CN102023397A - 可调光滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通讯器件领域，尤其涉及一种可调光滤波器。本发明的可调光滤波器输入端的光通过偏振分光元件单元及半波片分为空间分开的2路均具有o光，第一光路的o光依次经过偏振旋转元件单元、光束整形元件单元及光滤波器元件再经过1个直角棱镜交换至第二光路逆向输出为e光；第二光路的o光也同样的交换至第一光路逆向输出为e光；所述的逆向输出的第一光路和第二光路的e光的其中一路通过半波片变回o光，和另一路的e光由偏振合光元件单元合束输出至输出端准直器，所述的光滤波器元件可调谐。本发明光学结构设计简单，有效地降低插入损耗和偏振相关损耗，同时也可以使器件更加小型化。
Description
技术领域
本发明涉及光通讯器件领域，尤其涉及一种可调光滤波器，应用于DWDM系统中的可重构的光路上下复用/解复用器(ROADM)以及光交叉互联(OXC)系统以及传感网络等诸方面。
背景技术
可调光滤波器是一种基本光学元件，其本质上为带通型滤波器，即只允许特定波长信号透射，其他波长信号反射掉。它可以应用于DWDM系统中的可重构的光路上下复用/解复用器(ROADM)以及光交叉互联(OXC)系统以及传感网络等诸方面。如用于抵消光放大器的增益斜度，从而减少各接收端光信号功率的信道之间的偏差。已有的可调光滤波器的调谐方式一般通过微电机或者其他电学方法控制滤波器实现，从而实现滤波调谐。但是已有的可调光滤波器的输入端的2路偏振光经过偏振旋转、空间分束、光束整型等光学元件后再经由另外的2路输出至输出端的合束元件最后输出实现。这样，来回的光路上就需要产生并向的4路光路，一方面调节不易，一方面不容易实现光路的补偿优化。
发明内容
因此，针对已有的可调光滤波器的这些不足，本发明公开一种光路设计更加简单，且光学特性更具优势的可调光滤波器方案。
本发明的技术方案是：
本发明的可调光滤波器是：输入端准直器(101)的光通过偏振分光元件单元及半波片分为空间分开的2路均具有第一偏振态光，第一光路的第一偏振态光依次经过偏振旋转元件单元(10)、光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第二光路逆向输出为第二偏振态光；同样的，第二光路的第一偏振态光依次经过偏振旋转元件单元(10)、光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过该直角棱镜(114)交换至第一光路逆向输出为第二偏振态光；所述的逆向输出的第一光路和第二光路的第二偏振态光的其中一路通过半波片变回第一偏振态光，和另一路的第二偏振态光再由偏振合光元件单元合束输出至输出端准直器(102)；所述的光滤波器元件(113)可调谐。
进一步的，所述的第一偏振态光是竖直偏振态的o光，所述的第二偏振态光是水平偏振态的e光。
进一步的，所述的偏振旋转元件单元(10)包括1个法拉第旋光片(109)和1个半波片(110)。
更进一步的，所述的法拉第旋光片(109)是45°的法拉第旋光片，所述的半波片是22.5°的半波片。
进一步的，所述的光束整形元件单元(20)是2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组，或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组。所述的光束整形棱镜组或所述的光束整形透镜组可以反向放置。
进一步的，所述的直角棱镜(114)可以替代为2个垂直的反射镜。
进一步的，所述的光滤波器元件(113)是通过微型电机旋转调谐。
本发明主要可以采用3种实施方式。
实施例1：输入端准直器(101)的光通过偏振walk-off晶体(201)分为空间分开的2路光，第一路为o光，第二路为e光，第二路的e光经过1个45°的半波片(203)后变为o光输出；第一光路的o光和第二光路的o光经过偏振walk-off晶体(206)后向上偏折；第一光路的o光经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第二光路逆向输出为e光；同样的，第二光路的o光经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第一光路逆向输出为e光；所述的逆向输出的第一光路的e光和第二光路的e光，无偏折地经过偏振walk-off晶体(206)后，被所述的斜方棱镜(207)的斜面反射至另1个相对斜面输出，其中一路e光通过1个45°的半波片(204)，由偏振walk-off晶体(202)合束输出至输出端准直器(102)；所述的光滤波器元件(113)可调谐。
实施例2：输入端准直器(101)的光通过偏振walk-off晶体(201)分为空间分开的2路光，第一路为o光，第二路为e光，第二路的e光经过1个45°的半波片(203)后变为o光输出；第一光路的o光和第二光路的o光被1个直角棱镜(305)或1个反射镜反射至1个PBS棱镜(306)后，被其PBS面反射；第一光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第二光路逆向输出为e光；同样的，第二光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第一光路逆向输出为e光；所述的逆向输出的第一光路的e光和第二光路的e光，通过PBS棱镜(306)后输出，其中一路e光通过1个45°的半波片(204)，由walk-off晶体(202)合束输出至输出端准直器(102)；所述的光滤波器元件(113)可调谐。
实施例3：输入端准直器(101)的光直接入射或者通过1个直角棱镜(401)或1个反射镜入射至PBS棱镜(403)后，被其PBS面偏振分光分为空间分开的水平方向偏振和垂直方向偏振2路光，第一路为o光，第二路为e光，第一路的o光经过1个斜方棱镜(405)改变光路输出，第二路的e光经过1个直角棱镜(402)或1个反射镜反射改变光路和经过1个45°的半波片(404)后变为o光输出；第一光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第二光路逆向输出为e光；同样的，第二光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第一光路逆向输出为e光，其中第二光路逆向输出的e光经过所述的45°的半波片(404)后变为o光；所述的逆向输出的第一光路的e光和第二光路的o光返回PBS棱镜(403)的PBS面后合束输出至输出端准直器(102)；所述的光滤波器元件(113)可调谐。
本发明是采用基于光学多层薄膜以及电机驱动技术，并且光学结构设计简单，有效地降低插入损耗和偏振相关损耗，同时也可以使器件更加小型化。
附图说明
图1a是本发明的实施例1的结构的俯视图；
图1b是本发明的实施例1的结构的侧视图；
图2是本发明的光轴方向示意图；
图3a是本发明的实施例2的结构的俯视图；
图3b是本发明的实施例2的结构的侧视图；
图4a是本发明的实施例3的结构的俯视图；
图4b是本发明的实施例3的结构的侧视图；
图5a是本发明的实施例4的结构的俯视图；
图5b是本发明的实施例4的结构的侧视图；
图6是本发明的光束整形元件单元的替换元件的示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参阅图1a、图1b，图3a、图3b，图4a、图4b，图5a、图5b所示，本发明的可调光滤波器的光路原理是：输入端准直器101的光通过偏振分光元件单元及半波片分为空间分开的2路均具有第一偏振态光，第一光路的第一偏振态光依次经过偏振旋转元件单元10、光束整形元件单元20及光滤波器元件113再经过1个直角棱镜114交换至第二光路逆向输出为第二偏振态光；同样的，第二光路的第一偏振态光依次经过偏振旋转元件单元10、光束整形元件单元20及光滤波器元件113再经过该直角棱镜114交换至第一光路逆向输出为第二偏振态光；所述的逆向输出的第一光路和第二光路的第二偏振态光的其中一路通过半波片变回第一偏振态光，和另一路的第二偏振态光再由偏振合光元件单元合束输出至输出端准直器102；所述的光滤波器元件113可调谐。
本发明实施例1方案的工作原理如图1a、图1b所示。从准直器101输入的光经过偏振walk-off晶体201后分解为o光(竖直偏振，图中以圆点表示)和e光(水平偏振，图中以竖线表示)，其中e光再经过光轴方向为45°(迎着光传播的方向，光轴方向的定义如图2所示)的半波片203，变为竖直偏振的o光。两束竖直偏振的光经过偏振walk-off晶体206后，光束向上偏折(在图1b侧视中观察)。这两束光经过法拉第旋光片109，偏振方向变为与竖直方向成45°夹角，再经过光轴方向为22.5°的半波片110，变回竖直偏振，接着经过棱镜111和棱镜112整形光斑后，入射到滤波器113。透过滤波器113的光被直角棱镜114反射后，两束光的位置相互转换，而方向与原来相反，即在图1a的俯视图中由左向右传播。光透过滤波器113及棱镜111和112后，经过半波片110和法拉第旋光片109，偏振变为水平方向，接着无偏折地经过walk-off晶体206，再被斜方棱镜205反射，位置发生偏移。其中的一束光经过光轴方向为45°的半波片204，变为竖直偏振，随后两束光经过walk-off晶体202合束，被准直器102接收。通过精密调节滤波器113的旋转，改变光入射到滤波器113时的角度，我们就可以根据需要改变滤波器113的透过波长。
实施例2：将图1a、图1b中起偏振分光作用的walk-off晶体206换成PBS棱镜(偏振分束器)，则光路可变为图3a、图3b所示的情况。在图3a的俯视图中，由准直器101输入的光经过walk-off晶体201和半波片203的组合后，变为两束竖直偏振的光，经过反射棱镜305改变方向后，再被PBS棱镜306反射。这两束光接下来两次经过法拉第旋光片109、半波片110、棱镜111和112、滤波器113及被直角棱镜114反射的情况与图1a、图1b相同。当光从左向右传播到PBS棱镜306时，偏振变为水平方向，通过PBS棱镜306，再经过半波片204和walk-off晶体202的组合，合成为一束，被准直器102接收。该方案与图1a、图1b所示的原始方案类似，只不过将其中一个具有偏振分光功能Walk-off晶体的换成了PBS，其实现原理是一致的。
实施例3：如果将图1a、图1b的实施例1的原始方案中的Walk-off晶体全部换成PBS，则可产生图4a、图4b所示的方案。由准直器101输入的光经反射棱镜401改变方向后入射到PBS棱镜403，被分成水平偏振和竖直偏振的两束。
首先看其中水平偏振的一束，经反射棱镜402改变方向后再经过光轴方向为45°的半波片404，变为竖直偏振，接下来与图1a、图1b类似地，经过法拉第旋光片109、半波片110、棱镜111和112、滤波器113，被直角棱镜114反射后，传播方向与原来相反，并且位置发生改变。当这束光在图4a的俯视图中由左至右地穿过滤波器113、棱镜112和111、半波片110和法拉第旋光片109后，变为水平偏振，入射到斜方棱镜405，在斜方棱镜405内发生两次反射后，再穿过PBS棱镜403，被准直器102接收。
接下来看另一束竖直偏振的光。这束光被PBS棱镜403反射后再沿着与前面水平偏振光相反的方向传播，只是当其在图4a的俯视图中由左至右入射到反射棱镜402时，由于再次通过半波片404，偏振态为竖直偏振，经反射棱镜402和PBS棱镜403反射后被准直器102接收。
该方案与图1a、图1b所示的实施例1相比，只是将所有的Walk-off晶体都换成了PBS棱镜。其实现原理是完全一致的。
实施例4：除了上面两种情况外，将实施例1中的光斑整形部分稍加改变，会产生图5a、图5b所示的方案。这种方案与实施例1方案几乎完全一致，只是棱镜111和棱镜112的方向相对于实施例1方案中的棱镜组有了90°的偏转，在实现原理上完全没有区别。
此外，以上所有实施方案中的整形棱镜组合，均可用柱面透镜组合来代替，如图6所示。以上所有方案中的直角棱镜、斜方棱镜和反射棱镜也都可以用反射镜替代。由此产出方案在实现原理上与我们的原始方案是完全一致的。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.可调光滤波器，其特征在于：输入端准直器(101)的光通过偏振分光元件单元及半波片分为空间分开的2路均具有第一偏振态光，第一光路的第一偏振态光依次经过偏振旋转元件单元(10)、光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第二光路逆向输出为第二偏振态光；同样的，第二光路的第一偏振态光依次经过偏振旋转元件单元(10)、光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过该直角棱镜(114)交换至第一光路逆向输出为第二偏振态光；所述的逆向输出的第一光路和第二光路的第二偏振态光的其中一路通过半波片变回第一偏振态光，和另一路的第二偏振态光再由偏振合光元件单元合束输出至输出端准直器(102)；所述的光滤波器元件(113)可调谐。
2.根据权利要求1所述的可调光滤波器，其特征在于：所述的第一偏振态光是竖直偏振态的o光，所述的第二偏振态光是水平偏振态的e光。
3.根据权利要求1所述的可调光滤波器，其特征在于：所述的偏振旋转元件单元(10)包括1个法拉第旋光片(109)和1个半波片(110)。
4.根据权利要求3所述的可调光滤波器，其特征在于：所述的法拉第旋光片(109)是45°的法拉第旋光片，所述的半波片是22.5°的半波片。
5.根据权利要求1所述的可调光滤波器，其特征在于：所述的光束整形元件单元(20)是2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组，或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组。
6.根据权利要求5所述的可调光滤波器，其特征在于：所述的光束整形棱镜组或所述的光束整形透镜组可以反向放置。
7.根据权利要求1所述的可调光滤波器，其特征在于：所述的直角棱镜(114)可以替代为2个垂直的反射镜。
8.根据权利要求1所述的可调光滤波器，其特征在于：所述的光滤波器元件(113)是通过微型电机旋转调谐。
9.根据1-7任一权利要求所述的可调光滤波器，其特征在于：输入端准直器(101)的光通过偏振walk-off晶体(201)分为空间分开的2路光，第一路为o光，第二路为e光，第二路的e光经过1个45°的半波片(203)后变为o光输出；第一光路的o光和第二光路的o光经过偏振walk-off晶体(206)后向上偏折；第一光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第二光路逆向输出为e光；同样的，第二光路的o光依次经过无偏折的walk-off晶体(206)以及1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第一光路逆向输出为e光；所述的逆向输出的第一光路的e光和第二光路的e光，被所述的斜方棱镜(207)的斜面反射至另1个相对斜面输出，其中一路e光通过1个45°的半波片(204)，由walk-off晶体(202)合束输出至输出端准直器(102)；所述的光滤波器元件(113)可调谐。
10.根据1-7任一权利要求所述的可调光滤波器，其特征在于：输入端准直器(101)的光通过偏振wa lk-off晶体(201)分为空间分开的2路光，第一路为o光，第二路为e光，第二路的e光经过1个45°的半波片(203)后变为o光输出；第一光路的o光和第二光路的o光被1个直角棱镜(305)或1个反射镜反射至1个PBS棱镜(306)后，被其PBS面反射；第一光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第二光路逆向输出为e光；同样的，第二光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第一光路逆向输出为e光；所述的逆向输出的第一光路的e光和第二光路的e光，通过PBS棱镜(306)后输出，其中一路e光通过1个45°的半波片(204)，由walk-off晶体(202)合束输出至输出端准直器(102)；所述的光滤波器元件(113)可调谐。
11.根据1-7任一权利要求所述的可调光滤波器，其特征在于：输入端准直器(101)的光直接入射或者通过1个直角棱镜(401)或1个反射镜入射至PBS棱镜(403)后，被其PBS面偏振分光分为空间分开的水平方向偏振和垂直方向偏振2路光，第一路为o光，第二路为e光，第一路的o光经过1个斜方棱镜(405)改变光路输出，第二路的e光经过1个直角棱镜(402)或1个反射镜反射改变光路和经过1个45°的半波片(404)后变为o光输出；第一光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第二光路逆向输出为e光；同样的，第二光路的o光依次经过1个45°的法拉第旋光片(109)和1个22.5°的半波片(110)构成的偏振旋转元件单元(10)、2个或多个棱镜组成的光束整形棱镜组或者2个或多个的柱面透镜组成的光束整形透镜组构成的光束整形元件单元(20)及光滤波器元件(113)再经过1个直角棱镜(114)交换至第一光路逆向输出为e光，其中第二光路逆向输出的e光经过所述的45°的半波片(404)后变为o光；所述的逆向输出的第一光路的e光和第二光路的o光返回PBS棱镜(403)的PBS面后合束输出至输出端准直器(102)；所述的光滤波器元件(113)可调谐。
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2009
- 2009-09-11 CN CN 200910192368 patent/CN102023397B/zh active Active
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