CN101726872A - 一种可切换的低色散光梳状滤波器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可切换的低色散光梳状滤波器及方法，其以偏振光干涉原理为基础，结合可切换型法拉第旋转片，从而实现磁光式可切换光梳状滤波功能。并通过在其光路中设计了色散补偿机制，实现了器件的低色散。在本发明中插入3片或者3片以上的可切换型法拉第旋转片，通过改变法拉第旋转片的旋光方向，从而改变光路中光束的偏振方向，使光信号在不同通道之间进行切换。该器件可以在四种模式下工作：正常的梳状滤波模式、奇偶通道切换的梳状滤波模式、奇通道全通输出模式、偶通道全通输出模式。

Description

一种可切换的低色散光梳状滤波器及方法

技术领域

本发明涉及光梳状滤波器技术领域，特别是涉及一种磁光式可切换的偏振光干涉型的低色散光梳状滤波器及方法。

背景技术

现有的梳状滤波器(Interleaver)是一种核心为高密波分复用(Dense WavelengthDivision Multiplexing，DWDM)系统的器件，可以把一组包含有很多波长的光信号分成两组，两组光信号的信道间隔为原来的两倍，其中一组包含奇数波长，另一组包含偶数波长。

梳状滤波器的存在使得利用相对成本低廉、更易加工制备的具有较宽松信道间隔比如100GHz光器件的系统可以传输较密集信道比如50GHz间隔的光信号，从而有效提高传输容量。

从现有的低密度波分复用系统(Coarse wavelength division multiplexing，CWDM)(比如100GHz)向DWDM系统(50GHz)升级是需要全面的设计考虑的，比如最重要的是须考虑升级过程本身不能中断原有业务。

为了方便波分复用系统的升级，中国专利申请CN200710129690.0提到了一种可调节梳状滤波器。该发明公开了在系统升级前，可调节梳状滤波器的其中一个通道用来传输波长漂移值较大的低密度的光信号，所以要求此通道能够传输所有波长的光，对WDM系统而言是透明的，即不对光波进行任何处理；而在系统升级后，可调节梳状滤波器的两个通道分别用来传输两路低密度的光信号，合并后形成高密度WDM传输，其工作方式与传统梳状滤波器相同。即要求可调节梳状滤波器能够在全通模式与梳状滤波模式之间切换，且切换过程中不影响未被切换的光信号。

但现有的梳状滤波器无法实现工作模式的调节，因而也就无法实现WDM系统从低密度系统向高密度系统的无中断升级。

而且，提升系统传输容量的方式除开以上提到的从低密度系统向高密度系统升级的技术之外，还可以通过提高系统的传输速率来实现。当传输系统从目前的10Gbps向更高速的40Gbps以至100Gbps升级时，系统对色散的容限将大幅度降低，从而要求系统中的光器件以及模块必须具有较低的色散，但现有的梳状滤波器作为WDM系统中的核心器件无法满足此种低色散的需求

发明内容

本发明的目的在于提供一种可切换的低色散光梳状滤波器及方法，其能够在多种模式下工作，还可以在多种工作模式之间自由切换。

为实现本发明目的而提供的一种可切换的低色散光梳状滤波器，包括：入射光准直器，两个接收准真器，还包括至少3个可切换的法拉第旋转片，至少两个半波片组，至少1个半波片，以及至少2个偏振分束器，至少2个波长滤波片；

从所述入射光准直器输入的任意偏振态的光束，经过所述偏振分束器将光束分成两束线偏振光；

通过对所述可切换的法拉第旋转片施加电压脉冲信号，改变其旋光方向，所述可切换的法拉第旋转片利用不同的旋光方向来改变所述多束线偏振光的偏振态，实现多种工作模式，并且在多种模式之间进行自由切换；

所述波长滤波片将所述多束线偏振光进行滤波，得到奇偶波长的偏振方向正交的光束；

所述的半波片组和半波片对所述多束线偏振光进行偏振方向的调整。

经过所述偏振分束器合束为不同模式下的波形，输出到所述接收准直器。

较优地，所述的光梳状滤波器，还包括一直角棱镜，实现双程光路结构设计。

较优地，所述的光梳状滤波器，还包括一个或者多个偏振模式色散补偿器，补偿由不同偏振方向的光束在光路中因光程不同而导致的偏振模式色散。

为实现本发明目的还提供一种可切换的低色散光梳状滤波方法，包括：

从入射光准直器输入的任意偏振态的光束，经过偏振分束器将光束分成两束线偏振光的步骤；

通过对可切换的法拉第旋转片施加电压脉冲信号，改变其旋光方向，所述可切换的法拉第旋转片利用不同的旋光方向来改变所述多束线偏振光的偏振态，实现多种工作模式，并且在多种模式之间进行自由切换的步骤；

波长滤波片将所述多束线偏振光进行滤波，得到奇偶波长的偏振方向正交的光束的步骤；

经过偏振分束器合束为不同模式下的波形，输出到接收准直器的步骤。

本发明的有益效果：本发明的可切换的低色散光梳状滤波器及方法，以偏振光干涉原理为基础，结合可切换型法拉第旋转片，通过在滤波器中插入3片或者3片以上的可切换型法拉第旋转片，通过改变法拉第旋转片的旋光方向，从而改变光路中光束的偏振方向，使光信号在不同通道之间进行切换，从而实现磁光式可切换光梳状滤波功能，该滤波器可以在多种模式下工作，还可以在多种工作模式之间自由切换，其通过在光路中设计了色散补偿机制，实现滤波器的低色散以满足高速光网络的传输容限要求。

附图说明

图1是本发明实施例的可切换的光梳状滤波器结构示意图；

图2a-2d是本发明实施例各种工作模式下，光在磁光式可切换梳状滤波器的不同位置的偏振状态示意图；

图3是本发明实施例中偏振双折射晶体型的波长滤波片的示意图；

图4是本发明实施例中马赫-泽德光学干涉结构的波长滤波片的示意图；

图5是本发明实施例中基于偏振分束晶体的马赫-泽德光学干涉结构的波长滤波片的示意图；

图6是本发明实施例中，在正常的梳状滤波模式下，本发明实施例光梳状滤波器的插损(IL)和色散(CD)的计算波形；

图7是本发明实施例中，在偶通道全通模式下，本发明实施例光梳状滤波器的IL和CD的计算波形；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种可切换的光梳状滤波器及方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2a-2d所示，作为一种可实施方式，本发明实施例的一种可切换的光梳状滤波器，包括入射光准直器112，两个接收准直器111、113，还包括至少3个可切换的法拉第旋转片151、152、153，至少两个半波片组140、170，至少1个半波片180，以及至少2个偏振分束器121、122，至少2个波长滤波片161、162。

从入射光准直器112输入的任意偏振态的光束，经过偏振分束器121将光束分成两束线偏振光；

通过对所述可切换的法拉第旋转片151、152、153施加电压脉冲信号，改变其旋光方向，所述可切换的法拉第旋转片151、152、153利用不同的旋光方向来改变所述多束线偏振光的偏振态，实现多种模式下的光梳状滤波，并且在多种模式之间进行自由切换；

半波片组140、170和半波片180对所述多束线偏振光进行偏振方向的调整；

所述波长滤波片161、162将所述多束线偏振光进行滤波，得到奇偶波长的偏振方向正交的光束；最后再经过偏振分束器合束为不同模式下的波形。

本发明实施例中的可切换的法拉第旋转片151、152、153，通过对其施加电压脉冲信号，改变其旋光方向，本发明实施例中用它来改变光路中的光束的偏振态，实现梳状滤波模式与全通模式之间的相互切换以及奇偶通道光信号的切换。

对可切换的法拉第旋转片151、152、153施加电压脉冲信号，改变其旋光方向，是一种现有技术，因此，在本发明实施例中不再一一详细描述。

作为一种可实施的方式，本发明实施例中的可切换法拉第旋转片151、152、153，其可以是一种可控磁光元件，其中包括一个法拉第旋转片晶体、半硬磁性材料和一个电磁铁线圈，通过给线圈提供一个脉冲电压之后使法拉第旋转片晶体达到饱和，而再给线圈提供一个相反方向的脉冲电压之后又使法拉第旋转片晶体达到饱和，但其磁场方向相反，法拉第旋转片晶体的旋光方向也相反；而且在外脉冲电压撤除之后，被激活的半硬磁性材料可以继续维持对法拉第旋转片晶体的磁激励从而使其保持工作在饱和状态。

本发明实施例的光梳状滤波器，在光路中加入偏振分束器121、122，使光通过偏振分束器121、122后能够在空间位置上互换，其通过利用可切换的法拉第旋转片151、152、153来改变光的偏振态，再利用偏振分束器121、122来改变光的传播方向，从而实现光信号在不同输出端之间的切换。

本发明实施例中的波长滤波片161、162，光束进入波长滤波片161、162之后会分解成两个偏振方向正交的偏振分量，其偏振方向分别与波长滤波片的光轴平行或垂直，两个偏振光分量之间存在光程差，两个光分量进入偏振分束器后122后会发生偏振光干涉，在偏振分束器的两个输出端分别得到干涉相长或者干涉相消波形，从而实现光梳状滤波器的功能。

作为一种可实施方式，所述波长滤波片161、162，可以是偏振双折射晶体，即其光轴设计为与入射光垂直，如此入射光分解得到的两个正交偏振分量并保持同轴传输，但由于晶体双折射的存在，使得两个偏振分量之间产生光程差，如图3所示；

作为另一种可实施方式，所述波长滤波片161、162，也可以是一种马赫-泽德光学干涉结构，该光学结构包括两个偏振分束棱镜(polarizing beam splitter，PBS)和一块玻璃A，光束进入第一个偏振分束棱镜之后根据偏振方向分解成S光和P光，再由第二个偏振分束棱镜合成一束光，S光和P光在合束之前，P光经过玻璃A，这样S光和P光会产生光程差，如图4所示；

作为更一种可实施方式，所述波长滤波片161、162，还可以是另一种基于偏振分束晶体的马赫-泽德光学干涉结构，即入射光经过第一个偏振分束晶体后分解为两个正交偏振分量，且两分量之间在空间上分开，其后对称放置的另一偏振分束晶体将两分量合并为一束输出。由于两分量在空间行程的差异和晶体双折射和晶体双折射从而产生光程差，如图5所示。

应当说明的是，作为另一种可实施方式，本发明的光梳状滤波器，根据光梳状滤波器的光路和工作模式以及切换的要求，该法拉第旋转片可以在3片以上，同样相应地，该光梳状滤波器的其他部件，包括偏振分束器，波长滤波片等部件可以在2片(组、个)以上，而半波片也可以在1个以上，这些部件沿着光路相应设置，完成光信号多种模式下工作，并可以自由切换。

进一步地，作为一种可实施方式，本发明实施例的光梳状滤波器，还包括一直角棱镜190，通过直角棱镜190，实现双程光路结构设计，使光束两次经过法拉第旋转片151、152、153，波长滤波片161、162，偏振分束器121、122等光学元件，通过直角棱镜190实现双程光路结构设计，能够使梳状滤波曲线的波形更好，隔离度更深。

更进一步地，作为一种可实施方式，本发明实施例的光梳状滤波器，为改善本发明的偏振模式色散(Polarization-Mode Dispersion，PMD)，可以在光路中加入一个或者多个偏振模式色散补偿器130，偏振模式色散补偿器130的作用是补偿由不同偏振方向的光束在光梳状滤波器光路中因光程不同而导致的偏振模式色散。

相应地，本发明还提供一种可切换的光梳状滤波方法，包括下列步骤：

步骤S100，从入射光准直器112输入的任意偏振态的光束，经过偏振分束器121将光束分成两束线偏振光；

步骤S200，通过对可切换的法拉第旋转片151、152、153施加电压脉冲信号，改变其旋光方向，可切换的法拉第旋转片151、152、153利用不同的旋光方向来改变所述多束线偏振光的偏振态，实现多种模式下的光梳状滤波，并且在多种模式之间进行自由切换；

步骤S300，波长滤波片161、162将所述多束线偏振光进行滤波，得到奇偶波长的偏振方向正交的光束；

步骤S400，经过偏振分束器122合束为不同模式下的波形，输出到接收准直器111、113。

进一步地，本发明实施例的光梳状滤波方法，还包括利用半波片组140、170和半波片180对所述多束线偏振光进行偏振方向的调整的步骤。

更进一步地，本发明实施例的光梳状滤波方法，还包括利用直角棱镜190实现双程光路结构设计的步骤。

更进一步地，本发明实施例的光梳状滤波方法，还包括利用一个或者多个偏振模式色散补偿器130补偿由不同偏振方向的光束在光路中因光程不同而导致的偏振模式色散的步骤。

本发明实施例的可切换的光梳状滤波器及方法，相比于现有的光梳状滤波器，可以实现更多的功能。本发明实施例的光梳状滤波器及方法，可以在四种模式下工作：一、正常的梳状滤波模式；二、奇偶通道互换的梳状滤波模式(正常的光梳状滤波器中的奇偶波长的光信号输出端口互换)；三、奇通道全通输出模式(所有波长的光信号都从奇通道输出，偶通道无光信号输出)；四、偶通道全通输出模式(所有波长的光信号都从偶通道输出，奇通道无光信号输出)。在本发明实施例中，可以将前两种模式统称为梳状滤波模式，后两种模式统称全通模式。本发明实施例的可切换的光梳状滤波器及方法，在这四种工作模式之间相互切换，并且在由梳状滤波模式与全通模式之间相互切换时不影响未被切换的光信号。

下面以四个实施例，如图1和图2a-2d所示，分别说明本发明实施例的一种可切换的光梳状滤波器及方法在四种工作模式下的工作过程。

作为一种可实施方式，在四个实施例中，本发明实施例的可切换的光梳状滤波器，沿着光路方向包括：入射光准直器112，两个接收准直器111、113；偏振分束器121，偏振模式色散(PMD)补偿器130，半波片组140，可切换的法拉第旋转片151，波长滤波片161，可切换的法拉第旋转片152，半波片组170，波长滤波片162，半波片180，可切换的法拉第旋转片153，偏振分束器122，直角棱镜190。在四个实施例中，都是以包括这些部件的这种可切换的光梳状滤波器而进行说明，但是，应当说明的是，这四个实施例中的光梳状滤波器及方法是对本发明较佳实施方式的描述，而不是对本发明请求保护范围的限制，本发明请求保护的范围，应当以权利要求书所请求保护的范围为准。

如图1和图2a-2d所示，为了方便说明，建立如图1中所示的坐标系，Z轴沿着出射光的传播方向，X轴沿着与Z轴垂直的水平方向，Y轴沿着竖直方向，还在图1中用A、B......K来表示光梳状滤波器的不同区域，相对应的区域均为光学元件之间的空白区域；图2a-2d中所示的光的偏振态为逆着Z轴方向看的，本发明实施例在描述光的偏振态和偏振器时全部都是逆着Z轴方向看的，在图2a-2d中画出了所有光束在A、B......K等不同位置的偏振状态，图2a、图2b、图2c、图2d分别对应四种工作模式，如下分别介绍不同工作模式的具体工作方式：

实施例一：正常的梳状滤波模式

如图1和图2a所示，从单光纤准直器112输入的任意偏振态的光束11在A区域通过偏振分束器121后到达B区域，分成为两束偏振方向垂直的线偏振光12和13；

其中光束12再通过一个PMD补偿器130补偿，偏振态不变，PMD补偿器130的作用是补偿由子光束12和13在光梳状滤波器光路中光程不同而导致的PMD；

然后光束12和13一起进入半波片组140，相应的两束光分别经过半波片143和144之后光束的偏振方向发生变化，到达C区域，在C区域光束12和13的偏振方向均为67.5°(本发明实施例中定义光束的偏振方向、晶体光轴和半波片的光轴的角度为其相对X轴的夹角，同样的顺时针方向为负，逆时针方向为正)。经过半波片后，光束偏振态关于半波片的光轴对称变化，在这里半波片143和144的光轴相差45°；

光束12和13再经过法拉第旋转片151旋光后到达D区域，此时施加电压脉冲信号使法拉第旋转片151的旋光方向为-22.5°(本发明实施例中定义顺时针方向为负，逆时针方向为正)，在D区域旋光后的光束12和13的偏振方向均为45°；

光束12和13再经过光轴方向沿Y轴的波长滤波片161到达E区域，波长滤波片161相对偶波长光(λ2、λ4、λ6...)来说可看作全波片，经过之后偏振态不变，而相对奇波长光(λ1、λ3、λ5...)来说可看作半波片，经过之后偏振态会发生变化(图2a中λ1为奇波长光的偏振方向，λ2为偶波长光的偏振方向，依此类推)，经过波长滤波片161后，在E区域，光束12和13中包含的奇偶波长的光的偏振相互垂直；

光束12和13再经过法拉第旋转片152旋光后到达F区域，此时施加电压脉冲信号使法拉第旋转片152的旋光方向为22.5°；

光束12和13再经过半波片组170中的半波片171之后偏振方向发生变化，到达G区域后，奇波长光的偏振方向为90.5°，而偶波长光的偏振方向接近于0.5°，与波长滤波片162的光轴(快轴或慢轴)相差δ(δ＜5°)，即为了兼顾梳状滤波模式和全通模式的性能，需将δ控制在5°以内(现有的光梳状滤波器中δ为5～15°)；

光束12和13再经过波长滤波片162到达H区域，波长滤波片162的光程差为波长滤波片161的两倍，对于奇偶波长的光均为全波片，偏振方向均不变，其作用是引入一个二阶相位微扰，能够得到二阶高斯波形；

光束12和13再经过半波片180和旋光方向为-45°的法拉第旋转片153旋光后(通过施加电压脉冲信号实现)到达J区域，奇波长光的偏振方向接近于10°，而偶波长光的偏振方向接近于100°，这样光的偏振方向为与偏振分束器122的光轴方向相差约5～15°，就能够得到较好的梳状滤波波形；

光束12和13再经过偏振分束器122之后到达K区域，光束分为14、15、16、17共四个子光束，奇波长光的偏振方向与偏振分束器122的光轴方向很接近，所以光束14和16主要为奇波长光的信号，相应的光束15和17主要为偶波长光的信号；

光束14、15、16、17再经过直角棱镜190反射之后再次经过偏振分束器122到达J区域，光束14、15、16、17按照光束在偏振分束器122中的传播方向标记为光束18、19、20、21，光束18和19为偶波长光的信号，而光束20、21为奇波长光的信号；

光束18、19、20、21再经过法拉第旋转片153和半波片180到达H区域，奇波长的光束20和21的偏振方向接近于0°，与之前光束14和16在此区域的偏振方向相差约90°，偶波长的光束与之类似；

光束18、19、20、21再经过波长滤波片162到达G区域，奇偶波长光的偏振态仍保持不变；光束20、21和光束18、19分别经过半波片组170中的半波片171和半波片173，之后再经过法拉第旋转片152到达E区域，其偏振方向分别为-45°和45°；

光束18、19、20、21再经过波长滤波片161后到达D区域，奇波长对应的光束20、21的偏振方向变为45°，而偶波长光束的偏振态不变；

光束18、19、20、21经过法拉第旋转片151，之后再分别经过半波片组140中的半波片141、142、145、146到达B区域，光束18和20的偏振方向为0°，而光束19和21的偏振方向为90°；

最终光束18、19、20、21再经过偏振分束器121合束成为光束22和23，奇偶波长的光分别进入接收准直器111和113，完成传统的梳状滤波模式的工作。

较佳地，本发明实施例的提供色散补偿，通过直角棱镜190反射实现双程光路设计，光束两次经过法拉第旋转片153之后偏振方向旋转90°，这样光束两次经过波长滤波片161和162时的偏振态为相互垂直的，这样光束两次产生的色散正好相反，从而实现了色散补偿。

实施例二：奇偶通道切换的梳状滤波模式

在本实施例中，与实施例一正常的梳状滤波模式的区别在于，本实施例二的奇偶通道切换的梳状滤波模式通过施加电压脉冲信号将法拉第旋转片153的旋光方向由-45°切换为45°。

其偏振状态如图2b所示，从入射准直器112出射的光依次经过偏振分束器121、偏振模式色散补偿器130、半波片组140、可切换的法拉第旋转片151、波长滤波片161、可切换的法拉第旋转片152、半波片组170、波长滤波片162、半波片180到达I区域；

由于施加电压脉冲信号后法拉第旋转片153的旋光方向被切换为45°，这样光束12和13经过法拉第旋转片153到达J区域后，奇波长光的偏振方向接近于100°，而偶波长光的偏振方向接近于10°，奇偶波长波的偏振方向正好与正常的梳状滤波模式时的偏振方向垂直；于是光束12和13进入偏振分束器122分成光束14、15、16、17之后，光束14和16主要为偶波长光的信号，而光束15和17主要为奇波长光的信号，正好与正常的梳状滤波模式相反；

光束14、15、16、17经过直角棱镜190反射之后再次经过偏振分束器122到达J区域，光束14、15、16、17按照光束在偏振分束器122中的传播方向标记为光束18、19、20、21，光束18和19为奇波长光的信号，而光束20、21为偶波长光的信号；

光束18、19、20、21再依次经过半波片180、波长滤波片162、半波片组170、可切换的法拉第旋转片152、波长滤波片161、可切换的法拉第旋转片151、半波片组140、偏振模式色散补偿器130、偏振分束器121，之后奇偶波长的光分别进入接收准直器113和111，从而实现了奇偶通道切换的梳状滤波模式的工作。

实施例三：奇通道全通输出模式

在本实施例中，与实施例一正常的梳状滤波模式的区别在于，本实施例三的奇通道全通输出模式通过施加电压脉冲信号将法拉第旋转片151的旋光方向由-22.5°切换为22.5°，将法拉第旋转片152的旋光方向由22.5°切换为-22.5°，将法拉第旋转片153的旋光方向由-45°切换为45°。

其偏振状态如图2c所示，与实施例一的正常的梳状滤波模式一样，从入射准直器112出射的光依次经过偏振分束器121、偏振模式色散补偿器130、半波片组140、可切换的法拉第旋转片151分成光束12和13进入D区域，由于施加电压脉冲信号法拉第旋转片151的旋光方向被切换为22.5°，这样光束12和13在D区域的偏振方向为90°；

光束12和13经过波长滤波片161到达E区域，由于波长滤波片161的光轴方向与光束12和13的偏振方向相同，所以光束12和13所有波长光的偏振方向保持不变；

光束12和13再经过法拉第旋转片152和半波片组170中的半波片171到达G区域，由于施加电压脉冲信号法拉第旋转片152的旋光方向为-22.5°，这样光束12和13的偏振方向很接近0°；

光束12和13再经过波长滤波片162到达H区域，波长滤波片162光轴方向与光束12和13的偏振方向很接近，于是光束12和13所有波长光的偏振方向仍保持不变；

光束12和13再经过半波片180和旋光方向为45°的法拉第旋转片153(通过施加电压脉冲信号实现)到达J区域，所有波长光的偏振方向变为接近于10°；

由于光束12和13的偏振方向与很接近0°，光束12和13进入偏振分束器122之后主要能量为光束14和16，光束15和17的能量很小，可以忽略不计；

光束14和16再经过直角棱镜190反射之后再次经过偏振分束器122到达J区域，光束14和16沿着图1中20、21所示的方向传播(光束重新标记为20、21)；光束20和21再次经过法拉第旋转片153和半波片180到达H区域，光的偏振方向变为接近90°；光束20和21再次波长滤波片162到达G区域，光的偏振方向保持不变；

光束20和21再经过半波片组170中的半波片171和法拉第旋转片152到达E区域，光的偏振方向变化为0°；光束20和21再次波长滤波片161到达D区域，光的偏振方向保持不变；光束20和21经过法拉第旋转片151，之后再分别经过半波片组140中的半波片141、142到达B区域，光束20和21的偏振方向分别为0°和90°；这样光束20和21经过偏振分束器121合束成为光束23之后进入接收准直器111，完成奇通道全通输出模式的工作。

实施例四：偶通道全通输出模式

在本实施例中，与实施例三奇通道全通输出模式的区别在于，本实施例四的偶通道全通输出模式通过施加电压脉冲信号将法拉第旋转片153的旋光方向由45°切换为-45°。

其偏振状态如图2d在所示，与实施例三奇通道全通输出模式一样，从入射准直器112出射的光依次经过偏振分束器121、偏振模式色散补偿器130、半波片组140、可切换的法拉第旋转片151、波长滤波片161、可切换的法拉第旋转片152、半波片组170、波长滤波片162、半波片180到达I区域；

由于施加电压脉冲信号法拉第旋转片153的旋光方向被切换为45°，这样光束12和13经过法拉第旋转片153到达J区域后，所有波长光的偏振方向变为接近于100°；光束12和13进入偏振分束器122之后主要能量为光束15和17，光束14和16的能量很小，可以忽略不计；

光束15和17再依次经过直角棱镜190、半波片180、波长滤波片162、半波片组170、可切换的法拉第旋转片152、波长滤波片161、可切换的法拉第旋转片151、半波片组140、偏振模式色散补偿器130、偏振分束器121，合束成为光束22之后进入接收准直器113，完成偶通道全通输出模式的工作。

图6为正常的梳状滤波模式下，本发明实施例的光梳状滤波器的插损(Insertion Loss，IL)和色散(Chromatic Dispersion，CD)的计算波形。曲线601和602分别为奇偶通道的IL波形，相应的纵坐标为左边的坐标轴；曲线603和604分别为奇偶通道的CD波形，相应的纵坐标为右边的坐标轴(图4中坐标轴的定义与之相同)。从图6中可以看出，奇偶通道IL曲线都是很好的梳状滤波曲线，在透射带曲线很平坦，隔离带很深也很宽。在透射带内，光梳状滤波器的色散值很小，其绝对值最大值只有1ps/nm(传统的光梳状滤波器产品的色散值为75ps/nm)，表明该光梳状滤波器的色散是很小的。相应的，奇偶通道切换的梳状滤波模式下，光梳状滤波器的性能也很好，将奇偶通道的计算波形位置互换就可以得到相应的IL和CD的计算波形。

图7为偶通道全通模式下，本发明实施例的光梳状滤波器的IL和CD的计算波形。曲线701和702分别为奇偶通道的IL波形，曲线703为偶通道的CD波形。从图7中可以看出，偶通道IL曲线约为一条直线，且其值很接近0，说明所有波长的IL指标都很好；而所有波长的奇通道IL都很大，其值约为-30dB，可以认为完全没有光信号。偶通道的CD曲线也很接近0，说明在此工作模式下色散补偿也是很好的。同样的，奇通道全通模式下，光梳状滤波器的性能也一样，只要将奇偶通道的波形互换一下就可以了。

本发明的可切换的光梳状滤波器及方法，以偏振光干涉原理为基础，结合可切换型法拉第旋转片，通过在滤波器中插入3片或者3片以上的可切换型法拉第旋转片，通过改变法拉第旋转片的旋光方向，从而改变光路中光束的偏振方向，使光信号在不同通道之间进行切换，从而实现磁光式可切换光梳状滤波功能，该滤波器可以在多种模式下工作，还可以在多种工作模式之间自由切换。进一步地，其通过在其光路中设计了色散补偿机制，实现滤波器的低色散。

最后应当说明的是，很显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (18)

1.一种可切换的低色散光梳状滤波器，包括入射光准直器(112)，两个接收准真器(111、113)，其特征在于，还包括至少3个可切换的法拉第旋转片(151、152、153)，以及至少2个偏振分束器(121、122)，至少2个波长滤波片(161、162)；

从所述入射光准直器(112)输入的任意偏振态的光束，经过所述偏振分束器(121)将光束分成两束线偏振光；

通过对所述可切换的法拉第旋转片(151、152、153)施加电压脉冲信号，改变其旋光方向，所述可切换的法拉第旋转片(151、152、153)利用不同的旋光方向来改变所述多束线偏振光的偏振态，实现多种工作模式，并且在多种模式之间进行自由切换；

所述波长滤波片(161、162)将所述多束线偏振光进行滤波，得到奇偶波长的偏振方向正交的光束；

经过所述偏振分束器(122)合束为不同模式下的波形，输出到所述接收准直器(111、113)。

2.根据权利要求1所述的光梳状滤波器，其特征在于，还包括至少两个半波片组(140、170)，至少1个半波片(180)，对所述多束线偏振光进行偏振方向的调整。

3.根据权利要求1或2所述的光梳状滤波器，其特征在于，还包括一直角棱镜(190)，实现双程光路结构设计。

4.根据权利要求3所述的光梳状滤波器，其特征在于，还包括一个或者多个偏振模式色散补偿器(130)，补偿由不同偏振方向的光束在光路中因光程不同而导致的偏振模式色散。

5.根据权利要求1或2所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述波长滤波片(161、162)是偏振双折射晶体，即其光轴设计为与入射光垂直，如此入射光分解得到的两个正交偏振分量并保持同轴传输，但由于晶体双折射的存在，使得两个偏振分量之间产生光程差。

6.根据权利要求1或2所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述波长滤波片(161、162)是一种马赫-泽德光学干涉结构，该光学结构包括两个偏振分束棱镜和一块玻璃A，光束进入第一个偏振分束棱镜之后根据偏振方向分解成S光和P光，再由第二个偏振分束棱镜合成一束光，S光和P光在合束之前，P光经过玻璃A，这样S光和P光会产生光程差。

7.根据权利要求1或2所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述波长滤波片(161、162)是一种基于偏振分束晶体的马赫-泽德光学干涉结构，即入射光经过第一个偏振分束晶体后分解为两个正交偏振分量，且两分量之间在空间上分开，其后对称放置的另一偏振分束晶体将两分量合并为一束输出，由于两分量在空间行程的差异和晶体双折射从而产生光程差。

8.根据权利要求1或2所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述多种工作模式，包括正常的梳状滤波模式；奇偶通道互换的梳状滤波模式；奇通道全通输出模式；偶通道全通输出模式。

9.根据权利要求4所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述光梳状滤波器，沿着光路方向依次设置所述入射光准直器(112)，两个所述接收准直器(111、113)；所述偏振分束器(121)，所述偏振模式色散补偿器(130)，所述半波片组(140)，所述可切换的法拉第旋转片(151)，所述波长滤波片(161)，所述可切换的法拉第旋转片(152)，所述半波片组(170)，所述波长滤波片(162)，所述半波片(180)，所述可切换的法拉第旋转片(153)，所述偏振分束器(122)，所述直角棱镜(190)。

10.根据权利要求9所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述光梳状滤波器在正常的梳状滤波模式下工作时，所述法拉第旋转片(151)的旋光方向为-22.5°；所述法拉第旋转片(152)的旋光方向为22.5°；所述法拉第旋转片(153)旋光方向为-45°。

11.根据权利要求9所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述光梳状滤波器在奇偶通道切换的梳状滤波模式下工作时，所述法拉第旋转片(151)的旋光方向为-22.5°；所述法拉第旋转片(152)的旋光方向为22.5°；所述法拉第旋转片(153)旋光方向为45°。

12.根据权利要求9所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述光梳状滤波器在奇通道全通输出模式下工作时，所述法拉第旋转片(151)的旋光方向为22.5°；所述法拉第旋转片(152)的旋光方向为-22.5°；所述法拉第旋转片(153)的旋光方向为45°。

13.根据权利要求9所述的光梳状滤波器，其特征在于，所述光梳状滤波器在偶通道全通输出模式下工作时，所述法拉第旋转片(151)的旋光方向为22.5°；所述法拉第旋转片(152)的旋光方向为-22.5°；所述法拉第旋转片(153)的旋光方向为-45°。

14.一种可切换的低色散光梳状滤波方法，其特征在于，包括：

从入射光准直器(112)输入的任意偏振态的光束，经过偏振分束器(121)将光束分成两束线偏振光的步骤；

通过对可切换的法拉第旋转片(151、152、153)施加电压脉冲信号，改变其旋光方向，所述可切换的法拉第旋转片(151、152、153)利用不同的旋光方向来改变所述多束线偏振光的偏振态，实现多种工作模式，并且在多种模式之间进行自由切换的步骤；

波长滤波片(161、162)将所述多束线偏振光进行滤波，得到奇偶波长的偏振方向正交的光束的步骤；

经过偏振分束器(122)合束为不同模式下的波形，输出到接收准直器(111、113)的步骤。

15.根据权利要求14所述的光梳状滤波方法，其特征在于，还包括：

利用半波片组(140、170)和半波片(180)对所述多束线偏振光进行偏振方向的调整的步骤。

16.根据权利要求14或15所述的光梳状滤波方法，其特征在于，还包括：

利用直角棱镜(190)实现双程光路结构设计的步骤。

17.根据权利要求16所述的光梳状滤波方法，其特征在于，还包括：

利用一个或者多个偏振模式色散补偿器(130)补偿由不同偏振方向的光束在光路中因光程不同而导致的偏振模式色散的步骤。

18.根据权利要求16所述的光梳状滤波方法，其特征在于，还包括：

光束两次经过波长滤波片(161、162)时的偏振态为正交，从而实现了色散补偿的步骤。

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