CN102768418B - 基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器和光滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光滤波技术领域，公开了一种基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器和光滤波方法。其中，光滤波器包括：光纤、加热装置、热沉、可编程控制电路；光滤波方法包括：接收并储存要得到的透射峰信息数据；将接收到的透射峰信息数据转换成加热装置能够识别的加热数据信息；加热装置根据接收到的加热数据信息在线性啁啾光纤布拉格光栅进行加热。本发明可实现透射波长及其数量、透射波长间隔以及透射带宽独立编程控制。本发明与电阻丝加热的方法相比，精度更高，更灵活。

Description

基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器和光滤波方法

技术领域

本发明涉及光滤波技术领域，主要适用于基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器和光滤波方法。

背景技术

关于线性啁啾光纤布拉格光栅啁啾调谐的方法有很多种，例如力、热、电磁效应方等。

线性啁啾光纤布拉格光栅具有很宽的透射禁带频谱，而相移线性啁啾光纤布拉格光栅可以在普通线性啁啾光纤布拉格光栅的透射禁带频谱中产生窄带波长透射峰。相移线性啁啾光纤布拉格光栅由相移点的位置和数量来分别确定透射峰波长和数量。相移是由光栅上某处折射率调制的突变引起的。所以可以通过对线性啁啾光纤布拉格光栅进行局部加热，改变局部折射率，插入相移。

通过对线性啁啾光纤布拉格光栅局部进行加热，在加热部位插入π的相移，打破其线性啁啾特性，其透射禁带频谱上就可以产生一个带通窗口，实现滤波。此带通窗口的宽度由光纤光栅上被加热局部的宽度决定。

根据啁啾相移光纤光栅具有的局部特性,设计透射峰只需在线性啁啾光纤布拉格光栅相应局部波长位置处插入π相移。在光纤光栅多个局部分别插入π相移，可以实现多波长滤波。

目前报道的可调谐波长滤波器通常利用电阻丝对啁啾光纤布拉格光栅局部加热，从而实现滤波效果。但必须机械的改变电阻丝的位置来得到不同的透射波长，以及改变电阻丝的数量来实现多波长滤波。这种利用电阻丝加热的技术，不够简便灵活，波长定位重复性也比较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器和光滤波方法，它可以灵活实现透射波长及其数量、透射波长间隔以及透射带宽的独立可调。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器，包括：光纤、加热装置、热沉、可编程控制电路；在所述光纤上有一段线性啁啾光纤布拉格光栅；在所述加热装置上有一排加热单元阵列；所述可编程控制电路包括：中心控制模块、输入模块、电源模块、数据接口模块；光纤设置在所述热沉上，加热装置的加热部位设置在光纤上，且光纤上的线性啁啾光纤布拉格光栅与加热装置的加热单元阵列接触；所述电源模块的输出端与加热装置的第一输入端、所述中心控制模块的输入端连接，中心控制模块通过所述数据接口模块与加热装置的第二输入端连接，所述输入模块的输出端与中心控制模块连接。

进一步的，还包括：显示模块；所述显示模块的输入端与所述中心控制模块的输出端连接。

进一步的，所述显示模块为LCD液晶显示器。

进一步的，所述输入模块为键盘。

进一步的，所述加热装置为热敏打印头。

本发明还提供了一种基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波方法，包括：

接收并储存要得到的透射峰信息数据；

将接收到的透射峰信息数据转换成加热装置能够识别的加热数据信息；

加热装置根据接收到的加热数据信息在线性啁啾光纤布拉格光栅进行加热。

进一步的，在将接收到得透射峰信息数据转换成加热装置能够识别的加热数据信息后，将所述加热数据信息分成N/8个数据段,其中N为加热装置中加热单元的个数，且N至少为320，再将N/8个数据段8位数数据通过串口传输给加热装置；相应的，将加热装置的加热单元分成N/8段，每段有8个加热单元。

进一步的，所述将接收到的透射峰信息数据转换成加热装置能够识别的加热数据信息包括：先将要得到的透射峰信息数据转换成2个数值，即在线性啁啾光纤布拉格光栅上加热的起始点和结束点；再将这2个数值转换成加热装置可以识别的加热数据信息。

进一步的，所述将这2个数值转换成加热装置可以识别的加热数据信息包括：将这2个数值分别除以8，得到的整数分别为i和m，余数分别为j和n；在加热装置上，第i+1个数据段的第j位到第m+1个数据段的第n位的加热单元进行加热。

进一步的，在所述先将要得到的透射峰信息数据转换成2个数值后，需要判断转换后的数值是否可用；

若转换后的数值在1-N之间，则对数值进行显示，并将这2个数值分别除以8，得到的整数分别为i和m，余数分别为j和n；

若转换后的数值不在1-N之间，则显示错误，并等待新的透射峰信息数据到来；

其中，N为加热装置中加热单元的个数。

本发明的有益效果在于：

本发明可实现透射波长及其数量、透射波长间隔以及透射带宽独立编程控制。且与电阻丝加热的方法相比，精度更高，更灵活。

附图说明

图1为本发明提出的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器的结构示意图。

图2为本发明提出的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器中光纤的线性啁啾光纤布拉格光栅与热敏打印头的加热单元阵列结合处的示意图。

图3为本发明提出的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波方法的流程图。

其中，1-光纤，2-热敏打印头，3-热沉，4-可编程控制电路，5-中心控制模块，6-键盘，7-电源模块，8-数据接口模块，9-LCD液晶显示器，10-加热单元阵列，11-线性啁啾光纤布拉格光栅。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器和光滤波方法的具体实施方式及工作原理进行详细说明。

由图1、图2可知，本发明提出的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器包括：光纤1、加热装置、热沉3、可编程控制电路4；在光纤1上有一段线性啁啾光纤布拉格光栅11；在加热装置上有一排加热单元阵列10；可编程控制电路4包括：中心控制模块5、输入模块、电源模块7、数据接口模块8、显示模块；光纤1设置在热沉3上，加热装置的加热部位设置在光纤1上，且光纤1上的线性啁啾光纤布拉格光栅11与加热装置的加热单元阵列10紧密接触；电源模块7的输出端与加热装置的第一输入端、中心控制模块5的输入端连接，中心控制模块5通过数据接口模块8与加热装置的第二输入端连接，输入模块的输出端与中心控制模块5连接；显示模块的输入端与中心控制模块5的输出端连接。

优选的，显示模块为LCD液晶显示器9，输入模块为键盘6，加热装置为热敏打印头2。

热敏打印头2上集成有集成电路，安装在沿着加热元件阵列10的陶瓷基板上。集成电路可以开、关加热点，利用可编程控制电路4中的中心控制模块5传入集成电路的信号指示每个加热点是否打印。由中心控制模块5发出一个选通脉冲信号，可以确定加热时间。

由图3可知，本发明提供的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波方法包括：

先通过键盘将要得到的透射峰的中心波长、带宽输入到中心控制模块中，其中，输入的次数为透射峰的数量。

中心控制模块首先对透射峰信息数据进行接收并储存，并计算出加热时间与延时时间。

中心控制模块再将接收到的透射峰信息数据转换成加热装置能够识别的加热数据信息；具体为：先将要得到的透射峰信息数据转换成2个数值，即在线性啁啾光纤布拉格光栅上加热的起始点和结束点；在将这2个数值分别除以8，得到的整数分别为i和m，余数分别为j和n。

将加热数据信息分成N/8个数据段，其中N为加热装置中加热单元的个数，且N至少为320，在本实施例中，N为960；再将N/8个数据段8位数数据通过串口传输给加热装置。其中，i和j表示第i+1个数据段的第j位，同理，m和n表示第m+1个数据段的第n位，且这两点之间的数据位全部置1，其他置0。相应的，将加热装置的加热单元分成N/8段，每段有8个加热单元。即在加热装置上，第i+1个数据段的第j位到第m+1个数据段的第n位的加热单元进行加热。

这里需要说明的是，中心控制模块将要得到的透射峰信息数据转换成2个数值后，需要判断转换后的数值是否可用；

若转换后的数值在1-N之间，则将数值在LCD液晶显示器上显示，并将这2个数值分别除以8，得到的整数分别为i和m，余数分别为j和n；

若转换后的数值不在1-N之间，则在LCD液晶显示器显示错误信息，并等待新的透射峰信息数据到来；

其中，N为加热装置中加热单元的个数，且N至少为320，在本实施例中，N为960。

加热装置根据接收到的加热数据信息在线性啁啾光纤布拉格光栅进行加热。具体的，加热数据信息传给加热装置的寄存器中，且需要加热的点为1，不需要加热的点为0。加热装置的BEO管脚始终保持高电平。当加热装置的\LATCH引脚接到由中心控制模块发出低脉冲后，在加热装置的寄存器中的加热数据全部被复制到加热装置的锁存器中。接着判断门控制信号\STROBE，当为低电平时，即打开，电流进入锁存器中数据位为1的加热元件，开始加热。加热到设定的加热时间后，关闭门控信号，停止加热；经过一段延迟时间后，再打开门口信号，进行加热，如此反复，保持特定的温度，从而插入π相移，实现滤波。具体的，由于透射峰中心波长随加热点的位置改变而改变，且呈线性对应关系。在本实施例中，从左往右看，如果线性啁啾光纤布拉格光栅的折射率周期是线性增大，则加热点位置从左往右改变时，透射峰中心波长就相应增大；反之亦然。当键盘输入的信息为特定的波长数量时，中心控制模块接收到输入信息后，向LCD液晶显示器发送所接收到的输入的信息并显示，并计算出相应的加热元件的数量及其位置，再把数据传给加热装置。这样便控制加热装置的加热单元加热多个局部，从而实现了多波长滤波。若键盘输入的信息为特定的透射波长的间隔时，中心控制模块接收到输入信息后，向LCD液晶显示器发送所接收到的输入的信息并显示，并相应的加热元件的数量及其位置，再把数据传给加热装置。这样便控制加热装置的加热单元使加热局部的距离增大，则透射波长的间隔也相应增大；反之亦然。若键盘输入的信息为特定的透射带宽时，中心控制模块接收到输入信息后，向LCD液晶显示器发送所接收到的输入的信息并显示，并计算出相应的加热元件的数量及其位置，再把数据传给加热装置。这样便控制加热装置的加热单元将光纤光栅被加热局部的宽度增大，则透射带宽增大；反之亦然。

优选的，加热装置为热敏打印头。

本发明提出的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器在使用时，首先沿着热敏打印头2的加热单元阵列10将光纤1上的线性啁啾光纤布拉格光栅11贴合在热敏打印头2上，将光纤1放置在热沉3上，再将光纤1与光源连接；接着利用键盘6输入需要滤过的波长，可编程控制电路4中的中心控制模块5接收到输入信息后，向LCD液晶显示器9发送所接收到的输入的信息并显示。并由中心控制模块5计算出需要加热的元件位置以及加热时间与延时时间。再通过数据接口模块8把数据传给热敏打印头2。这样便控制了哪些点需要加热。再利用中心控制模块5控制热敏打印头2的门控信号\STROBE信号，使其为低电平即为打开，电流便会流经需要加热的加热元件。加热到设定的加热时间后，中心控制模块5将门控信号\STROBE关闭，这样，就停止加热。经过一段延时时间后，中心控制模块5再次打开\STROBE信号，加热元件再次加热。如此反复。这样便控制了加热时间和延时时间。当加热单元阵列10的温度升高时，被加热的微小区域光纤折射率会基于热光效应而改变，而使得通过该加热区域的光波产生一个相移。当这个相移为π时，线性啁啾光纤布拉格光栅9的线性啁啾特性就被打破，从而在其透射禁带频谱上产生带通窗口。具体的，由于透射峰中心波长随加热点的位置改变而改变，且呈线性对应关系。在本实施例中，从左往右看，如果线性啁啾光纤布拉格光栅11的折射率周期是线性增大，则加热点位置从左往右改变时，透射峰中心波长就相应增大；反之亦然。当键盘6输入的信息为特定的波长数量时，可编程控制电路4中的中心控制模块5接收到输入信息后，向LCD液晶显示器9发送所接收到的输入的信息并显示。并由中心控制模块5计算出相应的加热元件的数量及其位置，再通过数据接口模块8把数据传给热敏打印头2。这样便控制热敏打印头2的加热单元加热多个局部，从而实现了多波长滤波。若键盘6输入的信息为特定的透射波长的间隔时，可编程控制电路4中的中心控制模块5接收到输入信息后，向LCD液晶显示器9发送所接收到的输入的信息并显示。并由中心控制模块5计算出相应的加热元件的数量及其位置，再通过数据接口模块8把数据传给热敏打印头2。这样便控制热敏打印头2的加热单元使加热局部的距离增大，则透射波长的间隔也相应增大；反之亦然。若键盘6输入的信息为特定的透射带宽时，可编程控制电路4中的中心控制模块5接收到输入信息后，向LCD液晶显示器9发送所接收到的输入的信息并显示。并由中心控制模块5计算出相应的加热元件的数量及其位置，再通过数据接口模块8把数据传给热敏打印头2。这样便控制热敏打印头2的加热单元将光纤光栅被加热局部的宽度增大，则透射带宽增大；反之亦然。

本发明直接由可编程控制电路控制热敏打印头，精确加热光纤光栅的特定位置，可以实现特定波长滤波；通过控制加热局部的数目来确定透射波长的数目；通过控制不同加热局部之间的距离来确定透射波长的间隔；通过控制光纤光栅被加热的宽度，可以实现特定带宽滤波。即可实现透射波长及其数量、透射波长间隔以及透射带宽独立编程控制。本发明与电阻丝加热的方法相比，精度更高，更灵活。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器，包括：光纤、加热装置及热沉；在所述光纤上有一段线性啁啾光纤布拉格光栅；在所述加热装置上有一排加热单元阵列；光纤设置在所述热沉上，加热装置的加热部位设置在光纤上，且光纤上的线性啁啾光纤布拉格光栅与加热装置的加热单元阵列接触；其特征在于，还包括：可编程控制电路；所述可编程控制电路包括：中心控制模块、输入模块、电源模块、数据接口模块；所述电源模块的输出端与加热装置的第一输入端、所述中心控制模块的输入端连接，中心控制模块通过所述数据接口模块与加热装置的第二输入端连接，所述输入模块的输出端与中心控制模块连接。

2.如权利要求1所述的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器，其特征在于，还包括：显示模块；所述显示模块的输入端与所述中心控制模块的输出端连接。

3.如权利要求2所述的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器，其特征在于，所述显示模块为LCD液晶显示器。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器，其特征在于，所述输入模块为键盘。

5.如权利要求4所述的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波器，其特征在于，所述加热装置为热敏打印头。

6.一种基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波方法，其特征在于，包括：

接收并储存要得到的透射峰信息数据；

将接收到的透射峰信息数据转换成加热装置能够识别的加热数据信息；

加热装置根据接收到的加热数据信息在线性啁啾光纤布拉格光栅进行加热。

7.如权利要求6所述的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波方法，其特征在于，在将接收到得透射峰信息数据转换成加热装置能够识别的加热数据信息后，将所述加热数据信息分成N/8个数据段,其中N为加热装置中加热单元的个数，且N至少为320，再将N/8个数据段8位数数据通过串口传输给加热装置；相应的，将加热装置的加热单元分成N/8段，每段有8个加热单元。

8.如权利要求7所述的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波方法，其特征在于，所述将接收到的透射峰信息数据转换成加热装置能够识别的加热数据信息包括：先将要得到的透射峰信息数据转换成2个数值，即在线性啁啾光纤布拉格光栅上加热的起始点和结束点；再将这2个数值转换成加热装置可以识别的加热数据信息。

9.如权利要求8所述的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波方法，其特征在于，所述将这2个数值转换成加热装置可以识别的加热数据信息包括：将这2个数值分别除以8，得到的整数分别为i和m，余数分别为j和n；在加热装置上，第i+1个数据段的第j位到第m+1个数据段的第n位的加热单元进行加热。

10.如权利要求9所述的基于线性啁啾光纤布拉格光栅的光滤波方法，其特征在于，在所述先将要得到的透射峰信息数据转换成2个数值后，需要判断转换后的数值是否可用；

若转换后的数值在1-N之间，则对数值进行显示，并将这2个数值分别除以8，得到的整数分别为i和m，余数分别为j和n；

若转换后的数值不在1-N之间，则显示错误，并等待新的透射峰信息数据到来；

其中，N为加热装置中加热单元的个数。