一种衰减可调的宽带波长可调谐滤波器的制作方法

本发明涉及光电子领域、传感领域的可调谐光滤波器，尤其涉及一种衰减可调的宽带波长可调谐滤波器。

背景技术：

随着密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)系统的快速发展，人们对传输系统的灵活性要求越来越高，可调谐光滤波器可以灵活选择所需波长，给光通信系统带来了便捷，已经广泛应用于通信网络中。同时，在光传输网络中，光信号的功率对线路信号的传输也至关重要。在实际应用中，一般通过可调光衰减器(Variable Optical Attenuator，VOA)来实现线路的功率管理。

此外，随着通信速率的提升，光传输信号的码型也越来越复杂，在某些应用中，往往需要光滤波器具有较大的光学通带，使得信号能量可以全部通过滤波器。

基于MEMS技术的可调谐光滤波器是一种体积小，结构简单，性能稳定的滤波器。在现有公开技术中，基于MEMS技术的可调谐滤波器都只有单纯的波长滤波的功能，而不具备功率调节能力，另外对于如何实现更大的光学通带也少有涉及。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点和不足，提供一种新型的基于MEMS技术的衰减可调的宽带波长可调谐光滤波器，该滤波器集成了衰减调节、波长调节的功能。此外，通过一定的光学设计可以使得本发明装置具有更大的光学带宽。

一种衰减可调的宽带波长可调谐滤波器，其光路组成依次包括：光输入端口、准直透镜、衍射光栅、MEMS反射镜及光输出端口，

光输入端口，用于输入光信号；

准直透镜，用于将光信号准直；

衍射光栅，用于将光信号的不同波长分量在空间上分离；

MEMS反射镜，通过控制MEMS反射镜绕一个轴转动，改变从光输出端口输出的反射光波长，实现波长调谐；通过控制MEMS反射镜绕另一个正交轴转动，改变反射光与光输出端口的耦合，实现衰减可调；

光输出端口，用于接收MEMS反射镜反射的光信号并输出光信号。

其中，光输入端口、光输出端口设置于准直透镜的前焦平面处。

其中，二维可调的MEMS反射镜设置于准直透镜的后焦平面处。

其中，所述光输出端口数目大于1，通过控制MEMS反射镜绕另一个正交轴转动，使反射信号选择其中一个光输出端口输出。

其中，光输入端口的光纤端面、光输出端口的光纤端面设置有光纤扩束装置。

其中，对光输入端口的光纤、光输出端口的光纤采用烧结工艺处理，改变光纤中折射率分布，使得光纤端面处光斑半径增大，实现扩束装置的功能。

有益效果

本发明提出的一种衰减可调的宽带波长可调谐滤波器，MEMS反射镜可独立的绕两个正交轴转动，通过控制MEMS反射镜绕一个轴转动以改变从光输出端口输出的反射光波长，实现波长调谐；通过控制MEMS反射镜绕另一个正交轴转动改变反射光与光输出端口的耦合，实现衰减可调。可见，该滤波器集成了衰减调节、波长调节的功能。此外，通过一定的光学设计，譬如在光输入端口、光输出端口的光纤端面，设置光纤扩束装置，其作用是增加光纤端面处的光斑尺寸，最终增加滤波器的光学通带，可以使得本发明装置具有更大的光学带宽。本发明结构紧凑，光学元件较少，成本低，易于生产。

附图说明

图1为本发明第一实施例波长调谐示意图；

图2为本发明第一实施例衰减调节示意图；

图3为本发明第二实施例通道选择示意图；

其中：

1-光输入端口；

2-准直透镜；

3-衍射光栅；

4-MEMS反射镜；

5-光输出端口；

51-第一光输出端口；

52-第二光输出端口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作具体说明。

图1示意本发明第一实施例波长调谐示意图，其光路组成依次包括：光输入端口1、准直透镜2、衍射光栅3、MEMS反射镜4及光输出端口5。来自光输入端口1的信号光经准直透镜2准直后，入射至衍射光栅3。信号光经衍射光栅3衍射后，不同波长分量的信号光具有不同的衍射角i，并满足光栅方程：

d(sin i+sinθ)＝mλ

其中d为衍射光栅3的光栅常数，θ为信号光入射至衍射光栅3的角度，i为衍射角，m为衍射级次。

信号光经衍射后，各波长分量在空间上相互分开，之后以不同角度入射至MEMS反射镜4，如图1中λ₁、λ₂所示。通过设计光输出端口5的位置，可以使得只有以特定角度入射至MEMS反射镜4的波长分量，经MEMS反射镜4反射回光学系统后，耦合至光输出端口5输出。在本发明第一实施例示意图中，只有垂直入射于MEMS反射镜4的波长分量，经MEMS反射镜4反射回光学系统，才能耦合至光输出端口5。

图1示意的本发明第一实施例中，Y轴为垂直于纸面的方向。通过控制MEMS反射镜4绕Y轴转动，可以选择垂直于MEMS反射镜4入射的波长分量耦合至光输出端口5输出，实现波长调谐滤波器的功能。例如，当衍射光栅3常数d＝900l/mm，入射角θ＝40°，衍射级次m＝1时。根据光栅方程可知，对于波长1525nm的信号光，其衍射角i＝35.25°，当波长为1570nm时，其衍射角i＝37.82°。通过转动MEMS反射镜4，若使得MEMS反射镜4的法线与衍射光栅3法线正好成35.25°时，波长为1525nm的信号分量将垂直入射于MEMS反射镜4，此时，本发明的可调谐滤波器将选择1525nm附近的信号光输出。同理，若转动MEMS反射镜4使它的法线与衍射光栅3法线成37.82°时，将选择1570nm附近的信号光输出。

图2示意本发明第一实施例衰减调节示意图。其光路组成依次包括：光输入端口1、准直透镜2、衍射光栅3、MEMS反射镜4及光输出端口5。其中，示意图2中坐标系相对示意图1翻转90°。此时，X轴方向为垂直纸面方向。

来自光输入端口1的信号光，经过准直透镜2、衍射光栅3，聚焦至MEMS反射镜4，随后由MEMS反射镜4反射回光学系统，最后耦合至光输出端口5输出。

通过控制MEMS反射镜4绕X轴转动，可以改变信号光的反射角度，从而改变反射信号光与光输出端口5在Y方向的位移ΔY。根据高斯光束耦合理论，耦合效率η与ΔY满足如下关系：

其中，ω₀为光输出端口5处高斯光束的半径。

因此，控制MEMS反射镜4绕X轴转动，可以改变反射光耦合至光输出端口5的耦合效率，从而实现本装置衰减可调的功能。

在本发明的其它实施例中，光输出端口5数目可以大于1，通过控制MEMS反射镜4绕X轴转动，不仅可以实现衰减调节，还可以实现光输出端口5的选择。下面结合实施例作具体说明。

图3示意本发明第二实施例通道选择示意图，其光路组成依次包括：光输入端口1、准直透镜2、衍射光栅3、MEMS反射镜4及光输出端口5。在本实施例中，光输出端口5包括第一光输出端口51、第二光输出端口52。来自光输入端口1的信号光，经过准直透镜2、衍射光栅3，聚焦至MEMS反射镜4，随后由MEMS反射镜4反射回光学系统。MEMS反射镜4可绕示意图中的X轴转动，改变信号光反射回光学系统的角度，使反射光束耦合至第一光输出端口51、第二光输出端口52之一输出，实现通道选择功能。

本发明的可调滤波器具备较大的光学通带，增加光学通带的方法可以通过减小MEMS反射镜4处的光斑尺寸来实现。本发明的光输入端口1、光输出端口5的光纤端面位于准直透镜2的前焦平面处，MEMS反射镜4位于准直透镜2的后焦平面处。假定光纤端面处的光斑半径为ω₀₁，MEMS反射镜4处的光斑半径为ω₀₂，准直透镜2的焦距为f。由高斯光束的透镜变换理论：

可知，为减小MEMS反射镜4处的光斑尺寸ω₀₂，实现更大的光学通带，可减小准直透镜2的焦距f，或增加光纤端面处的光斑半径ω₀₁。准直透镜2的焦距f受到光路中衍射光栅3、MEMS反射镜4等元件尺寸的限制，不能太小。那么，需要通过增加光纤端面处的光斑半径ω₀₁实现更大的光学通带。

本发明的一种衰减可调的宽带波长可调谐滤波器，在光输入端口1、光输出端口5的光纤端面，设置光纤扩束装置。光纤扩束装置的功能是增加光纤端面处的光斑半径ω₀₁，进而减小MEMS反射镜4处的光斑半径ω₀₂，最终提高整个系统的光学通带。

在本发明中，另一种优选的光纤扩束方案是通过特殊的烧结工艺对光输入端口1的光纤、光输出端口5的光纤进行处理，改变光纤中折射率分布，使得光纤端面处光斑半径比常规光纤更大，实现扩束装置的功能。

总之，本发明提出一种衰减可调的宽带波长可调谐滤波器，包括：光输入端口1、准直透镜2、衍射光栅3、二维可调的MEMS反射镜4及光输出端口5。在光输入端口1、光输出端口5的光纤端面，设置有光纤扩束装置，其作用是增加光纤端面处的光斑尺寸，最终增加滤波器的光学通带。MEMS反射镜4可独立的绕两个正交轴转动，通过控制MEMS反射镜4绕一个轴转动以改变从光输出端口5输出的反射光波长，实现波长调谐；通过控制MEMS反射镜4绕另一个正交轴转动改变反射光与光输出端口5的耦合，实现衰减可调。

以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。