CN104880775A - 一种滤光片组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤光片组件，涉及光通信技术领域，用以解决滤光片无法满足时分和波分复用无源光纤网络TWDM-PON的需求的问题。所述滤光片组件包括：壳体、盖体、可调谐滤光片、温度调节器，其中，壳体的顶面设有开口，盖体封盖在该开口上；壳体的底面上设有第一通光孔，盖体上设有第二通光孔，且第二通光孔与第一通过孔相对；可调谐滤光片安装在壳体内并分别与第一通光孔和第二通光孔相对；温度调节器设于壳体内，用于调节可调谐滤光片的温度。本发明提供的滤光片组件应用于TWDM-PON的光网络终端中。

Description

一种滤光片组件

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种滤光片组件。

背景技术

目前运营商主要通过吉比特无源光网络(Gigabit-Capable Pon，以下简称GPON)技术实现将光纤网络向用户侧的延伸。GPON技术可以充分满足未来几年驻地用户对于带宽的要求。但从未来业务和市场角度考虑，运营商必须及时找到合适的技术来实现对GPON在传输带宽上的超越，从而发挥光纤网络的极致能力，获得收益的最大化。

随着网络技术的发展，作为GPON的下一代光纤接入技术，基于时分和波分复用无源光纤网络(Time and Wavelength-Division Multiplexed PassiveOptical Network，以下简称TWDM-PON)将成为通信行业的主流。在TWDM-PON技术中，每根光纤能够提供具有四个或更多波长的光信号，光信号中的波长间距为100GHz或50GHz(0.8nm或0.4nm)，且每个波长可提供2.5Gbps或10Gbps对称或非对称速率的传输能力。因此，当将具有多个不同波长的光信号作为通信波长时，需要TWDM-PON的光网络终端(Optical Network Termination，以下简称ONT)中的滤光片能够将不同波长的光信号调谐到正确的上下行光通道上，并且对其他光通道有足够的隔离度。然而，在现有的ONT中的滤光片仅允许固定波长的光信号通过，因此，现有的滤光片无法满足TWDM-PON的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滤光片组件，用于满足TWDM-PON中可使含有不同波长的光信号通过的需求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种滤光片组件，包括：

顶面具有开口的壳体，所述壳体的底面设有第一通光孔；

封盖在所述开口上的盖体，所述盖体上设有与所述第一通光孔相对的第二通光孔；

设于所述壳体内的可调谐滤光片，且所述可调谐滤光片分别与所述第一通光孔和所述第二通光孔相对；

设于所述壳体内用于调节所述可调谐滤光片的温度的温度调节器。

本发明提供的滤光片组件中，当需要使不同波长的光信号通过该可调谐滤光片时，通过温度调节器控制可调谐滤光片的温度，当可调谐滤光片的温度发生变化后，可调谐滤光片中的分子的动能发生变化，即可调谐滤光片发生热胀冷缩现象，或者，可调谐滤光片中的分子结构发生可逆变化，从而使可调谐滤光片的折射率发生改变，使得通过可调谐滤光片的光信号的波长和被可调谐滤光片截止的光信号的波长均发生变化，进而使得与改变后的温度对应的波长的光信号可以通过可调谐滤光片，其它波长的光信号被截止；因此，通过温度调节器使可调谐滤光片处于不同的温度，便可使不同波长的光信号均可通过可调谐滤光片，因此本发明提供的滤光片组件能够满足TWDM-PON中使含有不同波长的光信号通过的需求。此外，与现有技术需采用多个滤光片才能满足TWDM-PON的需求相比，采用本发明提供的滤光片组件，可简化TWDM-PON的复杂程度，且所述滤光片组件的使用方法简单、调谐速度快，适合小型化封装。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的滤光片组件的立体图；

图2为图1中滤光片组件中的可调谐滤光片的结构示意图；

图3为图1中A-A方向的剖视图；

图4为图1中滤光片组件的工作原理图；

图5为图1中滤光片组件的谱线图；

图6为图1中滤光片组件上无盖体时的俯视图。

附图标记：

1-壳体，          2-盖体，

3-可调谐滤光片，  4-温度调节器，

5-透明密封窗，    6-接线端子，

7-温度监控元件，  8-金线，

11-第一通光孔，   21-第二通光孔

31-基片，         32-敏感材料，

41-第三通光孔。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的可调谐滤光片及滤光片组件进行详细描述。

请参见图1和图3，本发明实施例还提供一种滤光片组件，包括壳体1、盖体2、可调谐滤光片3和温度调节器4，其中，壳体1的顶面设有开口，盖体2封盖在该开口上；壳体1的底面上设有第一通光孔11，盖体2上设有第二通光孔21，且第二通光孔21与第一通过孔11相对；可调谐滤光片3安装在壳体1内并分别与第一通光孔11和第二通光孔21相对；温度调节器4位于壳体1内，用于调节可调谐滤光片3的温度。

使用时，含有多个波长的光信号从第一通光孔11或第二通光孔21进入壳体1中，经过可调谐滤光片3后从第二通光孔21或第一通光孔11射出壳体1外。含有多个波长的光信号在经过可调谐滤光片3时，可调谐滤光片3在某一温度时，可调谐滤光片3的折射率一定，因而可调谐滤光片3仅允许对应于该温度的波长的光信号通过，其它波长的光信号被截止；如果需要使其它波长的光信号通过可调谐滤光片3时，通过温度调节器4改变可调谐滤光片3的温度，当可调谐滤光片3的温度发生变化后，可调谐滤光片3中的分子的动能发生变化，即可调谐滤光片3发生热胀冷缩现象，或者，可调谐滤光片3中的分子结构发生可逆变化，使得可调谐滤光片3的折射率发生改变，从而使得通过可调谐滤光片3的光信号的波长和被可调谐滤光片3截止的光信号的波长均发生变化，进而使得与改变后的温度对应的波长的光信号可以通过可调谐滤光片3，其它波长的光信号被截止；因此，通过控制器使可调谐滤光片3处于不同的温度，便可使含有不同波长的光信号均可通过可调谐滤光片3。

下面结合图4来进一步地详细描述上述滤光片组件的工作原理。

示例的，假设入射到可调谐滤光片3上的光信号中为同时含有4个波长的光信号，温度调节器4可以改变可调谐滤光片3的温度，实现可调谐滤光片3在某一温度只允许某一特定波长的光信号通过，具体可参考表1。

温度	通过波长
		T1	λ1
T2	λ2
		T3	λ3
T4	λ4

表1

从表1可以看出，当通过温度调节器4使可调谐滤光片3的温度为T1时，可调谐滤光片3允许通过光的波长为λ1，其它波长(λ2、λ3和λ4)的光信号被截止；当通过温度调节器4使可调谐滤光片3的温度为T2时，可调谐滤光片3允许通过光的波长为λ2，其它波长(λ1、λ3和λ4)的光信号被截止；当通过温度调节器4使可调谐滤光片3的温度为T3时，可调谐滤光片3允许通过光的波长为λ3，其它波长(λ1、λ2和λ4)的光信号被截止；当通过温度调节器4使可调谐滤光片3的温度为T4时，可调谐滤光片3允许通过光的波长为λ4，其它波长(λ1、λ1和λ3)的光信号被截止。根据上表1，可以建立一个可调谐滤光片3的温度和通过波长(其允许通过的光信号的波长)的对应关系，根据该对应关系，通过温度调节器4改变可调谐滤光片3的温度，就能够实现4个不同波长的光信号分别通过可调谐滤光片3。例如，欲使波长为λ1的光信号通过时，通过温度调节器4使可调谐滤光片3的温度为T1，即可使波长为λ1的光信号通过，其它波长的光信号被截止。

进一步地，请参阅图5，图5中横坐标为可调谐滤光片3的温度，纵坐标为通过可调谐滤光片3的光信号的光强。从该滤波普线图中可以看出，当可调谐滤光片3的温度为T1时，对应的波长λ1的光强达到最大，即波长为λ1的光信号通过，波长为λ2、λ3和λ4的光信号均被截止；当可调谐滤光片3的温度为T2时，对应的波长λ2的光强达到最大，即波长为λ2的光信号通过，波长为λ1、λ3和λ4的光信号均被截止。因此本实施例提供的滤光片组件，通过温度调节器4使可调谐滤光片3处于不同的温度，便可使不同波长的光信号均可以通过可调谐滤光片3。

综上所述，当使用上述滤光片组件时，通过温度调节器4来调整可调谐滤光片3的温度，使可调谐滤光片3处于不同的温度，便可使不同波长的光信号均可以通过可调谐滤光片3，因此本发明实施例提供的滤光片组件能够满足TWDM-PON中使含有不同波长的光信号通过的需求。此外，与现有技术需采用多个滤光片才能满足TWDM-PON需求相比，采用本发明实施例提供的滤光片组件，可简化TWDM-PON的复杂程度，且上述滤光片组件的使用方法简单、调谐速度快，适合小型化封装。

值得一提的是，影响可调谐滤光片3的通带范围的因素除温度以外还包括电场、磁场和电磁场，当可调谐滤光片3处于不同的电场、磁场或电磁场时，可调谐滤光片3的折射率受到电场、磁场或电磁场的影响而发生变化，从而可以使不同波长的光信号通过可调谐滤光片3。因此，在上述滤光片组件中，还可以通过设置用于调节可调谐滤光片3的电场的电场调节器，或者，通过设置用于调节可调谐滤光片3的磁场的磁场调节器，或者，通过设置用于调节可调谐滤光片3的电磁场的电磁场调节器，以使可调谐滤光片3处于不同的电场、磁场或电磁场，从而实现使不同波长的光信号均可通过可调谐滤光片3。通过调节可调谐滤光片3的电场、磁场或电磁场来使不同波长的光信号均通过可调谐滤光片3的过程，与通过调节可调谐滤光片3的温度来使不同波长的光通过可调谐滤光片3的过程类似，在此不赘述。

请参阅图2，上述实施例提供的滤光片组件中，可调谐滤光片3包括基片31，基片31中混合有敏感材料32，敏感材料32对温度敏感。具体实施时，由于可调谐滤光片3的基片31中混合有对温度敏感的敏感材料32，因此，在改变基片31的温度后，敏感材料32的分子结构发生可逆变化，使得基片31的通带范围发生变化，从而使得入射到该基片31上的光信号产生相应的光程差，进而使得基片31仅允许能够产生在该光程差的光信号通过，其它光信号被截止；因而通过改变可调谐滤光片3的温度，便可使不同波长的光信号均可通过可调谐滤光片3。

在具体制作上述可调谐滤光片3时，通常选用透光范围较宽且对温度敏感的材料作为敏感材料32添加到基片31中，满足上述条件的敏感材料32有铜、锗等，在本发明实施例中，敏感材料32选用铜、锗中的一种或同时选用铜和锗；基片31的材料为二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和氧化锌中的至少一种；且敏感材料32在基片31中所占的比例为0.1％～10％。如此设计，可以有效地过滤所需要的波长，并可以防止因敏感材料32在基片31中所占的比例太高而导致可调谐滤光片的制作难度增加，而且导致成本增加。经试验，敏感材料32在基片31中所占的比例分别为0.1％、5％、10％时，均可实现上述目的，并达到上述效果。

上述实施例以可调谐滤光片3调谐含有4个波长的光信号为例，来解释说明本发明实施例提供的滤光片组件，但不限于此，可调谐滤光片3可调谐含有n个波长的光信号，n为1-16之间的自然数。例如，n为1，即一种光信号中含有1个波长的光信号；比如，n为4，即一种光信号中含有4个波长的光信号，又如，n为8，即一种光信号中含有8个波长的光信号，再如，n为16，即一种光信号中含有16个波长的光信号。

在上述实施例中，温度调节器4可以通过直接加热或间接加热的方式来调整可调谐滤光片3的温度；为了使温度调节器4能够快速地调整可调谐滤光片3的温度，减少能量损耗；优选地，请继续参阅图3，温度调节器4的中心区域上设有第三通光孔41，可调谐滤光片3盖设在第三通光孔41上。具体地，第三通光孔41设置在温度调节器4的中心区域，并分别与第一通光孔10和第二通光孔11相对，可调谐滤光片3盖设在第三通光孔41上，使可调谐滤光片3与温度调节器4接触；如此设计，既不影响光信号通过第一通光孔10、第三通光孔41和第二通光孔11，又不影响可调谐滤光片3的滤光作用；同时，温度调节器4可以通过直接加热的方式来调整可调谐滤光片3的温度，使可调谐滤光片3快速地达到使某一波长的光信号通过的温度，并因可调谐滤光片3与温度调节器4接触，还可以减少能量损耗。

值得一提的是，上述温度调节器4具体可以为电阻型加热装置、红外加热装置或微波加热装置，具体可以根据需要选定；在本实施例中温度调节器4为电阻型加热装置，该加热装置的工作原理为本领域技术人员所熟知，故此在本文中不作详细描述。

为了使可调谐滤光片3的温度快速地降低，请继续参阅图3，在一种优选实施方式中，壳体1为金属壳体，温度调节器4背向可调谐滤光片3的面与壳体1的底面贴合。具体地，可利用压块将可调谐滤光片3固定在温度调节器4上，使温度调节器4和可调谐滤光片3相对的两个面相贴合；或通过螺栓连接可调谐滤光片3和温度调节器4，以使温度调节器4和可调谐滤光片3相对的两个面相贴合。由于温度调节器4背向可调谐滤光片3的面与壳体1的底面贴合，利用热传导的原理，热量会从温度高的物体向温度低的物体传递，从而可以快速地降低可调谐滤光片3的温度，实现对可调谐滤光片3的温度的降温调整。

值得一提的是，上述可调谐滤光片3和温度调节器4还可以通过导热银浆连接，利用导热银浆除了可以起到连接可调谐滤光片3和温度调节器4的作用之外，还可以填平温度调节器4和可调谐滤光片3相对的两个面中的不平之处，从而使温度调节器4和可调谐滤光片3相对的两个面充分贴合，提高热传导的效率。

上述实施例是利用热传导的方式来使可调谐滤光片3的温度快速地降低，但不限于此，还可以通过在壳体1内设置微型制冷装置来使可调谐滤光片3的温度快速地降低，微型制冷装置的工作原理为本领域技术人员所熟知，故在本文中不作详细描述。

请继续参阅图3，作为上述实施例的一种改进，在第一通光孔11和第二通光孔21中均设有透明密封窗5；具体地，透明密封窗5可以为玻璃密封窗或塑料密封窗，两个透明密封窗5分别安装在第一通光孔11和第二通光孔21中。如此设计，利用透明密封窗5可以有效地防止灰尘等污染物进入壳体1中，从而可以保证滤光片组件的使用性能。

为了便于上述滤光片组件与其它光学部件耦合，优选地，透明密封窗5嵌入第一通光孔11或第二通光孔21中，且透明密封窗5的外表面与所处的第一通光孔11的端面或第二通光孔21的端面平齐；具体如图3所示，两个透明密封窗5分别安装在第一通光孔11和第二通光孔21中，安装在第一通光孔11中的透明密封窗5外表面，即图3所示位于下部的透明密封窗5的下表面，与第一通光孔11的下端面平齐；安装在第二通光孔21中的透明密封窗5外表面，即图3所示位于上部的透明密封窗5的上表面，与第二通光孔21的上端面平齐。如此设计，会使壳体1的顶面和底面比较平齐，因此便于与其他光学部件耦合。

为了方便控制上述滤光片组件正常使用，请继续参阅图1、图3及图6，在上述实施例的基础上，上述滤光片组件还包括温度监控元件7和接线端子6，温度监控元件7设置在温度调节器4上且靠近可调谐滤光片3；接线端子6设置在壳体1上，并分别与温度监控元件7和温度调节器4信号连接。在本实施例中，在壳体1上共设有四个接线端子6，接线端子6与温度监控元件7、接线端子6与温度调节器4之间分别通过金线8信号连接，接线端子6与外界电路(控制电路)连接，用于将温度监控元件7所监测的信息反馈给外界电路，外界电路根据温度监控元件7所反馈的信息，调整输送给温度调节器4的外加电信号，从而通过温度调节器4来精确控制可调谐滤光片3的温度。

更加详细地说，以温度调节器4为电阻型加热装置、入射到可调谐滤光片3上的光信号中为同时含有4个波长的光信号为例。外界电路(控制电路)向温度调节器4输入外加电信号，以使温度调节器4输出相应的温度，从而通过温度调节器4来改变可调谐滤光片3的温度，实现可调谐滤光片3在某一时刻只允许某一特定波长的光信号通过，具体可参考表2。

外加电信号	监控电阻值	温度	通过波长
				V1	R1	T1	λ1
V2	R2	T2	λ2
				V3	R3	T3	λ3
V4	R4	T4	λ4

表2

从表2可以看出，当外界电路向温度调节器4输入的外加电信号为V1时，温度调节器4使可调谐滤光片3的温度变为T1，可调谐滤光片3允许通过光的波长为λ1，其它波长的光信号被截止，而当可调谐滤光片3的温度变为T1时，此时温度监控元件7监测温度调节器4的监控电阻值R等于R1，外界电路根据该监控电阻值R1便可判定此时可调谐滤光片3的温度变为T1，利用监控电阻值与温度之间的对应关系，从而可建立起一个监控电阻值和通过波长的对应关系。使用时，欲使波长为λ1的光信号通过可调谐滤光片3时，外界电路只需向温度调节器4输入外加电信号V1，即可使监控电阻值R保持在R1，从而可使可调谐滤光片3的温度变为T1。当然，实际使用时为了保持R1的稳定，外界电路还需要根据温度监控元件所反馈的监控电阻值R1对外加电信号V1进行微调。当欲使波长为λ2的光信号通过可调谐滤光片3时，外界电路只需向温度调节器4输入外加电信号V2，使监控电阻值R保持在R2，便可使可调谐滤光片3的温度变为T2，此时可调谐滤光片3只允许波长为λ2的光信号通过；切换其余波长的光信号通过原理与此类似，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种滤光片组件，其特征在于，包括：

顶面具有开口的壳体，所述壳体的底面设有第一通光孔；

封盖在所述开口上的盖体，所述盖体上设有与所述第一通光孔相对的第二通光孔；

设于所述壳体内的可调谐滤光片，且所述可调谐滤光片分别与所述第一通光孔和所述第二通光孔相对；

设于所述壳体内用于调节所述可调谐滤光片的温度的温度调节器。

2.根据权利要求1所述的滤光片组件，其特征在于，所述可调谐滤光片包括基片，所述基片中混合有对温度敏感的敏感材料。

3.根据权利要求2所述的滤光片组件，其特征在于，所述敏感材料为铜、锗中的至少一种；所述基片的材料为二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁和氧化锌中的至少一种；所述敏感材料在所述基片中所占的比例为0.1％～10％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的滤光片组件，其特征在于，所述可调谐滤光片可调谐含有n个波长的光信号，n为1-16之间的自然数。

5.根据权利要求1所述的滤光片组件，其特征在于，所述温度调节器的中心区域上设有第三通光孔，所述可调谐滤光片盖设在所述第三通光孔上。

6.根据权利要求5所述的滤光片组件，其特征在于，所述温度调节器为电阻型加热装置、红外加热装置或微波加热装置。

7.根据权利要求5所述的滤光片组件，其特征在于，所述壳体为金属壳体，所述温度调节器背向所述可调谐滤光片的面与所述壳体的底面贴合。

8.根据权利要求1所述的滤光片组件，其特征在于，所述第一通光孔和所述第二通光孔中均设有透明密封窗。

9.根据权利要求8所述的滤光片组件，其特征在于，所述透明密封窗嵌入所述第一通光孔或所述第二通光孔中，且所述透明密封窗的外表面与所处的所述第一通光孔的端面或所述第二通光孔的端面平齐。

10.根据权利要求5-9任一项所述的滤光片组件，其特征在于，所述滤光片组件还包括温度监控元件和接线端子；所述温度监控元件设置在所述温度调节器上且靠近所述可调谐滤光片；所述接线端子设置在所述壳体上，并分别与所述温度监控元件和所述温度调节器信号连接。