CN109752861A - 一种光学滤波系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学滤波系统及方法，解决了现有技术光谱质量较差，指标达不到应用要求的问题。所述光学滤波系统包括第一准直器、第二准直器和反射式光学滤波器。光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经第二端口输入、第一端口输出。光信号经第二准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经第二端口输入、第一端口输出。经所述第一准直器的第一端口输出的光信号输入所述第二准直器的第一端口。本申请还包含光学滤波方法，光信号经准直处理后输入所述反射式光学滤波器，滤波并反射后再次经过准直处理；以上步骤至少重复两次。本申请的方案改善光滤波的性能。

Description

一种光学滤波系统及方法

技术领域

本申请涉及光学领域，尤其涉及一种光学滤波系统及方法。

背景技术

光学滤波器是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。它可以用于波长选择、光放大器的噪声滤除、增益均衡、光复用/解复用。其中，光纤滤波器是采用特殊的光纤结构，从不同波长的光波中选出或滤除特定波长光波的光器件。光纤滤波器在密集波分复用光纤通信、频分复用光纤通信、光谱测试、光纤传感器和光纤放大器应用中起重要作用。光纤滤波器种类繁多，从输出谱型上可以大致分为低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、梳妆滤波器等；从原理上可以大致分为以太龙等相干类滤波器、光栅等分光滤波器、镀膜滤波器等。现有技术的光学滤波器，由于像差矫正困难等因素，经过一次滤波后部分波长性能劣化严重，整体输出光谱质量较差，部分指标如带宽、光信噪比等达不到应用要求。

因此，本发明提出一种光学滤波系统及方法，解决了现有技术经过一次滤波后部分波长性能劣化严重，整体输出光谱质量较差，部分指标如带宽、光信噪比等达不到应用要求的问题，具有能够实现入射光的二次或多次滤波，使得到的滤波光谱的带宽、光信噪比等性能更好的优点。

发明内容

本申请提出一种光学滤波系统，解决了现有技术经过一次滤波后部分波长性能劣化严重，整体输出光谱质量较差，部分指标如带宽、光信噪比等达不到应用要求的问题。

本申请实施例提供一种光学滤波系统，包括第一准直器、第二准直器和反射式光学滤波器。

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经第二端口输入、第一端口输出。

光信号经第二准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经第二端口输入、第一端口输出。

经所述第一准直器的第一端口输出的光信号输入所述第二准直器的第一端口。

优选地，还包括四端口环形器。

所述环形器的第一端口用于接收光信号。

所述环形器的第二端口与所述第一准直器的第一端口连接，用于将所述环形器第一端口接收的光信号输入所述第一准直器的第一端口，接收所述第一准直器的第一端口输出的光信号。

所述环形器的第三端口与所述第二准直器的第一端口连接，用于将输入所述第二端口的光信号输入所述第二准直器的第一端口，接收所述第二准直器的第二端口输出的光信号。

所述环形器的第四端口用于将输入所述第三端口的光信号输出。

本申请实施例还提供一种光学滤波系统，包括第一准直器、第二准直器和反射式光学滤波器。

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第二准直器的第二端口输入、第一端口输出。

光信号经第二准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第一准直器的第二端口输入、第一端口输出。

经所述第二准直器的第一端口输出的光信号再输入所述第二准直器的第一端口。

优选地，还包括三端口环形器。

所述环形器的第一端口用于接收光信号。

所述环形器的第二端口与所述第一准直器的第一端口连接，用于将所述环形器第一端口接收的光信号输入所述第一准直器的第一端口，接收所述第一准直器的第一端口输出的光信号。

所述环形器的第三端口用于将输入所述第二端口的光信号输出。

本申请实施例还提供一种光学滤波系统，包括第一准直器、第二准直器、第三准直器和反射式光学滤波器。

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第三准直器后，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第二准直器的第二端口输入、第一端口输出。

优选地，所述第三准直器包括一个或串联的多个准直器。

本申请实施例还提供一种光学滤波方法，用于上述光学滤波系统，包括以下步骤：

光信号经准直处理后输入所述反射式光学滤波器，滤波并反射后再次经过准直处理；

实施以上步骤至少两次。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

所述光学滤波系统及方法具有能够实现入射光的二次或多次滤波，使得到的滤波光谱的带宽、光信噪比等性能更好的优点。

附图说明

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

图1为本申请实施例提供的一种包括四端口环形器光学滤波系统结构图；

图2为本申请实施例提供的一种包括三端口环形器光学滤波系统结构图；

图3为本申请实施例提供的一种包括第三准直器的光学滤波系统结构图；

图4为本申请实施例提供的一种光学滤波方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请实施例提供的一种包括四端口环形器光学滤波系统结构图，所述光学滤波系统包括第一准直器、第二准直器和反射式光学滤波器。

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经第二端口输入、第一端口输出。光信号经第二准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经第二端口输入、第一端口输出。经所述第一准直器的第一端口输出的光信号输入所述第二准直器的第一端口。

作为本申请的实施例，所述第一准直器和第二准直器可以集成为包括两条平行光纤的双纤准直器1。所述反射式光学滤波器包括可调反射装置2、扩束装置3、衍射光栅4和反射镜装置5。所述可调反射装置例如可以是1-D MEMS镜或其他用户折射光信号的平面镜。所述扩束装置例如可以是棱镜或透镜等用于对光信号进行扩束的装置。所述衍射光栅为透射衍射光栅，用于使被透射光信号的不同波长偏转到不同的角度，再通过反射镜装置使极小部分波长光谱沿着输入路径被反射回来，达到滤波地目的。

所述光学滤波系统在工作时，光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，进入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第一准直器的第二端口，由所述第一准直器的第一端口输出。所述第一准直器的第一端口输出的光信号输入所述第二准直器的第一端口，再由第二端口输出，进入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第二准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输出。

作为本申请实施例的一种实施方式，所述光学滤波系统还包括四端口环形器6。

所述环形器的第一端口用于接收光信号。所述环形器的第二端口与所述第一准直器的第一端口连接，用于将所述环形器第一端口接收的光信号输入所述第一准直器的第一端口，接收所述第一准直器的第一端口输出的光信号。所述环形器的第三端口与所述第二准直器的第一端口连接，用于将输入所述第二端口的光信号输入所述第二准直器的第一端口，接收所述第二准直器的第二端口输出的光信号。所述环形器的第四端口用于将输入所述第三端口的光信号输出。

在所述光学滤波系统工作时，光信号通过所述环形器的第一端口进入环形器，通过所述环形器的第二端口输入所述第一准直器的第一端口，再由所述第一准直器的第二端口输入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第一准直器的第二端口，由所述第一准直器的第一端口输入所述环形器的第二端口。所述光信号进入所述环形器后通过所述环形器的第三端口输入所述第二准直器的第一端口，再由所述第二准直器的第二端口输出入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第二准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输出，进入所述环形器的第三端口。所述光信号进入所述环形器后通过所述环形器的第四端口输出。

在本实施例中，所述光学滤波系统可以对光信号进行两次滤波。进一步地，所述光学滤波系统可以通过增加准直器和与所述准直器第一端口连接的环形器端口数量，实现对所述光信号进行多次滤波。

图2为本申请实施例提供的一种包括三端口环形器光学滤波系统结构图，所述光学滤波系统包括第一准直器、第二准直器和反射式光学滤波器。

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第二准直器的第二端口输入、第一端口输出。光信号经第二准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第一准直器的第二端口输入、第一端口输出。经所述第二准直器的第一端口输出的光信号再输入所述第二准直器的第一端口。

作为本申请的实施例，所述第一准直器和第二准直器可以集成为包括两条平行光纤的双纤准直器1，所述反射式光学滤波器包括可调反射装置2、扩束装置3、衍射光栅4和反射镜装置5。所述可调反射装置例如可以是1-D MEMS镜或其他用户折射光信号的平面镜。所述扩束装置例如可以是棱镜或透镜等用于对光信号进行扩束的装置。所述衍射光栅为透射衍射光栅，用于使被透射光信号的不同波长偏转到不同的角度，再通过反射镜装置使极小部分波长光谱沿着输入路径被反射回来，达到滤波地目的。

所述光学滤波系统在工作时，光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，进入所述可调反射装置，调节所述可调反射装置角度，使所述光信号由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第二准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输出。所述第二准直器的第一端口输出的光信号再输入所述第二准直器的第一端口，再由第二端口输出，进入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第一准直器的第二端口，由所述第一准直器的第一端口输出。

在本实施例中，可以通过在所述第二准直器的第一端口处设置反射镜8实现所述二准直器的第一端口输出的光信号再输入所述第二准直器的第一端口。

作为本申请实施例的一种实施方式，所述光学滤波系统还包括三端口环形器7。

所述环形器的第一端口用于接收光信号。所述环形器的第二端口与所述第一准直器的第一端口连接，用于将所述环形器第一端口接收的光信号输入所述第一准直器的第一端口，接收所述第一准直器的第一端口输出的光信号。所述环形器的第三端口用于将输入所述第二端口的光信号输出。

所述光学滤波系统在工作时，光信号通过所述环形器的第一接口输入所述环形器，由所述环形器的第二接口输入所述第一准直器的第一端口，再通过所述第一准直器的第二端口输出，进入所述可调反射装置，调节所述可调反射装置角度，使所述光信号由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第二准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输出。所述光信号经过所述反射镜再输入所述第二准直器的第一端口，再由第二端口输出，进入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第一准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输入所述环形器的第二端口。所述光信号进入所述环形器后通过所述环形器的第三端口输出。

在本实施例中，所述光学滤波系统可以对光信号进行两次滤波。进一步地，所述光学滤波系统可以通过增加准直器和与所述准直器第一端口连接的环形器端口数量，实现对所述光信号进行多次滤波。

图3为本申请实施例提供的一种包括第三准直器的光学滤波系统结构图，所述光学滤波系统包括第一准直器、第二准直器、第三准直器和反射式光学滤波器。

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第三准直器后，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第二准直器的第二端口输入、第一端口输出。

作为本申请的实施例，所述第三准直器包括一个或串联的多个准直器，例如可以是两个第一端口连接在一起的准直器。所述第一准直器、第二准直器和第三准直器可以集成为包括四条平行光纤的四纤准直器1，所述四纤准直器中的两条光纤的第一端口连接在一起。所述反射式光学滤波器包括可调反射装置2、扩束装置3、衍射光栅4和反射镜装置5。所述可调反射装置例如可以是1-D MEMS镜或其他用户折射光信号的平面镜。所述扩束装置例如可以是棱镜或透镜等用于对光信号进行扩束的装置。所述衍射光栅为透射衍射光栅，用于使被透射光信号的不同波长偏转到不同的角度，再通过反射镜装置使极小部分波长光谱沿着输入路径被反射回来，达到滤波地目的。

所述光学滤波系统在工作时，光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，进入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第三准直器的第二端口，由所述第三准直器的第一端口输出。所述第三准直器的形状为U型，光信号通过所述第三准直器的第一端口输出后进入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置将所述光信号反射至所述第二准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输出。

在本实施例中，所述光学滤波系统可以对光信号进行两次滤波。进一步地，所述光学滤波系统可以通过增加准直器的数量，实现对所述光信号进行多次滤波。

图4为本申请实施例提供的一种光学滤波方法的流程图，包括以下步骤：

步骤101：光信号经准直处理。

在步骤101中，所述光信号输入上述光纤滤波系统中的第一准直器的第一端口进行准直处理，将所述光信号转为平行光后由所述第一准直器的第二端口输出。

步骤102：输入所述反射式光学滤波器滤波。

在步骤102中，通过所述第一准直器准直后的光信号由所述第一准直器的第二端口输入反射式光学滤波器进行滤波。

优选地，所述反射式光学滤波器包括可调反射装置、扩束装衍射光栅和反射镜装置。所述可调反射装置例如可以是1-D MEMS镜或其他用户折射光信号的平面镜。所述扩束装置例如可以是棱镜或透镜等用于对光信号进行扩束的装置。所述衍射光栅为透射衍射光栅，用于使被透射光信号的不同波长偏转到不同的角度，再通过反射镜装置使极小部分波长光谱沿着输入路径被反射回来，达到滤波地目的。

具体而言，所述光信号进入所述可调反射装置，由所述可调反射装置反射至所述扩束装置进行扩束后，输入所述衍射光栅进行衍射，最后由所述反射镜装置反射所述光信号。在不同的光学滤波系统中，可以通过调节可调反射装置将所述滤波后的光信号反射至所述第一准直器/第二准直器/第三准直器的第二端口。

步骤103：对所述滤波后的光信号再次准直。

在步骤103中，在不同系统中，所述第一准直器/第二准直器/第三准直器将第二接口接收所述滤波后的光信号准直后由第一端口输出。

重复实施以上步骤101～103，至少两次。

在不同的系统中，当所述滤波后的光信号输入所述第一准直器的第二端口时，所述滤波后的光信号由所述第一准直器的第一端口输出后输入第二准直器的第一端口准直后，通过所述第二准直器的第二端口输入反射式滤波器滤波后，输入所述第二准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输出。

当所述滤波后的光信号输入所述第二准直器的第二端口时，所述滤波后的光信号由所述第二准直器的第一端口输出后再输入第二准直器的第一端口准直后，通过所述第二准直器的第二端口输入反射式滤波器滤波后，输入所述第二准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输出。

当所述滤波后的光信号输入所述第三准直器的第二端口时，所述第三准直器的形状为U型，所述滤波后的光信号经由所述第三准直器准直后，通过所述第三准直器的第一端口直接输入反射式滤波器滤波后，输入所述第二准直器的第二端口，由所述第二准直器的第一端口输出。

所述第一准直器和第二准直器可以集成为包括两条平行光纤的双纤准直器，所述第一准直器、第二准直器和第三准直器可以集成为包括四条平行光纤的四纤准直器，所述四纤准直器中的两条光纤的第一端口连接在一起。

本领域内的技术人员应明白，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种光学滤波系统，其特征在于，包括第一准直器、第二准直器和反射式光学滤波器；

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经第二端口输入、第一端口输出；

光信号经第二准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经第二端口输入、第一端口输出；

经所述第一准直器的第一端口输出的光信号输入所述第二准直器的第一端口。

2.如权利要求1所述的光学滤波系统，其特征在于，还包括四端口环形器；

所述环形器的第一端口用于接收光信号；

所述环形器的第二端口与所述第一准直器的第一端口连接，用于将所述环形器第一端口接收的光信号输入所述第一准直器的第一端口，接收所述第一准直器的第一端口输出的光信号；

所述环形器的第三端口与所述第二准直器的第一端口连接，用于将输入所述第二端口的光信号输入所述第二准直器的第一端口，接收所述第二准直器的第二端口输出的光信号；

所述环形器的第四端口用于将输入所述第三端口的光信号输出。

3.一种光学滤波系统，其特征在于，包括第一准直器、第二准直器和反射式光学滤波器；

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第二准直器的第二端口输入、第一端口输出；

光信号经第二准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第一准直器的第二端口输入、第一端口输出；

经所述第二准直器的第一端口输出的光信号再输入所述第二准直器的第一端口。

4.如权利要求3所述的光学滤波系统，其特征在于，还包括三端口环形器；

所述环形器的第一端口用于接收光信号；

所述环形器的第二端口与所述第一准直器的第一端口连接，用于将所述环形器第一端口接收的光信号输入所述第一准直器的第一端口，接收所述第一准直器的第一端口输出的光信号；

所述环形器的第三端口用于将输入所述第二端口的光信号输出。

5.一种光学滤波系统，其特征在于，包括第一准直器、第二准直器、第三准直器和反射式光学滤波器；

光信号经第一准直器的第一端口输入、第二端口输出，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第三准直器后，再经过所述反射式光学滤波器滤波后，经所述第二准直器的第二端口输入、第一端口输出。

6.如权利要求5所述的光学滤波系统，其特征在于，所述第三准直器包括一个或串联的多个准直器。

7.一种光学滤波方法，用于权利要求1～6任一项所述系统，其特征在于，包括以下步骤：

光信号经准直处理后输入所述反射式光学滤波器，滤波并反射后再次经过准直处理；

实施以上步骤至少两次。