CN103969745A - 一种基于dlp的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，公开了一种基于DLP的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DLP；入射光由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入射到DLP上，经DLP衍射后，部分光束再次经透镜组和光栅后返回输入输出单元的输出端，其余光束经DLP衍射后偏离原光路而损耗掉。该结构采用光栅与DLP结合，实现通带平顶、带宽可调的滤波，带宽调谐精度更高，可实现多个滤波器共用一个DLP的滤波阵列，结构简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及光通讯器件领域，尤其涉及一种基于DLP的带宽可调平顶型光学滤波器。
背景技术
可调光滤波器是一种基本光学的元件，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。
中国专利CN102033312A公布了一种基于MEMS技术的可调谐光滤波器，包括有沿光路设置的：输入准直器、反射镜、聚焦透镜、准直透镜、分光元件、反射镜和输出准直器，其特征在于，所述的反射镜为可转动的反射镜，所述的分光元件是衍射光栅，通过可转动的反射镜改变衍射光栅的入射角来实现波长选择。该结构的缺点：该滤波器滤过的波形为高斯型，且带宽不可调。
美国专利US7899330B2，公开了一种基于反射镜和衍射光栅的高分辨率可调谐光滤波器。该光学滤波器包括分光元件、光束透镜组、MEMS反射镜、波片。入射的多波长光信号被分光元件分成单独的波长信道，经过光束转换透镜组后，通过转动MEMS反射镜选择反射波长信道，达到波长选择的目的。该结构的缺点：该滤波器滤过的波形为高斯型，且带宽不可调。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于DLP的带宽可调平顶型光学滤波器，采用光栅与DLP结合，带宽调谐精度更高，且结构简单，易于实现。
为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种基于DLP的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DLP；入射光由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入射到DLP上，经DLP衍射后，部分光束再次经透镜组和光栅后返回输入输出单元的输出端，其余光束经DLP衍射后偏离原光路而损耗掉。
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。
进一步的，所述光束整形单元为扩束系统。
进一步的，所述扩束系统由两柱面镜组成，或两球面透镜组成，或由球面透镜与非球面透镜组成。
进一步的，所述输入输出单元为环形器结构，或双光纤准直器结构，或两个单光纤准直器组合结构；所述光栅为透射型光栅或反射型光栅；所述透镜组由球面镜组或柱面镜组，或两者的组合。
进一步的，所述滤波器包括多个输入输出单元，并列于光栅前面，构成滤波器阵列。
本发明的有益效果为：采用光栅与DLP结合，实现通带平顶、带宽可调的滤波，带宽调谐精度更高，可实现多个滤波器共用一个DLP的滤波阵列，结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明采用的DLP结构示意图；
图2为DLP微反射镜阵列的两种状态；
图3为本发明实施例一结构示意图；
图4为本发明实施例二结构示意图；
图5-6为实施例三两个方向的侧面示意图；
图7为DLP中不同数量反射镜处于状态a时的滤波情况示意图；
图8为阵列滤波器DLP上光斑排布示意图。
附图标记：1、输入输出单元；2、光栅；3、透镜组；4、DLP；5、扩束系统。
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。
本发明采用的DLP（Digital Light Procession）数字光处理器，其核心为TI（美国德州仪器）公司开发的数字微镜元件DMD（Digital Micromirror Device）。DMD是一种极小（几微米到十几微米）的反射镜阵列，这些微镜都悬浮着并可向两侧倾斜10~12度左右，从而可构成两个方向的反射，如图1和2所示，每个微反射镜的状态都可以通过DLP（数字光处理器）独立控制。
如图3所示为本发明的实施例一，基于DLP的带宽可调平顶型光学滤波器，包括输入输出单元1、光栅2、透镜组3和DLP 4；入射光由输入输出单元1的输入端入射后经过光栅2衍射发散，不同波长经不同角度出射，如图依次为λ1,λ2……λn，之后衍射光束再经透镜组3准直后，不同波长的光相互平行入射到DLP 4上，经DLP 4衍射后，部分光束再次经透镜组3和光栅2后返回输入输出单元1的输出端，其余光束经DLP 4衍射后偏离原光路而损耗掉。透镜组3到光栅2的距离等于其焦距f，到DLP 4的距离也等于其焦距f。其中，DLP 4中的微反射镜阵列均具有两个工作位置（如图2中所示的状态a和b），可以把对应的入射光束衍射到两个方向。当微反射镜阵列全部处于状态a时，光经过DLP 4衍射后，原路返回依次通过透镜组3、光栅2，最后经输入输出单元1的输出端输出，这时的输出曲线跟波长无关，所有波长的插损值一样。当需要某一带宽的滤波时，通过调节DLP 4的相应微反射镜的方向，即可使得相应带宽的光束被反射到对应的方向，并传输到输出端，而将其他波长光对应的微反射镜状态调为b，则相应波长光不能沿原路返回，从而实现平顶型滤波；通过调节对应方向的反射镜数量，即可实现带宽的调节。如图7所示，即为根据本发明模拟计算的三条滤波曲线，分别表示DLP中不同数量反射镜处于状态a时的滤波情况。
如图4所示为本发明的实施例二，在实施例一的基础上增加一光束整形单元，置于输入输出单元1与光栅2之间，该实施例中的光束整形单元为一扩束系统5，由两球面透镜组成，两球面透镜之间的距离等于该两球面透镜的焦距之和f1+f2。入射光由输入输出单元1的输入端入射后经扩束系统5扩束整形之后才入射到光栅2上。
在单一滤波器中，光束传播方向的变化，光斑大小的变化，以及DLP微反射镜状态变化，都是在水平方向一维平面内完成的。但是DLP中的微反射镜阵列式二维排列的，因此可以在竖直方向上并列多个输入输出单元，以充分利用DLP的另一维度，例如可以在实施例一或实施例二中增加输入输出单元，多束入射光共用一个DLP，即可实现滤波器阵列。如图5和6所示的实施例四即为阵列滤波器，以三个排列为例，如在实施例二的扩束系统5前的竖直方向上并列三个输入输出单元1，其中扩束系统5由双柱面镜组成，透镜组3采用的也是柱面镜，构成三个滤波器并列的滤波阵列，各输入光经扩束系统5、光栅2、透镜组3之后分别入射到DLP 4上，三个滤波器的光束在DLP 4上处于不同位置，其光斑分布如图8所示。
上述各实施例中输入输出单元可以采用环形器结构，或双光纤准直器结构，或两个单光纤准直器组合结构；光栅可以采用透射型光栅或反射型光栅；透镜组由球面镜组或柱面镜组，或两者的组合；扩束系统还可以由球面透镜与非球面透镜组成。
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 (6)
1.一种基于DLP的带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：包括输入输出单元、光栅、透镜组和DLP；入射光由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入射到DLP上，经DLP衍射后，部分光束再次经透镜组和光栅后返回输入输出单元的输出端，其余光束经DLP衍射后偏离原光路而损耗掉。
2.如权利要求1所述基于DLP的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所述基于DLP的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扩束系统。
4.如权利要求3所述基于DLP的带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述扩束系统由两柱面镜组成，或两球面透镜组成，或由球面透镜与非球面透镜组成。
5.如权利要求1所述基于DLP的带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述输入输出单元为环形器结构，或双光纤准直器结构，或两个单光纤准直器组合结构；所述光栅为透射型光栅或反射型光栅；所述透镜组为球面镜组或柱面镜组，或两者的组合。
6.如权利要求1-5任一项所述基于DLP的带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述滤波器包括多个输入输出单元，并列于光栅前面，构成滤波器阵列。
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