一种可调光滤波器的制作方法

本发明涉及光通信器件技术领域，具体来讲涉及一种可调光滤波器。

背景技术：

可调光滤波器应用于DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波复用)系统中，是组成可重构光分插复用器(ROADM，Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)的基础器件。从功能上来说，可调滤波器是一种波长(频率)选择器件，能从许多不同频率的输入光信号中，根据需要选择出一个特定波长(频率)的光信号(即达到滤波功能)。一个质量优良的可调光滤波器应该具有度高以容纳更多的信道、带宽窄以允许信道间隔小、波长可调节范围宽等优点，并具有潜在的价格优势。

伴随着WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)技术的飞速发展，可调光滤波器的技术也在不断发展，日趋完善。目前，出现的可调谐光滤波器分别基于波导、液晶、光纤光栅等技术。但实际使用中发现，现有的上述可调光滤波器分别存在以下缺陷：基于波导的滤波器在波长和带宽的灵活可调方面有一定局限性；基于液晶技术的滤波器响应时间比较长，达不到通信系统的要求；基于光纤光栅的滤波器由于对温度环境比较敏感，因此受限于工作场合。

因此，如何设计一种质量优良的可调光滤波器是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种可调光滤波器，是基于微机电系统(MEMS)技术实现的一种中心波长(频率)自动可调的优质光滤波器，不但切换快速、灵活，而且能应用于不同的工作场合。

为达到以上目的，本发明提供一种可调光滤波器，包括双光纤准直器、扩束单元和可调波长选择组件；所述双光纤准直器用于对宽带光源进行准直，所述扩束单元用于对宽带光源进行扩束，所述可调波长选择组件用于实现基于MEMS的可调谐波长的选择。当宽带光源经双光纤准直器的输入端进入可调光滤波器后，双光纤准直器对宽带光源进行准直并送入扩束单元；扩束单元对宽带光源进行扩束后，将扩束后的光信号投射到可调波长选择组件中；可调波长选择组件从扩束后的不同波长的光信号中，根据需要选择出一个特定波长的光信号，并将选择后的特定波长的光信号返回至扩束单元中；扩束单元将返回的光信号沿着光路送回至双光纤准直器中；双光纤准直器通过其输出端将该光信号输出。

在上述技术方案的基础上，所述扩束单元采用两个三角棱镜完成对宽带光源的扩束。

在上述技术方案的基础上，所述可调波长选择组件包括一个衍射光栅、一个聚焦透镜、一个MEMS微镜以及一个与MEMS微镜相连的水平运动的线性马达；所述衍射光栅固定于扩束单元扩束后的光信号投射路径上，其将扩束后的不同波长的光信号从不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透镜上；聚焦透镜将不同角度出射的光信号投射至位于其上方的MEMS微镜上；MEMS微镜在线性马达的带动下沿着水平方向移动，当MEMS微镜根据需要移动至选择出的一个特定波长的光信号处时，对该光信号进行反射，反射后的光信号沿着原光路返回，实现基于MEMS的可调谐的波长选择。

在上述技术方案的基础上，所述可调波长选择组件包括一个衍射光栅、一个聚焦透镜、一个MEMS微镜以及一个圆周运动的旋转马达，该旋转马达位于衍射光栅处并与衍射光栅相连；所述衍射光栅位于扩束单元扩束后的光信号投射路径上，将扩束后的不同波长的光信号从不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透镜上；聚焦透镜将不同角度出射的光信号投射至位于其正上方中心位置的MEMS微镜上；MEMS微镜对从聚焦透镜中心区域投射出的一种波长的光信号进行反射；所述衍射光栅在旋转马达的带动下旋转，当衍射光栅旋转至从聚焦透镜中心区域射出的光信号为所选择出的一个特定波长的光信号时，MEMS微镜对该特定波长的光信号进行反射，反射后的光信号沿着原光路返回，实现基于MEMS的可调谐的波长选择。

在上述技术方案的基础上，所述选择出的特定波长的光信号为：1530nm光信号、1550nm光信号或1570nm光信号。

在上述技术方案的基础上，所述MEMS微镜的宽度按照以下方式计算得到：

1、设衍射光栅的线数为d，聚焦透镜的焦距为f，单位都为nm；衍射光栅的入射角为衍射角为θ；光栅方程如式如下：

式中，m为衍射级次，λ为选择出的特定波长，c为光速，v为选择出的特定波长所对应的频率；

2、取衍射级次m＝1，得到：

3、对式(2)进行微分，得到光栅的角色散公式：

4、设选择出的特定波长所对应的聚焦区域的宽度为l，由角色散公式得到线色散公式：

5、根据线色散公式，计算得到MEMS微镜(33)的宽度D为：

式中，△V表示求导后的频率间隔，通过公式(5)计算得到相应的MEMS微镜(33)的宽度D。

在上述技术方案的基础上，△V选择为50GHz或100GHz。

在上述技术方案的基础上，当MEMS微镜与线性马达相连，衍射光栅为固定设置时，公式(5)中cosθ的取值为：所述选择出的特定波长的光信号所对应的衍射角θ的余弦值。

在上述技术方案的基础上，当MEMS微镜为固定设置，衍射光栅与旋转马达相连时，公式(5)中cosθ的取值为：当衍射光栅旋转至从聚焦透镜中心区域射出的光信号为所选择出的特定波长的光信号时，该特定波长的光信号此时所对应的衍射角θ的余弦值。

本发明的有益效果在于：

本发明中，可调波长选择组件是基于微机电系统(MEMS)技术来实现可调谐波长选择的组件。与现有技术中基于波导技术或液晶技术的的滤波器相比，基于微机电系统技术的可调滤波器能实现特定波长的快速切换选择，且操作灵活；另外，与基于光纤光栅的滤波器相比，本发明的可调波长选择组件对温度环境不是特别敏感，可不受工作场合限制，能应用于不同的工作场合，进而实现了一种质量优良的中心波长(频率)自动可调的光滤波器，满足了实际使用需求。

附图说明

图1为本发明可调光滤波器的第一实施例的结构示意图；

图2为本发明可调光滤波器的第二实施例在选择波长为1530nm时的结构示意图；

图3为本发明可调光滤波器的第二实施例在选择波长为1550nm时的结构示意图；

图4为本发明可调光滤波器的第二实施例在选择波长为1570nm时的结构示意图。

附图标记：

1-双光纤准直器；2-扩束单元，21-三角棱镜；3-可调波长选择组件，31-衍射光栅，32-聚焦透镜，33-MEMS微镜，34-线性马达，35-旋转马达。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

参见图1所示，本发明实施例提供一种可调光滤波器，包括用于对宽带光源进行准直的双光纤准直器1、用于对宽带光源进行扩束的扩束单元2，以及基于MEMS的实现可调谐波长选择的可调波长选择组件3。当宽带光源经双光纤准直器1的输入端进入可调光滤波器后，双光纤准直器1对宽带光源进行准直并送入扩束单元2；扩束单元2对宽带光源进行扩束后，将扩束后的光信号投射到可调波长选择组件3中；可调波长选择组件3从扩束后的不同波长的光信号中，根据需要选择出一个特定波长的光信号，并将选择后的特定波长的光信号返回至扩束单元2中；扩束单元2将返回的光信号沿着光路送回至双光纤准直器1中；双光纤准直器1通过其输出端将该光信号输出，从而达到滤波功能。

具体来说，参见图1所示，本实施例中，所述扩束单元2采用两个三角棱镜21来完成对宽带光源的扩束。并且，所述可调波长选择组件3包括一个衍射光栅31、一个聚焦透镜32、一个MEMS微镜33以及一个与MEMS微镜33相连的水平运动的线性马达34。其中，衍射光栅31固定于扩束单元2扩束后的光信号投射路径上，其(衍射光栅31)将扩束后的不同波长的光信号从不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透镜32上(这是光栅的基本原理)；聚焦透镜32将不同角度出射的光信号投射至位于其(聚焦透镜32)上方的MEMS微镜33上；MEMS微镜33在线性马达34的带动下沿着水平方向移动，当MEMS微镜33根据需要移动至选择出的一个特定波长的光信号处时，对该特定波长的光信号进行反射，反射后的光信号沿着原光路返回(即聚焦透镜32-衍射光栅31-扩束单元2-双光纤准直器1)，从而实现基于MEMS的可调谐的波长选择。可以理解的是，该实施例中选择出的特定波长的光信号包括：1530nm光信号、1550nm光信号和1570nm光信号。

实施例二：

本实施例中可调光滤波器与第一实施例大致相同，区别之处在于可调波长选择组件3的结构设置。参见图2至图4所示，本实施例中所述可调波长选择组件3包括一个衍射光栅31、一个聚焦透镜32、一个MEMS微镜33以及一个圆周运动的旋转马达35，该旋转马达35位于衍射光栅31处并与衍射光栅31相连。其中，衍射光栅31位于扩束单元2扩束后的光信号投射路径上，将扩束后的不同波长的光信号从不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透镜32上(这是光栅的基本原理)；聚焦透镜32将不同角度出射的光信号投射至位于其(聚焦透镜32)正上方中心位置的MEMS微镜33上；MEMS微镜33对从聚焦透镜32中心投射出的一个光信号进行反射；衍射光栅31在旋转马达35的带动下旋转(衍射光栅31在旋转时，能改变不同波长的光信号投射至聚焦透镜32的角度，从而改变从聚焦透镜32中心区域射出的光信号)，当衍射光栅31旋转至从聚焦透镜32中心区域射出的光信号为所选择出的一个特定波长的光信号时，MEMS微镜33对该光信号(所选择出的特定波长的光信号)进行反射，反射后的光信号沿着原光路返回(即聚焦透镜32-衍射光栅31-扩束单元2-双光纤准直器1)，从而实现基于MEMS的可调谐的波长选择。

本实施例中其他实现过程与第一实施例相同，此处不再赘述。另外，可以理解的是，所选择出的特定波长的光信号同样包括：1530nm光信号、1550nm光信号和1570nm光信号。

进一步地，在对实施例一和实施例二中的MEMS微镜33的宽度进行计算时，具体可按照以下方式：

1、设衍射光栅31线数为d，聚焦透镜32焦距为f，单位都为nm；衍射光栅31的入射角为衍射角为θ(如图1和图4中所示)；光栅方程如式如下：

式中，m为衍射级次，λ为选择出的特定波长，c为光速，v为选择出的特定波长所对应的频率；

2、取衍射级次m＝1，得到：

3、对式(2)进行微分，得到光栅的角色散公式：

4、由于聚焦透镜与衍射光栅配合，将角色散变换成线色散，使得不同波长的光信号聚焦到不同的对应区域上，则设选择出的特定波长所对应的聚焦区域的宽度为l，由角色散公式得到线色散公式：

5、根据线色散公式(4)，计算得到MEMS微镜33的宽度D为：

式中，△V表示求导后的频率间隔；对于现有的ITU规定的信道带宽，△V可选择为50GHz或100GHz，则可以通过上述公式(5)计算得到相应的MEMS微镜33的宽度D。另外，可以理解的是，实际使用中，对于滤不同的波长时，宽度D其实是有大小不同的，但是区别不是很大；因此，通常考虑到使用方便和成本等问题，实际使用时选择1550nm波长计算出的宽度D就适用1530～1570nm的光了。

更进一步地，在实施例一中，由于衍射光栅31为固定设置的，因此，衍射光栅31的入射角衍射角θ均为可知的固定值，则上述公式(5)中，cosθ也为可知的固定值，即为选择出的特定波长所对应的衍射角θ的余弦值。但在实施例二中，由于衍射光栅31为旋转设置的，因此，衍射光栅31的入射角会随着衍射光栅31的旋转而变化。当根据公式(5)计算MEMS微镜33的宽度D时，cosθ为从聚焦透镜32中心区域射出的光信号为所选择的特定波长的光信号时所对应的衍射角θ的余弦值。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。