CN103364879A - 一种带宽可调平顶型光学滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光通讯器件领域，公开了一种带宽可调平顶型光学滤波器，包括输入输出单元、光栅、透镜组和平面反射镜，所述平面反射镜前设有可变光阑；透镜组位于光栅与可变光阑之间，光栅位于其焦平面上；入射光经输入输出单元的输入端入射后经过光栅衍射，衍射光束经透镜组准直后经可变光阑入射到平面反射镜上，平面反射镜与光束垂直，将入射光束沿原路反射，再次经过可变光阑、透镜组、光栅，最后由输入输出单元的输出端输出。该结构采用光栅和可变光阑相结合，或者光栅与阵列反射镜相结合，以实现通带平顶、带宽可调的滤波，而且结构简单，易于实现，可大批量生产。

Description

一种带宽可调平顶型光学滤波器
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。 
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通过，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。
目前，主要的可调谐滤波器有F-P滤波器、马赫-曾德滤波器、电光滤波器、光栅型滤波器和光纤布拉格光栅滤波器等。其中F-P滤波器的滤波曲线是高斯型，带宽受到限制，而通过镀膜手段虽然也可以做到平顶型，但是难度很大，成品率低，且带宽不可调。而一般的光栅分光型的滤波器滤波波形经反射镜滤波也是高斯型曲线。 
发明内容
本发明提出一种带宽可调平顶型光学滤波器，以实现通带平顶、带宽可调的滤波，而且结构简单，易于实现。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种带宽可调平顶型光学滤波器，包括输入输出单元、光栅、透镜组和平面反射镜，所述平面反射镜前设有可变光阑；透镜组位于光栅与可变光阑之间，光栅位于其焦平面上；入射光经输入输出单元的输入端入射后经过光栅衍射，衍射光束经透镜组准直后经可变光阑入射到平面反射镜上，平面反射镜与光束垂直，将入射光束沿原路反射，再次经过可变光阑、透镜组、光栅，最后由输入输出单元的输出端输出。
进一步的，还包括一光束整形单元，设于输入输出单元与光栅之间，对输入光进行扩束。
进一步的，所述光束整形单元为光束整形棱镜组、光束整形透镜组或者扩束透镜组；所述光束整形棱镜组包括一个或多个棱镜；所述光束整形透镜组包括一个或多个柱面透镜；所述扩束透镜组包括一个或多个球面透镜。
进一步的，所述可变光阑为一维线性光阑，其光阑宽度、位置均可调。
进一步的，所述平面反射镜和可变光阑也可由一阵列反射镜替代。
优选的，所述阵列反射镜为MENS型或LCOS型的一维阵列或二维阵列反射镜，其中各个反射镜均能独立控制反射参量，均能在一维方向或二维方向上偏转。
进一步的，所述输入输出单元包括一个环行器和一准直器，或者包括两个单光纤准直器，或是一个双光纤准直器。
进一步的，所述光栅为透射光栅或反射光栅。
进一步的，所述透镜组由一个或多个球面透镜或柱面镜组成，或者由球面透镜与柱面镜组合构成。
本发明的有益效果：本发明的一种带宽可调平顶型光学滤波器，采用光栅和可变光阑相结合，或者光栅与阵列反射镜相结合，以实现通带平顶、带宽可调的滤波，而且结构简单，易于实现，可大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例一结构示意图；
图2为实施例一种可变光阑结构示意图；
图3为实施例一结构采用不同大小光斑入射的计算滤波曲线；
图4为实施例一结构采用不同大小光斑入射的实验滤波曲线；
图5为本发明实施例二结构示意图；
图6为本发明实施例三结构示意图。
标记说明：1、环行器；2、准直器； 3、透射光栅；4、球面透镜；5、可变光阑；501、遮挡片；502、第一电机平台；503、第二电机平台；504、基座；505、狭缝；6、平面反射镜；7、阵列反射镜；8、光束整形单元；100、滤波部分。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1-6所示为本发明的一种带宽可调平顶型光学滤波器的各种结构及滤波曲线，该结构包括输入输出单元、光栅、透镜组和平面反射镜，在平面反射镜前设有可变光阑；透镜组位于光栅与可变光阑之间，光栅位于其焦平面上；入射光经输入输出单元的输入端入射后经过光栅衍射，衍射光束经透镜组准直后经可变光阑入射到平面反射镜上，平面反射镜与光束垂直，将入射光束沿原路反射，再次经过可变光阑、透镜组、光栅，最后由输入输出单元的输出端输出。 其中，平面反射镜也可由一阵列反射镜替代，并省略掉可变光阑。在输入输出单元与光栅之间还可加入一光束整形单元，用于对入射光进行扩束。本发明采用光栅和可变光阑相结合，或者光栅与阵列反射镜相结合，以实现通带平顶、带宽可调的滤波，而且结构简单，易于实现。
如图1所示为本发明的实施例一，其中输入输出单元由一环行器1和准直器2构成，光栅采用透射光栅3，透镜组由一焦距为f的球面透镜4构成，球面透镜4到透射光栅3的距离等于其焦距f。入射光经环行器1从准直器2输出，输出的准直光束入射到透射光栅3上，经透射光栅3衍射发散，不同波长的光具有不同的衍射角，如图1所示，从上到下分别为λ1、λ2……λn，透射光栅3位于球面透镜4的焦平面上，所以衍射光束经球面透镜4之后不同波长的光相互平行，平面反射镜6与这些平行光垂直，经平面反射镜6反射之后，光束沿原路返回再次经过球面透镜4、透射光栅3、准直器2，然后经环行器1输出端输出。在没有光阑的情况下，此时输出的滤波曲线与波长无关，所有波长插损值一样。在平面反射镜6之前加入一可变光阑5，只有通过可变光阑5狭缝505的波长光才被平面反射镜6反射并沿原路返回，而狭缝505外的其他波长光则被吸收。这样，在输出端得到的光谱就是一个带通滤波，其带宽跟狭缝505宽度有关，而其透过波长则与狭缝位置有关。
如图2所示为本发明可变光阑5的一种具体结构，包括两个遮挡片501、第一电机平台502、第二电机平台503和基片504,；两遮挡片501之间有一狭缝505，构成狭缝光阑；第一电机平台502位于其中一个遮挡片下面以控制该遮挡片移动，进而调节狭缝505宽度，第二电机平台503则位于两遮挡片501和第一电机平台502下面，以控制狭缝光阑整体移动，进而调节狭缝505的位置；基座504则用于承载上述元件。如此，通过第二电机平台503的移动，可以选择需要通过的波动，通过第一电机平台502的移动，可以选择需要的带宽，如100G、50G或25G等。如图3所示，是根据该实施例一结构计算得出的滤波曲线，图中三条曲线分别表示狭缝大小变化时的滤波情况。而图4则是根据该实施例一结构实验的结果，图中三条曲线同样表示狭缝大小变化时的滤波情况。对比图3和4可证明该结构的可行性。
图5所示为本发明的实施例二，与实施例一相比，省去了可变光阑5，而由一阵列反射镜7替代实施例一中的平面反射镜6，该阵列反射镜7可以是MENS型或LCOS型的一维阵列或二维阵列反射镜，其中各个反射镜均能独立控制反射参量，均能在一维方向或二维方向上偏转。经过球面透镜4之后不同波长的光相互平行，阵列反射镜7中与这些平行光垂直的子反射镜将与其对应波长的光沿原路反射，其他与这些平行光不垂直的子反射镜则将相应的波长光偏转反射而过滤掉。被沿原路反射的波长光将再次通过球面透镜4、透射光栅3、准直器2，然后经环行器1输出端输出，如此便得到一个平顶的滤波器。与平行光垂直的子反射镜的数量可控，所以便得到一个带宽可调的平顶型滤波器，而且通过波长也可选。
图6所示为发明的实施例三，是在实施例一或实施例二的基础上再增加一个光束整形单元8，位于准直器2与透射光栅3之间，当准直器2无法获得足够大光斑的情况下，便可利用该光束整形单元8来辅助扩大光束。图中滤波部分100即表示实施例一或实施例二中透射光栅3及其以后的部分。该光束整形单元8可以是光束整形棱镜组、光束整形透镜组或者扩束透镜组；所述光束整形棱镜组包括一个或多个棱镜；所述光束整形透镜组包括一个或多个柱面透镜；所述扩束透镜组包括一个或多个球面透镜。
本发明的输入输出单元也可以采用两个单光纤准直器，或是一个双光纤准直器；光栅也可以采用反射光栅；而透镜组可以由一个或多个球面透镜或柱面镜组成，或者由球面透镜与柱面镜组合构成。
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，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种带宽可调平顶型光学滤波器，包括输入输出单元、光栅、透镜组和平面反射镜，其特征在于：所述平面反射镜前设有可变光阑；透镜组位于光栅与可变光阑之间，光栅位于其焦平面上；入射光经输入输出单元的输入端入射后经过光栅衍射，衍射光束经透镜组准直后经可变光阑入射到平面反射镜上，平面反射镜与光束垂直，将入射光束沿原路反射，再次经过可变光阑、透镜组、光栅，最后由输入输出单元的输出端输出。
2.如权利要求1所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：还包括一光束整形单元，设于输入输出单元与光栅之间。
3.如权利要求2所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述光束整形单元为光束整形棱镜组、光束整形透镜组或者扩束透镜组；所述光束整形棱镜组包括一个或多个棱镜；所述光束整形透镜组包括一个或多个柱面透镜；所述扩束透镜组包括一个或多个球面透镜。
4.如权利要求1所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述平面反射镜和可变光阑由一阵列反射镜替代。
5.如权利要求4所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述阵列反射镜为MENS型或LCOS型的一维阵列或二维阵列反射镜，其中各个反射镜均能独立控制反射参量，均能在一维方向或二维方向上偏转。
6.如权利要求1-5任一项所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述输入输出单元包括一个环行器和一准直器，或者包括两个单光纤准直器，或是一个双光纤准直器。
7.如权利要求1-5任一项所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述光栅为透射光栅或反射光栅。
8.如权利要求1-5任一项所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述透镜组由一个或多个球面透镜或柱面镜组成，或者由球面透镜与柱面镜组合构成。
9.如权利要求1-3任一项所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述可变光阑为一维线性光阑，其光阑宽度、位置均可调。
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