CN102346277B - 具有多个端口的可调滤光器 - Google Patents

Abstract

以方便且成本有效的方式描述了可调多端口滤光器，该滤光器系统具有多个光通道。本发明的可调多端口滤光器设计简单且具有很少的光学部件。基本元件是色散元件和旋转镜。借助于输入和输出光纤的合适设置阵列，来自于选定输入束的各个波长分量在空间上分开且由所述旋转镜转向到选定输出位置。来自于选定分量的光属性可以通过一个或多个光测器测量。滤光器还用于选择和路由光信号。

Description

具有多个端口的可调滤光器

技术领域

本发明的领域是使用可调滤光器的波长选择装置。

背景技术

存在执行滤光且可以被调节以从较宽波长光谱选择窄波长谱带的熟知类型的光学装置。这些装置在各种光学系统中使用。特别感兴趣的是通常在数十纳米的波长谱带内操作的波分复用系统。这些系统需要光性能监测（OPM）以确保信号功率、信号波长和信号-噪音比（OSNR）在特定限度内。尤其，用于可调滤光器的其他应用是用于光学噪声过滤、噪声抑制、波分复用和光路由。

现有DWDM系统的复杂状态具有在宽光谱内操作的许多通道。为了监测这些通道，需要许多测量。减少执行这些测量的时间和复杂性的监测设备可以显著地增加总体系统性能和减少系统成本。

在WDM系统中使用波长选择装置的其它应用是用于在大型光学系统中选择性地路由通道。

发明内容

我们已经开发了以方便且成本有效的方式执行涉及多个光学通道的各种光学功能的可调多端口光学装置。本发明的可调多端口光学装置设计简单且具有很少的光学部件。基本元件是与输入和输出光纤阵列一起操作的色散元件和旋转镜。优选应用包括光学通道监测（OCM）和用于在多个通道之间路由的光学开关。

附图说明

当结合附图考虑时，本发明可被更好地理解，其中：

图1是示出了根据本发明的可调多端口滤光器的第一实施例的透视图；

图2是图1的可调多端口滤光器的操作的示意图，示出了装置的x和y方向的光线简图；

图3A和3B示出了图1的实施例的性能数据；

图4是示出了根据本发明的可调多端口滤光器的第二实施例的透视图；

图5是类似于图2的示意图，示出了第二实施例装置的x和y方向的光线简图；

图6是类似于图2的示意图，示出了另一个实施例装置的x方向的光线简图。

具体实施方式

图1示出了本发明的第一实施例，其中，输入和光纤阵列以11示出，具有准直透镜14、色散元件15和调节镜16。调节镜围绕轴线17旋转。该图和随后的图未按比例绘制。光学元件根据其功能和属性定位和隔开。这些是本领域已知的。所述装置将使用围绕z轴线（是通过装置的光传播方向）的x和y轴向方向标识描述。x平面或y平面下方的参考将理解为意指x-z或y-z平面。x方向或y方向的参考将理解为分别意指垂直于y-z和x-z平面的方向。附图中x轴截面或y轴截面的参考将旨在分别意指x-z平面或y-z平面的视图。

所示实施例在OPM应用的上下文中描述。然而，应当理解的是，本文所述的基本装置还可用作路由选择WDM通道的波长选择装置。

对于图1的实施例，由光线表示的具体光在图2中示出。输入光纤阵列11由平行地紧密对齐的8个光纤构成，即，光纤具有微小间距且与公共轴线（如x轴所示）上的光纤中心对齐。被监测的信号束，通常是来自于网络的一个通道的信号的分接部分，耦合到输入光纤12。其通过准直透镜14以将高斯输入束准直为具有合适直径的准直光线。准直束入射到色散元件15上。在x轴截面（图2的顶部）中，所述束未色散。在y轴截面（图2的底部）中，来自于光栅的光束色散成信号束的波长分量。取决于束分量的波长，波长分量17a从色散元件以不同方向衍射。旋转镜16如图所示定位以与色散束相交。所述镜在x轴上旋转。

束分量（波长）中的仅仅一个，在该情况下由箭头17b表示的分量，将垂直于镜16。该束分量沿由虚线表示的路径往回反射。其它束分量，如图2的y轴截面中所示的两个，将“离开”所述镜。选定束分量17b由元件15衍射与之前相同的角度且传播到输出光纤13。束分量17b的强度由光电二极管21测量，光电二极管21如图所示耦合到输出光纤13。在该视图中，输入光纤12显示为刚好将观察者定向为阵列中的光纤在y方向堆叠。

当镜16旋转时，另一个束分量将垂直于镜16且将被选择性地往回反射通过输出光纤13，且其属性被测量。由此，光纤12的输入束的波长光谱可以被扫描且所有其束分量的属性可以被测量。因而，所述装置实现波长选择且提供滤光器。滤光器的波长通过镜16的旋转取向来调节。

将认识到，图2的x轴截面中的光路径不受镜16的倾斜而改变。这是由于透镜14将所有输入束聚焦在镜的旋转轴线上。当镜倾斜时，沿倾斜轴线的反射表面保持基本固定。

镜的取向可以通过致动器或多个致动器改变。镜可包括微机电系统（MEMS）或者包括由马达或任何其它类型致动器驱动的分立镜。镜的倾斜可以在一个轴线或者多于一个轴线改变。

另一个WDM通道可以作为输入束输入到光纤18。来自于该通道的束分量的输出被引导通过输出光纤19且由图2的顶部中所示的相关光测器测量。

本领域技术人员将理解的是，虽然输入光纤（例如12和18）阵列和输出光纤13和19阵列显示为紧密捆装且精确对齐，但是装置输入光纤和装置输出光纤可以具有任何长度且以任何合适方式路由到系统中的其它部件/耦合器。例如，光测器21显示为直接从输出光纤的紧密捆装阵列接收光束的元件阵列。然而，光纤13可以将光信号路由到相对于光纤输出阵列不对齐的光电二极管。

检测装置可以采用各种形式中的任一种，且测量各种光束属性。所示设置简单且便于图示。如果输入束被适当地时分复用，那么可使用单个检测装置。可选地，单个光谱分析器可用作检测装置。

在该说明中，光学元件显示为独立元件。这些表示功能元件。在一些情况下，提供这些功能的物理元件可以组合为单个模块。例如，光栅可以具有反射表面或者附连或整体式透镜。

图3A和3B提供了用图1和2的光纤阵列和光学外形构造的装置的试验结果。滤光器特征在于光谱分析器（osa）。来自于宽的谱带光源的光耦合到输入光纤。输出光纤连接到osa且获取光谱。光谱显示，滤光器以窄的谱带产生高传输。通过的谱带（滤光器波长）的位置可以借助于致动MEMS镜控制器而电子地变化，如所述。

在图1和2的实施例中，所述装置显示为具有1×8光纤阵列，且可以实现4个端口（4个可调滤光器），其中，所述端口同时调节。在该阵列中，所有光纤在单个平面中对齐。光纤的数量可变化，但是通常将是偶数以产生光纤对，每对具有输入光纤和输出光纤。

光纤阵列可以具有其它形式。在图4和5中，光纤阵列31以2×4形式设置以实现4端口可调滤光器。图4和5还示出了不同的光学配置。在图4和5的系统中，使用两个透镜。第一透镜34是用于在x和y方向两者均准直所述束的球面或非球面透镜。第二透镜36是柱面透镜。其将来自于输入光纤32的输入束以y方向聚焦，但是不将所述束在x方向聚焦。在该光学配置中，返回光束返回到相关输出光纤33，具有相同y方向坐标。为了简单起见，在该图示中省去了光测器。

在所述系统中，端口不需要同时调节。如果镜取向可以在2个轴线（即，x和y两者）控制，那么端口可以顺序地读取，即，将存在一个输入光纤和多个输出光纤。在图6中，光学系统与图1和2中类似地配置。然而，光纤阵列41是1×5形式的阵列。当镜沿x轴旋转到第一角度时，来自于上部输入光纤42的光往回耦合到输出光纤43。当镜旋转到第二角度（在图6的下部部分中显示）时，来自于下部输入光纤44的光往回耦合到输出光纤51。在该方法中，来自于不同输入光纤42-45的多个输出可以顺序地读取。要注意的是，镜也仍沿y轴旋转以选择不同波长。

应当清楚的是，根据本发明的多端口滤光器中光纤的数量可以大范围变化。在如图2和4的实施例中，将通常存在至少三个输入光纤和三个输出光纤，从而产生三端口装置。在如图6的实施例中，将优选存在至少三个输入光纤，从而产生三端口装置。

光波导体在上文描述为光纤。然而，其它波导体阵列可以取代。例如，光波导体阵列可以包括光集成电路（OIC），其中，平行波导体在公共基底（例如，铌酸锂或玻璃）中形成。本文使用的术语“波导体”旨在包括任何合适的导光元件。

光纤（用于输入侧和输出侧两者）的设置可以显著地变化。在图2和4的实施例中，镜围绕单个轴线旋转。因此，阵列中的光纤设置在单个平行平面中。然而，在镜双轴旋转的情况下，可以使用基本上任何x-y阵列配置。

如前文所述，上述装置可以在需要该功能的任何应用中用作波长选择装置。例如，图6所示的实施例显示四个输入端口和一个输出端口。许多光通道可以引入到输入端口42-45，而仅仅单个波长在输出端口51处离开。对于该应用，反射器元件49的倾斜在两个轴线取向调节以仅仅通过选定通道。然后，其保持固定直到需要不同选择。

图6的装置显示为n×1装置。然而，其还可以容易地修改为产生1×n装置。因而，所记载输入和输出可以互换。

存在波长选择装置的宽范围各种应用。例如，TV传输和显示中的通道选择器需要在大数量的通道选项中选择单个通道。认识到反射器元件本身可以提供增加的功能，可以采用反射器被倾斜以传输预定波长序列的光学系统。这些可以在编码装置中使用。

在上述实施例中，反射器相对于衍射元件倾斜以实现波长选择。然而，可以设计衍射元件移动且反射器固定的装置。类似地，其它光学元件（例如，透镜）可以用于实现相同效果。衍射元件相对于反射器或反射元件进行一些受控预定移动以实现本发明目的的所有设置应当认为是等价的。

在结束详细说明时，要清楚的是，本领域的技术人员可以想到本发明的各种附加修改。本说明书的特定教导的所有变型（基本上依赖本发明原理及通过其已经使现有技术进步的等价物）均被适当地认为处于所述和所要求保护的本发明范围之内。

Claims (12)

1.一种光学装置，包括：

输入和输出端口；

光色散元件，所述光色散元件定位在传输往返所述端口的光的光路径中，所述光色散元件配置成将光色散成光分量；和

光反射元件，用于将光分量从所述光色散元件反射且回到所述光色散元件，所述光反射元件配置成围绕第一轴线旋转，以选择光分量中的一个来用于输出，和围绕第二轴线旋转以选择用于所选的光分量的输出端口并且将所选的光分量引导到所选的输出端口。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光反射元件绕第二轴线的旋转量被控制以将所选的光分量引导到输出端口中的一个。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述输入和输出端口包括输入和输出波导体。

4.根据权利要求3所述的光学装置，其中，所述波导体以线性阵列设置。

5.根据权利要求3所述的光学装置，其中，所述波导体以二维阵列设置。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光色散元件将从中通过的光以反射元件的方向色散成光分量。

7.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述光分量包括通过光色散元件的光的波长分量。

8.根据权利要求1所述的光学装置，其中，第一和第二轴线垂直。

9.一种过滤和切换光学装置中的光信号的方法，所述光学装置具有多个输入和输出端口，所述方法包括：

将光信号传输通过所述端口中的一个；

色散所述光信号成光分量；

将反射元件围绕第一轴线旋转以选择光分量中的一个用来输出；以及

将反射元件围绕第二轴线旋转以选择用于所选光分量的输出端口并且将所选光分量引导到所选的输出端口。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一和第二轴线垂直。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述光端口以线性阵列设置。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述光端口以二维阵列设置。

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