CN1187630C - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高F-P腔型可调谐光滤波器精细度和抑制比的光学装置;涉及F-P腔型可调谐光滤波器,具体涉及一种两次或多次经过F-P腔的光学结构。本发明是采用一个或一对反射镜使光束两次或多次通过F-P腔,由信号输入单元1、F-P腔2、第一反射镜3、第二反射镜4、信号输出单元5组成;其光束依次通过的元件分别为:信号输入单元1、F-P腔2、第一反射镜3、F-P腔2、第二反射镜4、F-P腔2、第一反射镜3、F-P腔2、信号输出单元5。本发明设计合理,易于实现并集成;减少了元件数目,节约成本;结构紧凑,体积小;可获得高的精细度和抑制比;该可调谐光滤波器广泛适用于现代DWDM光网络。
Description
技术领域
本发明涉及F-P腔(法布里-泊罗腔,Fabry-Perot,简称F-P腔)型可调谐光滤波器,具体涉及一种两次或多次经过F-P腔的光学结构,该光学结构可以提高F-P腔型可调谐光滤波器的精细度和抑制比,F-P腔型可调谐光滤波器广泛适用于现代密集波分复用系统(Dense Wavelength DivisionMultiplexing,简称DWDM)光网络。
背景技术
F-P腔型可调谐光滤波器是一种结构最简单、应用最广泛的滤波器。这种元件的原型是体块状的,光纤出现以后,它也可以用光纤构成,极大地提高了它的性能;微机电(Micro electro mechanical System,简称MEMS)技术的出现使得基于MEMS技术的F-P腔型可调谐光滤波器的应用日益扩大。
作为波分复用(Wavelength Division Multiplexing,简称WDM)系统的解复用器,要求F-P腔的自由谱域必须大于多信道复用信号的频谱宽度,以免使信号重叠,造成混乱。例如,ITU-T关于波分复用系统波长安排的建议草案(G.692)中规定,以基准192.5 THz安排的波长范围是1530.33nm(195.900THz)-1565.50nm(191.500THz),所需自由谱域FSR大于35.17nm(4.400THz),其次为了在一个自由谱域FSR内容纳更多的信道,就要求信道间距小。这就要求F-P腔有较窄的带宽,精细度F要求高。
单级F-P腔型可调谐光滤波器的精细度的提高受到限制,为了提高精细度值,可将多个F-P腔串联使用,形成级联F-P腔滤波器。但是级联的方式须采用一个以上的相同的或不同的F-P腔,会产生如腔间干涉现象、两级间的耦合、两级同步调谐困难等问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在着的问题和不足,提供一种提高F-P腔型可调谐光滤波器精细度和抑制比的光学装置。
本发明的目的是这样实现的:
1、方法
本方法是采用一个或一对反射镜使光束两次或多次通过F-P腔。
F-P腔型可调谐光滤波器是基于多光束干涉的原理,透射光和反射光都产生多光束干涉而呈谐振现象,因而就有频率选择特性。在这里,我们讨论的是透射光情况。
如图1.1所示,为单个F-P腔的光路示意图。假设在反射膜的两侧媒质的折射率相等,膜的两面的反射率为R,忽略附加吸收损耗,3dB带宽ΔF表征F-P腔谐振曲线的锐度,定义为传输系数降为最大值一半时所对应的频带宽度。
则透射光束透射系数为:
Δf=f-fq是对谐振频率的偏移,可求得此时3dB带宽ΔF1;
如果通过一种光学结构使得输入光束两次通过F-P腔,则传输系数为:
由此可求出:
光滤波器的自由谱域FSR定义为相邻两谐振频率的间距,在这里,自由谱域FSR不变,系统的精细度定义为自由谱域FSR与3dB带宽ΔF之比,很显然,F=FSR/ΔF得以提高。
如图1.2所示,为理论计算的入射光束一次和两次通过F-P腔谱线图(F-P腔两反射面反射率R为0.98时)。IL1表示光束一次通过F-P腔的插入损耗值,IL2表示光束两次通过F-P腔的插入损耗值。IL=10log(τ),单位为dB.横坐标λ为波长值,单位为m。
2、光学装置
如图2所示,为本发明框图。本发明由信号输入单元1、F-P腔2、第一反射镜3、第二反射镜4、信号输出单元5组成;其光束依次通过的元件分别为:信号输入单元1、F-P腔2、第一反射镜3、F-P腔2、第二反射镜4、F-P腔2、第一反射镜3、F-P腔2、信号输出单元5。
工作原理是:
输入信号从输入信号单元1经由F-P腔2干涉后,出射光线入射至第一反射镜3,在第一反射镜3经过一或二次反射后沿与入射方向相反的方向入射至F-P腔2;同样,二次通过F-P腔2的光束在第二反射镜4经过一或二次反射后沿与入射方向相反的方向入射至F-P腔2。光束经过F-P腔2的次数决定于第一反射镜3与第二反射镜4的中心间距及第一反射镜3、第二反射镜4外形尺寸。第一反射镜3、第二反射镜4可以是一次平面反射镜或两次反射镜。
本发明具有以下突出优点和积极效果:
①设计合理,易于实现并集成;
②减少元件数目,节约成本;
③结构紧凑,体积小;
④可获得高的抑制比和精细度。
附图说明
图1.1为单个F-P腔的光路示意图,
图1.2为理论计算的入射光束一次和两次通过F-P腔谱线图;
图2为本发明框图;
图3为利用双芯波导实现两次通过F-P腔的光学装置示意图;
图4.1为利用直角双向反射镜实现两次通过F-P腔的光学装置示意图;
图4.2为直角双向反射镜立体结构图;
图5.1、图5.2为利用两个二次反射镜实现多次通过F-P腔的光学装置示意图;
图6.1、图6.2为二次反射直角棱镜的立体结构图;
图7为屋脊棱镜的立体结构图。
其中:
1-输入单元,1.1-双芯波导;
2-F-P腔;
3-第一反射镜,
3.1-平面反射镜,
3.2-直角双向平面反射镜,
3.3-两次反射镜,
3.3.1-二次反射直角棱镜,3.3.2-屋脊棱镜,
a-折射面,b-第一反射面;c-第二反射面;
4-第二反射镜;
5-信号输出单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明。
如图3所示,为利用双芯波导实现两次通过F-P腔的光学装置示意图。光学结构由双芯波导1.1、F-P腔2、平面反射镜3.1组成;其光束依次通过的元件分别为:双芯波导1.1、F-P腔2、平面反射镜3.1、F-P腔2、双芯波导1.1。该结构简单、紧凑并容易实现。平面反射镜3.1为一镜面平坦度足够高的反射镜面。
如图4.1所示,为利用直角双向反射镜实现两次通过F-P腔的光学装置示意图。光学装置由信号输入单元1、F-P腔2、直角双向反射镜3.2、信号输出单元5组成;其光束依次通过的元件分别为是:信号输入单元1、F-P腔2、直角双向反射镜3.2、F-P腔2、信号输出单元5。输入信号经由F-P腔2干涉后出射光线入射至直角双向平面反射镜3.2,在直角双向平面反射镜3.2经过两次反射后沿与入射方向相反的方向通过F-P腔2后耦合进信号输出单元5。
如图5.1、5.2所示,为利用两个二次反射镜实现多次通过F-P腔的光学装置示意图(信号输入单元1、信号输出单元5没有画出)。该装置具体由第一反射镜3、F-P腔2、第二反射镜4组成,其中第一反射镜3和第二反射镜4并列放置,也就是说两次反射镜中心线平行,中心距离为D。图5.1为信号通过F-P腔2为偶数次的情况,图5.2为信号通过F-P腔为奇数次的情况。光束经过F-P腔2的次数决定于第一反射镜3与第二反射镜4的中心间距D及反射镜3、反射镜4外形尺寸。
第一反射镜3、第二反射镜4为两次反射镜3.3,两次反射镜3.3或为两次直角反射棱镜3.3.1,或屋脊棱镜3.3.2,或其他的可以实现同样功能的反射镜。该结构所获得的插入损耗大,可应用于对插入损耗要求不严格而要求高精细度的光滤波器。
如图6.1、6.2所示,为两次反射直角棱镜的具体结构图,由第一反射面b、第二反射面c和折射面a组成,第一反射面b、第二反射面c成直角相交。图6.1和图6.2的区别仅是其外观形状不同。
如图7所示,为屋脊棱镜的具体结构图,其第一反射面b、第二反射面c成直角相交。
本发明所述的光学装置可以通过微光学和微型光机电(Micro OpticalElectro Mechanical Systems,简称MOEMS)技术实现。
Claims (6)
1、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,其特征是:由信号输入单元(1)、F-P腔(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、信号输出单元(5)组成;则其光束依次通过的元件分别为:信号输入单元(1)、F-P腔(2)、第一反射镜(3)、F-P腔(2)、第二反射镜(4)、F-P腔(2)、第一反射镜(3)、F-P腔(2)、信号输出单元(5)。
2、根据权利要求2所述的光学装置,其特征是:信号输入单元(1)采用双芯波导(1.1),第一反射镜(3)采用一个平面反射镜(3.1);则其光束依次通过的元件分别为:双芯波导(1.1)、F-P腔(2)、平面反射镜(3.1)、F-P腔(2)、双芯波导(1.1)。
3、根据权利要求2所述的光学装置,其特征是:反射镜(3)采用一个直角双向反射镜(3.2);其光束依次通过的元件分别为:信号输入单元(1)、F-P腔(2)、直角双向反射镜(3.2)、F-P腔(2)、信号输出单元(5)。
4、根据权利要求2所述的光学装置,其特征是:反射镜(3)为一个两次反射镜(3.3)。
5、根据权利要求4所述的光学装置,其特征是:两次反射镜(3.3),或为两次反射直角棱镜(3.3.1),或为屋脊棱镜(3.3.2)。
6、根据权利要求4所述的光学装置,其特征是:两次反射镜(3.3),主要由第一反射面(b)、第二反射面(c)和折射面(a)组成,第一反射面(b)、第二反射面(c)成直角相交。
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