CN104166243B - 一种不等带宽光学梳状滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种不等带宽光学梳状滤波器，包括分光器、三镜GT腔一、三镜GT腔二、玻璃补偿片、准直器一、准直器二，通过选择合适的玻璃补偿片来调整光程差，从而达到高效低成本的目的。

Description

一种不等带宽光学梳状滤波器

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，特别是一种高效低成本的不等带宽光学梳状滤波器。

背景技术

现有的实现不等带宽梳状滤波器包括迈克尔逊三镜GT腔型，耦合器级联型，双折射光纤环镜型等等。迈克尔逊三镜GT腔型梳状滤波器利用三镜GT腔实现光信号的调相，由迈克尔逊干涉仪获得干涉输出，并通过控制两干涉臂的长度及GT腔的厚度来获得不等带宽的梳状波形输出，这种结构的缺点在于无法精确的控制三镜GT腔的厚度与两干涉臂光程差的关系。耦合器级联型梳状滤波器由不同分光比的耦合器与有延时的干涉臂级联构成，通过级联光程不同的两干涉臂进行调相，并最后由耦合器实现干涉输出，通过控制各级联干涉臂的光程差可以实现不等带宽的梳状波形输出，这种结构的缺点是需要的耦合器数量较多，而且参数要求比较严格，造成器件体积偏大，而且生产成本相对困难。双折射光纤环镜型梳状滤波器由3dB耦合器、双折射光纤、偏振控制器和光环形器组成，3dB耦合器输出的两束光经两段双折射光纤和两个偏振控制器产生相位差，从而在3dB耦合器处发生干涉，通过控制双折射光纤的长度可以实现不等带宽的梳状波形输出，这种结构的缺点是由于偏振控制器角度误差，两段双折射光纤长度的匹配精确度误差等，容易造成输出光谱的不稳定。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种不等带宽光学梳状滤波器，包括分光器、三镜GT腔一、三镜GT腔二、玻璃补偿片、准直器一、准直器二，通过选择合适的玻璃补偿片来调整光程差，从而达到高效低成本的目的。

为了实现上述技术效果，具体技术方案为：

一种不等带宽光学梳状滤波器，包括：分光器；三镜GT谐振腔一，包括反射镜一、反射镜二、反射镜三，所述反射镜一置于所述分光器的反射光一侧，且所述反射镜一的法线与所述分光器成一定角度，所述反射镜二置于所述反射镜一的背面，且所述反射镜二的法线与所述反射镜一的法线相平行，所述反射镜三置于所述反射镜二的背面，且所述反射镜三的法线与所述反射镜二的法线相平行；三镜GT谐振腔二，包括反射镜四、反射镜五、反射镜六，所述反射镜四置于所述分光器的透射光一侧，且所述反射镜四的法线与所述分光器成一定角度，所述反射镜五置于所述反射镜四的背面，且所述反射镜五的法线与所述反射镜四的法线相平行，所述反射镜六置于所述反射镜五的背面，且所述反射镜六的法线与所述反射镜五的法线相平行；玻璃补偿片，包括玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四，所述玻璃片一角度可调地置于所述分光器与反射镜一形成的腔体内，所述玻璃片二角度可调地置于所述反射镜二与反射镜三形成的腔体内，所述玻璃片三角度可调地置于所述分光器与反射镜四形成的腔体内，所述玻璃片四角度可调地置于所述反射镜五与反射镜六形成的腔体内；准直器一，所述准直器一设置于所述分光器的一侧，且所述准直器一的法线与所述分光器成一定角度；准直器二，所述准直器二设置于所述分光器的另一侧，且所述准直器二的法线与所述分光器成一定角度。

作为上述方案的优选，所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四的偏转角度与其引起的光程差均满足如下公式：其中Δd为玻璃片角度偏转所引起的光程差；n为玻璃片折射率；θ₀为玻璃片的偏转角度，即玻璃片的法线与水平方向所成的角度；d为玻璃片的厚度。

作为上述方案的优选，所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四的厚度范围为150μm-380μm。

作为上述方案的优选，所述反射镜一及反射镜四的反射率为0.05％－0.1％，所述反射镜二及反射镜五的反射率为30％－35％，所述反射镜三及反射镜六的反射率为99.8％－99.98％。

作为上述方案的优选，所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四的折射率均为1.44，所述玻璃片一的厚度为150μm，玻璃片二厚度为280μm，玻璃片三厚度为160μm，玻璃片四厚度为295μm。

附图说明

图1是本发明提供的一种不等带宽光学梳状滤波器的原理结构示意图；

图2是玻璃片偏转后偏转角的定义示意图；

图3是玻璃片偏转角度与光程差的关系曲线图；

图4是本发明提供的一种不等带宽梳状滤波器的输出波形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供一种不等带宽光学梳状滤波器，包括：

(1)分光器1，所述分光器采用石英或其它光学玻璃作基底，并在基底上镀制50：50分光比的薄膜；

(2)三镜GT谐振腔一，包括反射镜一201、反射镜二202、反射镜三203，所述反射镜一置于所述分光器的反射光一侧，且所述反射镜一的法线与所述分光器成一定角度，所述反射镜二置于所述反射镜一的背面，且所述反射镜二的法线与所述反射镜一的法线相平行，所述反射镜三置于所述反射镜二的背面，且所述反射镜三的法线与所述反射镜二的法线相平行，所述反射镜一的反射率为0.1％或0.05％，所述反射镜二的反射率为30％或35％，所述反射镜三的反射率为99.8％；相邻反射镜之间的光程可根据信道间隔来选择，当信道间隔为50GHz时，所述反射镜一与反射镜二之间的光程差为1.5mm，所述反射镜二与反射镜三之间的光程差为1.5mm；

(3)三镜GT谐振腔二，包括反射镜四301、反射镜五302、反射镜六303，所述反射镜四置于所述分光器的透射光一侧，且所述反射镜四的法线与所述分光器成一定角度，所述反射镜五置于所述反射镜四的背面，且所述反射镜五的法线与所述反射镜四的法线相平行，所述反射镜六置于所述反射镜五的背面，且所述反射镜六的法线与所述反射镜五的法线相平行，所述反射镜四的反射率为0.1％或0.05％，所述反射镜五的反射率为30％或35％，所述反射镜六的反射率为99.8％；相邻反射镜之间的光程可根据信道间隔来选择，当信道间隔为50GHz时，所述反射镜四与反射镜五之间的光程差为1.5mm，所述反射镜五与反射镜六之间的光程差为1.5mm；

(4)玻璃补偿片，包括玻璃片一401、玻璃片二402、玻璃片三403、玻璃片四404，所述玻璃片一角度可调地置于所述分光器与反射镜一形成的腔体内，所述玻璃片二角度可调地置于所述反射镜二与反射镜三形成的腔体内，所述玻璃片三角度可调地置于所述分光器与反射镜四形成的腔体内，所述玻璃片四角度可调地置于所述反射镜五与反射镜六形成的腔体内；所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四的偏转角度与其引起的光程差均满足如下公式：其中Δd为玻璃片角度偏转所引起的光程差；n为玻璃片折射率；θ₀为玻璃片的偏转角度，如图2所示，即玻璃片的法线与水平方向所成的角度；d为玻璃片的厚度；所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四的折射率均为1.44，所述玻璃片一的厚度为150μm，玻璃片二厚度为280μm，玻璃片三厚度为160μm，玻璃片四厚度为295μm，所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四可采用石英玻璃片；图3为玻璃片偏转角度与光程差的关系曲线图；

(5)准直器一5，所述准直器一设置于所述分光器的一侧，且所述准直器一的法线与所述分光器成一定角度，所述准直器一为光纤准直器，所述准直器一与分光器成的角度可采用45度或42度或48度；

(6)准直器二6，所述准直器二设置于所述分光器的另一侧，且所述准直器二的法线与所述分光器成一定角度，所述准直器二为光纤准直器。

本发明所提供的一种不等带宽光学梳状滤波器的工作原理为：当多波长信号经准直器一变成平行光后被分光器分成两束光E1,E2。光束E1经由反射镜一、反射镜二、反射镜三构成的三镜GT谐振腔一调相后沿原路返回分光器，另一路光束E2经由反射镜四、反射镜五、反射镜六构成的三镜GT谐振腔二调相后沿原路返回分光器，两路返回光在分光器上的交汇处发生干涉，通过选择厚度合适的玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四，微调各玻璃片插入的角度来实现干涉臂长差与GT腔厚度的调整，从而改变光程差，进而得到不等带宽的梳状滤波信号，一路奇数信道波长光信号Etrans耦合到准直器一，另一路偶数信道波长光信号Eref耦合到准直器二，从而实现了将一束光信(λ1，λ2，λ3，λ4，λ5，λ6，λ7，λ8，…)分成了奇数波长(λ1，λ3，λ5，λ7，…)和偶数波长(λ2，λ4，λ6，λ8，…)的两束光信号，使信道间隔变为原来的两倍，反之也可将两束奇数波长光信号和偶数波长光信号合波成一束光信号。

图4为本发明提供的不等带宽梳状滤波器的输出波形图。图中实线表示反射带的输出带宽，其3dB带宽为68GHz,由于最佳带宽f与传输速率v的关系为f≧1.5v，因此其可用于传输速度为40Gbit/s的信号。虚线表示透射带的输出带宽，其3dB带宽为32GHz，其可用于传输速度为10Gbit/s的信号。

与传统的迈克尔逊三镜GT腔梳状滤波器相比，本发明通过设置合适的玻璃片的方式实现了GT腔腔长与干涉臂长差的调整，从而达到光程差的精确微调，由于光程差微调需要玻璃片的厚度为数十微米，而工业加工数十微米量级的玻璃片难度非常大，使得精确性也很难保证。因此本发明在四个腔内插入厚度为150μm-380μm之间的玻璃片，通过四个玻璃片的厚度差实现数十微米的效果，该结构有效的解决了数十微米厚度薄玻璃片的加工困难问题。此外，对比耦合器级联型梳状滤波器和双折射光纤环镜型梳状滤波器，本发明具有更加紧凑的结构和稳定的性能。

本发明提供了一种不等带宽光学梳状滤波器，通过迈克尔逊干涉结构使器件体积较小，信号隔离度更高，信道平坦度较好，通过控制三面反射镜的各反射层的反射系数可以对光波进行调相，进而实现不同带宽的信号输出，通过在腔内插入不同厚度的玻璃片的方式来进行光程差的补偿，从而保证中心频率的漂移在规定范围之内。该不等带宽光学梳状滤波器可广泛应用于光通讯中的波分复用系统、光上/下路复用器。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种不等带宽光学梳状滤波器，包括:分光器；其特征在于，还包括：三镜GT谐振腔一，包括反射镜一、反射镜二、反射镜三，当信道间隔为50GHz时，所述反射镜一与反射镜二之间的光程差为1.5mm，所述反射镜二与反射镜三之间的光程差为1.5mm，所述反射镜一置于所述分光器的反射光一侧，且所述反射镜一的法线与所述分光器成一定角度，所述反射镜二置于所述反射镜一的背面，且所述反射镜二的法线与所述反射镜一的法线相平行，所述反射镜三置于所述反射镜二的背面，且所述反射镜三的法线与所述反射镜二的法线相平行；

三镜GT谐振腔二，包括反射镜四、反射镜五、反射镜六，当信道间隔为50GHz时，所述反射镜四与反射镜五之间的光程差为1.5mm，所述反射镜五与反射镜六之间的光程差为1.5mm，所述反射镜四置于所述分光器的透射光一侧，且所述反射镜四的法线与所述分光器成一定角度，所述反射镜五置于所述反射镜四的背面，且所述反射镜五的法线与所述反射镜四的法线相平行，所述反射镜六置于所述反射镜五的背面，且所述反射镜六的法线与所述反射镜五的法线相平行；

准直器一，所述准直器一设置于所述分光器的一侧，且所述准直器一的法线与所述分光器成一定角度；

准直器二，所述准直器二设置于所述分光器的另一侧，且所述准直器二的法线与所述分光器成一定角度；

玻璃补偿片，包括玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四，所述玻璃片一角度可调地置于所述分光器与反射镜一形成的腔体内，所述玻璃片二角度可调地置于所述反射镜二与反射镜三形成的腔体内，所述玻璃片三角度可调地置于所述分光器与反射镜四形成的腔体内，所述玻璃片四角度可调地置于所述反射镜五与反射镜六形成的腔体内；所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四的偏转角度与其引起的光程差均满足如下公式：其中Δd为玻璃片角度偏转所引起的光程差；n为玻璃片折射率；θ₀为玻璃片的偏转角度，即玻璃片的法线与水平方向所成的角度；d为玻璃片的厚度；所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四的厚度范围为150μm-380μm。

2.根据权利要求1所述的不等带宽光学梳状滤波器，其特征在于，所述反射镜一及反射镜四的反射率为0.05％－0.1％，所述反射镜二及反射镜五的反射率为30％－35％，所述反射镜三及反射镜六的反射率为99.8％－99.98％。

3.根据权利要求1所述的不等带宽光学梳状滤波器，其特征在于，所述玻璃片一、玻璃片二、玻璃片三、玻璃片四的折射率均为1.44，所述玻璃片一的厚度为150μm，玻璃片二厚度为280μm，玻璃片三厚度为160μm，玻璃片四厚度为295μm。