CN111781677A - 一种平顶型光学滤波器 - Google Patents

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高军毅
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Abstract

本发明公开了一种平顶型光学滤波器，包括：一分二器件，所述一分二器件包括光谱输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的光谱能量大于或等于第二输出端的光谱能量；MZ元件，所述MZ元件的输入端和第二输出端对接，所述MZ元件用于将第二输出端输出的光谱转换成M型光谱，并将M型光谱通过MZ元件的输出端输出；二合一器件，所述二合一器件包括第一输入端、第二输入端和光谱输出端，所述MZ元件的输出端和第一输入端对接，所述第一输出端和第二输入端对接。能够增加光谱的宽度，进而能够满足WDM器件的光谱宽度要求。本发明应用于光学元件领域。

Description

一种平顶型光学滤波器
技术领域
本发明涉及光学元件领域，具体涉及一种平顶型光学滤波器。
背景技术
WDM器件，WDM，Wavelength Division Multiplexer，中文名为波分复用器。WDM是一种面向城域网接入层的波分复用传输技术。从原理上讲，WDM就是利用光复用器将不同波长的光信号混合后注入至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的波长混合信号分解为各原始波长的信号，连接到相应的接收设备。现有WDM器件多为膜片式与芯片式，其中膜片式的波分复用方案插损隔离度等参数都十分优良，但由于其级联的结构设计导致后续通道插损较大。而芯片式多采用干涉原理设计，如AWG(阵列波导光栅)型芯片、MZ(马赫-曾德尔)型芯片，其光谱曲线为高斯型或余弦型统称为尖顶型光谱，通道带宽不如平顶型器件。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种平顶型光学滤波器，能够将尖顶型光谱转化为平顶光谱，从而能够增加光谱的宽度，进而能够满足WDM器件的光谱宽度要求。
为实现上述目的，本发明提出了一种平顶型光学滤波器，包括：
一分二器件，所述一分二器件包括光谱输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的光谱能量大于或等于第二输出端的光谱能量；
MZ元件，所述MZ元件的输入端和第二输出端对接，所述MZ元件用于将第二输出端输出的光谱转换成M型光谱，并将M型光谱通过MZ元件的输出端输出；
二合一器件，所述二合一器件包括第一输入端、第二输入端和光谱输出端，所述MZ元件的输出端和第一输入端对接，所述第一输出端和第二输入端对接。
进一步改进的，所述第二输出端的光谱能量和第一输出端的光谱能量比为1～3：5～9。
进一步改进的，所述第二输出端的光谱能量和第一输出端的光谱能量比为3：7。
进一步改进的，所述一分二器件为第一Y分支分光器。
进一步改进的，所述二合一器件为第二Y分支分光器。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
尖顶型光谱从一分二器件的光谱输入端输出，通过一分二器件将尖顶型光谱分为两束光谱，此处的两束光谱均为尖顶型光谱。两束光谱分别从第一输出端和第二输出端输出。其中第一输出端输出的光谱能量大于或等于第二输出端的光谱能量。第二输出端输出的光谱从MZ元件的输入端输入，通过MZ干涉将其转换为M型光谱，M型光谱表示为：在输入尖顶型光谱宽度内，形成对称于原尖顶光谱峰的双峰间距为D的双尖顶光谱，类似字母M。在本发明中，第一输出端输出的单锋的尖顶型光谱定义为待转换光谱。待转换光谱从第一输出端输入第二输入端，M型光谱从第一MZ元件的输出端输入第一输入端，通过二合一器件，将M型光谱和待转换光谱叠加形成转换光谱。叠加时，M型光谱两端的能量能够补充至待转换光谱的两端，适当选取两路光的强度比以及双峰间距D，叠加后的转换光谱就变成了平顶型光谱。本发明适用于将尖顶型(高斯型光谱和余弦型光谱等)光谱装置的输出进行平顶化转换，可增加了光谱的宽度，能够直接将尖顶型光谱装置的输出进行平顶化可对接在WDM芯片输出端，实现输出光谱平顶化的作用。本发明的平顶型光学滤波器适于各种干涉型波分芯片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的平顶型光学滤波器的结构示意图图；
图2为本发明一实施例的平顶型光学滤波器的光谱转换原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参照图1至图2，一种平顶型光学滤波器，包括：
一分二器件1，所述一分二器件1包括光谱输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的光谱能量大于或等于第二输出端的光谱能量；一分二器件1是一种将一束光谱分成两束的器件。具体的，所述一分二器件1为第一Y分支分光器。
MZ元件2，所述MZ元件2的输入端和第二输出端对接，所述MZ元件2用于将第二输出端输出的光谱转换成M型光谱21，并将M型光谱21通过MZ元件2的输出端输出；MZ元件2为马赫-曾德尔干涉元件。MZ元件2的转换原理为：单个光源发射的光谱在MZ元件2分裂成两束光谱之后，经过不同路径与介质后产生相对相移变化，故二者干涉叠加后强度也有所不同，其光谱扫描曲线是基于相位延迟所产生的余弦型曲线。在MZ元件2中这一功能是通过两个臂长不相等的波导实现的。通过调节两臂长度差，可以控制使MZ元件2的输出光光谱为“M”型。
具体的，单个光源发射的光谱首先通过一个Y分支分光器将该光谱分成二等分，分成的两光谱的光场表示为：0.5*sin x，设两臂长度差为L，折射率为n，则其光程差可以表示为n*L。对于不同的波长λ，其相位差
φ＝(n*L)％λ*2π，其中，％为取余符号。
干涉结果为：
0.5*sinx+0.5*sin*(x+φ)
化简后，为
Figure BDA0002541899120000041
其中，
Figure BDA0002541899120000042
Figure BDA0002541899120000043
二合一器件3，所述二合一器件3包括第一输入端、第二输入端和光谱输出端，所述MZ元件2的输出端和第一输入端对接，所述第一输出端和第二输入端对接。二合一器件3是一种将两束光谱合为一束的器件。具体的，所述二合一器件3为第二Y分支分光器。第一Y分支分光器和第二Y分支分光器为同一种元件，其区别在于，第一Y分支分光器是将光谱分开，而第二分支分光器是将两光谱合并。第二Y分支分光器是第一Y分支分光器的反向应用，即反装。
本实施例的平顶型光学滤波器的工作原理为：
尖顶型光谱从一分二器件1的光谱输入端输出，通过一分二器件1将尖顶型光谱分为两束光谱，此处的两束光谱均为尖顶型光谱。两束光谱分别从第一输出端和第二输出端输出。其中第一输出端输出的光谱能量大于或等于第二输出端的光谱能量。第二输出端输出的光谱从MZ元件2的输入端输入，通过MZ干涉2将其转换为M型光谱21，M型光谱21表示为：在输入尖顶型光谱宽度内，形成对称于原尖顶光谱峰的双峰间距为D的双尖顶光谱，类似字母M。在本实施例中，第一输出端输出的单锋的尖顶型光谱定义为待转换光谱11。待转换光谱11从第一输出端输入第二输入端，M型光谱21从第一MZ元件2的输出端输入第一输入端，通过二合一器件3，将M型光谱21和待转换光谱11叠加形成转换光谱31。叠加时，M型光谱21两端的能量能够补充至待转换光谱11的两端，适当选取两路光的强度比以及双峰间距D，叠加后的转换光谱31就变成了平顶型光谱。
优选的，所述第二输出端的光谱能量和第一输出端的光谱能量比为1～3：5～9。通过一分二器件1将尖顶型光谱分为不等分的两束光谱。进一步优选的，所述第二输出端的光谱能量和第一输出端的光谱能量比为3：7。将光谱输入端输入的尖顶型光谱中心的顶尖处波长为1271nm，0.5dB(dB一种数学计算，即-10log X。0.5dB带宽是常用的评价指标，即能量下降至峰值的89％处时带宽宽度。)带宽为8nm，衡量指标为WDM常用评价指标0.5dB带宽，行业内标准要求为13nm。经过本实施例平顶型光学滤波器的处理，能够使其达到该标准。
其中，在选取合适的光程差时，1.271*20.5，此时Φ等于π，两光场叠加振幅为0，即1271nm处能量值为0。而MZ干涉结构输入光1271nm处能量最大，经过MZ干涉结构后，1271nm处能量降为0，1271nm左右两侧不为0，其光谱形状近似M型。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种平顶型光学滤波器，其特征在于，包括：
一分二器件，所述一分二器件包括光谱输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的光谱能量大于或等于第二输出端的光谱能量；
MZ元件，所述MZ元件的输入端和第二输出端对接，所述MZ元件用于将第二输出端输出的光谱转换成M型光谱，并将M型光谱通过MZ元件的输出端输出；
二合一器件，所述二合一器件包括第一输入端、第二输入端和光谱输出端，所述MZ元件的输出端和第一输入端对接，所述第一输出端和第二输入端对接。
2.根据权利要求1所述的平顶型光学滤波器，其特征在于，所述第二输出端的光谱能量和第一输出端的光谱能量比为1～3：5～9。
3.根据权利要求2所述的平顶型光学滤波器，其特征在于，所述第二输出端的光谱能量和第一输出端的光谱能量比为3：7。
4.根据权利要求1所述的平顶型光学滤波器，其特征在于，所述一分二器件为第一Y分支分光器。
5.根据权利要求1所述的平顶型光学滤波器，其特征在于，所述二合一器件为第二Y分支分光器。
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