本發(fā)明涉及光通信器件技術(shù)領(lǐng)域，具體來講涉及一種可調(diào)光濾波器。

背景技術(shù)：

可調(diào)光濾波器應(yīng)用于DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波復(fù)用)系統(tǒng)中，是組成可重構(gòu)光分插復(fù)用器(ROADM，Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)的基礎(chǔ)器件。從功能上來說，可調(diào)濾波器是一種波長(zhǎng)(頻率)選擇器件，能從許多不同頻率的輸入光信號(hào)中，根據(jù)需要選擇出一個(gè)特定波長(zhǎng)(頻率)的光信號(hào)(即達(dá)到濾波功能)。一個(gè)質(zhì)量?jī)?yōu)良的可調(diào)光濾波器應(yīng)該具有度高以容納更多的信道、帶寬窄以允許信道間隔小、波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，并具有潛在的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

伴隨著WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分復(fù)用)技術(shù)的飛速發(fā)展，可調(diào)光濾波器的技術(shù)也在不斷發(fā)展，日趨完善。目前，出現(xiàn)的可調(diào)諧光濾波器分別基于波導(dǎo)、液晶、光纖光柵等技術(shù)。但實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的上述可調(diào)光濾波器分別存在以下缺陷：基于波導(dǎo)的濾波器在波長(zhǎng)和帶寬的靈活可調(diào)方面有一定局限性；基于液晶技術(shù)的濾波器響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，達(dá)不到通信系統(tǒng)的要求；基于光纖光柵的濾波器由于對(duì)溫度環(huán)境比較敏感，因此受限于工作場(chǎng)合。

因此，如何設(shè)計(jì)一種質(zhì)量?jī)?yōu)良的可調(diào)光濾波器是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種可調(diào)光濾波器，是基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種中心波長(zhǎng)(頻率)自動(dòng)可調(diào)的優(yōu)質(zhì)光濾波器，不但切換快速、靈活，而且能應(yīng)用于不同的工作場(chǎng)合。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種可調(diào)光濾波器，包括雙光纖準(zhǔn)直器、擴(kuò)束單元和可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件；所述雙光纖準(zhǔn)直器用于對(duì)寬帶光源進(jìn)行準(zhǔn)直，所述擴(kuò)束單元用于對(duì)寬帶光源進(jìn)行擴(kuò)束，所述可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件用于實(shí)現(xiàn)基于MEMS的可調(diào)諧波長(zhǎng)的選擇。當(dāng)寬帶光源經(jīng)雙光纖準(zhǔn)直器的輸入端進(jìn)入可調(diào)光濾波器后，雙光纖準(zhǔn)直器對(duì)寬帶光源進(jìn)行準(zhǔn)直并送入擴(kuò)束單元；擴(kuò)束單元對(duì)寬帶光源進(jìn)行擴(kuò)束后，將擴(kuò)束后的光信號(hào)投射到可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件中；可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件從擴(kuò)束后的不同波長(zhǎng)的光信號(hào)中，根據(jù)需要選擇出一個(gè)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)，并將選擇后的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)返回至擴(kuò)束單元中；擴(kuò)束單元將返回的光信號(hào)沿著光路送回至雙光纖準(zhǔn)直器中；雙光纖準(zhǔn)直器通過其輸出端將該光信號(hào)輸出。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述擴(kuò)束單元采用兩個(gè)三角棱鏡完成對(duì)寬帶光源的擴(kuò)束。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件包括一個(gè)衍射光柵、一個(gè)聚焦透鏡、一個(gè)MEMS微鏡以及一個(gè)與MEMS微鏡相連的水平運(yùn)動(dòng)的線性馬達(dá)；所述衍射光柵固定于擴(kuò)束單元擴(kuò)束后的光信號(hào)投射路徑上，其將擴(kuò)束后的不同波長(zhǎng)的光信號(hào)從不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透鏡上；聚焦透鏡將不同角度出射的光信號(hào)投射至位于其上方的MEMS微鏡上；MEMS微鏡在線性馬達(dá)的帶動(dòng)下沿著水平方向移動(dòng)，當(dāng)MEMS微鏡根據(jù)需要移動(dòng)至選擇出的一個(gè)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)處時(shí)，對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行反射，反射后的光信號(hào)沿著原光路返回，實(shí)現(xiàn)基于MEMS的可調(diào)諧的波長(zhǎng)選擇。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件包括一個(gè)衍射光柵、一個(gè)聚焦透鏡、一個(gè)MEMS微鏡以及一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，該旋轉(zhuǎn)馬達(dá)位于衍射光柵處并與衍射光柵相連；所述衍射光柵位于擴(kuò)束單元擴(kuò)束后的光信號(hào)投射路徑上，將擴(kuò)束后的不同波長(zhǎng)的光信號(hào)從不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透鏡上；聚焦透鏡將不同角度出射的光信號(hào)投射至位于其正上方中心位置的MEMS微鏡上；MEMS微鏡對(duì)從聚焦透鏡中心區(qū)域投射出的一種波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射；所述衍射光柵在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，當(dāng)衍射光柵旋轉(zhuǎn)至從聚焦透鏡中心區(qū)域射出的光信號(hào)為所選擇出的一個(gè)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)時(shí)，MEMS微鏡對(duì)該特定波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射，反射后的光信號(hào)沿著原光路返回，實(shí)現(xiàn)基于MEMS的可調(diào)諧的波長(zhǎng)選擇。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述選擇出的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)為：1530nm光信號(hào)、1550nm光信號(hào)或1570nm光信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述MEMS微鏡的寬度按照以下方式計(jì)算得到：

1、設(shè)衍射光柵的線數(shù)為d，聚焦透鏡的焦距為f，單位都為nm；衍射光柵的入射角為衍射角為θ；光柵方程如式如下：

式中，m為衍射級(jí)次，λ為選擇出的特定波長(zhǎng)，c為光速，v為選擇出的特定波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的頻率；

2、取衍射級(jí)次m＝1，得到：

3、對(duì)式(2)進(jìn)行微分，得到光柵的角色散公式：

4、設(shè)選擇出的特定波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的聚焦區(qū)域的寬度為l，由角色散公式得到線色散公式：

5、根據(jù)線色散公式，計(jì)算得到MEMS微鏡(33)的寬度D為：

式中，△V表示求導(dǎo)后的頻率間隔，通過公式(5)計(jì)算得到相應(yīng)的MEMS微鏡(33)的寬度D。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，△V選擇為50GHz或100GHz。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)MEMS微鏡與線性馬達(dá)相連，衍射光柵為固定設(shè)置時(shí)，公式(5)中cosθ的取值為：所述選擇出的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)所對(duì)應(yīng)的衍射角θ的余弦值。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)MEMS微鏡為固定設(shè)置，衍射光柵與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)相連時(shí)，公式(5)中cosθ的取值為：當(dāng)衍射光柵旋轉(zhuǎn)至從聚焦透鏡中心區(qū)域射出的光信號(hào)為所選擇出的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)時(shí)，該特定波長(zhǎng)的光信號(hào)此時(shí)所對(duì)應(yīng)的衍射角θ的余弦值。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明中，可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件是基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧波長(zhǎng)選擇的組件。與現(xiàn)有技術(shù)中基于波導(dǎo)技術(shù)或液晶技術(shù)的的濾波器相比，基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的可調(diào)濾波器能實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)的快速切換選擇，且操作靈活；另外，與基于光纖光柵的濾波器相比，本發(fā)明的可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件對(duì)溫度環(huán)境不是特別敏感，可不受工作場(chǎng)合限制，能應(yīng)用于不同的工作場(chǎng)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了一種質(zhì)量?jī)?yōu)良的中心波長(zhǎng)(頻率)自動(dòng)可調(diào)的光濾波器，滿足了實(shí)際使用需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明可調(diào)光濾波器的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明可調(diào)光濾波器的第二實(shí)施例在選擇波長(zhǎng)為1530nm時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明可調(diào)光濾波器的第二實(shí)施例在選擇波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明可調(diào)光濾波器的第二實(shí)施例在選擇波長(zhǎng)為1570nm時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

1-雙光纖準(zhǔn)直器；2-擴(kuò)束單元，21-三角棱鏡；3-可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件，31-衍射光柵，32-聚焦透鏡，33-MEMS微鏡，34-線性馬達(dá)，35-旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例一：

參見圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種可調(diào)光濾波器，包括用于對(duì)寬帶光源進(jìn)行準(zhǔn)直的雙光纖準(zhǔn)直器1、用于對(duì)寬帶光源進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束單元2，以及基于MEMS的實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧波長(zhǎng)選擇的可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件3。當(dāng)寬帶光源經(jīng)雙光纖準(zhǔn)直器1的輸入端進(jìn)入可調(diào)光濾波器后，雙光纖準(zhǔn)直器1對(duì)寬帶光源進(jìn)行準(zhǔn)直并送入擴(kuò)束單元2；擴(kuò)束單元2對(duì)寬帶光源進(jìn)行擴(kuò)束后，將擴(kuò)束后的光信號(hào)投射到可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件3中；可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件3從擴(kuò)束后的不同波長(zhǎng)的光信號(hào)中，根據(jù)需要選擇出一個(gè)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)，并將選擇后的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)返回至擴(kuò)束單元2中；擴(kuò)束單元2將返回的光信號(hào)沿著光路送回至雙光纖準(zhǔn)直器1中；雙光纖準(zhǔn)直器1通過其輸出端將該光信號(hào)輸出，從而達(dá)到濾波功能。

具體來說，參見圖1所示，本實(shí)施例中，所述擴(kuò)束單元2采用兩個(gè)三角棱鏡21來完成對(duì)寬帶光源的擴(kuò)束。并且，所述可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件3包括一個(gè)衍射光柵31、一個(gè)聚焦透鏡32、一個(gè)MEMS微鏡33以及一個(gè)與MEMS微鏡33相連的水平運(yùn)動(dòng)的線性馬達(dá)34。其中，衍射光柵31固定于擴(kuò)束單元2擴(kuò)束后的光信號(hào)投射路徑上，其(衍射光柵31)將擴(kuò)束后的不同波長(zhǎng)的光信號(hào)從不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透鏡32上(這是光柵的基本原理)；聚焦透鏡32將不同角度出射的光信號(hào)投射至位于其(聚焦透鏡32)上方的MEMS微鏡33上；MEMS微鏡33在線性馬達(dá)34的帶動(dòng)下沿著水平方向移動(dòng)，當(dāng)MEMS微鏡33根據(jù)需要移動(dòng)至選擇出的一個(gè)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)處時(shí)，對(duì)該特定波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行反射，反射后的光信號(hào)沿著原光路返回(即聚焦透鏡32-衍射光柵31-擴(kuò)束單元2-雙光纖準(zhǔn)直器1)，從而實(shí)現(xiàn)基于MEMS的可調(diào)諧的波長(zhǎng)選擇?？梢岳斫獾氖?，該實(shí)施例中選擇出的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)包括：1530nm光信號(hào)、1550nm光信號(hào)和1570nm光信號(hào)。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例中可調(diào)光濾波器與第一實(shí)施例大致相同，區(qū)別之處在于可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件3的結(jié)構(gòu)設(shè)置。參見圖2至圖4所示，本實(shí)施例中所述可調(diào)波長(zhǎng)選擇組件3包括一個(gè)衍射光柵31、一個(gè)聚焦透鏡32、一個(gè)MEMS微鏡33以及一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)35，該旋轉(zhuǎn)馬達(dá)35位于衍射光柵31處并與衍射光柵31相連。其中，衍射光柵31位于擴(kuò)束單元2擴(kuò)束后的光信號(hào)投射路徑上，將擴(kuò)束后的不同波長(zhǎng)的光信號(hào)從不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透鏡32上(這是光柵的基本原理)；聚焦透鏡32將不同角度出射的光信號(hào)投射至位于其(聚焦透鏡32)正上方中心位置的MEMS微鏡33上；MEMS微鏡33對(duì)從聚焦透鏡32中心投射出的一個(gè)光信號(hào)進(jìn)行反射；衍射光柵31在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)35的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)(衍射光柵31在旋轉(zhuǎn)時(shí)，能改變不同波長(zhǎng)的光信號(hào)投射至聚焦透鏡32的角度，從而改變從聚焦透鏡32中心區(qū)域射出的光信號(hào))，當(dāng)衍射光柵31旋轉(zhuǎn)至從聚焦透鏡32中心區(qū)域射出的光信號(hào)為所選擇出的一個(gè)特定波長(zhǎng)的光信號(hào)時(shí)，MEMS微鏡33對(duì)該光信號(hào)(所選擇出的特定波長(zhǎng)的光信號(hào))進(jìn)行反射，反射后的光信號(hào)沿著原光路返回(即聚焦透鏡32-衍射光柵31-擴(kuò)束單元2-雙光纖準(zhǔn)直器1)，從而實(shí)現(xiàn)基于MEMS的可調(diào)諧的波長(zhǎng)選擇。

本實(shí)施例中其他實(shí)現(xiàn)過程與第一實(shí)施例相同，此處不再贅述。另外，可以理解的是，所選擇出的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)同樣包括：1530nm光信號(hào)、1550nm光信號(hào)和1570nm光信號(hào)。

進(jìn)一步地，在對(duì)實(shí)施例一和實(shí)施例二中的MEMS微鏡33的寬度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，具體可按照以下方式：

1、設(shè)衍射光柵31線數(shù)為d，聚焦透鏡32焦距為f，單位都為nm；衍射光柵31的入射角為衍射角為θ(如圖1和圖4中所示)；光柵方程如式如下：

式中，m為衍射級(jí)次，λ為選擇出的特定波長(zhǎng)，c為光速，v為選擇出的特定波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的頻率；

2、取衍射級(jí)次m＝1，得到：

3、對(duì)式(2)進(jìn)行微分，得到光柵的角色散公式：

4、由于聚焦透鏡與衍射光柵配合，將角色散變換成線色散，使得不同波長(zhǎng)的光信號(hào)聚焦到不同的對(duì)應(yīng)區(qū)域上，則設(shè)選擇出的特定波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的聚焦區(qū)域的寬度為l，由角色散公式得到線色散公式：

5、根據(jù)線色散公式(4)，計(jì)算得到MEMS微鏡33的寬度D為：

式中，△V表示求導(dǎo)后的頻率間隔；對(duì)于現(xiàn)有的ITU規(guī)定的信道帶寬，△V可選擇為50GHz或100GHz，則可以通過上述公式(5)計(jì)算得到相應(yīng)的MEMS微鏡33的寬度D。另外，可以理解的是，實(shí)際使用中，對(duì)于濾不同的波長(zhǎng)時(shí)，寬度D其實(shí)是有大小不同的，但是區(qū)別不是很大；因此，通?？紤]到使用方便和成本等問題，實(shí)際使用時(shí)選擇1550nm波長(zhǎng)計(jì)算出的寬度D就適用1530～1570nm的光了。

更進(jìn)一步地，在實(shí)施例一中，由于衍射光柵31為固定設(shè)置的，因此，衍射光柵31的入射角衍射角θ均為可知的固定值，則上述公式(5)中，cosθ也為可知的固定值，即為選擇出的特定波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的衍射角θ的余弦值。但在實(shí)施例二中，由于衍射光柵31為旋轉(zhuǎn)設(shè)置的，因此，衍射光柵31的入射角會(huì)隨著衍射光柵31的旋轉(zhuǎn)而變化。當(dāng)根據(jù)公式(5)計(jì)算MEMS微鏡33的寬度D時(shí)，cosθ為從聚焦透鏡32中心區(qū)域射出的光信號(hào)為所選擇的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)時(shí)所對(duì)應(yīng)的衍射角θ的余弦值。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。