CN102156329B - 光纤滤波器装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤滤波器装置，其包括：具有第一光纤的第一光纤头组件、具有第二光纤的第二光纤头组件、第一光学滤波元件和第二光学滤波元件。所述第一光学滤波元件设置在第一光纤的第一端口和第二光纤的第二端口之间且与第一光纤的光轴倾斜成一角度，以使得从第一端口出射的光的具有第一波长范围的部分透射通过第一光学滤波元件并从第二端口进入第二光纤，而从第一端口出射的光的具有第二波长范围的部分被第一光学滤波元件反射形成一反射光，第二光学滤波元件设置在反射光的光路上，使得反射光在被第一光学滤波元件和第二光学滤波元件再反射至少两次后从第一端口返回第一光纤。另外，本发明还包括一种光纤滤波器装置的制造方法。

Description

光纤滤波器装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及光纤滤波器领域。更具体地说，本发明涉及一种光纤滤波器装置及其制造方法。
背景技术
随着光纤到户或光纤到驻地(Fiber To The X，FTTx)的商用化来临，对局端与用户端光纤链路健康度的实时监测成为迫切需要。现有FTTx监测系统使用光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer，OTDR)技术，由于占绝对优势的TDM-PON架构中使用光功率分支器件(OpticalPower Splitter)连接多个用户，这样OTDR所获得的测试结果是多个用户链路的合成，并不能获知某一个特定用户与局端的互联情况，然而对于实际应用来说，必须获知每个用户与局端之间的链路清晰的监测图样。
目前，可供选择采用的技术之一为在用户端插接光纤布拉格光栅(Fiber Brag Grating，FBG)，由于FBG具有本征的超窄带反射光谱特性(～0.5nm3dB)，但是应用在FTTx系统中的OTDR监测系统需要更为宽松的反射光谱特性以便放松OTDR的激光器中心波长的偏差或漂移(20nm)，尽管技术上来讲，可以采用啁啾的办法来增宽FBG的反射光谱宽度，但是成本非常高昂，并且随着反射光谱增宽其总体光学性能因之明显下降。
制作光纤布拉格光栅的常用方法有双光束干涉法和相位掩模板，双光束干涉法主要适用于研究目的，不适合于商用的批量生产；相位掩模板则在其结构形成后，制作过程相对简单易控，适用于商用批量生产。但是，由于单个相位掩模板制作的FBG具有本征的超窄带反射光谱特性(～0.5nm3dB)，因此常采用多个相位掩模板或者非周期相位掩模板来实现啁啾FBG来增宽FBG的反射光谱宽度，但是特制可制作20nm反射光谱的相位掩模板极端昂贵，因此，该方法制作的啁啾FBG成本非常高昂，鉴于FTTx对成本的敏感性来说，所以啁啾FBG不是一个良好的选择，并且随着反射光谱增宽其总体光学性能因之明显下降。
因而，需要提供一种反射光谱宽、反射隔离度高且成本相对低廉的光纤滤波装置来从光纤的光信号中提取OTDR所需的检测信号。
发明内容
为此，本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷中的至少一个方面。
本发明的目的在于提供一种光纤滤波器装置及其制造方法，其通过光学滤波元件和光纤头组件针对不同的频谱将入射光进行分离，并将具有宽频谱、高反射率和高反射隔离度的光反射回入射光纤，以提供OTDR所需的检测信号。
本发明的目的进一步在于提供一种光纤滤波器装置及其制造方法，其通过结构和光路的合理配置实现了对入射光的多次反射，以提高反射隔离度，从而能够利用常规反射隔离度的光学滤波装置实现很高的反射隔离度效果，而节省了成本。
根据本发明的一个方面，其提供一种光纤滤波器装置，包括：
第一和第二光纤头组件，所述第一光纤头组件包括第一光纤和用于容纳所述第一光纤的第一光纤容纳部件，所述第二光纤头组件包括第二光纤和用于容纳所述第二光纤的第二光纤容纳部件，所述第一光纤具有第一端口，所述第二光纤具有第二端口；以及
第一光学滤波元件和第二光学滤波元件，所述第一和第二光学滤波元件都允许第一波长范围的光透射通过，而允许第二波长范围的光被反射，
其中，所述第一光学滤波元件设置在所述第一端口和所述第二端口之间且与所述第一光纤的光轴倾斜成一角度，以使得从所述第一端口出射的光的具有第一波长范围的部分透射通过所述第一光学滤波元件并从所述第二端口进入所述第二光纤，而从所述第一端口出射的光的具有第二波长范围的部分被所述第一光学滤波元件反射形成一反射光，所述第二光学滤波元件设置在所述反射光的光路上，使得所述反射光在被所述第一光学滤波元件和所述第二光学滤波元件再反射至少两次后从所述第一端口返回所述第一光纤。
进一步地，在所述第一端口和第二端口之间可以填充有折射率匹配物。
更进一步地，所述角度可以为大于0度、小于90度的任一角度。
具体地，所述角度可以等于45度。
进一步地，所述第二光学滤波元件的反射表面可以与所述反射光入射到所述第二光学滤波元件的方向垂直。
进一步地，从所述第一端口出射的光的具有第一波长范围的部分可以沿所述第二光纤的光轴方向进入所述第二端口。
进一步地，所述第一光学滤波元件可以设置在所述第一端口的端面上。
更进一步地，所述第二光学滤波元件可以设置在所述第一端口附近的第一光纤的侧表面上。
更进一步地，所述第二光学滤波元件也可以嵌入所述第一端口附近的第一光纤的内部。
更进一步地，所述第一端口的端面可以从第一光纤容纳部件的端面伸出，所述第二端口的端面可以从第二光纤容纳部件的端面伸出。
更进一步地，所述第一端口的端面可以与第一光纤容纳部件的端面平齐，所述第二端口的端面可以与第二光纤容纳部件的端面平齐。
更进一步地，在所述第一光纤容纳部件中可以设置有用于安装所述第二光学滤波元件的狭槽或侧开口。
进一步地，所述第一光纤容纳部件的端面和所述第二光纤容纳部件的端面可以分别与所述第一光纤的光轴和所述第二光纤的光轴垂直。
进一步地，所述第一光纤容纳部件的端面和所述第二光纤容纳部件的端面可以分别相对于所述第一光纤的光轴和所述第二光纤的光轴倾斜。
进一步地，所述第一光学滤波元件可以设置在所述第二端口的端面上。
更进一步地，所述第二光学滤波元件可以位于所述第一光纤外部的第一光纤容纳部件的端面上。
更进一步地，所述第二光学滤波元件可以位于所述第一端口的端面上。
具体地，所述第二端口的端面可以与所述第二光纤容纳部件的端面平齐。
具体地，所述第二端口的端面可以从所述第二光纤容纳部件的端面伸出。
进一步地，所述第一和第二光学滤波元件可以是薄膜滤光片。
进一步地，所述光纤滤波器装置还可以包括：套管，其中所述第一和第二光学滤波元件、所述第一和第二光纤头组件分别地或组合地容纳在所述套管中；和外壳，用于容纳所述套管。
根据本发明的另一个方面，提供一种光纤滤波器装置的制造方法，所述方法可以包括以下步骤：
(a)提供第一和第二光纤头组件以及第一光学滤波元件和第二光学滤波元件，所述第一光纤头组件包括第一光纤和用于容纳所述第一光纤的第一光纤容纳部件，所述第二光纤头组件包括第二光纤和用于容纳所述第二光纤的第二光纤容纳部件，所述第一光纤具有第一端口，所述第二光纤具有第二端口，所述第一和第二光学滤波元件都允许第一波长范围的光透射通过，而允许第二波长范围的光被反射；
(b)将第一光学滤波元件设置在从所述第一端口射出的光的光路上，并使之与第一光纤的光轴倾斜成一角度，以使得从所述第一端口出射的光的具有第一波长范围的部分透射通过所述第一光学滤波元件，而从所述第一端口出射的光的具有第二波长范围的部分被所述第一光学滤波元件反射形成一反射光，在所述反射光的光路上设置第二光学滤波元件，使得所述反射光在被所述第一光学滤波元件和所述第二光学滤波元件再反射至少两次后从所述第一端口返回所述第一光纤；
(c)将所述第一光纤头组件和所述第二光纤头组件分别装入套管，并使透射通过所述第一光学滤波元件的光从第二光纤的所述第二端口进入所述第二光纤；和
(d)将第一光纤头组件和第二光纤头组件以及套管进行固化。
进一步地，步骤(b)还可以包括：
将折射率匹配物填充在所述第一端口和第二端口之间。
更进一步地，步骤(b)还可以包括：进行光路调整，以使得所述反射光经所述第一和第二光学滤波元件反射进入所述第一光纤的功率达到最大值；以及步骤(c)还可以包括：进行光路调整，以使得透射通过所述第一光学滤波元件的光与所述第二光纤的耦合效率达到最大值。
进一步地，所述步骤还可以包括：将所述第一光学滤波元件贴装固定或直接淀积在所述第一端口的端面上。
进一步地，所述步骤还可以包括：将所述第二光学滤波元件贴装固定或直接淀积在所述第一端口附近的第一光纤的侧表面上，或者将所述第二光学滤波元件嵌入到所述第一端口附近的第一光纤的内部。
进一步地，所述步骤还可以包括：将所述第一光学滤波元件贴装固定或直接淀积在或所述第二端口的端面上。
更进一步地，所述步骤还可以包括：将所述第二光学滤波元件贴装固定或直接淀积在所述第一光纤外部的第一光纤容纳部件的端面上。
更进一步地，所述步骤还可以包括：将所述第二光学滤波元件贴装固定或直接淀积在所述第一端口的端面上。
更进一步地，将所述端面或侧表面在贴装固定或直接淀积所述第一或第二光学滤波元件之前进行抛光和增透镀膜处理。
本发明中上述技术方案中的任一个方面至少具有下述优点和有益效果：
通过采用光学滤波元件的反馈式光路设计结构来替代成本高昂的啁啾光纤布拉格光栅，而实现对OTDR所需的检测信号的提取，能够提高反射光的光谱宽度，从而获得更好的光学性能。并且与现有技术相比，其还具有制造工艺易控、成本低、可靠性高的优势。
本发明的技术方案的优势还在于，通过使得光在根据本发明的光纤滤波器装置中的多次反射，来实现以低成本的较低反射隔离度的薄膜滤波片获得极高的反射隔离度、高回波损耗及良好的反射率。同时，由于其核心部分微小，易于与其它光器件进行集成。
附图说明
下面参照附图对根据本发明实施方式的光纤滤波器的制造方法和装置进行说明，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的光纤滤波器的结构的截面示意图；
图2是图1所示的实施例中的中间位置处的局部放大示意图；
图3是根据本发明的另一个实施例的光纤滤波器的结构的局部示意图；
图4是根据本发明的又一个实施例的光纤滤波器的结构的局部示意图；
图5是根据本发明的另一个实施例的光纤滤波器的结构的截面示意图；
图6是图5所示的实施例中的中间位置处的局部放大示意图；
图7是根据本发明的再一个实施例的光纤滤波器的结构的局部示意图；
图8和图9分别示出图7所示的实施例的变体；
图10是根据本发明的另一个实施例的光纤滤波器的结构的截面示意图；
图11是图10所示的实施例中的中间位置处的局部放大示意图；
图12是根据本发明的另一个实施例的光纤滤波器的结构的截面示意图；和
图13是图12所示的实施例中的中间位置处的局部放大示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
附图1和图2表示了一种光纤滤波器装置的结构。参见图1，根据本发明一种实施方式的光纤滤波器装置100。光纤滤波器装置100包括第一光纤头组件110和第二光纤头组件120。第一光纤头组件110包括第一光纤111和用于容纳所述第一光纤111的第一光纤容纳部件112。第二光纤头组件120包括第二光纤121和用于容纳第二光纤121的第二光纤容纳部件122。第一光纤111具有第一端口113，第二光纤121具有第二端口123。第一光纤容纳部件112和第二光纤容纳部件122例如可以是毛细管或其它能够用于容纳和固定光纤的部件。
光纤滤波器装置100还包括第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124。第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124都允许第一波长范围(λ1a，λ1b)的光透射通过，而允许第二波长范围(λ2a，λ2b)的光被反射。如图2所示，第一光学滤波元件114设置在第一端口113的端面115上，以使得从第一端口113出射的光的具有第一波长范围(λ1a，λ1b)的部分透射通过第一光学滤波元件114形成光131。光131从第二端口123进入第二光纤121。第一光学滤波元件114与第一光纤111的光轴116倾斜成一角度α，使得从第一端口113出射的光的具有第二波长范围(λ2a，λ2b)的部分被第一光学滤波元件114反射形成一反射光132。在反射光132的光路上，设置有第二光学滤波元件124，使得反射光132被反射向第一光学滤波元件114，并在被第一光学滤波元件114再次反射后从第一端口113返回第一光纤111中。也就是说，反射光132在被第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124再反射两次后被反馈回第一光纤111，用于提供OTDR所需的检测信号。
在上述过程中，从第一端口113出射的光的具有第二波长范围(λ2a，λ2b)的部分被第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124总共反射了三次，通过这种多次的反射，光学滤波的反射隔离度能够大幅提高，例如光在经过一自身反射隔离度为14dB的常规薄膜滤波片的三次反射之后，反射隔离度可以达到40dB以上。进而，回波损耗也随之提高。同时，由于第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124，例如薄膜滤波片，的反射波长范围(λ2a，λ2b)的选择余地远大于啁啾光纤布拉格光栅，因而，被反馈回第一光纤111中的光的光谱宽度可以被大大增加，而不再受啁啾光纤布拉格光栅的窄波带的限制，于是提供给OTDR的检测信号的反射率不再受OTDR激光波长因温度等环境变化产生漂移的影响。
在图1和图2示出的实施例中，第一光学滤波元件114设置在第一端口113的端面115上，但应当理解，这不是必须的。第一光学滤波元件114也可以设置在第二光纤124的第二端口123的端面125上，或者通过额外的安装固定方式设置在第一端口113和第二端口123之间的任何位置上，这些方案都可以实现第一光学滤波元件114对从第一端口113出射的光的光学滤波，并使得具有第一波长范围(λ1a，λ1b)的部分透射通过第一光学滤波元件114从第二端口123进入第二光纤121。实现与上述实施例相同的功能的其它方式也包含在本发明的范围内。
在图1和图2示出的实施例中，第二光学滤波元件124设置在第一端口113附近的侧表面上。为了便于对设置第二光学滤波元件124的侧表面进行磨削、抛光等处理，可以在相应的侧表面部位处制作一凹槽，将第二光学滤波元件124置于凹槽中。该凹槽可以是平面凹槽，也可以是曲面凹槽。但应当理解，这不是必须的。第二光学滤波元件124可以设置在反射光132的光路中的任何位置上，例如设置在第一光纤111的内部或外部的某一位置上，或者设置在突出于光纤侧表面的楔形块等结构上。如在图4所示的实施例中，第二光学滤波元件124就嵌入到第一光纤111的内部中。这些方案都可以使得反射光132经第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124的多次反射后从第一端口113返回第一光纤111中。实现与上述实施例相同的功能的其它方式也包含在本发明的范围内。
如图1所示，光纤滤波器装置100还可以包括用于容纳第一光纤头组件110的套管119、用于容纳第二光纤头组件120的套管129、粘合物13和外壳14，且第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124也被容纳于所述套管中，其中套管119和129被容装并固定于所述外壳14中，而粘合物13，例如环氧胶或紫外胶等，用于将第一光纤111和第二光纤121相对于套管119、129和外壳14附加地粘结和固定。套管和外壳的结构能够使光纤滤波器装置具备抗机械冲击振动以及其它各种环境因素的影响的性能。尽管图1中示出第一光纤头组件110、第一光学滤波元件114、第二光学滤波元件124和第二光纤头组件120被分别容纳在两个套管119和129中。但是，本发明并不仅限于此，例如根据制造工艺的要求，第一和第二光学滤波元件、第一和第二光纤头组件110、120可以分别地或其中的一个或数个组合起来容纳和固定在一个或多个套管中。
还可以在第一端口113和第二端口123之间填充折射率匹配物，以便减少光学损耗，降低菲涅尔反射。该折射率匹配物的折射率可以与第一光纤或第一光学滤波元件的折射率相等或大致相等，以便使得从第一端口113出射的光或者透射通过第一光学滤波元件的光在不同介质界面处大致保持直线传播，以沿与第二光纤的光轴一致的方向进入第二端口，从而获得更高的光纤耦合效率。该折射率匹配物的折射率也可以与第一光纤或第一光学滤波元件的折射率具有一定差别，以至于从第一端口113出射的光或者透射通过第一光学滤波元件的光在不同介质界面处传播方向产生偏转，但是该传播方向的偏转能够通过第二光纤相对于第一光纤的位置调整来补偿，例如，调整使第二光纤的光轴126相对于第一光纤的光轴116具有一偏移或者第二光纤的光轴126相对于第一光纤的光轴116成一倾斜角等，仍能够使透射通过第一光学滤波元件的光沿与第二光纤的光轴一致的方向进入第二端口，而获得较高的光纤耦合效率。上述折射率匹配物可以填充在第一光纤头组件110和第二光纤头组件120之间的空隙中。
在不填充折射率匹配物的情况下，也可以通过对第二光纤的光轴126与第一光纤的光轴116的相对位置的调整，例如，调整使第二光纤的光轴126相对于第一光纤的光轴116具有一偏移或者第二光纤的光轴126相对于第一光纤的光轴116成一倾斜角等，来提高光纤的耦合效率。该偏移或倾斜角的大小依赖于光纤材料和第一光学滤波元件的折射率以及第一端面113和第二端面123之间的距离。
需要说明的是，为了清楚简洁地表示本发明的光路和机械结构，本发明中所述的第一光学滤波元件114相对于第一光纤111的光轴116的倾斜角度α均定义为第一光学滤波元件114与第一光纤111的光轴116所夹的锐角的角度。
在图1和图2所示的实施例中，第一光学滤波元件114相对于第一光纤111的光轴116的倾斜角度α是45度，在这种情况下，反射光132的方向能够与光轴116垂直，因此，第二光学滤波元件124仅需要平行于光轴116设置，就能够使得反射光132能够被沿原路反射回去。因而，对于设置第二光学滤波元件的光纤侧表面部位的处理相对简单，有利于节省工艺和成本。但是，倾斜角度α也可以设置成其它角度，例如大于0度且小于90度的任一角度，第二光学滤波元件124的取向，也随着α的变化而变化。如图3所示，倾斜角度α大于45度，在这种情况下，反射光132的方向不再与光轴116垂直，而是朝向第一光纤111的第一端口113外部倾斜，在这种情况下，如果希望仍使得反射光132能够被沿原路反射回去，则第二光学滤波元件124的反射表面的方向则相应地也要与光轴116成另一倾角。图4则示出了倾斜角度α小于45度的一种情形，在这种情况下，反射光132的方向也不与光轴116垂直，而是朝向第一光纤111的内部倾斜，在这种情况下，如果希望仍使得反射光132能够被沿原路反射回去，则第二光学滤波元件124的反射表面的方向和设置位置则相应地也要进行调整，例如，在图4中，第二光学滤波元件嵌入到第一端口113附近的第一光纤111的内部，并相对于光轴116倾斜放置。
为了简化光路设计，可以设计使得第二光学滤波元件124的反射表面与反射光132入射到第二光学滤波元件124的方向垂直。在这种情况下，反射光132被第二光学滤波元件124沿原路反射回第一光学滤波元件114，并可被第一光学滤波元件114沿第一光纤111的光轴116的方向直接反射回第一端口115。在倾斜角度α取不同角度时，如果要保持第二光学滤波元件124的反射表面与反射光132入射到第二光学滤波元件124的方向垂直，则需要根据反射光132的光路的变化对第二光学滤波元件124的设置位置和方向进行相应的调整，如图2-4所示。本领域的技术人员应当理解，倾斜角度α的选择应当避免在介质界面处发生全反射，以保证第二波长范围内的光能够透射通过第一光学滤波元件。
在上述实施例中，光学滤波元件可以通过例如贴装、淀积、涂覆等方式设置在相应的端面或侧表面处。为了提高传输效率或满足其它光学性能要求，可以在安装光学滤波元件之前，对光纤或光纤容纳部件的相应的端面或侧表面处进行磨削、抛光等处理。还可以对抛光后的表面进一步进行增透镀膜处理。
在图1～3所示的实施例中，第一光纤容纳部件112的端面117和第二光纤容纳部件122的端面127分别与第一光纤111的光轴116和第二光纤121的光轴126垂直。但这不是必须的。端面117和127也可以设置成相对于光轴116和126倾斜，如图5-9所示。
在图1～6所示的实施例中，第一端口113的端面115设置成从第一光纤容纳部件112的端面117伸出，第二端口123的端面125设置成从第二光纤容纳部件122的端面127伸出。在这种情况下，在对光纤或光纤容纳部件的相应的端面或侧表面处进行加工处理后，在安装光学滤波元件之前，还需要对第一端口113的端面115和第二端口123的端面125进行单独的处理以保证其达到较高的传输效率。这种方案能够使对第一端口113的端面115和第二端口123的端面125的加工同对第一光纤容纳部件112的端面117和第二光纤容纳部件122的端面127的加工分离，以使得端面115和端面125的加工质量免受端面117和端面127的影响。
在另一个实施例中，如图7-9所示，第一端口113和第二端口123分别埋设于第一光纤容纳部件112和第二光纤容纳部件122之中，且端面115和125分别与第一光纤容纳部件112的端面117和第二光纤容纳部件122的端面127平齐。在这种情形中，由于端面115和125分别与端面117和端面127平齐，可以对端面115和端面117或端面125和端面127一起进行磨削和抛光等处理，而不用对端面115和端面125进行单独处理，从而能够简化工艺步骤和节省成本。
在端面115和125分别与第一光纤容纳部件112的端面117和第二光纤容纳部件122的端面127平齐的实施例中，可以设定一定的结构使设置第二光学滤波元件124的光纤表面暴露出来，以方便设置第二光学滤波元件124。例如，可以在第一光纤容纳部件112中的靠近设置第二光学滤波元件124的部位处设置一狭槽17，如图7所示；或者可以从第一光纤容纳部件112的侧面到设置第二光学滤波元件124的部位处开设一侧开口18，该侧开口18可以根据情况设置成一局部侧开口，即仅去除第一光纤容纳部件112与第二光学滤波元件124相对应的位置处的侧部的一部分，如图8所示，或者将第一光纤容纳部件112与第二光学滤波元件124相对应的位置处的侧部完全去除，以形成一完整的侧开口，如图9所示。
图10-13示出本发明的另外的实施例。与图1-9所示的第一光学滤波元件114设置在第一光纤111的第一端口113的端面上的实施例不同，在图10-13示出的实施例中，第一光学滤波元件114设置在第二光纤121的第二端口123的端面125上。
在图10和图11示出的实施例中，第二光学滤波元件124设置在位于第一光纤111外部的第一光纤容纳部件112的端面117上。第一光学滤波元件114相对于第一光纤111的光轴116的倾斜角度α可以设置成例如大于0度且小于90度的任一角度，如18度，45度等。本领域的技术人员应当理解，倾斜角度α的选择应当避免在介质界面处发生全反射，以保证第二波长范围内的光能够透射通过第一光学滤波元件。假定第一光学滤波元件114的反射面的法线方向与第一光纤111的光轴116成一倾斜角γ，即γ＝90°-α。根据反射定律，反射光132与第一光学滤波元件114的反射面的法线方向所成的角度也是γ。为了简化光路设计，可以设计使得第二光学滤波元件124的反射表面与反射光132入射到第二光学滤波元件124的方向垂直。在这种情况下，第二光学滤波元件124与第一光纤111的光轴116所成的倾斜角为90°-2γ，且反射光132被第二光学滤波元件124沿原路反射回第一光学滤波元件114，并可被第一光学滤波元件114沿第一光纤111的光轴116的方向直接反射回第一端口113。为了使第二光学滤波元件124获得适合的倾斜角度，可以在设置第二光学滤波元件124之前，将端面117的与之对应的部位(该部位可位于第一光纤111外部的任一侧处)设定成预定的角度，例如，在第二光学滤波元件124的反射表面与反射光132入射到第二光学滤波元件124的方向垂直的情况下，将端面117的将设置第二光学滤波元件124的部位设定(例如通过磨制)成与第一光纤111的光轴116成90°-2γ的倾斜角。
如图10和图11所示，第二端口123的端面125与第二光纤容纳部件122的端面127是平齐的，即，第二光纤121埋设于第二光纤容纳部件122中。在这种情形中，由于端面125与端面127平齐，可以对端面125和端面127作为整体进行磨削和抛光等处理，并且可以将第一光学滤波元件114设置在由第二光纤121的端面125和第二光纤容纳部件122的端面127构成的整个第二光纤头组件的端面上且覆盖端面125即可。这意味着不用对端面125进行单独的加工处理，从而能够简化工艺步骤和节省成本。
在上述实施例中，光学滤波元件可以通过例如贴装、淀积、涂覆等方式设置在相应的端面或侧表面处。为了提高传输效率或满足其它光学性能要求，可以在安装光学滤波元件之前，对光纤或光纤容纳部件的相应的端面进行磨削、抛光等处理。还可以对抛光后的表面进一步进行增透镀膜处理。
图12和图13给出了光纤滤波器装置的结构的另一种实施例。该实施例的大部分结构与图10和图11所示的实施例大致相同，而仅仅是第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124以及第二光纤121的第二端口123的布置方式与图10和图11所示的实施例有所不同。
在图12和图13所示出的实施例中，第二光学滤波元件124设置在第一光纤111的第一端口113的端面115上，而不是像前一实施例那样设置在第一光纤容纳部件112的端面117上。这有助于缩短光路，减小第一端口113的端面115和第二端口123的端面125之间的间隙。这有助于进一步提高光纤滤波器装置的集成度。在这种情形中，为了使第二光学滤波元件124获得适合的倾斜角度，可以在设置第二光学滤波元件124之前，将端面115的与之对应的部位(该部位可位于第一光纤111的光轴外部的任一侧处)设定成预定的角度，例如，在第二光学滤波元件124的反射表面与反射光132入射到第二光学滤波元件124的方向垂直的情况下，将端面115的将设置第二光学滤波元件124的部位设定(例如通过磨制)成与第一光纤111的光轴116成90°-2γ的倾斜角。
在图12和图13所示出的实施例中，第二端口123的端面125设置成从第二光纤容纳部件122的端面127伸出，第一光学滤波元件114设置在该伸出的端面125上。在这种情况下，在对光纤或光纤容纳部件的相应的端面处进行加工处理后，在安装第一光学滤波元件114之前，还需要对第二端口123的端面125进行单独的处理以保证其达到较高的传输效率。这种方案能够使第二端口123的端面125的加工和第二光纤容纳部件122的端面127的加工分离，以使得端面125的加工质量免受端面127的影响。
在本发明的实施例中，第一光纤容纳部件112的端面117和第二光纤容纳部件122的端面127既可以与第一光纤111的光轴116和第二光纤121的光轴126倾斜，如图10和11所示；也可以设置成相对于光轴116和126垂直，如图12和13所示。
尽管在上述实施例中，将第二光纤121的第二端口123的端面125设置成与第二光纤容纳部件122的端面127相平齐的布置方式与将第二光学滤波元件124设置在第一光纤容纳部件112的端面117上的布置方式结合使用，而将第二光纤121的第二端口123的端面125设置成从第二光纤容纳部件122的端面127伸出的布置方式与将第二光学滤波元件124设置在第一光纤111的第一端口113的端面115上的布置方式结合使用。但是，这仅是示例性的。例如，也可以将第二光纤121的第二端口123的端面125设置成与第二光纤容纳部件122的端面127相平齐的布置方式与将第二光学滤波元件124设置在第一光纤111的第一端口113的端面115上的布置方式结合使用，或者将第二光纤121的第二端口123的端面125设置成从第二光纤容纳部件122的端面127伸出的布置方式与将第二光学滤波元件124设置在第一光纤容纳部件112的端面117上的布置方式结合使用。
尽管在上述实施例中，第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124的位置设置成使得反射光132仅被第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124再反射两次，但是，应当理解，这不是必须的，还可以设计使该反射光132被所述光学滤波元件反射至少两次的其它的光路，也能够实现对反射隔离度的提升，比如增加另外的反射元件使反射光132改变方向以对光路进行调整，或使得反射光132在返回第一光纤113之前被所述光学滤波元件反射三次或更多次等等。
第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124可以具有相同的光学滤波性能，也可以根据需要将它们彼此设置成具有特定的滤波带的中心波长偏置或滤波带偏置。只要满足允许第一波长范围(λ1a，λ1b)的光透射通过而允许第二波长范围(λ2a，λ2b)的光被反射的条件，就能够实现反射隔离度的提高。这些方案都涵盖在本发明的构思内。光学滤波元件也不仅限于薄膜滤波片。
在本发明的实施例中，第二光纤121还可以接受其它的工作光135(如图2、3和5-7所示)，例如用于传输、检测等用途的光学信号，并使之从第二端口123射出，并从第一端口113进入第一光纤111。也就是本发明所述的光纤滤波器装置在实现上述光学滤波操作的同时，还可以允许用于实现其它功能的光学信号经过。这可以进一步提高光学系统的集成度。
尽管上述实施例仅采用两个光学滤波元件来实现对从第一光纤111入射的光的至少三次的反射，但是，应当理解，根据相同或类似的原理，以叠加的方式采用更多的光学滤波元件对从第一光纤111入射的光进行多次的反射，也能够实现对返回到第一光纤111中的光的反射隔离度的提高。这些方案也包含在本发明的范围内。
本领域普通技术人员应当理解，上述实施例仅仅提供了本发明的示例性的实施方案，而本发明还可以以采用其它的实施方式来实现。例如，可以将设置有上述光学滤波结构的第一和第二光纤头组件或者第一和第二光纤安置在插芯或V形槽等其它容装固持部件中，或者将其与其它的光电器件集成在一起以实现互联或小型化的目的。
本发明还提供一种用于制造光纤滤波器装置的制造方法。以如图1所示的光纤滤波器装置100为例，首先，提供第一和第二光纤头组件110、120以及第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124，第一光纤头组件110包括第一光纤111和用于容纳第一光纤111的第一光纤容纳部件112，第二光纤头组件120包括第二光纤121和用于容纳第二光纤121的第二光纤容纳部件122，第一光纤111具有第一端口113，第二光纤121具有第二端口123，第一和第二光学滤波元件114、124都允许第一波长范围的光透射通过，而允许第二波长范围的光被反射。
其次，将第一光学滤波元件114设置在从第一端口113射出的光的光路上，并使之与第一光纤111的光轴116倾斜成一角度，以使得从第一端口113出射的光的具有第一波长范围的部分透射通过第一光学滤波元件114，而从所述第一端口出射的光的具有第二波长范围的部分被第一光学滤波元件114反射形成一反射光132，在反射光132的光路上设置第二光学滤波元件124，使得反射光132在被第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124再反射至少两次后从第一端口113返回第一光纤111。
再者，将第一光纤头组件110和第二光纤头组件120分别装入套管，并使透射通过第一光学滤波元件114的光从第二光纤121的第二端口123进入第二光纤121。最后，将第一光纤头组件110和第二光纤头组件120以及套管进行固化，形成光纤滤波器装置100。
在设置第一光学滤波元件114和第二光学滤波元件124之后，可以进行光路调整，以使得反射光132经第一和第二光学滤波元件114、124反射进入第一光纤111的功率达到最大值。
在将第一光纤头组件110和第二光纤头组件120分别装入套管后，可以进行光路调整，以使得透射通过所述第一光学滤波元件的光与所述第二光纤的耦合效率达到最大值。所述光路的调整可以通过对第二光纤的光轴126与第一光纤的光轴116的相对位置的调整来实现，例如，调整第二光纤的光轴126相对于第一光纤的光轴116的偏移或者第二光纤的光轴126相对于第一光纤的光轴116所成的倾斜角度等，从而提高光纤的耦合效率。
在将第一光纤头组件110和第二光纤头组件120分别装入套管时，可以在第一端口113和第二端口123之间填充折射率匹配物，以减少光学损耗，降低菲涅尔反射和提高光纤耦合效率。
可以将第一光学滤波元件114布置，例如贴装固定或直接淀积，在第一端口113的端面115上。可以将第二光学滤波元件124布置，例如贴装固定或直接淀积，在第一端口113附近的第一光纤111的侧表面上，或者将所述第二光学滤波元件嵌入到所述第一端口附近的第一光纤的内部。
为了提高传输效率或满足其它光学性能要求，可以对所述端面或侧表面在贴装固定或直接淀积所述第一或第二光学滤波元件之前进行抛光和增透镀膜处理。
为了便于对设置第二光学滤波元件124的侧表面进行磨削、抛光等处理，可以在相应的侧表面部位处制作一凹槽，将第二光学滤波元件124置于凹槽中。
另一方面，也可以将所述第一光学滤波元件114布置，例如贴装固定或直接淀积，在所述第二端口123的端面125上。可以将第二端口123的端面125与第二光纤容纳部件122的端面127设置成平齐的，以便对第二端口123的端面125的加工处理可以与第二光纤容纳部件122的端面127的加工处理一并进行。
同时，可以将第二光学滤波元件124设置，如贴装固定或直接淀积，在第一光纤111外部的第一光纤容纳部件112的端面117上。进而，为了提高光学传输效率或满足其它光学性能要求，可以在设置所述第一或第二光学滤波元件之前，将第二端口123的端面125和第一光纤容纳部件112的端面117进行抛光和增透镀膜处理。
另一方面，也可以将第二光学滤波元件124设置，如贴装固定或直接淀积，在第一端口113的端面115上。进而，为了提高光学传输效率或满足其它光学性能要求，可以在设置第一或第二光学滤波元件之前，将第二端口123的端面125和第一端口113的端面115进行抛光和增透镀膜处理。
虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (30)

1.一种光纤滤波器装置，包括：
第一和第二光纤头组件，所述第一光纤头组件包括第一光纤和用于容纳所述第一光纤的第一光纤容纳部件，所述第二光纤头组件包括第二光纤和用于容纳所述第二光纤的第二光纤容纳部件，所述第一光纤具有第一端口，所述第二光纤具有第二端口；以及
第一光学滤波元件和第二光学滤波元件，所述第一和第二光学滤波元件都允许第一波长范围的光透射通过，而允许第二波长范围的光被反射，
其中，所述第一光学滤波元件设置在所述第一端口和所述第二端口之间且与所述第一光纤的光轴倾斜成一角度，以使得从所述第一端口出射的光的具有第一波长范围的部分透射通过所述第一光学滤波元件并从所述第二端口进入所述第二光纤，而从所述第一端口出射的光的具有第二波长范围的部分被所述第一光学滤波元件反射形成一反射光，所述第二光学滤波元件设置在所述反射光的光路上，使得所述反射光在被所述第一光学滤波元件和所述第二光学滤波元件再反射至少两次后从所述第一端口返回所述第一光纤。
2.根据权利要求1所述的光纤滤波器装置，其中：
在所述第一端口和第二端口之间填充有折射率匹配物。
3.根据权利要求1或2所述的光纤滤波器装置，其中：
所述角度为大于0度、小于90度的任一角度。
4.根据权利要求1或2所述的光纤滤波器装置，其中：
所述角度等于45度。
5.根据权利要求1或2所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第二光学滤波元件的反射表面与所述反射光入射到所述第二光学滤波元件的方向垂直。
6.根据权利要求1或2所述的光纤滤波器装置，其中：
从所述第一端口出射的光的具有第一波长范围的部分沿所述第二光纤的光轴方向进入所述第二端口。
7.根据权利要求1所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第一光学滤波元件设置在所述第一端口的端面上。
8.根据权利要求7所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第二光学滤波元件设置在所述第一端口附近的第一光纤的侧表面上。
9.根据权利要求7所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第二光学滤波元件嵌入所述第一端口附近的第一光纤的内部。
10.根据权利要求8或9所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第一端口的端面从第一光纤容纳部件的端面伸出，所述第二端口的端面从第二光纤容纳部件的端面伸出。
11.根据权利要求8或9所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第一端口的端面与第一光纤容纳部件的端面平齐，所述第二端口的端面与第二光纤容纳部件的端面平齐。
12.根据权利要求11所述的光纤滤波器装置，其中：
在所述第一光纤容纳部件中设置有用于安装所述第二光学滤波元件的狭槽或侧开口。
13.根据权利要求7-9中任一项所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第一光纤容纳部件的端面和所述第二光纤容纳部件的端面分别与所述第一光纤的光轴和所述第二光纤的光轴垂直。
14.根据权利要求7-9中任一项所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第一光纤容纳部件的端面和所述第二光纤容纳部件的端面分别相对于所述第一光纤的光轴和所述第二光纤的光轴倾斜。
15.根据权利要求1所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第一光学滤波元件设置在所述第二端口的端面上。
16.根据权利要求15所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第二光学滤波元件位于所述第一光纤外部的第一光纤容纳部件的端面上。
17.根据权利要求15所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第二光学滤波元件位于所述第一端口的端面上。
18.根据权利要求16或17所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第二端口的端面与所述第二光纤容纳部件的端面平齐。
19.根据权利要求16或17所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第二端口的端面从所述第二光纤容纳部件的端面伸出。
20.根据权利要求1或2所述的光纤滤波器装置，其中：
所述第一和第二光学滤波元件是薄膜滤光片。
21.根据权利要求1或2所述的光纤滤波器装置，还包括：
套管，其中所述第一和第二光学滤波元件、所述第一和第二光纤头组件分别地或组合地容纳在所述套管中；和
外壳，用于容纳所述套管。
22.一种光纤滤波器装置的制造方法，包括步骤：
(a)提供第一和第二光纤头组件以及第一光学滤波元件和第二光学滤波元件，所述第一光纤头组件包括第一光纤和用于容纳所述第一光纤的第一光纤容纳部件，所述第二光纤头组件包括第二光纤和用于容纳所述第二光纤的第二光纤容纳部件，所述第一光纤具有第一端口，所述第二光纤具有第二端口，所述第一和第二光学滤波元件都允许第一波长范围的光透射通过，而允许第二波长范围的光被反射；
(b)将第一光学滤波元件设置在从所述第一端口射出的光的光路上，并使之与第一光纤的光轴倾斜成一角度，以使得从所述第一端口出射的光的具有第一波长范围的部分透射通过所述第一光学滤波元件，而从所述第一端口出射的光的具有第二波长范围的部分被所述第一光学滤波元件反射形成一反射光，在所述反射光的光路上设置第二光学滤波元件，使得所述反射光在被所述第一光学滤波元件和所述第二光学滤波元件再反射至少两次后从所述第一端口返回所述第一光纤；
(c)将所述第一光纤头组件和所述第二光纤头组件分别装入套管，并使透射通过所述第一光学滤波元件的光从第二光纤的所述第二端口进入所述第二光纤；和
(d)将第一光纤头组件和第二光纤头组件以及套管进行固化。
23.根据权利要求22所述的方法，其中步骤(b)还包括：
将折射率匹配物填充在所述第一端口和第二端口之间。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中：
步骤(b)还包括：进行光路调整，以使得所述反射光经所述第一和第二光学滤波元件反射进入所述第一光纤的功率达到最大值；以及
步骤(c)还包括：进行光路调整，以使得透射通过所述第一光学滤波元件的光与所述第二光纤的耦合效率达到最大值。
25.根据权利要求22所述的方法，其中：
将所述第一光学滤波元件贴装固定或直接淀积在所述第一端口的端面上。
26.根据权利要求25所述的方法，其中：
将所述第二光学滤波元件贴装固定或直接淀积在所述第一端口附近的第一光纤的侧表面上，或者将所述第二光学滤波元件嵌入到所述第一端口附近的第一光纤的内部。
27.根据权利要求22所述的方法，其中：
将所述第一光学滤波元件贴装固定或直接淀积在或所述第二端口的端面上。
28.根据权利要求27所述的方法，其中：
将所述第二光学滤波元件贴装固定或直接淀积在所述第一光纤外部的第一光纤容纳部件的端面上。
29.根据权利要求27所述的方法，其中：
将所述第二光学滤波元件贴装固定或直接淀积在所述第一端口的端面上。
30.根据权利要求25-29中任一项所述的方法，其中：
将所述端面或侧表面在贴装固定或直接淀积所述第一或第二光学滤波元件之前进行抛光和增透镀膜处理。
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