CN107966749A - 基于超表面材料的光梳状滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超表面材料的光梳状滤波器，涉及光梳状滤波器领域。该光梳状滤波器包括输入准直器、第一输出准直器、第二输出准直器、光束整形单元、衍射光栅、聚焦透镜、超表面材料面板，超表面材料面板上有与波长λ1、λ2……λn对应的区域：L1、L2……Ln，光束通过输入准直器后，经过光束整形单元进行扩束和整形，整形后的光束经过衍射光栅，不同波长的光信号从衍射光栅表面以不同出射角度射出，再经过聚焦透镜，分别投射在超表面材料面板的不同区域，通过制作相应的超表面材料排列，使得入射波长经过超表面材料面板后，奇波长、偶波长从不同方向出射，实现梳状滤波的功能。本发明能够实现信道间隔到达25GHz或12.5GHz。

Description

基于超表面材料的光梳状滤波器
技术领域
本发明涉及光梳状滤波器领域，具体是涉及一种基于超表面材料的光梳状滤波器。
背景技术
光梳状滤波器(Interleaver)是一种三端口的光无源器件，用于：将一个光纤中输入的一组50GHz(或者100GHz)信道间隔的光信号，分成两组100GHz(或者200GHz)信道间隔的光信号(分波)，分别从两个光纤中输出；或者用于：将分别从两根光纤中输入的100GHz(或者200GHz)信道间隔的光信号，合成一组50GHz(或者100GHz)信道间隔的光信号(合波)，从一根光纤中输出。当然，这是基于ITU标准关于信道间隔定义而做出的对于梳状滤波器的解释，随着信息技术的飞速发展，通信网络中的数据传输量越来越大，各种大数据量业务的兴起，使得WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)光网络中本来就极其宝贵的波长资源更加显得不足。
近年来，为了更加充分的利用光频谱资源，出现了一种新的灵活栅格的弹性光网络，其中信道间隔不再固定为100GHz或者50GHz，可以达到25GHz甚至12.5GHz。所以弹性光网络对传统的WDM波分复用器件提出了更高的要求，即实现信道间隔到达25GHz或者12.5GHz。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于超表面材料的光梳状滤波器，能够实现信道间隔到达25GHz或者12.5GHz。
本发明提供一种基于超表面材料的光梳状滤波器，该光梳状滤波器包括输入准直器、第一输出准直器、第二输出准直器、光束整形单元、衍射光栅、聚焦透镜，其特征在于：该光梳状滤波器还包括超表面材料面板，超表面材料面板上有分别与n个波长λ1、λ2……λn对应的区域：L1、L2……Ln，n为正整数，光束通过输入准直器后，经过光束整形单元进行扩束和整形，整形后的光束经过衍射光栅，λ1、λ2……λn不同波长的光信号从衍射光栅表面以不同出射角度射出，再经过聚焦透镜，分别投射在超表面材料面板的不同区域：λ1对应L1区域，λ2对应L2区域，……λn对应Ln域，λ1、λ2……λn分为奇波长和偶波长，通过制作相应的超表面材料排列，使得入射波长经过超表面材料面板后，奇波长、偶波长从不同方向出射，实现梳状滤波的功能，实现信道间隔到达25GHz或者12.5GHz。
在上述技术方案的基础上，所述光梳状滤波器的输出带宽与超表面材料面板上区域L1、L2……Ln的宽度有关。
在上述技术方案的基础上，所述超表面材料面板上区域L1、L2……Ln的宽度计算公式如下：
其中，L为所选信道对应于超表面材料面板的区域宽度，f为聚焦透镜焦距，c为光速，ν为所选信道对应的中心频率，d为光栅线数，θ为光栅的出射角，Δν为所选的信道间隔。
在上述技术方案的基础上，所述超表面材料面板具有周期性结构表面，提供梯度变化的相位。
在上述技术方案的基础上，当入射光投射到所述周期性结构表面时，发生衍射效应，使得反射光线的主级次能量由一个偏转角度出射，这种周期性结构的改变带来出射角度的改变，从而控制奇偶波长从不同方向偏转。
在上述技术方案的基础上，所述奇波长经过对应区域的面板反射之后，向上反射出来，依次经过聚焦透镜、衍射光栅、光束整形单元之后，从第一输出准直器输出。
在上述技术方案的基础上，所述偶波长经过对应区域的面板反射之后，向下反射出来，依次经过聚焦透镜、衍射光栅、光束整形单元之后，从第二输出准直器输出。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明中的光梳状滤波器包括输入准直器、第一输出准直器、第二输出准直器、光束整形单元、衍射光栅、聚焦透镜、超表面材料面板，超表面材料面板上有分别与n个波长λ1、λ2……λn对应的区域：L1、L2……Ln，n为正整数，光束通过输入准直器后，经过光束整形单元进行扩束和整形，整形后的光束经过衍射光栅，λ1、λ2……λn不同波长的光信号从衍射光栅表面以不同出射角度射出，再经过聚焦透镜，分别投射在超表面材料面板的不同区域：λ1对应L1区域，λ2对应L2区域，……λn对应Ln域，λ1、λ2……λn分为奇波长和偶波长，通过制作相应的超表面材料排列，使得入射波长经过超表面材料面板后，奇波长、偶波长从不同方向出射，实现梳状滤波的功能，实现信道间隔到达25GHz或者12.5GHz。
本发明引入了超表面材料，超表面材料是将具有特定几何形状的亚波长宏观基本单元周期性的或者非周期性的排列所构成的人工材料。超表面材料就是用有序的人造单元“粒子”，代替自然界材料的分子或者原子等基本粒子，所组成的一种等效材料。超表面材料可以通过控制“单元”的排列顺序，来改变波前相位、振幅、偏振态等，从而达到控制光速的目的。
附图说明
图1是本发明实施例中基于超表面材料的光梳状滤波器的光路俯视图。
图2是本发明实施例中基于超表面材料的光梳状滤波器的光路侧视图。
图3是本发明实施例中基于超表面材料面板的结构示意图。
图4是本发明实施例中基于超表面材料的光梳状滤波器的输出光谱图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种基于超表面材料的光梳状滤波器，该光梳状滤波器包括输入准直器、第一输出准直器1、第二输出准直器2、光束整形单元、衍射光栅、聚焦透镜，该光梳状滤波器还包括超表面材料面板，超表面材料面板上有分别与n个波长λ1、λ2……λn对应的区域：L1、L2……Ln，n为正整数，光束通过输入准直器后，经过光束整形单元进行扩束和整形，整形后的光束经过衍射光栅，λ1、λ2……λn不同波长的光信号从衍射光栅表面以不同出射角度射出，再经过聚焦透镜，分别投射在超表面材料面板的不同区域：λ1对应L1区域，λ2对应L2区域，……λn对应Ln域，λ1、λ2……λn分为奇波长和偶波长，通过制作相应的超表面材料排列，使得入射波长经过超表面材料面板后，奇波长、偶波长从不同方向出射，实现梳状滤波的功能，实现信道间隔到达25GHz或者12.5GHz。
参见图2所示，奇波长经过对应区域的面板反射之后，向上反射出来，依次经过聚焦透镜、衍射光栅、光束整形单元之后，从第一输出准直器1输出；偶波长经过对应区域的面板反射之后，向下反射出来，依次经过聚焦透镜、衍射光栅、光束整形单元之后，从第二输出准直器2输出。
光梳状滤波器的输出带宽与超表面材料面板上区域L1、L2……Ln的宽度有关。
超表面材料面板上区域L1、L2……Ln的宽度计算公式如下：
其中，L为所选信道对应于超表面材料面板的区域宽度，f为聚焦透镜焦距，c为光速，ν为所选信道对应的中心频率，d为光栅线数，θ为光栅的出射角，Δν为所选的信道间隔。
要改变梳状滤波器的输出带宽，例如要选择信道间隔Δν为100GHz、50GHz、25GHz或者12.5GHz，可以改变超表面面板上波长对应区域L1、L2….Ln的宽度。
参见图3所示，超表面材料面板具有周期性结构表面，提供梯度变化的相位。当入射光投射到所述周期性结构表面时，发生衍射效应，使得反射光线的主级次能量由一个偏转角度出射，这种周期性结构的改变带来出射角度的改变，从而控制奇偶波长从不同方向偏转。
基于超表面材料的光梳状滤波器的输出光谱图的输出光谱图参见图4所示，奇波长(图4中实线)从输出准直器1输出，偶波长(图4中虚线)从输出准直器2输出。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种基于超表面材料的光梳状滤波器，该光梳状滤波器包括输入准直器、第一输出准直器(1)、第二输出准直器(2)、光束整形单元、衍射光栅、聚焦透镜，其特征在于：该光梳状滤波器还包括超表面材料面板，超表面材料面板上有分别与n个波长λ1、λ2……λn对应的区域：L1、L2……Ln，n为正整数，光束通过输入准直器后，经过光束整形单元进行扩束和整形，整形后的光束经过衍射光栅，λ1、λ2……λn不同波长的光信号从衍射光栅表面以不同出射角度射出，再经过聚焦透镜，分别投射在超表面材料面板的不同区域：λ1对应L1区域，λ2对应L2区域，……λn对应Ln域，λ1、λ2……λn分为奇波长和偶波长，通过制作相应的超表面材料排列，使得入射波长经过超表面材料面板后，奇波长、偶波长从不同方向出射，实现梳状滤波的功能，实现信道间隔到达25GHz或者12.5GHz。
2.如权利要求1所述的基于超表面材料的光梳状滤波器，其特征在于：所述光梳状滤波器的输出带宽与超表面材料面板上区域L1、L2……Ln的宽度有关。
3.如权利要求2所述的基于超表面材料的光梳状滤波器，其特征在于：所述超表面材料面板上区域L1、L2……Ln的宽度计算公式如下：
<mrow> <mi>L</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>f</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mrow> <msup> <mi>v</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>d</mi> <mi> </mi> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mfrac> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>v</mi> <mo>,</mo> </mrow>
其中，L为所选信道对应于超表面材料面板的区域宽度，f为聚焦透镜焦距，c为光速，ν为所选信道对应的中心频率，d为光栅线数，θ为光栅的出射角，Δν为所选的信道间隔。
4.如权利要求1所述的基于超表面材料的光梳状滤波器，其特征在于：所述超表面材料面板具有周期性结构表面，提供梯度变化的相位。
5.如权利要求4所述的基于超表面材料的光梳状滤波器，其特征在于：当入射光投射到所述周期性结构表面时，发生衍射效应，使得反射光线的主级次能量由一个偏转角度出射，这种周期性结构的改变带来出射角度的改变，从而控制奇偶波长从不同方向偏转。
6.如权利要求1所述的基于超表面材料的光梳状滤波器，其特征在于：所述奇波长经过对应区域的面板反射之后，向上反射出来，依次经过聚焦透镜、衍射光栅、光束整形单元之后，从第一输出准直器(1)输出。
7.如权利要求6所述的基于超表面材料的光梳状滤波器，其特征在于：所述偶波长经过对应区域的面板反射之后，向下反射出来，依次经过聚焦透镜、衍射光栅、光束整形单元之后，从第二输出准直器(2)输出。
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