉(zhuǎn)器303與正1/4波片301的p-偏振光偏振態(tài)沒有改變，進(jìn)而入射到偏振分束器202,被偏振分束器202反射之后由反射鏡203反射到雙折射晶體內(nèi)201 ;而另外經(jīng)過(guò)45°法拉第旋轉(zhuǎn)器303與負(fù)1/4波片302的p-偏振光其偏振態(tài)變成S-偏振,然后直接入射到雙折射晶體201,與經(jīng)反射鏡203反射的p-偏振光在雙折射晶體201內(nèi)合束出射后由接收光纖準(zhǔn)直器102接收輸出。該結(jié)構(gòu)采用同一雙折射晶體201對(duì)光束進(jìn)行分束與合束，減少了光學(xué)元件，利用偏振處理單元3改變其中一路的偏振態(tài)，使得進(jìn)入薄膜濾波片4的光束具有相同的偏振方向，有效地消除了偏振相關(guān)損耗以及S-偏振光和P-偏振光中心波長(zhǎng)錯(cuò)移的問題。通過(guò)旋轉(zhuǎn)薄膜濾波片4角度調(diào)諧透射波長(zhǎng)，可以覆蓋C或L波段，同時(shí)具有通帶平頂、相鄰?fù)ǖ篱g隔度高等優(yōu)點(diǎn)；而且使用的光學(xué)元件少，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)本實(shí)用新型做出的各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器，包括準(zhǔn)直単元、分束合束単元、偏振處理單元、薄膜濾波片和直角反射棱鏡，其特征在干所述準(zhǔn)直単元包括發(fā)射光纖準(zhǔn)直器和接收光纖準(zhǔn)直器；所述分束合束單兀包括一雙折射晶體、一偏振分束器和一反射鏡；經(jīng)發(fā)射光纖準(zhǔn)直器輸入的準(zhǔn)直光經(jīng)雙折射晶體之后分為偏振態(tài)相互垂直的兩偏振光束，其中一路經(jīng)過(guò)偏振分束器后進(jìn)入偏振處理單元，另一路直接進(jìn)入偏振處理單元，經(jīng)過(guò)偏振處理單元的兩偏振光經(jīng)薄膜濾波片濾波之后由直角反射棱鏡反射交換光路返回，再次經(jīng)過(guò)薄膜濾波片和偏振處理單元，之后其中一路直接進(jìn)入雙折射晶體，另一路經(jīng)由偏振分束器和反射鏡之后進(jìn)入雙折射晶體，兩偏振光束經(jīng)雙折射晶體合束后由接收準(zhǔn)直器輸出。
2.如權(quán)利要求I所述基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器，其特征在于所述偏振處理單元包括45°法拉第旋轉(zhuǎn)器和ー個(gè)ニ合一的1/4波片；所述ニ合一的1/4波片由垂直面內(nèi)的上下兩個(gè)1/4波片組成，ー個(gè)1/4波片使入射光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°，即正1/4波片，另ー個(gè)使入射光偏振態(tài)反向旋轉(zhuǎn)45° ,即負(fù)1/4波片,分別設(shè)于兩偏振光束的光路中。
3.如權(quán)利要求I所述基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器，其特征在于所述薄膜濾波片由ー步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及光學(xué)器件領(lǐng)域，公開了一種基于TFF消偏振可調(diào)諧光學(xué)濾波器，包括準(zhǔn)直單元、分束合束單元、偏振處理單元、薄膜濾波片和直角反射棱鏡；其中，準(zhǔn)直單元包括發(fā)射光纖準(zhǔn)直器和接收光纖準(zhǔn)直器，分束合束單元包括一雙折射晶體、偏振分束器(PBS)和反射鏡。該結(jié)構(gòu)采用更少的光學(xué)元件，具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，同時(shí)有效解決了入射和出射光上下錯(cuò)移導(dǎo)致的耦合效率低的問題，降低了偏振相關(guān)損耗和偏振模式色散。
文檔編號(hào)G02B6/27GK202512267SQ20122014198
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者李陽(yáng), 江東, 王永福, 趙武麗 申請(qǐng)人:福州高意通訊有限公司