CN201653556U - 梳状滤波探测器及波长监控器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种梳状波长探测器及波长监控器，该梳状波长探测器具有双光纤准直器、法布里-珀罗标准具以及第一光电探测器，双光纤准直器具有一输入光纤以及输出光纤，输出光纤为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤，且双光纤准直器具有一个外端面以及与所述外端面相对的内端面，法布里-珀罗标准具位于双光纤准直器的内端面外侧，法布里-珀罗标准具与双光纤准直器之间设有分光器，法布里-珀罗标准具具有相对的第一反射面与第二反射面，分光器位于第一反射面外侧，第一光电探测器位于法布里-珀罗标准具的第二反射面外侧。本实用新型能降低工艺加工难度，从而能降低波长监控器的生产成本。

Description

梳状滤波探测器及波长监控器

技术领域

本实用新型涉及一种波长探测器具，尤其是一种用于光纤网络波长探测的梳状滤波探测器以及具有这种梳状滤波探测器的波长监控器。

背景技术

现代的通讯网络中，尤其在密集波分复用网络系统中，广泛应用波长监控器来监控各通道光信号的波长，判断被监控光信号的波长是否与预定波长一致，若不一致，还需要判断被监控波长与预定波长之间的漂移量，并以电信号的形式给出反馈量，以便发出光信号的激光发生器根据反馈量做出相应调整，使其发出光信号的波长与预定波长一致。

现有的波长监控器设有法布里-珀罗标准具，并应用法布里-珀罗标准具来获取被监控光信号的频谱特性。法布里-珀罗标准具具有两块相互平行的玻璃，两块玻璃的中部为空气或其他透光介质，光入射到法布里-珀罗标准具后在两块玻璃之间反复反射与折射，形成等倾圆环状干涉条纹。因此，法布里-珀罗标准具的透射光谱呈周期性的多峰结构，其输出的频谱特性图如图1所示。透射波峰的间隔可以选择为100G赫兹、50G赫兹或25G赫兹，特性公式为：

$T=\frac{1}{1+\frac{4R}{{(1+R)}^2}\·{\sin }^2(\mathrm{\δ}/2)}$ (式1)

其中， $\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\·\mathrm{nd}\cos \mathrm{\θ}$ (式2)

式1中，T为透射率；R为法布里-珀罗标准具反射面的反射率；λ为真空中光波长；n为法布里-珀罗标准具腔体内介质折射率；d为法布里-珀罗标准具腔体内介质的物理长度；θ为法布里-珀罗标准具中光线与反射面法线的夹角。

专利号为US6621580的美国专利公告了一种应用法布里-珀罗标准具的波长监控器，该波长监控器的结构如图2所示。波长监控器具有两个分束器2、3，每一分束器2、3的横截面呈正方形，其对角线上镀有分光膜，分别形成一个分光面12、16。

分束器2的入射面11正对激光发生器1，分光面12与入射面11形成45°的夹角。分束器2的第一出射面13与入射面11相对设置，第一出射面13外设有分束器3，分束器3的入射面15与分束器2的第一出射面13对接。与分束器2入射面11邻接的第二出射面18外设有一个法布里-珀罗标准具4，法布里-珀罗标准具4外设有第一光电探测器5，用于接收从法布里-珀罗标准具4出射的光信号。分束器3的出射面17外测设有第二光电探测器6，用于接收从分束器3出射面17出射的光信号。

如图2所示的，激光发生器1发出的光束L1经分束器2的入射面11入射至分光面12后形成透射光束L2以及反射光束L3，透射光束L2经过第一透射面13后进入分束器3，并在分光面16上形成反射光束L4入射至第二光电探测器6中。反射光束L3则经过法布里-珀罗标准具4后入射至第一光电探测器5中。

第一光电探测器5与第二光电探测器6获得的光信号频率响应如图3所示，图中光强度随频率呈周期性变化的曲线为第一光电探测器5获得光信号的频率特性，光强度恒定的曲线为第二光电探测器6所获得光信号的频率特性，两条曲线周期性地相交，相交点在A、A’、B、B’、C以及C’处相等，即第一光电探测器5与第二光电探测器6接收的光信号强度在频率点A、A’、B、B’、C、C’处相等。通过选择光束入射到法布里-珀罗标准具4时适当的入射角，可使国际电信联盟(ITU-T)推荐的光纤通信密集波分复用系统各通道的波长与点A、B、C厖N所对应波长一一对应。这样，当两光电探测器接收光信号的强度在每一频率点处相等时，表明输入光波长与预定波长之间无漂移，即与预定波长相等；当第一光电探测器5接收的光信号比第二光电探测器6接收的光信号强度大时，表明输入光的频率向左漂移；当第一光电探测器接收的光信号比第二光电探测器接收的光信号强度小时，表明输入光的频率向右漂移，漂移量Δf由两光电探测器接收的光信号的强度偏差ΔA确定。

波长监控器将两光电探测器接收的光信号的漂移量以电信号的形式反馈至激光发生器1，激光发生器1根据接收的反馈信息调整出射光信号的波长，从而实现波长的监控。

但是，该波长监控器需要使用的分束器对角线上需要镀上分光膜，镀膜的工艺难度大，导致波长监控器的生产成本较高。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种加工工艺简单的梳状滤波探测器；

本实用新型的另一目的是提供一种生产成本较低的波长监控器。

为实现上述的主要目的，本实用新型提供的梳状滤波探测器具有双光纤准直器、法布里-珀罗标准具以及第一光电探测器，双光纤准直器具有一输入光纤以及输出光纤，输出光纤为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤，且双光纤准直器具有一个外端面以及与所述外端面相对的内端面，法布里-珀罗标准具位于双光纤准直器的内端面外侧，法布里-珀罗标准具与双光纤准直器之间设有分光器，法布里-珀罗标准具具有相对的第一反射面与第二反射面，分光器位于第一反射面外侧，第一光电探测器位于法布里-珀罗标准具的第二反射面外侧。

输入光纤入射的光信号经过分光器后形成透射光束及反射光束，反射光束经输出光纤输出，透射光束则经过法布里-珀罗标准具入射至第一光电探测器中。

由上述方案可见，用于分光的分光器仅设置在双孔光纤准直器的一侧，反射光束可经过弯曲损耗较小的光纤输出，可避免使用在对角线镀膜的分束器，梳状滤波探测器的加工工艺难度大大降低。

一个优选的方案是，双光纤准直器具有双孔毛细管及位于双孔毛细管一侧的自聚焦透镜。这样，入射光束的入射方向可在自聚焦透镜内逐渐变化，并聚焦在分光器上，从而通过自聚焦透镜改变入射光束的入射角。

进一步的方案是，分光器是镀制在自聚焦透镜端面上的分光膜。这样，梳状滤波探测器的加工工艺进一步降低，其生产成本也降低。

为实现上述的另一目的，本实用新型提供的波长监控器具有梳状滤波探测器及全波长探测器，其中梳状滤波探测器具有双光纤准直器、法布里-珀罗标准具以及第一光电探测器，双光纤准直器具有一输入光纤以及输出光纤，输出光纤为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤，且双光纤准直器具有一个外端面以及与所述外端面相对的内端面，法布里-珀罗标准具位于双光纤准直器的内端面外侧，法布里-珀罗标准具与双光纤准直器之间设有分光器，法布里-珀罗标准具具有相对的第一反射面与第二反射面，分光器位于第一反射面外侧，第一光电探测器位于法布里-珀罗标准具的第二反射面外侧；全波长探测器具有具有单孔光纤准直器以及位于单孔光纤准直器一侧的第二光电探测器，且单孔光纤准直器与输出光纤的输出端连接。

由此可见，输入光纤入射的光纤经过分光器后形成的反射光束经输出光纤入射至全波长探测器中，并经过单孔光纤准直器后进入第二光电探测器，入射光束经分光器形成的透射光束经法布里-珀罗标准具后入射至第一光电探测器。这样，波长监控器不需要使用在对角线上镀膜的分束器，加工工艺难度较低，从而降低其生产成本，便于波长监控器的批量生产。

本实用新型提供的另一种波长监控器具有梳状滤波探测器及全波长探测器，其中全波长探测器具有双孔光纤准直器以及位于双孔光纤准直器一侧的第一光电探测器，双孔光纤准直器与第一光电探测器之间设有分光器，双孔光纤准直器具有一输入光纤以及输出光纤，该输出光纤为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤；梳状滤波探测器具有单孔光纤准直器，其与输出光纤连接，单孔光纤准直器具有外端面及与外端面相对的内端面，第二光电探测器位于单孔光纤准直器内端面的外侧，第二光电探测器与单孔光纤准直器之间设有法布里-珀罗标准具。

由此可见，输入光纤入射的光纤经过分光器后形成反射光束及透射光束，反射光束经输出光纤入射至法布里-珀罗标准具中，并再入射至第二光电探测器中，透射光束则直接入射至第一光电探测器。这样，波长监控器不使用对角线镀制分光膜的分束器，加工工艺简单，生产成本得以降低。

附图说明

图1是法布里-珀罗标准具的频谱特性图；

图2是现有一种波长监控器的结构原理图，图中波长监控器与激光发生器连接；

图3是现有波长监控器的频率响应图；

图4是本实用新型波长监控器第一实施例的结构原理图；

图5是本实用新型波长监控器第二实施例的结构原理图；

图6是本实用新型波长监控器第三实施例的结构原理图；

图7是本实用新型波长监控器第四实施例的结构原理图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

波长监控器第一实施例：

参见图4，本实施例由梳状滤波探测器20及全波长探测器40组成，梳状滤波探测器20具有一个双孔光纤准直器21、分光器28、法布里-珀罗标准具31以及第一光电探测器36，全波长探测器40具有一个单孔光纤准直器41以及第二光电探测器42。

梳状滤波探测器20中，双孔光纤准直器21具有一个双孔毛细管22以及位于双孔毛细管22一侧的聚焦透镜，该聚焦透镜为自聚焦透镜23，光束入射至自聚焦透镜23后，其折射率将逐渐改变，从而调节光束的出射角度。

双孔光纤准直器21具有一个外端面24以及与外端面24相对的内端面25，外端面24朝向梳状滤波探测器20外侧设置。在内端面25的一侧设有一个分光器28，本实施例中，分光器28为镀制在自聚焦透镜23端面上的分光膜。

双孔光纤准直器21内设有一根输入光纤26以及一根输出光纤27，输入光纤26及输出光纤27的一端延伸至双孔光纤准直器21的外端面24外，其中，输出光纤27为弯曲直径小于10毫米的单模光纤或多模光纤，这种光纤具有极小的弯曲损耗，光信号在光纤内传播损耗较少，有利于光信号的传播。

在双孔光纤准直器21内端面25的外侧设有法布里-珀罗标准具31，法布里-珀罗标准具31具有第一反射面32以及与第一反射面32相对的第二反射面33，其中第一反射面32正对分光器28设置。在第二反射面33外侧设有第一光电探测器36，接收法布里-珀罗标准具31出射的光束。

全波长探测器40具有单孔光纤准直器41，输出光纤27的输出端连接至单孔光纤准直器41中。单孔光纤准直器41的一端设有第二光电探测器42，用于接收从单孔光纤准直器41出射的光束。

输入光纤26出射的光束L11经过自聚焦透镜23的聚焦后，以小于5°的角度入射至分光器28中，形成反射光束L12以及透射光束L13，其中反射光束L12进入输出光束27，并经过全波长探测器40的单孔光纤准直器41后入射至第二光电探测器42中。透射光束L13则入射至法布里-珀罗标准具31中，从法布里-珀罗标准具31出射的光束入射至第一光电探测器36。这样，在第一光电探测器36以及第二光电探测器42将输出各自的频率特性曲线，该曲线如图3所示，通过调节透射光束L13入射至法布里-珀罗标准具31的入射角，可使得两曲线的相交点在特定频率点上，这样通过判断两曲线的漂移量即可判断激光发生器出射光信号的波长是否与预定波长一致。

由于波长监控器使用的分光器为镀制在自聚焦透镜端面上的分光膜，加工工艺简单，能大大降低波长监控器的生产成本。并且，使用弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤，光束传播的弯曲损耗较小，有利于光信号的传播。同时，输出光纤27能弯曲封装，也有利于波长监控器的小型化，减小波长监控器的体积。

波长监控器第二实施例：

参见图5，与第一实施例相同的是，本实施例具有梳状滤波探测器20及全波长探测器40，其中梳状滤波探测器20具有双孔光纤准直器21、法布里-珀罗标准具31以及第一光电探测器36，双孔光纤准直器21具有输入光纤26以及输出光纤27，输出光纤27为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤。全波长探测器40具有单孔光纤准直器41以及第二光电探测器42，这些与第一实施例相同，在此不再赘述。

本实施例中，双孔光纤准直器21具有双孔毛细管22以及位于双孔毛细管22一侧的聚焦透镜，该聚焦透镜为平凸透镜51，即透镜的一端为平面，另一端为外凸弧面。由图5可见，平凸透镜51靠近双孔毛细管22一端为平面，与平面相对的另一端面为弧面。在双孔光纤准直器21的内端面25外设有分光器52，本实施例的分光器52与平凸透镜51分离，且独立设置在梳状滤波探测器20内。

从输入光纤26入射的光束L21经过平凸透镜51后传播方向发生改变，并入射到分光器52上，形成反射光束L22以及透射光束L23，反射光束L22经过输出光纤27后进入单孔光纤准直器41，并入射至第二光电探测器42中。透射光束L23入射至法布里-珀罗标准具31后再入射至第一光电探测器36，波长监控器可通过计算两光电探测器接收光信号的频率响应来判断激光发生器出射的光信号波长是否与预定波长一致。

波长监控器第三实施例：

参见图6，与第一、第二实施例相同的，本实施例的有梳状滤波探测器20及全波长探测器40组成，梳状滤波探测器20设有双孔光纤准直器21、分光器62、法布里-珀罗标准具31以及第一光电探测器36，双孔光纤准直器21设有一根输入光纤26以及输出光纤27，输出光纤27为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤。全波长探测器40具有单孔光纤准直器41以及第二光电探测器42。

本实施例的双孔光纤准直器21具有双孔毛细管22以及位于双孔毛细管一侧作为聚焦透镜的双凸透镜61，双凸透镜61的两个端面均为外凸弧面，分光器62位于双凸透光镜61的外侧。

输入光纤26入射的光束L31经过双凸透镜61后以小于5°的入射角度入射至分光器62上，形成的反射光束L32经输出光纤27输出。透射光束L33则经过法布里-珀罗标准具31后入射至第一光电探测器36。

波长监控器第四实施例：

参见图7，本实施例由全波长探测器70及梳状滤波探测器80组成，其中全波长探测器70具有双孔光纤准直器71，双孔光纤准直器71由双孔毛细管72以及位于双孔毛细管72一端的自聚焦透镜73组成，自聚焦透镜73的外端设有分光器78，分光器78为镀制在自聚焦透镜73端面上的分光膜。双孔光纤准直器71还设有一根输入光纤76以及一根输出光纤77，输出光纤77为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤，输出光纤77的输出端与梳状滤波探测器80连接。

在双孔光纤准直器71的外端面75外侧设有第一光电探测器79，用于接收从分光器78出射的透射光束。

梳状滤波探测器80具有单孔光纤准直器81，单孔光纤准直器81与输出光纤77的输出端连接。在单孔光纤准直器81的外端设有法布里-珀罗标准具82，法布里-珀罗标准具82具有第一反射面83以及与第一反射面83相对的第二反射面84，单孔光纤准直器81位于法布里-珀罗标准具82的第一反射面83外。法布里-珀罗标准具82的第二反射面84外设有第二光电探测器85，用于接收从法布里-珀罗标准具82出射的光束。

从输入光纤76入射的光束L41经过自聚焦透镜73后以小于5°的入射角入射至分光器78，形成反射光束L42以及透射光束L43，反射光束L42入射至输出光纤77并经过单孔光纤准直器81后入射至法布里-珀罗标准具82，形成的光束L44入射至第二光电探测器85中。这样，第一光电探测器79及第二光电探测器85接收两束光束后分别形成频率响应图，通过计算两束光束的频率响应即可获得激光发生器输出光束波长与预定波长之间的漂移量，并以电信号的形式反馈至激光发生器，从而实现对波长的监控。

由上述方案可见，本实施例的波长监控器不使用在对角线上镀膜的分束器，使波长监控器的加工难度大大降低，从而降低波长监控器的生产成本，有利于波长监控器的批量生产。同时，作为全波长探测器70与梳状滤波探测器80的连接光纤77，其弯曲损耗较小，有利于反射光束L42的传播。

当然，上述实施例是本实用新型较佳的实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，第四实施例中，可使用平凸透镜或双凸透镜替代自聚焦透镜作为聚焦透镜使用，使用平凸透镜或双凸透镜时，分光器需要与聚焦透镜分离地独立设置在全波长探测器内；或者，使用自聚焦透镜作为聚焦透镜时，分光器也是与自聚焦透镜分离地独立设置；又或者，法布里-珀罗标准具选用空气隙法布里-珀罗标准具或固体腔法布里-珀罗标准具等，也可以实现本实用新型的目的，这些变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.梳状滤波探测器，其特征在于：包括

双光纤准直器(21)，其具有一输入光纤(26)以及输出光纤(27)，所述输出光纤(27)为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤；所述双光纤准直器(21)具有一个外端面以及与所述外端面相对的内端面；

法布里-珀罗标准具(31)，其位于所述双光纤准直器(21)的内端面外侧，所述法布里-珀罗标准具(31)与所述双光纤准直器(21)之间设有分光器(28)；所述法布里-珀罗标准具(28)具有相对的第一反射面与第二反射面，所述分光器(28)位于所述第一反射面外侧；

第一光电探测器(36)，其位于所述法布里-珀罗标准具(31)的第二反射面外侧。

2.根据权利要求1所述的梳状滤波探测器，其特征在于：

所述双光纤准直器(21)具有双孔毛细管(22)及位于所述双孔毛细管(22)一侧的聚焦透镜。

3.根据权利要求2所述的梳状滤波探测器，其特征在于：

所述聚焦透镜为自聚焦透镜(23)。

4.根据权利要求3所述的梳状滤波探测器，其特征在于：

所述分光器(28)为镀制在所述自聚焦透镜(23)端面上的分光膜。

5.根据权利要求2所述的梳状滤波探测器，其特征在于：

所述聚焦透光镜为平凸透镜或双凸透镜。

6.波长监控器，其特征在于：包括

梳状滤波探测器(20)，其具有

双光纤准直器(21)，其具有一输入光纤(26)以及输出光纤(27)，所述输出光纤(27)为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤；所述双光纤准直器(21)具有一个外端面以及与所述外端面相对的内端面；

法布里-珀罗标准具(31)，其位于所述双光纤准直器(21)的内端面外侧，所述法布里-珀罗标准具(31)与所述双光纤准直器(21)之间设有分光器(28)；所述法布里珀罗标准具(28)具有相对的第一反射面与第二反射面，所述分光器(28)位于所述第一反射面外侧；

第一光电探测器(36)，其位于所述法布里-珀罗标准具(31)的第二反射面外侧；

全波长探测器(40)，其具有单孔光纤准直器(41)以及位于所述单孔光纤准直器(41)一侧的第二光电探测器(42)，所述单孔光纤准直器(41)与所述输出光纤(27)的输出端连接。

7.根据权利要求6所述的波长监控器，其特征在于：

所述双光纤准直器(21)具有双孔毛细管(22)及位于所述双孔毛细管(22)一侧的聚焦透镜。

8.根据权利要求7所述的波长监控器，其特征在于：

所述聚焦透镜为自聚焦透镜(23)，所述分光器(28)为镀制在所述自聚焦透镜(23)端面上的分光膜。

9.波长监控器，其特征在于：包括

全波长探测器(70)，其具有双孔光纤准直器(71)以及位于所述双孔光纤准直器(71)一侧的第一光电探测器(79)，所述双孔光纤准直器(71)与所述第一光电探测器(79)之间设有分光器(78)；所述双孔光纤准直器(71)具有一输入光纤(76)以及输出光纤(77)，所述输出光纤为弯曲半径小于10毫米的单模光纤或多模光纤；

梳状滤波探测器(80)，其具有

单孔光纤准直器(81)，其与所述输出光纤(77)连接，所述单孔光纤准直器(81)具有外端面及与所述外端面相对的内端面；

第二光电探测器(85)，其位于所述单孔光纤准直器(81)内端面的外侧，所述第二光电探测器(85)与所述单孔光纤准直器(81)之间设有法布里-珀罗标准具(82)。

10.根据权利要求9所述的波长监控器，其特征在于：

所述双孔光纤准直器(71)具有一自聚焦透镜(73)，所述分光器(78)为镀制在所述自聚焦透镜(73)端面上的分光膜。

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