CN1456910A - 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结构 - Google Patents

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结构；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、反射镜3、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、反射镜3、F－P腔2、反射镜4、F－P腔2、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

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结构

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 DivisionMuiplexing，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(Wave1ength 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)-1565.5 0nm(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结构。

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： ${\mathrm{\τ}}_1=\frac{1}{(1+{2\·F/\mathrm{\π})}^2\·{\sin }^2(\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δf}/\mathrm{FSR})}$

Δf＝f-f_q是对谐振频率的偏移，可求得此时3dB带宽ΔF；

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： ${\mathrm{\τ}}_2={\left(\frac{1}{1+{(2\·F/\mathrm{\π})}^2\·{\sin }^2(\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δf}/\mathrm{FSR})}\right)}^2$

由此可求出： $\mathrm{\Δ}{F}_2=\sqrt{\sqrt{2}-1}\·\mathrm{\Δ}{F}_1,$ 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、光学结构

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、反射镜3、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、反射镜3、F-P腔2、反射镜4、F-P腔2、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，出射光线入射至反射镜3，在反射镜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的次数决定于反射镜3与反射镜4的中心间距及反射镜3、反射镜4外形尺寸。反射镜3、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腔的光学结构示意图；

图4.1为利用直角双向反射镜实现两次通过F-P腔的光学结构示意图；

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腔的光学结构示意图；

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-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、c-反射面；

4-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腔的光学结构示意图。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腔的光学结构示意图。光学结构由信号输入单元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腔的光学结构示意图(信号输入单元1、信号输出单元5没有画出)。该结构具体由反射镜3、F-P腔2、反射镜4组成，其中一对反射镜3和反射镜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的次数决定于反射镜3与反射镜4的中心间距D及反射镜3、反射镜4外形尺寸。

反射镜3、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，由反射面b、c和折射面a组成，反射面b、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，其反射面b、c成直角相交。

本发明所述的光学结构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结构，其特征是：由信号输入单元(1)、F-P腔(2)、反射镜(3)、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)、反射镜3、F-P腔(2)、反射镜(4)、F-P腔(2)、反射镜(3)、F-P腔(2)、信号输出单元(5)。

2、根据权利要求2所述的光学结构，其特征是：信号输入单元(1)或采用双芯波导(1.1)，反射镜(3)或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所述的光学结构，其特征是：反射镜(3)或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所述的光学结构，其特征是：反射镜(3)或为一个两次反射镜(3.3)。

5、根据权利要求4所述的两次反射镜(3.3)，其特征是：或为两次反射直角棱镜(3.3.1)，或为屋脊棱镜(3.3.2)，或为其他结构的具有同样功能的透镜。

6、根据权利要求4所述的两次反射镜(3.3)，其特征是：主要由反射面(b)、反射面(c)和折射面(a)组成，反射面(b)、反射面(c)成直角相交。

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