一种基于游标原理的可调谐光滤波器的制作方法

本发明属于光通信领域，尤其涉及一种基于游标原理的可调谐光滤波器。

背景技术：

随着信息传输带宽的需求一直在以爆炸的速度增长。为满足网络流量的飞速发展，在骨干层网络，40Gbps、100Gbps光网络已经开始商用部署，400Gbps或1Tbps光通信系统也开始研究。在接入网络层面，也必然对网络流量和多业务支持提出了更高要求。目前接入网主要以树形结构的PON(无源光纤网络)技术为主，基于时分复用的无源光网络TDM-PON(time division multiplexing-pa ssive optical network)应用较广泛。目前，PON技术正在向波分复用发展，如WDM-PON(wavelength division multiplexing-passive optical network)，TWDM-PON(time wavelength division multiplexing-passive optical netw ork)等。对于采用波分复用技术的PON网络，即ONU(optical network unit)模块必需具有波长可调的接收功能，换言之就是需要在ONU模块内部集成一个低成本的可调滤波器。

波长可调谐的滤波器作为光通信常用器件，已被广泛研究。目前市场上有很多种可调谐滤波器，如采用滤光片滤波、介质膜滤波、FP(Fabry-Perot)腔标准具滤波等。其中采用FP腔标准具滤波的方法，具有体积小、便于集成，加工制作简单、工艺成熟、加工精度高、成本低、便于批量生产，波长调谐简单、便于多通道扩展，滤波质量好等优点，受到人们的关注。FP腔标准具滤波时，其通道频率间隔FSR＝c/2nL，其中c为真空中光速，n为FP腔材料折射率，L为FP腔腔长，即FP腔标准具厚度。由公式可得，要想获得较大的FSR(通道频率间隔)，FP腔标准具厚度要尽可能薄。但受限于标准具加工能力限制，其厚度无法做到很薄。而且标准具厚度过小，影响使用，不便于粘接等操作，影响产品工艺性，应用困难。

如中国专利“一种FP腔结构TWDM-PON可调接收机”，采用FP腔标准具叠加滤波，将两个或以上同样规格的FP腔标准具层叠起来滤波，能够提升滤波质量。该专利产品能够高质量滤波，波长调谐便捷，但其FSR受标准具加工工艺能力限制，无法满足通道间隔要求高的应用场所。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于游标原理的可调谐光滤波器，在保证信号质量前提下，将其中一个波长的光信号滤出，并将其进行光电转换或不做光电转换直接输出，既能展宽FSR，又能可调谐滤波波长。

本发明的技术方案是：

一种基于游标原理的可调谐光滤波器，该可调谐光滤波器由光路部分和控制部分组成，

所述光路部分包括：入射准直器，用于光信号输入；

FP腔标准具，能够实现对FP腔标准具透射光谱带宽的调整，以满足可调接收机工作带宽的要求；

APD芯片，能够将经FP腔标准具滤波后的光信号接收，并将其转换成一定强度的电流，便于后续的信号传输及处理；

所述控制部分为TEC，能够对FP腔标准具进行温控；

其中，所述FP腔标准具安装在所述入射准直器和所述APD芯片之间，所述FP腔标准具紧密粘接在所述TEC的上部，所述入射准直器和所述APD芯片同心轴向排列固定于封装壳体的两侧，所述TEC固定于所述封装壳体的底部。

进一步，所述FP腔标准具至少为两个。

进一步，每个所述FP腔标准具仅厚度不同。

进一步，所述FP腔标准具的个数与所述TEC的个数相一致。

本发明还提供一种基于游标原理的可调谐光滤波器的使用方法，该方法包括如下步骤：

1)从入射准直器入射的多波长光信号为准直光，该准直光经过至少两个FP腔标准具滤波；

2)TEC对每个FP腔标准具进行温控，每个FP腔标准具的透射光谱因热光效应，而沿频率轴连续地平移，每个FP腔标准具的透射光相对滑动，当有至少两个FP腔标准具的透射光出现峰值频率重合时，即此峰值频率的FP腔标准具的透射光能够被滤出；

3)被FP腔标准具所滤出的透射光被APD芯片所接收；

4)APD芯片将所接收的透射光的光信号转换为电流信号，用于后续处理。

本发明的有益效果：1)本发明专利所采用的FP腔标准具，准直器，APD、TEC等光器件均为小体积器件，易于实现集成封装，满足光接入网对ONU模块体积的严格要求。

2)本发明专利所采用两个或多个FP腔标准具，能实现对单一FP腔标准具透射光谱带宽的调整。相对于单一FP腔标准具，多个FP腔标准具下带宽更窄，可以满足对可调接收器件隔离度的要求。

3)本发明专利采用厚度不一样的FP腔标准具作为滤波器件，即每个FP腔标准具的透射光谱不同、FSR不同，可通过对每个FP腔标准具分别控制，基于游标原理实现波长的连续调节，同时相比较于采用同样厚度FP腔标准具和采用单片FP腔标准具滤波，滤波器FSR大大展宽。

4)本发明专利通过采用不同厚度FP腔标准具叠加滤波，基于游标原理调节波长，能够在不过度减薄FP腔标准具的情况下，获得较大的FSR，FP腔标准具厚度适度，便于加工和保证精度，利于大规模生产和降低成本。

5)FP腔标准具厚度可灵活选择，滤波通道间隔可灵活控制。

6)本发明专利采用TEC调节FP腔标准具的温度来调节滤波波长，切换滤波通道，原理简单，便于实现，波长调节快。

附图说明

图1为本发明一种基于游标原理的可调谐光滤波器的结构示意图；

图2为FP腔标准具透射光谱平移示意图；

图3为游标原理滤波示意图；

图4为本发明实施例2的光路示意图；

图5为本发明一种基于游标原理的可调谐光滤波器在TWDM-PON系统中应用示意图；

其中，10、入射准直器；11、FP腔标准具；11-1、第一FP腔标准具；11-2、第二腔标准具；12-1、第一TEC；12-2、第二TEC；13、APD芯片；14、封装壳体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于游标原理的可调谐光滤波器，具有成本低、体积小、可连续调节、通道间隔大、调节灵活快速等技术优点。该可调谐光滤波器由光路部分和控制部分组成；光路部分包括：

入射准直器10，为光通信常用光学元件，其工作波段视具体需求而定，其工作距离及光斑大小视具体光路要求而定，入射准直器用于光信号输入；

FP腔标准具11，能够实现对FP腔标准具11透射光谱带宽的调整，以满足可调接收机工作带宽的要求；FP腔标准具11的个数与TEC12的个数相一致；

FP腔标准具11至少为两个，每个FP腔标准具11仅厚度不同，FSR不同，而其他特性如材料、镀膜特性、透射反射特性等完全一致。由于单个FP腔标准具具有滤波的功能，当使用多个厚度不一样的FP腔标准具时，滤波器FSR大大展宽。并且在具体使用中单个FP腔标准具11滤波能力有限，采用两个或多个FP腔标准具11，使其透射谱线进行“叠加”则可以满足对光谱特性较高的要求，如TWDM-PON要求3dB带宽≥0.35nm，25dB带宽≤1.2nm，FSR>800GHZ，单个FP腔标准具11无论怎样改变其相关参量都无法满足其相关光谱特性，但多个FP腔标准具11叠加，则可以满足要求。

两个或多个FP腔标准具11仅厚度不同的标准具，每个FP腔标准具11有不同的透射光谱和FSR，其透射光谱随温度变化，沿频率轴“平移”而FSR保持不变。基于游标原理，当两个或多个FP腔标准具透射光谱中的某一系列峰值频率(波长)相重合时，即可滤出该系列频率(波长)的波。整个滤波器的透射光谱FSR大大展宽。

APD芯片13，可视具体需要灵活选择其封装方式，能够将经FP腔标准具滤波后的光信号接收，并将其转换成一定强度的电流，便于后续的信号传输及处理；

控制部分为TEC12，能够对FP腔标准具11进行温控；可以分别准确快速控制每个FP腔标准具11的温度，根据热光效应，可以使FP腔标准具11的透射谱沿频率轴连续地平移。基于游标原理，可滤出要求的波长信号，整个器件的透射谱FSR大大展宽。因FP腔标准具11透射谱的平移是连续的，故可调谐滤波波长也是连续的。

其中，FP腔标准具11安装在入射准直器10和APD芯片13之间，FP腔标准具11紧密粘接在TEC12的上部，入射准直器10和APD芯片13同心轴向排列固定于封装壳体的两侧，TEC12固定于封装壳体14的底部。

实施例2

以2个FP腔标准具的可调谐光滤波器为例，如图1所示，包括入射准直器10、第一FP腔标准具11-1、第二FP腔标准具11-2，第一TEC 12-1，第二TEC12-2，封装后的APD芯片13，封装壳体14。其中入射准直器10，与封装后的APD芯片13对准，并实现光路耦合。第一FP腔标准具11-1与第二FP腔标准具11-2为固体系标准具，位于入射准直器10与封装后的APD芯片13之间，其厚度不同，设其FSR分别为200GHz和300GHz。第一FP腔标准具11-1的一边通过过渡块与第一TEC12-1紧密粘接，保证较好的导热性，同样地，第二FP腔标准具11-2与第二TEC12-2以相同的方式粘接固定。第一TEC 12-1和第二TEC 12-2由绝热性较高的胶粘接固定于封装壳体14上。第一TEC 12-1和第二TEC 12-2可以分别控制第一FP腔标准具11-1和第二FP腔标准具11-2的温度，由于固体系FP腔标准具的热光效应，随着温度的变化，FP腔标准具透射光谱会沿着频率方向平移，即透射光峰值频率(波长)会如同游标一样沿着频率轴平移，如图2所示。透射谱的平移如同游标一样，整个透射光谱即是游标，前后滑动，而峰值波长为其刻度线，通道频率间隔FSR为刻度间隙。两个游标(透射光谱)相对滑动时，当两个游标有刻度线(峰值频率)重合时，此刻度线(峰值频率)即可透过，即此频率光波被滤出。如图3所示。第一FP腔标准具11-1和第二FP腔标准具11-2的FSR分别为200GHz和300GHz，即游标刻度间隙分别为Δv₁＝200G,Δv₂＝300G。当通过温度控制使游标刻度线对准时，相对应的峰值频率(波长)光波即可滤出，如图3所示。可以看出，2个FP腔标准具叠加滤波后，透射光谱的FSR为600GHz，相比较单个FP腔标准具滤波，FSR大大展宽。本实施例中，两个FP腔标准具的FSR可以根据需求设计，假设其分别为M和N，则基于游标原理叠加滤波后，透射谱FSR展宽为M和N的最小公倍数。

本实施例中，光路示意图如图4所示，自入射准直器10入射的多波长光信号为准直光，该准直光经过第一FP腔标准具11-1滤波，而后经过第二FP腔标准具11-2滤波，通过控制两者温度，基于游标原理选择滤波频率(波长)。自第二FP腔标准具11-2输出的滤波后的光信号为该单波长信号被封装后的APD芯片13所接收，并转换为电流信号，用于后续处理。

以在TWDM-PON中的应用为例，本发明实施例1实现功能的具体过程如图5：在TWDM-PON的应用中，自OLT(Optical Line Terminal)输入的下行业务信号由8个波长的业务信号组成，其波长分别为1596.34nm，1597.19nm，1598.04nm，1598.89nm，1599.75nm，1600.60nm，1601.46nm，1602.31nm。该OLT下行业务信号经ODN分为64个光强相等的信号，然后分别入射至64个可调接收的ONU模块，如图5所示。可调接收的ONU模块模块内将集成实施例1所描述的可调滤波器件。通过TEC12切换FP腔标准具11的温度，切换该滤波器的滤波波长单独选择8个波长中任意波长信号用于通信。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。