CN202948203U - 一种带宽可调平顶型光学滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光通讯器件领域，公开了一种带宽可调平顶型光学滤波器，包括依次排列的输入输出单元、准直系统、可转动反射镜、光栅、透镜组和平面反射镜，所述平面反射镜前设有可变光阑；所述透镜组设于光栅与可变光阑之间，光栅和平面反射镜到透镜组的距离均等于透镜组的焦距。该结构采用可转动反射镜、衍射光栅和可变光阑结合，实现了平顶型的滤波曲线，且带宽可根据需要调节，结构简单、易于实现。

Description

一种带宽可调平顶型光学滤波器

技术领域

本实用新型涉及光通讯器件领域，尤其涉及一种可调光学滤波器。

背景技术

可调光滤波器是一种基本光学元件，其本质上为带通型滤波器，即只允许特定波长信号通过，其他波长信号反射掉。它可以应用于DWDM系统中的可重构的光路上下服用/解复用器(ROADM)以及光交叉互联（OXC）系统以及传感网络等诸方面。如用于抵消光放大器的增益斜度，从而减少各接收端光信号功率的信道之间的偏差。

目前，主要的可调谐滤波器有F-P滤波器、马赫-曾德滤波器、电光滤波器、光栅型滤波器和光纤布拉格光栅滤波器等。其中F-P滤波器的滤波曲线是高斯型，带宽受到限制，而通过镀膜手段虽然也可以做到平顶型，但是难度很大，成品率低，且带宽不可调。而一般的光栅分光型的滤波器滤波波形经反射镜滤波也是高斯型曲线。

中国专利局2011年4月27日公开的发明专利申请《基于MEMS技术的可调谐光滤波器》（申请号：201010535888.0）公布了一种基于MEMS技术的可调谐光滤波器，包括有沿光路设置的：输入准直器、反射镜、聚焦透镜、准直透镜、分光元件、反射镜和输出准直器，其特征在于，所述的反射镜为可转动的反射镜，所述的分光元件是衍射光栅，通过可转动的反射镜改变衍射光栅的入射角来实现波长选择。该结构的缺点：该滤波器滤过的波形为高斯型，且带宽不可调。

美国专利局于2011年5月1日公告的发明专利《Compact high-resolution tunable optical filter using optical diffraction element and a mirror》（专利号：US7899330B2），公开了一种基于反射镜和衍射光栅的高分辨率可调谐光滤波器。该光学滤波器包括分光元件，光束透镜组，MEMS反射镜，波片。入射的多波长光信号被分光元件分成单独的波长信道，经过光束转换透镜组后，通过转动MEMS反射镜选择反射波长信道，达到波长选择的目的。该结构的缺点：该滤波器滤过的波形为高斯型，且带宽不可调。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提出一种带宽可调平顶型光学滤波器，具有平顶型滤波曲线，且结构简单、带宽可调。

为达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种带宽可调平顶型光学滤波器，包括依次排列的输入输出单元、准直系统、可转动反射镜、光栅、透镜组和平面反射镜，所述平面反射镜前设有可变光阑；所述透镜组设于光栅与可变光阑之间，光栅和平面反射镜到透镜组的距离均等于透镜组的焦距；入射光由输入输出单元的输入端入射后经准直系统准直，之后由可转动反射镜反射到光栅上，经光栅衍射之后的衍射光束经透镜组、可变光阑后入射到平面反射镜上，平面反射镜与光路垂直，将入射光束沿原路反射，再次经过可变光阑、透镜组、光栅，然后由可转动反射镜反射进入准直系统之后由输入输出单元的输出端输出。

进一步的，还包括一光束整形单元，设于可转动反射镜与光栅之间。

进一步的，所述光束整形单元为两个或多个柱面镜组成的光束整形透镜组，或者是由两个或多个球面透镜组成的扩束透镜组。

进一步的，所述可变光阑为一维线性光阑，光阑宽度可调。

进一步的，所述光栅为透射型衍射光栅或反射型衍射光栅。

进一步的，所述可转动反射镜为MEMS反射镜。

进一步的，所述输入输出单元为环行器、双光纤准直器或是两个单光纤准直器。

进一步的，所述平面反射镜由一阵列反射镜替代，并省略掉可变光阑。

进一步的，所述阵列反射镜为MEMS型或LCOS型的一维或二维阵列反射镜，其中各个单元反射镜均能独立控制反射参量，在一维方向或二维方向上偏转。

本实用新型的有益效果为：采用可转动反射镜、衍射光栅和可变光阑结合，实现了平顶型的滤波曲线，且带宽可根据需要调节，结构简单、易于实现。

附图说明

图1为本实用新型的实施例一结构示意图；

图2为实施例一滤波原理示意图；

图3为可变光阑结构示意图；

图4为实施例一中采用不同光阑宽度的计算滤波曲线；

图5为实施例一中采用不同光阑宽度的实验滤波曲线；

图6为本实用新型实施例二结构示意图。

附图标记：1、环行器；2、准直系统；3、MEMS反射镜；4、扩束透镜组；5、光栅；6、球面透镜；7、可变光阑；701、基座；702、固定挡片；703、移动挡片；704、狭缝；705、电机平台；8、平面反射镜；9、阵列反射镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

如图1所示为本实用新型的实施例一。包括依次排列的输入输出单元、准直系统2、可转动反射镜、光束整形单元、光栅5、透镜组和平面反射镜8，该平面反射镜8前设有可变光阑7；其中，透镜组设于光栅5与可变光阑7之间，光栅5和平面反射镜8到透镜组的距离均等于透镜组的焦距；。该实施例中，可转动反射镜采用MEMS反射镜3，光栅5采用透射型衍射光栅，透镜组采用一球面透镜6，光束整形单元采用双透镜组成的扩束透镜组4，两透镜的焦距分别为f1和f2，MEMS反射镜3到前透镜的距离等于前透镜的焦距f1，光栅5到后透镜的距离等于后透镜的焦距f2，两透镜之间距离为f1+f2。输入输出单元采用一个环行器1，输入光由环行器1的输入端in入射，经过准直系统2后入射到MEMS反射镜3上，反射后的光束经过扩束透镜组4之后入射到光栅5上，经光栅5衍射发散，不同波长的光经不同角度出射，相同波长的光平行出射，经过球面透镜6的会聚之后，相同波长的光会聚到平面反射镜8上同一点，不同波长的光相互平行，分别投射到平面反射镜8上不同的位置，如图1中所示，从左到右分别为波长λ1、λ2、λ3……λn。平面反射镜8与这些相互平行的光垂直，设于球面透镜6的焦平面上，光经过平面反射镜8反射后，沿原路返回，依次通过球面透镜6、光栅5、扩束透镜组4、MEMS反射镜3、准直系统2，最后由环行器1的输出端out输出。当平面反射镜8前没有设置光阑时，所有光将沿原路返回，此时输出曲线与波长无关，所有波长的插损值一样，没有滤波作用。在平面反射镜8前设置一个可变光阑7，如图3所示，可变光阑7中间为一狭缝704，狭缝704宽度可调，只有狭缝704内的光束可以被平面反射镜8反射并沿原路返回，而狭缝704外的光束将被吸收，这样在输出端out得到的光谱就是一个带通滤波曲线，带宽跟狭缝704的宽度有关。通过调节可变光阑7的狭缝704宽度，就可调节滤波带宽。该实施例中，可变光阑7包括基座701、固定挡片702和移动挡片703，移动挡片703设于一电机平台705上，通过电机平台705带动在基座701上移动，以调节固定挡片702和移动挡片703之间的狭缝704大小，如图3所示。

如图2所示，演示的是滤波波段的调谐，通过调节MEMS反射镜3的角度来实现。当MEMS反射镜3转动到角度θ1时，光路传输如图中实线所示，这时由环行器1输出端out输出通带为（λ1+λn）/2±△λ；当MEMS反射镜3转动到角度θ2时，光路传输如图中虚线所示，这时由环行器1输出端输出通带为[（λ1+λn）/2-△] ±△λ；当MEMS反射镜3转动到角度θ3时，光路传输如图中双实线所示，这时由环行器1输出端输出通带为[（λ1+λn）/2+△] ±△λ；当△=（λ1-λn）/2时，虚线和实线通过的带宽分别是λ1±△λ和λn±△λ；当△＜（λ1-λn）/2时，透过的带宽在λ1±△λ和λn±△λ之间浮动，从而就实现了平顶型的滤波器功能，而可变光阑7的狭缝704宽度可调，从而实现了带宽可调的平顶型滤波器功能。如图4和5所示，分别是根据不同光阑狭缝宽度计算出来的计算滤波曲线和不同光阑狭缝宽度实际实验得出的实验滤波曲线，图中三条曲线表示狭缝大小变化时的滤波情况。

如图5所示是本实用新型的实施例二，与实施例一不同的是，采用一阵列反射镜9替代可变光阑7和平面反射镜8，优选的，本实施例的阵列反射镜9为MEMS型二维阵列反射镜，同样设于球面透镜6的焦平面上。当各个单元反射镜都与球面透镜6之后的各个波长的光束垂直时，所有波长的光均被反射沿原路返回，此时输出曲线与波长无关，所有波长插损值一样。当仅允许阵列反射镜9中的部分单元反射镜与光束垂直，其他单元反射镜偏转一定角度使其反射的光不能沿原路返回，就得到一个平顶的滤波器，并且和光束垂直的反射镜数量可控，实现了带宽的调节，也就得到一个平顶型带宽可调的滤波器。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：包括依次排列的输入输出单元、准直系统、可转动反射镜、光栅、透镜组和平面反射镜，所述平面反射镜前设有可变光阑；所述透镜组设于光栅与可变光阑之间，光栅和平面反射镜到透镜组的距离均等于透镜组的焦距；入射光由输入输出单元的输入端入射后经准直系统准直，之后由可转动反射镜反射到光栅上，经光栅衍射之后的衍射光束经透镜组、可变光阑后入射到平面反射镜上，平面反射镜与光路垂直，将入射光束沿原路反射，再次经过可变光阑、透镜组、光栅，然后由可转动反射镜反射进入准直系统之后由输入输出单元的输出端输出。

2.如权利要求1所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：还包括一光束整形单元，设于可转动反射镜与光栅之间。

3.如权利要求2所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述光束整形单元为两个或多个柱面镜组成的光束整形透镜组，或者是由两个或多个球面透镜组成的扩束透镜组。

4.如权利要求1-3任一项所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述可变光阑为一维线性光阑，光阑宽度可调。

5.如权利要求1-3任一项所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述光栅为透射型衍射光栅或反射型衍射光栅。

6.如权利要求1-3任一项所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述可转动反射镜为MEMS反射镜。

7.如权利要求1-3任一项所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述输入输出单元为环行器、双光纤准直器或是两个单光纤准直器。

8.如权利要求1所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述平面反射镜由一阵列反射镜替代，并省略掉可变光阑。

9.如权利要求8所述一种带宽可调平顶型光学滤波器，其特征在于：所述阵列反射镜为MEMS型或LCOS型的一维或二维阵列反射镜，其中各个单元反射镜均能独立控制反射参量，在一维方向或二维方向上偏转。

Images