CN114488408A - 可调谐光滤波器及光通道监测模块 - Google Patents
可调谐光滤波器及光通道监测模块 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114488408A CN114488408A CN202210068099.3A CN202210068099A CN114488408A CN 114488408 A CN114488408 A CN 114488408A CN 202210068099 A CN202210068099 A CN 202210068099A CN 114488408 A CN114488408 A CN 114488408A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- micro
- actuator
- optical filter
- diffraction grating
- support
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 117
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 11
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 101150014352 mtb12 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
- G02B6/29305—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide
- G02B6/29313—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide characterised by means for controlling the position or direction of light incident to or leaving the diffractive element, e.g. for varying the wavelength response
- G02B6/29314—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide characterised by means for controlling the position or direction of light incident to or leaving the diffractive element, e.g. for varying the wavelength response by moving or modifying the diffractive element, e.g. deforming
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
- G02B6/29395—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device configurable, e.g. tunable or reconfigurable
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
- G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可调谐光滤波器及光通道监测模块，可调谐光滤波器包括沿光路设置的：光纤端口、准直透镜、级联衍射光栅和反射镜，所述光纤端口包括至少一路输入端口和输出端口，所述可调谐光滤波器还包括微型传动机构，所述微型传动机构用于驱动所述级联衍射光栅或所述反射镜偏转，其中，光信号依次经过所述输入端口、所述准直透镜后入射至所述级联衍射光栅被色散成具有不同衍射角的衍射光，并入射至所述反射镜，所述反射镜反射一特定方向上的衍射光，再经过所述级联衍射光栅、所述准直透镜入射至所述输出端口。通过实施本发明，可以大幅提高光谱分辨率，进而可以获得窄带宽的输出光谱，且相对于现有的MEMS镜片，偏转角更大，且成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及可调谐光滤波器及光通道监测模块。
背景技术
可调谐光滤波器是一种重要的光学器件，广泛应用于光通信、光电传感与检测领域，特别是在高速传输光通信系统中有大量应用，是光通信和数据网络中的基础光器件，如应用于光通道监测模块(OCM)、100G和400G+C形可插拔收发模块CFP/CFP2、低噪EDFA。市场上可调谐光滤波器采用的技术通常有马赫－曾德尔(M-Z)干涉、法布里－佩罗(F-P)谐振腔或标准具、多层介质膜滤波以及衍射光栅-微机电系统(MEMS)。
衍射光栅-MEMS技术路线由于覆盖波长范围大、调谐速度快、结构和算法相对简单、易于制备、可靠性高等优点越来越受到重视。图1是常见衍射光栅-MEMS型可调谐光滤波器示意图，这类光滤波器主要部件有：双芯或多芯光纤及光纤连接器11、准直透镜12、透射或反射型光栅13和MEMS 14及其控制组件。光信号从双芯或多芯光纤11输入端口输出，通过准直透镜12得到准直光，再经光栅13衍射，不同波长的信号光在空间上得到衍射，衍射光斑照射到MEMS 14的镜面上，MEMS 14控制电路输出电压可以驱动MEMS 14的镜片偏转不同角度，从而实现部分信号光返回至双芯或多芯光纤11输出端口。
这种衍射光栅-MEMS型可调谐光滤波器存在一定的局限性。MEMS镜片主要采用电磁驱动方式、磁致伸缩驱动方式、压电驱动方式、电热驱动方式和准静态驱动方式五种主要的形式。其中准静态驱动方式具有功耗低、工艺相对简单、无需外部磁体及PZT等额外的材料辅助，且与IC工艺完全兼容等优点，目前已经在可调谐光滤波器中得到大量应用。准静态驱动型MEMS的镜片直径一般不大于2.5mm，线性区域光学偏转角度一般不超过±7°。准静态驱动型MEMS较小的镜面面积和光学偏转角度决定了光栅衍射后的光谱分辨率不高；而且，准静态驱动型MEMS较小的镜面面积决定了准直透镜的焦距必须相对较小，不能充分利用光纤空间滤波的特性，这些因素限制了可调谐光滤波器获得较窄的带宽，采用这种技术的光滤波器20dB带宽通常都大于50GHz更多情况下超过100GHz。而小于50GHz的窄带宽可调谐光滤波器在光传输系统重要器件如OCM中有着很大的应用。
发明内容
本发明提供了一种可调谐光滤波器及光通道监测模块，旨在解决现有的MEMS型可调谐光滤波器中，采用准静态驱动方式驱动MEMS镜片，限制可调谐光滤波器获得窄带宽的问题。
第一方面，本发明提供了一种可调谐光滤波器，包括沿光路设置的：光纤端口、准直透镜、级联衍射光栅和反射镜，所述光纤端口包括至少一路输入端口和输出端口，所述可调谐光滤波器还包括微型传动机构，所述微型传动机构用于驱动所述级联衍射光栅或所述反射镜偏转，其中，光信号依次经过所述输入端口、所述准直透镜后入射至所述级联衍射光栅被色散成具有不同衍射角的衍射光，并入射至所述反射镜，所述反射镜反射一特定方向上的衍射光，再经过所述级联衍射光栅、所述准直透镜入射至所述输出端口。
进一步地，所述微型传动机构包括底座、支架和微型传动器，所述支架设于所述底座上，所述反射镜设于所述支架的一端，所述微型传动器设于所述支架的另一端，所述微型传动器用于沿直线来回往复移动以通过所述支架带动所述反射镜偏转。
进一步地，所述支架包括支撑柱、弹性件和偏转杆，所述支撑柱固定于所述底座，所述弹性件连接所述支撑柱和所述偏转杆，所述偏转杆的一端连接所述微型传动器，所述偏转杆的另一端连接所述反射镜，其中，所述微型传动器直线运动时所述弹性件弹性形变以使所述偏转杆偏转。
进一步地，所述级联衍射光栅为双级衍射光栅，所述微型传动机构包括底座、支架和微型传动器，所述支架设于所述底座上，所述支架上设有用于传播衍射光的通光孔，其中一级所述衍射光栅设于所述支架的一端，所述微型传动器设于所述支架的另一端，所述微型传动器用于沿直线来回往复移动以通过所述支架带动所述衍射光栅偏转。
进一步地，所述支架包括支撑柱、弹性件和偏转杆，所述支撑柱固定于所述底座，所述弹性件连接所述支撑柱和所述偏转杆，所述偏转杆的一端连接所述微型传动器，所述偏转杆的另一端连接其中一级所述衍射光栅，其中，所述微型传动器直线运动时所述弹性件弹性形变以使所述偏转杆偏转。
进一步地，所述弹性件为弧形薄片。
进一步地，所述微型传动器为电磁传动器或压电传动器或线性传动器。
进一步地，所述准直透镜为平凸球面透镜或平凸非球面透镜。
进一步地，所述反射镜为矩形反射镜。
第二方面，本发明还提供了一种光通道监测模块，包括：如第一方面所述的可调谐光滤波器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过沿光路设置光纤端口、准直透镜、级联衍射光栅和反射镜，光信号依次经过输入端口、准直透镜后入射至级联衍射光栅被色散成具有不同衍射角的衍射光，并入射至反射镜，反射镜反射一特定方向上的衍射光，再经过级联衍射光栅、准直透镜入射至输出端口，采用级联衍射光栅进一步得到更大的色散，可以大幅提高光谱分辨率，进而可以获得窄带宽的输出光谱，且采用微型传动机构驱动级联衍射光栅或反射镜偏转，其移动距离大，相对于现有的MEMS镜片，偏转角更大，且成本更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
图1是现有技术的衍射光栅-MEMS型可调谐光滤波器示意图；
图2a是本发明实施例一的可调谐光滤波器的Y-Z平面(衍射面)光路示意图；
图2b是本发明实施例一的可调谐光滤波器的X-Z平面光路示意图；
图3a是本发明实施例一的可调谐光滤波器的微型传动机构的Y-Z平面(俯视)图；
图3b是本发明实施例一的可调谐光滤波器的微型传动机构的X-Z平面(后视)图；
图4a是本发明实施例二的可调谐光滤波器的Y-Z平面(衍射面)光路示意图；
图4b本发明实施例二的可调谐光滤波器的X-Z平面光路示意图；
图5是本发明实施例一模拟得到的输出带宽谱形；
图6是本发明实施例二模拟得到的输出带宽谱形；
图7a是本发明实施例双路并行输入输出端口的可调谐光滤波器的Y-Z平面(衍射面)光路示意图；
图7b是本发明实施例双路并行输入输出端口的可调谐光滤波器的X-Z平面光路示意图。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
实施例一：
参照图1，本发明实施例提供了一种可调谐光滤波器，包括沿光路设置：光纤端口21、准直透镜22、级联衍射光栅和反射镜25，所述光纤端口21包括至少一路输入端口和输出端口，所述可调谐光滤波器还包括微型传动机构，所述微型传动机构用于驱动所述反射镜25偏转，其中，光信号依次经过所述输入端口、所述准直透镜22后入射至所述级联衍射光栅被色散成具有不同衍射角的衍射光，并入射至所述反射镜25，所述反射镜25反射一特定方向上的衍射光，再经过所述级联衍射光栅、所述准直透镜22入射至所述输出端口。
通过实施本实施例，沿光路设置光纤端口21、准直透镜22、级联衍射光栅和反射镜25，光信号依次经过输入端口、准直透镜22后入射至级联衍射光栅被色散成具有不同衍射角的衍射光，并入射至反射镜25，反射镜25反射一特定方向上的衍射光，再经过级联衍射光栅、准直透镜22入射至输出端口，采用级联衍射光栅进一步得到更大的色散，可以大幅提高光谱分辨率，进而可以获得窄带宽的输出光谱，且采用微型传动机构驱动反射镜25偏转，其移动距离大，相对于现有的MEMS镜片，偏转角更大，且成本更低。
其中，准直透镜22用于将光纤端口21输入的光束转换为平行的光束，衍射光栅用于将入射的光束色散成多束不同波长的衍射光，微型传动机构用于驱动反射镜25偏转以使反射镜25反射一特定角度的衍射光从而实现波长的选择。
首先，为叙述方便，设定光轴方向为Z轴方向，垂直于底座的方向为X轴方向，平行于底座且垂直于光轴的方向为Y轴方向。
图2a、2b为本发明实施例提供的一种可调谐光滤波器结构示意图，光纤端口21的端面和反射镜25分别位于准直透镜22的前后焦面，在准直透镜22和反射镜25之间插入级联衍射光栅。级联衍射光栅由至少两级衍射光栅级联而成，本实施例采用双级衍射光栅，包括第一级衍射光栅23和第二级衍射光栅24，其中，第一级衍射光栅23靠近光纤端口21，第二级衍射光栅24靠近反射镜25。其中，两个衍射光栅可以是透射型或反射型的，衍射光栅的放置角度依据光栅最佳入射角来定，第一级衍射光栅23和第二级衍射光栅24尽可能靠近，使可调谐光滤波器结构更紧凑。
图2a显示的是Y-Z面光路结构示意图，这个面也是光栅衍射面，微型传动机构沿Z轴方向往复运动让反射镜25偏转。
图2b显示的是X-Z面光路结构示意图，输入光被光栅色散展宽之后，由反射镜25将滤波后的更窄带宽光谱按特定角度反射回光纤端口21的输出端口。为了不让示意图更繁杂，本实施例所有结构图例中均没有画出反射光线。
在一实施例中，所述微型传动机构包括底座、支架31和微型传动器32，所述支架31设于所述底座上，所述反射镜25设于所述支架31的一端，所述微型传动器32设于所述支架31的另一端，所述微型传动器32用于沿直线来回往复移动以通过所述支架31带动所述反射镜25偏转。
具体地，为了更好说明支架31和微型传动器32结构，提供了Y-Z平面即俯视图3a和X-Z平面即后视图3b。微型传动机构的实施方式有多种类型，但无论哪种类型只要能够驱动反射镜25偏转即可。本实施例提供的微型传动机构包括底座、支架31和微型传动器32，微型传动器32作为驱动器件，底座和支架31用于固定安装被驱动的反射镜25。支架31安装在底座上，反射镜25安装在支架31上，微型传动器32则用来驱动支架31偏转，微型传动器32的运动行程是沿直线来回往复移动，从而带动支架31偏转，进而带动支架31上的反射镜25偏转。需要说明的是，支架31的结构也是有多种类型，但无论何种类型只要能够在微型传动器32工作时为反射镜25提供偏转力即可。支架31的偏转发生在衍射平面(垂直于光栅刻线的平面)上，支架31在平行于光栅刻线的平面上有很强的刚性，不会发生偏转。
在本实施例中，所述支架31包括支撑柱31-1、弹性件31-2和偏转杆31-3，所述支撑柱31-1固定于所述底座，所述弹性件31-2连接所述支撑柱31-1和所述偏转杆31-3，所述偏转杆31-3的一端连接所述微型传动器32，所述偏转杆31-3的另一端连接所述反射镜25，其中，所述微型传动器32直线运动时所述弹性件31-2弹性形变以使所述偏转杆31-3偏转。本实施例支架31的结构采用支撑柱31-1、弹性件31-2和偏转杆31-3来实现，支撑柱31-1为固定部分，弹性件31-2作为连接支撑柱31-1和偏转杆31-3的连接部分，偏转杆31-3为偏转部分。微型传动器32连接在偏转杆31-3的一端，反射镜25连接在另一端，类似于杠杆或者是跷跷板。在微型传动器32运动时，例如，前进时，微型传动器32向前运动，偏转杆31-3偏转，带动反射镜25向后退，从而实现反射镜25也偏转一定角度。偏转角与微型传动器32的行程正相关，微型传动器32移动的距离大，偏转角则越大。本实施例中的微型传动器32最大直线行程大约为600μm，可保证矩形反射镜25偏转8°，使得所有被选择波段的光都能被反射回光纤端口21的输出端口。微型传动器32位移精度小于等于1μm。综合考虑尺寸和位移精度，微型传动器32优选电磁传动器或压电传动器中的任何一种。这类微型传动器32的成本大都低于大偏转角MEMS的成本。在其他实施例中，也可以采用线性传动器。
其中，本实施例的弹性件31-2为弧形薄片，弧形薄片用于在微型传动器32直线运动时提供弹性形变进而向一侧弯曲，例如向左弯曲或向右弯曲。具体地，该弧形薄片的两个面部分向中间凹陷，进一步地使该凹陷处的厚度更薄，最薄的厚度小于1mm。在微型传动器32直线来回往复移动过程中，弧形薄片的凹陷处容易发生弹性变形，从而使得偏转杆31-3偏转，带动偏转杆31-3另外一端的矩形反射镜25偏转。此外，偏转杆31-3设计成柔性结构，偏转杆31-3的材料为弹性模量低的金属或高分子材料。
在其他实施例中，支架31可以设置为只有一横杆的机构，横杆的中部通过旋转轴连接底座，也即横杆可以相对底座转动，微动传感器连接在横杆的一端，反射镜25连接在横杆的另一端。微型传感器沿直线运动时，可带动横杆偏转，进而带动反射镜25偏转。
本实施例利用微型传动器32驱动支架31偏转从而带动反射镜25偏转，相比于现有的准静态MEMS，偏转角度更大，可以提高光谱分辨率，且成本更低，是大偏转角MEMS的低成本解决方案。
在一实施例中，所述准直透镜22为平凸球面透镜或平凸非球面透镜。平凸球面透镜和平凸非球面透镜的焦距较一般衍射光栅-MEMS型可调谐光滤波器采用的透镜焦距更长，能够充分利用光纤空间滤波的特性。光纤端面位于准直透镜22的前焦面。反射镜25位于准直透镜22的后焦面。本实施例利用自由空间，采用单个焦距更长的准直透镜22，得到更大的准直光斑，既增强了光栅的光谱分辨力，又充分利用了光纤的空间滤波特性。
在一实施例中，所述反射镜25形状为矩形，相比垂直于底座方向的光斑直径，在平行方向的衍射平面由于衍射效应光斑直径更大，采用矩形保证更紧凑的结构。矩形反射镜25附着在其支架31上，位于准直透镜22的后焦面，由微型传动器32驱动，实现角度偏转。其最大偏转角度超过8°，以确保不同角度的衍射光都能返回至光纤输出端口。现对于现有准静态驱动型MEMS的镜片最大偏转角度不超过±7°，本实施例可实现更大的角度的偏转。
在一实施例中，根据具体空间布局，可在光路中增加一个或两个反射镜25调整光轴方向。例如，可以在级联衍射光栅和反射镜25之间再插入一个调整反射镜25，该调整反射镜25呈一角度摆放，用于改变光线的出射角度。当然可以理解的是，还可以将反射镜25设置在其他位置，在此不作限定。
以下将通过一示例阐述本实施例的可调谐光滤波器能够实现窄带宽。
光纤端口21有两个端口，分别为输入端口和输出端口。两个端口的中心距为125至128μm。为保证较高的回光损耗，光纤端面有一定的倾斜角，如常见的4°或8°，倾斜方向与两端口中心线的方向垂直。单模光纤的发散角遵循高斯光束传播模型，计算半发散角θ方程如下：
θ＝180/π＊arctan(2λ/(π.MFD) (1)
式1中，λ是光信号波长，单位为μm；
MFD是单模光纤的模场直径，通常为10.4μm。
如果λ＝1.55μm，将具体值代入式1中，得到θ＝0.0946mrad或5.4°。
实施例1中，图2准直透镜22是平凸非球面透镜，这类透镜有利于最大程度上消除球差。其焦距为f＝10mm.则准直光斑直径为D＝1.9mm.
实施例1中，图2中两个相邻的级联衍射光栅23、24可以是透射型或反射型，优选透射型衍射光栅。其入射和衍射角度遵循光栅方程如下：
m·λ＝Λ·(sin θi+sin θd) (2)
式2中，m是衍射级数，如-2、-1、0、+1、+2，无量纲；
λ是光信号波长，单位为nm；
Λ是光栅周期，单位为nm；
θi和θd分别是入射角和对应衍射级数的衍射角。
光栅周期Λ范围为800至1700nm，两个光栅的光栅周期可以相同，也可以不同。
在这里以两个光栅的光栅周期Λ均为1000nm举例：
m为+1级,波长范围为C波段(1529-1570nm)，入射角为50°，则，第一级光栅的最大衍射角差值约为3.8°，每100GHz谱宽内的平均衍射角约0.074°。第二级光栅的最大衍射角差值约为7.7°，每100GHz谱宽内的平均衍射角约0.15°。100GHz谱宽的色散，换算到光纤端口21的端面上的偏移量约为52μm。由此可见，双级光栅每100GHz谱宽内的平均衍射角是单级的近两倍，所以光谱分辨率也相应大幅提高，有助于获得窄带宽的输出光谱。
图5为实施例1中提供的可调谐光滤波器中心波长1550nm输出带宽谱形，其3dB带宽大约为17GHz，20dB带宽大约为42GHz。采用本实施例的可调谐光滤波器，可以获得小于50GHZ的窄带宽，在光传输系统重要器件如OCM中有着很大的应用。
由此可见，为了解决限制可调谐光滤波器获得窄带宽的这些因素，即准静态驱动型MEMS由于较小的镜面面积和光学偏转角度决定了光栅衍射后的光谱分辨率不高，以及，准直透镜22的焦距必须相对较小，不能充分利用光纤空间滤波的特性。本实施例利用自由空间，采用单个焦距更长的准直透镜22，得到更大的准直光斑，既增强了光栅的光谱分辨力，又充分利用了光纤的空间滤波特性；且采用两个级联光栅，进一步得到更大的色散，从而提高光谱分辨率；并采用微型传动器32驱动反射镜25偏转，微型传动器32通常用于电子和光学精密定位，由于其驱动力大，行程长，适用于可调谐光滤波器中大面积反射镜25大角度偏转，采用这一技术可以保证镜片面积和偏转角度比准静态MEMS更大，从而允许采用更长的准直焦距，是大偏转角MEMS的低成本解决方案；从而获取到小于50GHz的窄带宽可调谐光滤波器。
实施例二：
本发明实施例提供了一种可调谐光滤波器，包括沿光路设置：光纤端口41、准直透镜42、级联衍射光栅和反射镜45，所述光纤端口41包括至少一路输入端口和输出端口，所述可调谐光滤波器还包括微型传动机构，所述微型传动机构用于驱动所述级联衍射光栅偏转，其中，光信号依次经过所述输入端口、所述准直透镜42后入射至所述级联衍射光栅被色散成具有不同衍射角的衍射光，并入射至所述反射镜45，所述反射镜45反射一特定方向上的衍射光，再经过所述级联衍射光栅、所述准直透镜42入射至所述输出端口。
通过实施本实施例，沿光路设置光纤端口41、准直透镜42、级联衍射光栅和反射镜45，光信号依次经过输入端口、准直透镜42后入射至级联衍射光栅被色散成具有不同衍射角的衍射光，并入射至反射镜45，反射镜45反射一特定方向上的衍射光，再经过级联衍射光栅、准直透镜42入射至输出端口，采用级联衍射光栅进一步得到更大的色散，可以大幅提高光谱分辨率，进而可以获得窄带宽的输出光谱，且采用微型传动机构驱动级联衍射光栅或反射镜45偏转，其移动距离大，相对于现有的MEMS镜片，偏转角更大，且成本更低。
本实施例的其他部件均与实施例1中的部件相同，在此不再赘述，以下仅对与实施例1不同的部件进行描述。
在本实施例中，所述级联衍射光栅为双级衍射光栅，所述微型传动机构包括底座、支架和微型传动器，所述支架设于所述底座上，所述支架上设有用于传播衍射光的通光孔，其中一级所述衍射光栅设于所述支架的一端，所述微型传动器设于所述支架的另一端，所述微型传动器用于沿直线来回往复移动以通过所述支架带动所述衍射光栅偏转。
双级衍射光栅包括第一级衍射光栅43和第二级衍射光栅44，第一级衍射光栅43靠近光纤端口41，第二级衍射光栅44靠近反射镜45。微型传动器可以驱动第一级衍射光栅43偏转，也可以驱动第二级衍射光栅44偏转，只要驱动其中一级衍射光栅偏转即可，在此不作限定。本实施例以第二级衍射光栅44为可偏转的衍射光栅进行描述，第一级衍射光栅43是固定的。连接第二级衍射光栅44的支架上设有通光孔，衍射光纤通过支架上的通光孔传播。
在具体实施中，所述支架包括支撑柱、弹性件和偏转杆，所述支撑柱固定于所述底座，所述弹性件连接所述支撑柱和所述偏转杆，所述偏转杆的一端连接所述微型传动器，所述偏转杆的另一端连接第二级所述衍射光栅，其中，所述微型传动器直线运动时所述弹性件弹性形变以使所述偏转杆偏转。
微型传动器连接在偏转杆的一端，第二级衍射光栅44连接在另一端，类似于杠杆或者是跷跷板。在微型传动器运动时，例如，后退时，微型传动器向后运动，偏转杆偏转，带动第二级衍射光栅44向前进，从而实现衍射光栅44偏转一定角度。偏转角与微型传动器的行程正相关，微型传动器移动的距离大，偏转角则越大。
以下将通过一示例阐述本实施例的可调谐光滤波器能够实现窄带宽。
实施例2中，图4a、4b为本发明提供的另一种可调谐光滤波器结构示意图，光纤端口41的端面和反射镜45分别位于准直透镜42的前后焦面，在准直透镜42和反射镜45之间插入第一级衍射光栅43和第二级衍射光栅44。第一级衍射光栅43和第二级衍射光栅44尽可能靠近，使可调谐光滤波器结构更紧凑。
图4a显示的是Y-Z面光路结构示意图，这个面也是光栅衍射面，微型传动器沿Z轴方向往复运动让光栅44偏转。
图4b显示的是X-Z面光路结构示意图，输入光被光栅色散展宽之后，由固定反射镜45将滤波后的更窄带宽光谱按特定角度反射回光纤端口41的输出端口。
实施例2中，图4准直透镜42是平凸球面透镜，其焦距f＝15mm.则准直光斑直径为D＝2.8mm。
实施例2中，图4a、4b两个相邻的级联衍射光栅43、44均为透射型衍射光栅。两个光栅的光栅周期Λ均为1000nm。第一级衍射光栅43入射角为50°，第二级衍射光栅44入射角是可变的，以使所有被选择波段的光都能被反射回光纤端口41的输出端口。第二级衍射光栅44被附着在支架上，由微型传动器沿Z轴方向往复运动让光栅44偏转，支架和微型传动器采用与图3相似结构，不同地是，可转动光栅位置的支架上有一个通光孔，衍射光线通过支架的通光孔传播。两级光栅后的最大衍射角差值约为7.4°，每100GHz谱宽内的平均衍射角约0.145°。100GHz谱宽的色散，换算到光纤端口41的端面上的偏移量约为76μm。
图6为实施例2中提供的可调谐光滤波器中心波长1550nm输出带宽谱形，其3dB带宽大约为11GHz，20dB带宽大约为31GHz。采用本实施例的可调谐光滤波器，可以获得小于50GHZ的窄带宽，在光传输系统重要器件如OCM中有着很大的应用。
实施例三：
本发明实施例还提供一种光通道监测模块，包括：如实施例一和实施例二中所述的可调谐光滤波器。由于实施例一和实施例二中已详细描述了可调谐光滤波器的具体结构，在此不再赘述。
需要特别说明的是，实施例1和实施例2中的光纤端口均是单路输入单路输出。而本实施例的可调谐滤波器的光纤端口具有多路输入端口和输出端口，相对于前述实施例，本实施例可以扩展为两路或多路并行输入输出，实现单模块多通道监控，从而进一步降低成本。
具体地，图7a、7b展示了光线端口两路输入输出的示意图，图7b端口71是一个4通道光纤阵列，I1和I2为两路输入端口，O1和O2为对应的两路输出端口，这种结构的可调谐光滤波器可以同步监控两路光信号，且相互无干扰。在具体实施中，输入端口和输出端口处可以设置光电二极管进行光电转换，从而实现光通道的监控。多个光信号通过不同的输入端入射至单个可调谐滤波器的光路中，进行统一滤波，相比使用多个滤波器达到多通道的可调滤波衰减方案，极大了节约了成本，除了必须的分光损耗外，未引入其他附加损耗，因此可进一步优化系统插损，可进一步节省空间。
需要说明的是，本发明的可调谐光滤波器不仅可以应用在OCM中，当然可以理解的是还可应用到如100G和400G+C形可插拔收发模块CFP/CFP2、低噪EDFA等。总而言之，无论是何种产品，只要使用了本发明的可调谐光滤波器的产品均落入本发明的保护范围，限于篇幅本发明实施例对于可调谐光滤波器应用于其他产品不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可调谐光滤波器，其特征在于，包括沿光路设置：光纤端口、准直透镜、级联衍射光栅和反射镜，所述光纤端口包括至少一路输入端口和输出端口，所述可调谐光滤波器还包括微型传动机构，所述微型传动机构用于驱动所述级联衍射光栅或所述反射镜偏转，其中，光信号依次经过所述输入端口、所述准直透镜后入射至所述级联衍射光栅被色散成具有不同衍射角的衍射光，并入射至所述反射镜，所述反射镜反射一特定方向上的衍射光，再经过所述级联衍射光栅、所述准直透镜入射至所述输出端口。
2.根据权利要求1所述的可调谐光滤波器，其特征在于，所述微型传动机构包括底座、支架和微型传动器，所述支架设于所述底座上，所述反射镜设于所述支架的一端，所述微型传动器设于所述支架的另一端，所述微型传动器用于沿直线来回往复移动以通过所述支架带动所述反射镜偏转。
3.根据权利要求2所述的可调谐光滤波器，其特征在于，所述支架包括支撑柱、弹性件和偏转杆，所述支撑柱固定于所述底座，所述弹性件连接所述支撑柱和所述偏转杆，所述偏转杆的一端连接所述微型传动器，所述偏转杆的另一端连接所述反射镜，其中，所述微型传动器直线运动时所述弹性件弹性形变以使所述偏转杆偏转。
4.根据权利要求1所述的可调谐光滤波器，其特征在于，所述级联衍射光栅为双级衍射光栅，所述微型传动机构包括底座、支架和微型传动器，所述支架设于所述底座上，所述支架上设有用于传播衍射光的通光孔，其中一级所述衍射光栅设于所述支架的一端，所述微型传动器设于所述支架的另一端，所述微型传动器用于沿直线来回往复移动以通过所述支架带动所述衍射光栅偏转。
5.根据权利要求4所述的可调谐光滤波器，其特征在于，所述支架包括支撑柱、弹性件和偏转杆，所述支撑柱固定于所述底座，所述弹性件连接所述支撑柱和所述偏转杆，所述偏转杆的一端连接所述微型传动器，所述偏转杆的另一端连接其中一级所述衍射光栅，其中，所述微型传动器直线运动时所述弹性件弹性形变以使所述偏转杆偏转。
6.根据权利要求3或5所述的可调谐光滤波器，其特征在于，所述弹性件为弧形薄片。
7.根据权利要求6所述的可调谐光滤波器，其特征在于，所述微型传动器为电磁传动器或压电传动器或线性传动器。
8.根据权利要求1所述的可调谐光滤波器，其特征在于，所述准直透镜为平凸球面透镜或平凸非球面透镜。
9.根据权利要求1所述的可调谐光滤波器，其特征在于，所述反射镜为矩形反射镜。
10.一种光通道监测模块，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的可调谐光滤波器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210068099.3A CN114488408A (zh) | 2022-01-20 | 2022-01-20 | 可调谐光滤波器及光通道监测模块 |
| PCT/CN2022/109374 WO2023138026A1 (zh) | 2022-01-20 | 2022-08-01 | 可调谐光滤波器及光通道监测模块 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210068099.3A CN114488408A (zh) | 2022-01-20 | 2022-01-20 | 可调谐光滤波器及光通道监测模块 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114488408A true CN114488408A (zh) | 2022-05-13 |
Family
ID=81472872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210068099.3A Pending CN114488408A (zh) | 2022-01-20 | 2022-01-20 | 可调谐光滤波器及光通道监测模块 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114488408A (zh) |
| WO (1) | WO2023138026A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113900265A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-07 | 北京润和微光科技有限公司 | 一种基于级联衍射光学元件的可变楔角轴锥镜系统 |
| CN115950839A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-04-11 | 南京信息工程大学 | 一种基于光谱映射的超分辨光谱分析方法 |
| WO2023138026A1 (zh) * | 2022-01-20 | 2023-07-27 | 昂纳信息技术（深圳）有限公司 | 可调谐光滤波器及光通道监测模块 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000275560A (ja) * | 1999-03-25 | 2000-10-06 | Toshiba Corp | 画像形成装置における光偏向装置 |
| US20040136074A1 (en) * | 2003-01-10 | 2004-07-15 | Onetta, Inc. | Tunable spectral filter |
| US20120257279A1 (en) * | 2011-04-07 | 2012-10-11 | Yung-Chieh Hsieh | Grating based tunable filter |
| US9720250B1 (en) * | 2016-04-05 | 2017-08-01 | Dicon Fiberobtics, Inc. | Tunable optical filter with adjustable bandwidth |
| US20210302659A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-09-30 | Dicon Fiberoptics, Inc. | Tunable optical filter with bandwidth tuning capability |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9419757D0 (en) * | 1994-09-30 | 1994-11-16 | Lynxvale Ltd | Wavelength selective filter and laser including it |
| JP3883816B2 (ja) * | 2001-03-02 | 2007-02-21 | 富士通株式会社 | 波長分散及び波長分散スロープを可変出来る装置 |
| US8654799B2 (en) * | 2010-12-14 | 2014-02-18 | Coherent, Inc. | Short-pulse fiber-laser |
| JP2016180832A (ja) * | 2015-03-24 | 2016-10-13 | 日本電気株式会社 | ミラーチルトアクチュエータおよび光送受信用アンテナ |
| CN114488408A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-13 | 昂纳信息技术（深圳）有限公司 | 可调谐光滤波器及光通道监测模块 |
-
2022
- 2022-01-20 CN CN202210068099.3A patent/CN114488408A/zh active Pending
- 2022-08-01 WO PCT/CN2022/109374 patent/WO2023138026A1/zh unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000275560A (ja) * | 1999-03-25 | 2000-10-06 | Toshiba Corp | 画像形成装置における光偏向装置 |
| US20040136074A1 (en) * | 2003-01-10 | 2004-07-15 | Onetta, Inc. | Tunable spectral filter |
| US20120257279A1 (en) * | 2011-04-07 | 2012-10-11 | Yung-Chieh Hsieh | Grating based tunable filter |
| US9720250B1 (en) * | 2016-04-05 | 2017-08-01 | Dicon Fiberobtics, Inc. | Tunable optical filter with adjustable bandwidth |
| US20210302659A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-09-30 | Dicon Fiberoptics, Inc. | Tunable optical filter with bandwidth tuning capability |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113900265A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-07 | 北京润和微光科技有限公司 | 一种基于级联衍射光学元件的可变楔角轴锥镜系统 |
| WO2023138026A1 (zh) * | 2022-01-20 | 2023-07-27 | 昂纳信息技术（深圳）有限公司 | 可调谐光滤波器及光通道监测模块 |
| CN115950839A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-04-11 | 南京信息工程大学 | 一种基于光谱映射的超分辨光谱分析方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023138026A1 (zh) | 2023-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114488408A (zh) | 可调谐光滤波器及光通道监测模块 | |
| US5867617A (en) | High-reliability MXN fiber optic switches | |
| US7463828B2 (en) | Optical channel monitor | |
| US6239891B1 (en) | Optical demultiplexer and method of assembling same | |
| US20020114566A1 (en) | Optical devices engaged to fibers with angle-polished facets | |
| JP2001296449A (ja) | 角度が付けられた光学コネクタ | |
| US7603006B2 (en) | Optical switch having angle tuning elements and multiple-fiber collimators | |
| WO2001065291A2 (en) | Wavelength compensated optical wavelength division coupler and associated methods | |
| JPH11307879A (ja) | 波長可変レーザー | |
| JP4898484B2 (ja) | 光可変フィルタ | |
| US7062120B2 (en) | Optical device and movable reflector | |
| US6810170B2 (en) | Optical signal processor | |
| KR20150015470A (ko) | 파이버 커넥터 어셈블리 | |
| EP1754087B1 (en) | Wavelength-selective optical switches | |
| CN219179636U (zh) | 一种光学滤波结构和光学滤波器 | |
| CN1187630C (zh) | 一种提高f－p腔型可调谐光滤波器精细度和抑制比的光学装置 | |
| CA2487612C (en) | Optical device and movable reflector | |
| US6847757B2 (en) | Reconfigurable optical add/drop multiplexer | |
| US7068877B2 (en) | Movable mirror device, dispersion compensator, gain equalizer, and optical ADM apparatus | |
| JPH09304647A (ja) | 光回路モジュール | |
| JP5139249B2 (ja) | 波長選択スイッチ | |
| JP2008151830A (ja) | 波長可変フィルタ | |
| JP3921688B2 (ja) | 光スイッチ | |
| US6823114B2 (en) | Optical signal processing apparatus | |
| CN114696892A (zh) | 用于多次经过光学信道监视器的光学器件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 518000 No. 35, Cuijing Road, Pingshan New District, Shenzhen, Guangdong Applicant after: Ona Technology (Shenzhen) Group Co.,Ltd. Address before: 518000 No. 35, Cuijing Road, Pingshan New District, Shenzhen, Guangdong Applicant before: O-NET COMMUNICATIONS (SHENZHEN) Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information |