CN1451991A - 一种可调谐光滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调谐光滤波器，涉及可调谐光滤波器，具体涉及可变闪耀光栅、控制元件和波导耦合机构的组合，可以制作成现在广泛适用的可调谐光滤波器。本发明包括信号输入端、可变闪耀光栅、一与可变闪耀光栅连接的微位移器、信号输出端、以及驱动模块和控制模块。可变闪耀光栅制作在可形变的基板上的，通过改变基板的几何长度从而改变作为分光元件的闪耀光栅的光栅常数，这样就能够达到波长选择的目的。用户可以通过接口发送控制信号到驱动模块，驱动模块根据接收到的控制信号驱动微位移器运动。可变闪耀光栅特征在于其光栅常数可变。本发明设计合理，适于批量制作，调谐范围宽，结构紧凑，体积小，响应速度快，精度高，功耗小。

Description

一种可调谐光滤波器

技术领域

本发明涉及可调谐光滤波器，具体涉及可变闪耀光栅、控制元件和波导耦合机构的组合，可以制作成现在广泛适用的可调谐光滤波器。

背景技术

光滤波器作为一种波长选择器件，在光纤通信系统中发挥着愈来愈重要的作用。如半导体激光器或光纤激光器的反射腔镜和窄带滤波、复用/解复用器、光放大器的噪声抑制、波长选择器、波长转换器、色散补偿器以及延时器等。通过可调谐光滤波器与光性能监控器(Optical Performance Monitor，简称OPM)、光分插复用器OADM(Optical Add/Drop Multiplexes)，或光交叉连接(OpticalCross Connect，简称OXC)的结合，全光网路系统的功能将可以完全发挥出来。

目前实现可调谐光滤波器的方案有：基于F-P腔的滤波器、基于光栅的滤波器、马赫-泽德干涉型滤波器、介质膜型干涉滤波器以及有源光滤波器等。可调谐光滤波器的种类繁多，形式多样。其中，声光可调谐光滤波器利用声波改变晶体的折射率，使得晶体在某种意义上成为光栅，是目前研究的热点；但其制造起来较困难，实际应用中相对较少，而且带宽太大。色散体光栅型滤波器体积偏大，而光纤光栅型可调谐光滤波器必须与耦合器、环行器联合使用，使得结构复杂，成本偏高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在着的上述缺点和不足，提供一种基于可变闪耀光栅的可调谐光滤波器。

本发明的技术方案是：

本发明包括信号输入端1、可变闪耀光栅2、一与可变闪耀光栅2连接的微位移器3、信号输出端4、以及驱动模块5和控制模块6。输入信号经过信号输入端1入射到可变闪耀光栅2表面，经过可变闪耀光栅2的衍射作用，中央最大出现在反射波的方向。

其中，可变闪耀光栅2制作在可形变的基板上，通过改变基板的几何长度从而改变作为分光元件的闪耀光栅的光栅常数，这样就能够达到波长选择的目的。用户可以通过接口发送控制信号到驱动模块5，驱动模块5根据接收到的控制信号驱动微位移器3运动。可变闪耀光栅2特征在于其光栅常数可变。

其中，微位移器3或为压电陶瓷微位移器，或为磁致伸缩致动器，或为其他能够实现同样功能的微位移器。

其中，信号输入端1、可变闪耀光栅2和信号输出端4共同组成光路部分。

其中，信号输入端1和信号输出端4即波导耦合结构，可以采用一个准直透镜、两个准直透镜或透镜光纤的形式来实现。

工作过程：用户通过接口发送与某一要求输出波长对应的控制信号，驱动模块5根据获得信号驱动微位移器3做相应运动，由于微位移器3与可变闪耀光栅2的可形变基板连接。微位移器3改变可形变基板的几何长度从而改变作为分光元件的可变闪耀光栅2的光栅常数，实现调谐滤波的功能。

本发明具有以下突出优点和积极效果：

①设计合理，适于批量制作。

②调谐范围宽。

③结构紧凑，体积小；

③响应速度快，精度高；

⑤功耗小。

附图说明

图1为本发明的总体方框图；

图2为可变闪耀光栅结构示意图；

图3为第一种光路结构示意图；

图4为第二种光路结构示意图；

图5为第三种光路结构示意图。其中：

1-信号输入端，1.1-输入波导，1.2-准直透镜；

2-可变闪耀光栅，2.1-可伸缩的薄膜，2.2-二氧化硅层，

2.3-硅层；

3-微位移器；

4-信号输出端，4.1-输出波导，4.2-准直透镜；

5-驱动模块；

6-控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明。

由图1可知，本发明由信号输入端1、可变闪耀光栅2、微位移器3、信号输出端4、驱动模块5、控制模块6组成；可变闪耀光栅2分别与信号输入端1、微位移器3、信号输出端4连通，控制模块6通过驱动模块5与微位移器3连通。

由图2可知，可变闪耀光栅2，从上到下，依次由可伸缩薄膜2.1、二氧化硅层2.2、硅层2.3组成，二氧化硅层2.2和硅层2.3为腐蚀掉硅层区域的二氧化硅-硅基板，可伸缩薄膜2.1涂布在二氧化硅-硅基板表面，栅线刻划在可伸缩薄膜2.1上。

该可变闪耀光栅2反射工作面镀以金属铝或其它可以获得高反射率的稳定金属膜。

可变闪耀光栅2的光栅常数可调，由驱动控制部件实现；具体地说，可伸缩的薄膜2.1的基板与微位移器3的可动部件连接；通过改变基板的几何长度来改变光栅常数，达到定角度衍射或定波长衍射的目的，进而实现可调谐光滤波器的功能。

其光栅刻痕形状按一定要求刻出，它把光能由原来的零级最大移至由刻痕形状决定的反射光方向，从而使与这一级次相应的极大既有大的角色散作用，又集中了较强的光能。光栅方程为： $\sin \mathrm{\α}\±\sin \mathrm{\θ}=\frac{\±\mathrm{k\λ}}{d},$ 其中，λ为闪耀波长，α为入射角，θ为闪耀角，锯齿周期d即光栅常数。

波长范围在λ₁～λ₂的入射光以α角入射到光栅上，一级闪耀波长的出射光以某一θ角出射。可变闪耀光栅2的栅线是刻划在一张可伸缩的薄膜基板2.1的中心区域。该区域要根据薄膜的物理力学性质计算出来，在这个区域内薄膜单方向拉伸时其他方向的形变在容许的范围内。当驱动模块5的控制驱动电压变化时，微位移器3会随着外部控制电压的变化而线性变化，微位移器3与可伸缩薄膜2.1结合为一体，由此来控制光栅常数的变化，从而实现闪耀波长的变化。这样就实现了波长调谐的功能。d′是形变后的光栅常数，此时对应定角度闪耀波长为λ′。所述闪耀光栅的反射工作面镀以金属铝或其他可以获得高反射率的稳定金属膜。由于可伸缩的薄膜2.1具备完全弹性形变的范围较大的特点，使得该可调谐光滤波器的调谐范围较应用布拉格光纤光栅制作的可调谐光滤波器的调谐范围要宽。

所述驱动控制部分的电极可以采用梳状电极结构，可达到低电压控制的目的，功耗小，并可以实现高频的调制，同时能够使得动作位移量与施加电压之间为线性关系。

所述波导耦合部分可以有三种光路结构，具体见图3、4、5。

第一种光路结构，如图3所示，包括：输入波导1.1，输出波导4.1，准直透镜1.2、4.2。其中，经由输入波导1.1和准直透镜1.2入射到光栅2表面的光束与光栅2宏观表面的交角即入射角α，出射角为θ，某一闪耀波长的光束经由准直透镜1.2后到达输出波导4.1。所述准直透镜1.2、4.2可以是自聚焦透镜(GRIN LENS)或其他材料和结构的具有同样功能的透镜；透镜表面镀有增透膜。

第二种光路结构，如图4所示，包括：输入波导1.1，输出波导4.1，准直透镜1.2。其中，输入光束和输出光束共用一个准直透镜1.2，经由输入波导1.1和准直透镜1.2入射到光栅表面的光束与光栅2宏观表面的交角即入射角α，出射角为θ某一闪耀波长的光束经由准直透镜1.2后到达输出波导4.1。所述准直透镜1.2可以是自聚焦透镜(GRIN LENS)或其他材料和结构的具有同样功能的透镜；透镜表面镀有增透膜。

第三种光路结构，如图5所示，包括：信号输入端1、信号输出端4，采用准直透镜光纤或TEC光纤，经由输入端1入射到光栅2表面的光束与光栅2宏观表面的交角即入射角α，出射角为θ某一闪耀波长的光束耦合进输出波导。作为信号输入端1、信号输出端4的光纤的出入光端面镀有增透膜。

所述的准直透镜1.2、4.2，或为自聚焦透镜(GRIN LENS)，或为柱面透镜，或为球面透镜，或为其它材料和结构的具有同样功能的透镜。

Claims (4)

1、一种可调谐光滤波器，包括信号输入端(1)、信号输出端(4)、微位移器(3)、驱动模块(5)、控制模块(6)和分光元件，其特征在于：

分光元件是一种可变闪耀光栅(2)；

可变闪耀光栅(2)分别与信号输入端(1)、信号输出端(4)连通，控制模块(6)通过驱动模块(5)与微位移器(3)连通；

可变闪耀光栅(2)，从上到下，依次由可伸缩薄膜(2.1)、二氧化硅层(2.2)、硅层(2.3)组成，二氧化硅层(2.2)和硅层(2.3)为腐蚀掉硅层区域的二氧化硅-硅基板，可伸缩薄膜(2.1)涂布在二氧化硅-硅基板表面，栅线刻划在可伸缩薄膜(2.1)的基板上，可伸缩薄膜(2.1)的基板与微位移器(3)的可动部件连接；该可变闪耀光栅(2)反射工作面镀以金属铝或其它可以获得高反射率的稳定金属膜。

2、根据权利要求1所述的一种可调谐光滤波器，其特征在于：

微位移器(3)或为压电陶瓷微位移器，或为磁致伸缩致动器，或为其它能够实现同样功能的微位移器。

3、根据权利要求1所述的一种可调谐光滤波器，其特征在于：

由信号输入端(1)和信号输出端(4)组成波导耦合结构，

①或由输入波导(1.1)，输出波导(4.1)，准直透镜(1.2、4.2)组成，所述准直透镜(1.2、4.2)可以是自聚焦透镜或其它材料或结构的具有同样功能的透镜，透镜表面镀有增透膜；

②或由输入波导(1.1)，输出波导(4.1)，准直透镜(1.2)组成，所述准直透镜(1.2)可以是自聚焦透镜或其它材料和结构的具有同样功能的透镜，透镜表面镀有增透膜；

③信号输入端(1)、信号输出端(4)，采用准直透镜光纤或TEC光纤，光纤的出入光端面镀有增透膜。

4、根据权利要求3所述的准直透镜(1.2、4.2)，其特征在于：或为自聚焦透镜，或为柱面透镜，或为球面透镜，或为其它材料和结构的具有同样功能的透镜。

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