CN202615041U - 一种集成角度传感器的可调谐光滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的一种集成角度传感器的可调谐光滤波器，至少包括光纤输入输出装置、光准直器、光栅、可转动反射镜，其特征不同之处在于：还包括与可转动反射镜相配置的角度传感器，从光纤输入输出装置输出的多波长光束，通过光准直器转换为平行光束，平行光束射入光栅从而将不同波长的光分量按其衍射角的不同分散开来，然后不同角度的衍射光投射到可转动反射镜，旋转可转动反射镜的转角选择任一波长的衍射光原路返回，从光纤输入输出装置输出；角度传感器用于检测可转动反射镜的旋转角度，进而得到可转动反射镜旋转角度所对应光信号的波长。

Description

一种集成角度传感器的可调谐光滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种可调谐光滤波器，具体而言，涉及一种集成角度传感器的可调谐光滤波器。 

背景技术

随着信息时代的发展，人们对光纤通讯系统的容量和光纤通讯系统的传输速度的要求越来越高。在光纤通讯系统和传感网络中，需要可调谐光滤波器对光纤传送光信号的波长进行调节，使不同波长的光信号在不同的信道中传输。目前，可调谐光滤波器种类繁多，结构多样。例如：光栅可调谐滤波器，声光可调谐滤波器等等。光栅滤波器是利用入射光入射到光栅表面时，不同波长的光分量具有不同的衍射角，从而把不同波长光信号分开，实现可调谐滤波功能。声光可调谐滤波器是通过声光衍射原理制成的分光器件，当入射光照射到此光栅后将产生布拉格衍射，改变高频驱动信号的频率，即可改变衍射光的波长，进而达到分光的目的。显然，一般可调谐光滤波器只能实现可调谐滤波功能，所选光信号的波长不得而知。因此，在现有光纤传感系统中，我们需要在系统中外置标准具来标定波长，成本昂贵，结构复杂，从而限制了实际应用。 

发明内容

鉴于上述，针对现有技术的不足，本实用新型提出一种集成角度传感器的可调谐光滤波器，在现有可调谐光滤波器的基础上增加一个波长反馈的功能。 

本实用新型提出的一种集成角度传感器的可调谐光滤波器，至少包括光纤输入输出装置、光准直器、光栅、可转动反射镜，其特征在于：还包括与可转动反射镜相配置的角度传感器，从光纤输入输出装置输出的多波长光束，通过光准直器转换为平行光束，平行光束射入光栅从而将不同波长的光分量按其衍射角的不同分散开来，然后不同角度的衍射光投射到可转动反射镜，旋转可转动反射镜使得不同波长的衍射光按原路返回，从光纤输入输出装置输出；角度传感器检测可转动反射镜的旋转角度，进而得到可转动反射镜旋转角度所对应光信号的波长。 

优选的，所述角度传感器安装在可转动反射镜的转动轴上。 

优选的，所述光纤输入输出装置为光环行器、双芯插针、耦合器中的一种。 

优选的，所述可转动反射镜由Mems反射镜或电机驱动的反射镜片构成。 

优选的，所述角度传感器为光学角度传感器、电容式角度传感器、电感式角度传感 器、光栅角度传感器、编码式角度传感器中的一种。 

对比现有技术，本实用新型的有益效果：本实用新型提出的一种集成角度传感器的可调谐光滤波器，光栅把不同波长的光衍射到不同角度方向，转动反射镜可选择不同波长的光信号，同时角度传感器可测得反射镜转动的角度，进而得到所选光波的波长。在现有光纤传感器系统中，一般可调谐光滤波器不具备测量光波波长的功能，需要在系统中外置标准具来标定波长。本实用新型可省掉标定波长这一步骤，降低了成本。此外，该实用新型还具有结构简单小巧，光路方便调节，更加适合批量生产，能广泛应用于光纤通信和光纤传感系统中。 

附图说明

图1为本实用新型集成角度传感器的可调谐光滤波器的第一实施例的光路图； 

图2为本实用新型集成角度传感器的可调谐光滤波器的第二实施例的光路图；

图3为本实用新型可转动反射镜及角度传感器正面结构示意图；

图4为本实用新型可转动反射镜及角度传感器侧面结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的主要思想是角度传感器可感受被测角度并转换成可用输出信号，故而可观测反射镜旋转的角度，得到对应光波波长。 

现结合附图对本实用新型做进一步描述： 

参阅附图1，该集成角度传感器的可调谐光滤波器的第一实施例中，包括光环形器1-1、传输光纤1-2、光准直器2、光栅3、可转动反射镜4、角度传感器5，多波长光束从光环行器1-1的第一端口A进入，第二端口B输出后经过传输光纤1-2、光准直器2转换为平行光束照射在与光准直器光轴成90°-θ（θ为光栅的bragg角）的光栅3的平面上，平行光束射入光栅3，不同波长的光分量因衍射角不同发生色散，可转动反射镜4以一定转动角度选择任一波长的光信号原光路返回，再经过光栅3二次衍射、色散后，通过光准直器回到光环型器1-1的第二端口B，最终实现选定波长的光信号从环行器1-1的第三端口C输出，把输入光束和可调谐光滤波器的输出光束分开。位于可转动反射镜4下的与其转轴相配置的角度传感器5包括一角度传感器光发射器、一角度传感器接收器。由于可转动反射镜发射不同波长的光波时转动的角度不同，紧贴于镜底面的角度传感器接收器接收到的角度传感器发射器发出的光信号能量不同，对应于不同的反射镜旋转角度，进而计算得到光信号的波长。

本实施例中，所述的输入光纤和输出光纤由光环行器1-1和传输光纤1-2构成，光环行器1-1的第一端口A到第二端口B和传输光纤1-2作为光纤输入装置，光环行器1-1的第 二端口B到第三端口C作为光纤输出装置。 

本实施例中，可转动反射镜4由Mems反射镜构成； 

本实施例中，角度传感器5是光电位置传感器。

参阅附图2，该集成角度传感器的可调谐光滤波器的第二实施例中，包括光环形器1-1、传输光纤1-2、光准直器2、光栅3、可转动反射镜4、角度传感器5，多波长光束从光环行器1-1的第一端口A进入，第二端口B输出后经过传输光纤1-2、光准直器2转换为平行光束照射在与光准直器光轴成90°-θ（θ为光栅的bragg角）的光栅3的平面上，平行光束射入光栅3，不同波长的光分量因衍射角不同发生色散，可转动反射镜4以一定转动角度选择任一波长的光信号原光路返回，再经过光栅3二次衍射、色散后，通过光准直器回到光环型器1-1的第二端口B，最终实现选定波长的光信号从环行器1-1的第三端口C输出，把输入光束和可调谐光滤波器的输出光束分开。位于可转动反射镜4下的与其转轴相配置的角度传感器5包括一电机，一编码盘。在一个圆形玻璃盘的边缘开有相等角距的缝隙，称为透明和不透明的码盘，在此码盘开缝的两边，分别安有光源和光电元件。当码盘随可转动反射镜4转动时，每转过一个缝隙，光电元件所获得的光强就发生一次明暗的转换，光电转化电路就产生一定幅值和功率的电信号。计数器记录转过缝隙的数目，进而得出编码盘转动的角度。 

本实施例中，所述的输入光纤和输出光纤由光环行器1-1和传输光纤1-2构成，光环行器1-1的第一端口A到第二端口B和传输光纤1-2作为光纤输入装置，光环行器1-1的第二端口B到第三端口C作为光纤输出装置。 

本实施例中，可转动反射镜4由电机驱动的反射镜构成； 

本实施例中，角度传感器5是编码式数字传感器。

对于光栅周期恒定的衍射光栅，有光栅方程： 

mλ＝Λ(sinθ_i+sinθ_D)，式中，m为衍射级数，λ为光信号中心波长，^为光栅周期，θ_i为光信号入射角，θ_D为光信号第m级衍射光的衍射角。

由上述公式可知，对于固定的入射角，不同的衍射角对应不同的光波波长。 

因此，衍射光栅具有将不同波长的光波分散开的性质，可称为角色散。对光栅方程两边求偏导，得到角色散方程： 

$\frac{d{\mathrm{\θ}}_D}{\mathrm{d\λ}}=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_i-\sin {\mathrm{\θ}}_D}{\mathrm{\λ}\cos {\mathrm{\θ}}_D}$

由此可见，转动反射镜可使不同波长的光分量原路返回，即反射镜转动的角度与光分量的波 长一一对应。在角度改变量可以观测的情况下，可算出波长的改变量，进而得到光波波长。

在上述理论知识的基础上，本实用新型提出的一种集成角度传感器的可调谐光滤波器，利用角度传感器测知可转动反射镜旋转的角度，算出所选光波的波长，从而实现波长反馈的功能。 

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。 

Claims (5)

1.一种集成角度传感器的可调谐光滤波器，至少包括光纤输入输出装置、光准直器、光栅、可转动反射镜，其特征在于：还包括与可转动反射镜相配置的角度传感器，从光纤输入输出装置输出的多波长光束，通过光准直器转换为平行光束，平行光束射入光栅从而将不同波长的光分量按其衍射角的不同分散开来，然后不同角度的衍射光投射到可转动反射镜，旋转可转动反射镜使得不同波长的衍射光按原路返回，从光纤输入输出装置输出；角度传感器检测可转动反射镜的旋转角度，进而得到可转动反射镜旋转角度所对应光信号的波长。

2.如权利要求1所述的集成角度传感器的可调谐光滤波器，其特征在于：所述角度传感器安装在可转动反射镜的转动轴上。

3.如权利要求1所述的集成角度传感器的可调谐光滤波器，其特征在于：所述光纤输入输出装置为光环行器、双芯插针、耦合器中的一种。

4.如权利要求1所述的一种集成角度传感器的可调谐光滤波器，其特征在于：所述可转动反射镜由Mems反射镜或电机驱动的反射镜片构成。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种集成角度传感器的可调谐光滤波器，其特征在于：所述角度传感器为光学角度传感器、电容式角度传感器、电感式角度传感器、光栅角度传感器、编码式角度传感器中的一种。

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