CN104380160B - 滤波器、滤波器的制造方法和激光波长监控装置 - Google Patents

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Abstract

一种滤波器、滤波器的制造方法和一种激光波长监控装置，滤波器包括：两个透光体，每个透光体具有第一平面、与第一平面形成楔角的第二平面，以及与第一平面和第二平面分别相交的第三平面，两个透光体的第一平面相互平行，两个透光体的第二平面相互平行；光分束膜，两侧表面分别与两个透光体的第一平面相结合；两组反射膜系，分别与两个透光体的第二平面相结合。本方案激光波长监控装置的波长监控光路较现有技术大大缩短，激光波长监控装置的体积较小，可以实现小型化封装，大大降低了产品的封装成本，且具有较高的监控精度。

Description

滤波器、滤波器的制造方法和激光波长监控装置
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种滤波器、滤波器的制造方法和一种激光波长监控装置。
背景技术
随着用户对带宽需求的不断增长，传统的铜线宽带接入系统越来越面临带宽瓶颈，与此同时，带宽容量巨大的光纤通信技术日益成熟，光纤接入网成为下一代宽带接入网的有力竞争者，尤其以PON（Passive Optical Network，无源光网络，简称PON）系统更具竞争力。
在PON系统中，光模块作为收发系统的物理实现主体，其作用是至关重要的，而激光器作为通信光波的发射装置，其作用更是重中之重。在PON领域的许多应用场合，我们需要将激光器的发射波长稳定在一定的数值，以确保符合光通信标准或满足物理传输上的技术指标。因此，在许多应用场景中，光模块中的激光器通常附带有用来调节波长的半导体制冷器或者加热膜片，并需要利用激光波长监控装置来实现反馈调节。
如图1所示，现有的一种激光波长监控装置包括准直透镜1、第一聚焦透镜2、F-P标准具3（即etalon，也称以太龙，是一种标准具，包含两片表面镀反射膜的玻璃，当两个表面平行时，光在镀膜面间反复反射形成干涉）、两个光分束器4a、4b、两个光接收器5a、5b和两个第二聚焦透镜6a、6b，其中，F-P标准具3起到梳状滤波器的作用，两个光分束器4a、4b分别为固定分光比的光分束器。激光器7发出的光经过准直透镜1后变为准直光，光分束器4a按照一定比例将该准直光分开，其中一部分光经过第二聚焦透镜6a后被光接收器5a接收，另一部分光经过光分束器4a后射入F-P标准具3，光分束器4b将经过F-P标准具3后的透射光按一定比例分开，其中一部分光经过第二聚焦透镜6b后被光接收器5b接收，另一部分光经过光分束器4b，然后经过第一聚焦透镜2后射入传输光纤的入射端口8。
设PD10和PD20分别为两个光接收器5a、5b的初始校准光功率，PD1和PD2分别为两个光接收器5a、5b的实际接收光功率，光接收器5b和光接收器5a的实际接收光功率比A=PD2/PD1。当激光的波长发生红移时，PD2=PD20+△P，当激光的波长发生蓝移时，PD2=PD20－△P，而PD1不随激光波长的变化而变化，则波长偏移量：
△A=+△P/PD10（红移），△A=－△P/PD10（蓝移） （1）
因此，可以根据波长偏移量△A来界定激光器波长的变化情况。
本专利申请的发明人发现，两个光分束器使得激光波长监控装置的整体封装尺寸较大，封装成本较高，不符合当前小型化、低成本的发展趋势，并且，该结构的激光波长监控装置的监控精度也不够高。
发明内容
本发明实施例提供了一种滤波器、滤波器的制造方法和一种激光波长监控装置，以减少激光波长监控装置的体积和成本，进一步提高监控精度。
本发明的第一方面，提供了一种滤波器，包括：两个透光体，每个所述透光体具有第一平面、与所述第一平面形成楔角的第二平面，以及与所述第一平面和所述第二平面分别相交的第三平面，所述两个透光体的第一平面相互平行，所述两个透光体的第二平面相互平行；
光分束膜，两侧表面分别与所述两个透光体的第一平面相结合；
两组反射膜系，分别与所述两个透光体的第二平面相结合。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述楔角为45°±λ，其中，λ为设定的允许误差。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述两个透光体的第三平面平行或者不平行。
在第一方面的一种可能的实现方式中，两个所述透光体中，其中一个所述透光体包括：至少两个透光基质，相邻两个所述透光基质之间设置有增透膜。
本发明的第二方面，提供了一种前述任一实施例滤波器的制造方法，包括：分别在两个透光体的第二平面镀上反射膜系，并在其中一个透光体的第一平面镀上光分束膜；
将另一个透光体的第一平面与光分束膜结合为一体。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述将另一个透光体的第一平面与光分束膜结合为一体，具体为：
将所述另一个透光体的第一平面与光分束膜键合为一体。
本发明的第三方面，提供了一种激光波长监控装置，包括：两个光接收器和前述任一技术方案所述的滤波器，其中，
所述滤波器的两组所述反射膜系分别面向激光器的发射端口和传输光纤的入射端口，所述滤波器的两个所述第三平面分别面向两个所述光接收器的接收端口。
在第三方面的一种可能的实现方式中，激光波长监控装置还包括：位于所述激光器的发射端口和相面对的所述滤波器的所述反射膜系之间的准直透镜。
在第三方面的一种可能的实现方式中，所述准直透镜的一侧为平面且与相面对的所述滤波器的所述反射膜系相结合。
在第三方面的一种可能的实现方式中，激光波长监控装置还包括：位于所述传输光纤的入射端口和相面对的所述滤波器的所述反射膜系之间的第一聚焦透镜。
在第三方面的一种可能的实现方式中，所述第一聚焦透镜的一侧为平面且与相面对的所述滤波器的所述反射膜系相结合。
在第三方面的一种可能的实现方式中，激光波长监控装置还包括两个第二聚焦透镜，分别位于所述滤波器的两个所述第三平面与相面对的所述光接收器的接收端口之间。
在第三方面的一种可能的实现方式中，所述滤波器中，包含至少两个透光基质的透光体位于光分束膜的靠近所述传输光纤的入射端口一侧。
在本发明实施例技术方案中，由于光分束膜内置于两个透光体的第一平面之间，这使得激光波长监控装置的波长监控光路较现有技术大大缩短，激光波长监控装置的体积较小，可以实现小型化封装，大大降低了产品的封装成本；并且，由于具有该滤波器的激光波长监控装置可以进行透射功率监控和反射功率监控，波长偏移量的监控精度提升了一倍，因此，相比现有技术具有较高的监测精度。
附图说明
图1为现有激光波长监控装置结构示意图；
图2a为本发明第一实施例滤波器第一种实现方式的结构示意图；
图2b为本发明第一实施例滤波器第二种实现方式的结构示意图；
图3为本发明第五实施例滤波器的制造方法流程示意图；
图4为本发明实施例滤波器制造过程示意图；
图5为本发明第七实施例激光波长监控装置结构示意图；
图6为本发明第八实施例激光波长监控装置结构示意图；
图7为本发明第九实施例激光波长监控装置结构示意图；
图8为本发明第十实施例激光波长监控装置结构示意图；
图9为本发明第十一实施例激光波长监控装置结构示意图。
具体实施方式
为了减少激光波长监控装置的体积和成本，进一步提高监控精度，本发明实施例提供了一种滤波器、滤波器的制造方法和一种激光波长监控装置。在本发明实施例的技术方案中，光分束膜内置于两个透光体的第一平面之间，这使得激光波长监控装置的波长监控光路较现有技术大大缩短，激光波长监控装置的体积较小，可以实现小型化封装，具有较低的封装成本；并且，具有该滤波器的激光波长监控装置可以进行透射功率监控和反射功率监控，波长偏移量的监控精度提升了一倍，因此，相比现有技术激光波长监控装置还具有较高的监测精度。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2a所示，本发明第一个实施例的滤波器，包括：
两个透光体9，每个透光体9具有第一平面10、与第一平面10形成楔角的第二平面11，以及与第一平面10和第二平面11分别相交的第三平面12，两个透光体9的第一平面10相互平行，两个透光体9的第二平面11相互平行；
光分束膜13，两侧表面分别与两个透光体9的第一平面10相结合；
两组反射膜系14，分别与两个透光体9的第二平面11相结合。
在本发明各实施例中，透光体可以为etalon（也称标准具或以太龙）透光体。透光体9可以只包含一个透光基质，也可以包含两个或两个以上的透光基质。如图2b所示实施例，两个透光体9中，其中一个透光体9包括：至少两个透光基质16，相邻两个透光基质16之间设置有增透膜17。设置增透膜17可以减少光线损失，透光基质16的材质不限，可以选用玻璃等材质，透光基质的截面形状可以为三角形，梯形等。
为了利用平行干涉共振模式（包括但不限于F-P干涉和G-T干涉）实现滤波功能，两个透光体9的第一平面10相互平行，两个透光体9的第二平面11相互平行。光分束膜13具有固定的分光比，可以将射入的激光按比例分开，一部分反射，一部分透射。可以先在其中一个透光体9的第一平面10镀上光分束膜13，然后再将另一个透光体9的第一平面10与光分束膜13键合为一体，以保证滤波器内部能够形成稳定的平行干涉共振。反射膜系14通常包括厚度不同且交替分布的多个膜层，这些膜层可以为二氧化硅膜层、二氧化钽等等，其具体结构设计属于现有技术，这里不再详细赘述。
楔角的具体数值不限，在本发明第二个实施例的滤波器中，楔角为45°±λ，其中，λ为设定的允许误差，例如为1°。选用该数值范围内的楔角可以使得滤波器的光路设计较为简便，有利于激光波长监控装置的内部结构件布局。
在本发明第三个实施例的滤波器中，两个透光体9的第三平面12不平行。在本发明第四个实施例的滤波器中，两个透光体9的第三平面12平行。将两个透光体9的第三平面12平行设置可以使得激光波长监控装置的两个光接收器设置在对称的位置，这样更加有利于光路设计及产品的紧凑化、小型化，更加有利于降低产品的封装成本。
如图3和图4所示，本发明第五个实施例滤波器的制造方法，包括：
步骤101、分别在两个透光体的第二平面镀上反射膜系，并在其中一个透光体的第一平面镀上光分束膜；
步骤102、将另一个透光体的第一平面与光分束膜结合为一体。
在本发明第六个实施例滤波器的制造方法中，步骤102具体通过键合技术将另一个透光体的第一平面与光分束膜结合为一体。优选采用光胶键合技术，光胶键合是将两块同质或异质材料经过一系列表面处理后紧密的贴在一起，在室温下形成光胶，然后再对其进行热处理，在无须其他粘结剂和高压的情况下形成永久性键合。该技术在激光应用方面不仅可以大大改善激光热性能和光束质量，而且有利于激光系统的集成化。
如图5所示，本发明第七个实施例的激光波长监控装置，包括：两个光接收器5a、5b和前述任一实施例所述的滤波器15，其中，
滤波器15的两组反射膜系14分别面向激光器7的发射端口和传输光纤的入射端口8，滤波器15的两个第三平面12分别面向两个光接收器5a、5b的接收端口。
光接收器5a、5b可以采用光电二极管，用以检测所接收的激光的功率。
请参照图6所示的第八个优选实施例，激光波长监控装置还包括：位于激光器7的发射端口和相面对的滤波器15的反射膜系14之间的准直透镜1，以及位于传输光纤的入射端口8和相面对的滤波器15的反射膜系14之间的第一聚焦透镜2。准直透镜1和第一聚焦透镜2也可分别设计在激光器7和传输光纤的入射端口8的结构中，但这样激光器7和传输光纤的入射端口8的尺寸会较大，结构稍复杂些，并且准直透镜1和第一聚焦透镜2的位置也不便调节。
请继续参照图6所示的优选实施例，激光波长监控装置还包括：两个第二聚焦透镜6a、6b，分别位于滤波器15的两个第三平面12与相面对的光接收器5a、5b的接收端口之间。同理，第二聚焦透镜6a、6b也可以分别设计在光接收器5a、5b的结构中。需要说明的是，如果光接收器5a、5b的接收面面积满足一定条件时，也可以省去第二聚焦透镜6a、6b的设置。
如图7所示，本发明第九个实施例的激光波长监控装置中，准直透镜1的一侧为平面且与相面对的滤波器15的反射膜系14相结合。这时，激光波长监控装置具有较小的封装尺寸，第一聚焦透镜2的位置可以自由调节。
如图8所示，本发明第十个实施例的激光波长监控装置中，第一聚焦透镜2的一侧为平面且与滤波器15的反射膜系14相结合。这时，激光波长监控装置具有较小的封装尺寸，准直透镜的位置可以自由调节。
如图9所示，本发明第十一个实施例的激光波长监控装置中，准直透镜1的一侧为平面且与相面对的滤波器15的反射膜系14相结合，第一聚焦透镜2的一侧为平面且与滤波器15的反射膜系14相结合。这时，相比第九和第十个实施例，激光波长监控装置的封装尺寸最小，准直透镜和第一聚焦透镜的位置不可以自由调节。
滤波器15中，当其中一个透光体9包含至少两个透光基质16时，为减少入射光损失，优选将包含至少两个透光基质16的透光体9设计在光分束膜13的靠近所述传输光纤的入射端口8一侧。
以图6所示的实施例为例，激光波长监控装置的工作原理为：激光器7发射的激光经过准直透镜1后变为准直光，该准直光从滤波器15的一侧反射膜系14射入，光分束膜13将接收的激光按比例分开，其中一部分反射并射出滤波器15到达第一个光接收器5a，一部分透射至滤波器15另一侧的反射膜系14然后再部分反射回来至光分束膜13，光分束膜13再次将接收的激光按比例分开，其中一部分反射并射出滤波器15到达第二个光接收器5b。
由于光分束膜内置于两个透光体的第一平面之间，这使得激光波长监控装置的波长监控光路较现有技术大大缩短，激光波长监控装置的体积较小，可以实现小型化封装，大大降低了产品的封装成本。例如，现有技术的波长监控装置通常采用XMD封装，封装成本较高，而本方案的波长监控装置可采用TO封装，大大的节约了封装成本。
设PD1和PD2分别为两个光接收器5a、5b的实际接收光功率，滤波器15的整体反射光功率为Pf，整体透射光功率为Pt，则当激光的波长发生红移时，滤波器15的整体透射光功率为Pt+△P，当激光的波长发生蓝移时，滤波器15的整体反射光功率为Pf－△P，而PD1不随激光波长的变化而变化，则波长偏移量：
△A=+2△P/（Pf+Pt）（红移），△A=－2△P/（Pf+Pt）（蓝移） （2）
对于滤波器整体而言，Pf+Pt=P0，P0为恒定值，不随激光波长的变化而变化，因此，同样可以根据波长偏移量△A来界定激光器波长的变化情况。
将（2）式与现有技术的（1）式相比，可以看到，由于该激光波长监控装置可以进行透射功率监控和反射功率监控，波长偏移量的监控精度提升了一倍，因此，相比现有技术具有较高的监测精度，激光波长监控装置具有更高的监控性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种滤波器，其特征在于，包括：
两个透光体，每个所述透光体具有第一平面、与所述第一平面形成楔角的第二平面，以及与所述第一平面和所述第二平面分别相交的第三平面，所述两个透光体的第一平面相互平行，所述两个透光体的第二平面相互平行；
光分束膜，两侧表面分别与所述两个透光体的第一平面相结合,一个透光体（9）的第一平面（100镀上光分束膜（13），然后再将另一个透光体（9）的第一平面（10）与光分束膜13键合为一体，以形成平行干涉共振；
两组反射膜系，分别与所述两个透光体的第二平面相结合。
2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述楔角为45°±λ，其中，λ为设定的允许误差。
3.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于，所述两个透光体的第三平面平行或者不平行。
4.如权利要求3所述的滤波器，其特征在于，两个所述透光体中，其中一个所述透光体包括：至少两个透光基质，相邻两个所述透光基质之间设置有增透膜。
5.一种如权利要求1～4任一项所述滤波器的制造方法，其特征在于，包括：
分别在两个透光体的第二平面镀上反射膜系，并在其中一个透光体的第一平面镀上光分束膜；
将另一个透光体的第一平面与光分束膜结合为一体。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述将另一个透光体的第一平面与光分束膜结合为一体，具体为：
将所述另一个透光体的第一平面与光分束膜键合为一体。
7.一种激光波长监控装置，其特征在于，包括：两个光接收器和如权利要求1～4任一项所述的滤波器，其中，
所述滤波器的两组所述反射膜系分别面向激光器的发射端口和传输光纤的入射端口的管口，所述滤波器的两个所述第三平面分别面向两个所述光接收器的接收端口。
8.如权利要求7所述的激光波长监控装置，其特征在于，还包括：位于所述激光器的发射端口和相面对的所述滤波器的所述反射膜系之间的准直透镜。
9.如权利要求8所述的激光波长监控装置，其特征在于，所述准直透镜的一侧为平面且与相面对的所述滤波器的所述反射膜系相结合。
10.如权利要求7～9任一项所述的激光波长监控装置，其特征在于，还包括：位于所述传输光纤的入射端口的管口和相面对的所述滤波器的所述反射膜系之间的第一聚焦透镜。
11.如权利要求10所述的激光波长监控装置，其特征在于，所述第一聚焦透镜的一侧为平面且与相面对的所述滤波器的所述反射膜系相结合。
12.如权利要求7所述的激光波长监控装置，其特征在于，还包括两个第二聚焦透镜，分别位于所述滤波器的两个所述第三平面与相面对的所述光接收器的接收端口之间。
13.如权利要求7所述的激光波长监控装置，其特征在于，所述滤波器中，包含至少两个透光基质的透光体位于光分束膜的靠近所述传输光纤的入射端口一侧。
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