一种带宽可调的窄带滤波器的制作方法

本实用新型涉及光纤传感领域，尤其涉及一种能够对带宽进行调节的窄带滤波器。

背景技术：

在光通信以及长距离分布式光纤传感系统中，光接收机接收到的信号是十分微弱的，加上高背景噪声场的干扰，会导致接收端信噪比远远小于1，为快速、精确地捕获目标和接收信号，通常采取的措施有：（1）将接收机的灵敏度提高到nw～pw量级，这就需要选择量子效率高、灵敏度好、响应速度快且噪声小的新型光电探测器件；（2）对所接收的信号进行处理，在光信道上采用光窄带滤波器，如吸收滤波片、干涉滤波片、原子共振滤波、光栅滤波器等，已抑制背景杂散光的干扰。

上述现有的几种滤波方式或多或少存在问题，比如原子共振滤波器虽然具有超窄线宽，但价格非常昂贵，并且只能与一些特定波长的激光器配对使用。而滤光片的谱宽较宽，不能很好的满足窄带滤光的要求等等。光栅滤波器能够满足一般的窄带滤波，但是由于刻写较窄带宽、边摸抑制比较高且反射率较高的光栅模板昂贵，且价格相对来说也比较昂贵。

在光纤通信中，波分复用器按照复用的波长数（通道数）的多少，可以划分为粗波分复用器和密集波分复用器（缩写为DWDM器），按照国际电信联盟（缩写为ITU）的标准，前者的通道间隔为20nm，后者的通道间隔为2nm、0.8nm乃至0.4nm。而随后产生了光交叉波分复用器，是一种用在光纤通信中密集波分复用系统的光学路由器，又称为梳状滤波器。光交叉波分复用器的复用功能是把两组奇偶信道光信号合称为单组输入DWDM光信号且两组光输入信号信道间隔两倍于输出光信号信道间隔。它使较窄信道间隔设计的DWDM系统，如200GHz（或100GHz）能进一步合成信道间隔为100GHz（或50GHz）的更密集的DWDM系统。上述方案解决了50GHz的窄带滤波要求，但是远远不能满足25GHz及其以下的滤波带宽要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种带宽可调的窄带滤波器。本实用新型的窄带滤波器要能够对带宽进行调整，调整方式简单，可调滤波带宽范围较宽，制作材料成本低。

为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案如下：

一种带宽可调的窄带滤波器，其特征在于，所述的窄带滤波器包括有第一滤波单元、第二滤波单元、第一温控单元、第二温控单元和控制显示单元，所述的第一滤波单元和第二滤波单元相串联以组成滤波模块，该滤波模块上设有名称分别为第一端口和第二端口的两个光纤输入输出端口，该两个光纤输入输出端口没有方向性；所述的第一滤波单元固定安装在第一温控单元上，所述的第二滤波单元固定安装在第二温控单元上，所述的第一温控单元和第二温控单元分别连接所述的控制显示单元，该控制显示单元上显示有第一温控单元和第二温控单元的温度，温控显示单元上设有调节第一温控单元和第二温控单元温度的调控按钮以对第一滤波单元和第二滤波单元进行恒温控制。

在本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，所述的第一温控单元和第二温控单元上均包括有温度控制电路、温度传感器和半导体制冷器，所述温度控制电路连接有采集温度信号的温度传感器和半导体制冷器。所述温控单元也设有温度调节旋钮通过手动或者控制显示单元调整自动温度旋钮改变电路中的电流，进而控制半导体制冷器的温度。由此温控单元的温度可以通过温控单元的温度调节旋钮进行调节，亦可以通过控制显示单元进行温度调节。

在本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，所述滤波模块中第一滤波单元和第二滤波单元或为FBG 滤波器、或为密集波分复用器。

在本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，所述的FBG滤波器或为透射式FBG滤波器、或为反射式FBG 滤波器。

在本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，所述的密集波分复器用、或为角色散型波分复用器、或为干涉型波分复用器、或为阵列波导光栅型波分复用器、或为光栅型波分复用器。

在本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，所述的密集波分复器用工作波长选用ITU国际电信联盟提供的两种系统：一种为40波系统,其中ITU每个信道的间隔为100GHz；另一种为80波系统，其中ITU每个信道的间隔为50GHz。

基于上述技术方案，本实用新型的窄带滤波器与现有技术中窄带滤波器相比具有如下优点：

1.本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，将两个工作波长不同的窄带滤波器串联，并利用其温度效应实现任意波长上的光学滤波。

2.本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，对两个串联的滤波单元分别设置了温度可以智能调节的温控单元，使得滤波的带宽可以通过调节温控点而进行不断的调整，从而使得滤波器的带宽可调，且可调滤波带宽范围较宽，其带宽可调范围约为[1.25GHz,125GHz]。

3.本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，滤波单元模块本身具有窄带滤波功能，由于使用两个邻近ITU波长串联结构，能够从频域上实现滤波带宽更窄的滤波，其滤波带宽可达约为1.25GHz。

附图说明

图1是本实用新型一种带宽可调的窄带滤波器组成结构模式图。

图2是本实用新型的实施例1中模式二实现带宽调节示意图。

图3是本实用新型的实施例2中模式四实现带宽调节示意图。

图4是本实用新型窄带滤波器输入的宽带光源光谱图。

图5是本实用新型窄带滤波器输出的窄带光源光谱图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施事例来对本实用新型的结构原理和具体应用做进一步的说明，但不能以此来限制本实用新型的保护范围。

图1是本实用新型一种带宽可调的窄带滤波器组成结构模式图。从图1中可以看出，本实用新型的带宽可调的窄带滤波器结构上主要包括有第一滤波单元3、第二滤波单元4、第一温控单元5、第二温控单元6和控制显示单元7。

上述的第一滤波单元3和第二滤波单元4相串联以组成滤波模块，该滤波模块上设有名称分别为第一端口1和第二端口2的两个光纤输入输出端口，该两个光纤输入输出端口没有方向性。所述的第一滤波单元3固定安装在第一温控单元5上，所述的第二滤波单元4固定安装在第二温控单元6上，所述的第一温控单元5和第二温控单元6分别连接所述的控制显示单元7，该控制显示单元7上设有显示屏以显示第一温控单元5和第二温控单元6的温度，温控显示单元7上设有分别对应于第一温控单元5和第二温控单元6的调控按钮，该调控按钮用以分别调节第一温控单元5和第二温控单元6的温度，通过调节第一温控单元5和第二温控单元6的温度以相应地对第一滤波单元3和第二滤波单元4进行恒温控制。

在本实用新型的带宽可调的窄带滤波器中，所述的第一温控单元和第二温控单元上均包括有温度控制电路、温度传感器和半导体制冷器，所述温度控制电路连接有采集温度信号的温度传感器和半导体制冷器。所述温控单元也设有温度调节旋钮，上述第一温控单元5和第二温控单元6中的温度传感器用以感应第一滤波单元3和第二滤波单元4上的温度，得到的温度信号最终转换成电流信息，通过手动或者控制显示单元7自动调整电路中电流的大小以控制半导体制冷器的输出温度。由此温控单元的温度可以通过温控单元的温度调节旋钮进行调节，亦可以通过控制显示单元进行温度调节。上述电路部分是常规做法，不对本实用新型做出有创造性的贡献。

上述滤波模块中第一滤波单元和第二滤波单元为FBG 滤波器或DWDM，若第一滤波单元和第二滤波单元为FBG 滤波器，FBG 滤波器透射式可以为FBG滤波器或反射式FBG 滤波器。若第一滤波单元和第二滤波单元为DWDM，DWDM可以是角色散型波分复用器、干涉型波分复用器、阵列波导光栅型波分复用器和光栅型波分复用器中的一种。

第一滤波单元和第二滤波单元为DWDM时，第一滤波单元和第二滤波单元工作波长可以选用ITU国际电信联盟提供的两种系统，一种为40波系统,ITU每个信道的间隔为100GHz，另一种为80波系统，ITU每个信道的间隔为200GHz。

下面将用具体的实施例来对本实用新型的窄带滤波器的带宽可调性质进行说明。在实施例中第一滤波单元3和第二滤波单元4使用的是DWDM。在下面实施例中假设第一滤波单元3的工作波长小于第二滤波单元4的工作波长，且初始状态的第一滤波单元3和第二滤波单元4工作波长为ITU标准波长。

实施例1：

第一滤波单元3和第二滤波单元4的工作波长分别采用40波系统中两个邻近信道的ITU标准波长，其信道间隔100GHz，滤波带宽为100GHz。

实施例1的工作模式有以下几种。

模式一、调节第一温控单元5的温度值，使第一滤波单元3的工作波长向上漂移，第二滤波单元4置于初始状态，通过控制第一温控单元5的温度得到所需要的工作波长和滤波带宽。

模式二、调节第一温控单元5的温度值，使第一滤波单元3的工作波长向上漂移，并同时调节第二温控单元6的温度值，使第二滤波单元4的工作波长向下漂移，得到所需要的工作波长和滤波带宽。如图2所示，图2是本实用新型的实施例1-模式二实现带宽调节示意图。图2诠释了滤波过程，图中的波形为假设波形，理论上不是这么方正，应该是类似脉冲的上升或下降都有一定的时间，这里为了表达直观方便而设定。其中A为第一滤波单元3中的波形图，工作波长为λ1的密集波分复用器；B为第二滤波单元4中波形图，工作波长为λ2；通过调节温度值得到A和B滤波中心波长为λ3，滤波带宽为△λ的滤波，△λ即中阴影表示，其中λ1、λ2分别为40波系统，信道间隔100GHz的ITU标准波长。

模式三、调节第二温控单元6的温度值，使第二滤波单元4的工作波长向上漂移，第一滤波单元3置于初始状态，通过控制第二温控单元6的温度得到所需要的工作波长和滤波带宽。

实施例2：

其二为第一滤波单元3和第二滤波单元4的工作波长分别采用80波系统中两个邻近信道的ITU标准波长，其信道间隔50GHz，滤波带宽为100GHz。实施例2中的工作模式相对实施例1的工作模式更加灵活。

模式一、调节第一温控单元5的温度值，并同时调节第二温控单元6的温度值，使第一滤波单元3和第二滤波单元4的工作波长同时向上漂移，得到所需要的工作波长和滤波带宽。

模式二、调节第一温控单元5的温度值，并同时调节第二温控单元6的温度值，使第一滤波单元3和第二滤波单元4的工作波长同时向下漂移，得到所需要的工作波长和滤波带宽。

模式三、调节第一温控单元5的温度值，使第一滤波单元3的工作波长向上漂移，并同时调节第二温控单元6的温度值，使第二滤波单元4的工作波长向下漂移，得到所需要的工作波长和滤波带宽。

模式四、调节第一温控单元5的温度值，使第一滤波单元3的工作波长向下漂移，并同时调节第二温控单元6的温度值，使第二滤波单元4的工作波长向上漂移，得到所需要的工作波长和滤波带宽。图3是本实用新型的实施例2-模式四实现带宽调节示意图。图中的波形为假设波形，理论上不是这么方正，应该是类似脉冲的上升或下降都有一定的时间，这里为了表达直观方便而设定。其中C为第一滤波单元3中的波形图，工作波长为λ1的密集波分复用器；D为第二滤波单元4中波形图，工作波长为λ2；通过调节温度值得到C和D滤波中心波长λ3。

模式五、调节第一温控单元5的温度值，使第一滤波单元3的工作波长向下漂移，第二滤波单元4置于初始状态，得到所需要的工作波长和滤波带宽。

模式六、调节第二温控单元6的温度值，使第一滤波单元3的工作波长向下漂移，第一滤波单元3置于初始状态，得到所需要的工作波长和滤波带宽。

模式七、调节第一温控单元5的温度值，使第二滤波单元4的工作波长向上漂移，第二滤波单元4置于初始状态，得到所需要的工作波长和滤波带宽。

模式八、调节第二温控单元6的温度值，使第二滤波单元4的工作波长向上漂移，第一滤波单元3置于初始状态，得到所需要的工作波长和滤波带宽。

实施例3：

第一滤波单元3工作波长采用40波系统中某一信道的ITU标准波长，第二滤波单元4的工作波长采用40波系统中另一信道的ITU标准波长，其信道非邻近，且信道间隔200GHz，滤波带宽为200GHz。实施例3的工作模式和实施例1的工作模式相同。

实施例4：

第一滤波单元3和第二滤波单元4的工作波长采用40波系统中邻近信道的ITU标准波，信道间隔100GHz，滤波带宽为200GHz。实施例4的工作模式和实施例2的工作模式相同。图4是本实用新型窄带滤波器输入的宽带光源光谱图。其中宽带光源心波长为193.4THz，带宽50nm，经功率计测量其功率为14.6dBm。图5本实用新型窄带滤波器输出的窄带光源光谱图。宽带光源从第一端口1（或者第一端口2）输入，从第一端口2（或者第一端口1）输出。通过调节第一温控单元5和第二温控单元6使得本实用新型的带宽可调窄带滤波器的工作波长为193.4THz，带宽为12.5GHz，经功率计测量其功率为-12.20dBm。根据图4和图5对比，宽带光源经过本实用新型的窄带滤波器后带宽明显变窄。

本实用新型的带宽可调的窄带滤波器利用滤波模块中两个滤波单元串联并利用温度效应调节温度，实现任意波长的光学滤波并且滤波带宽较宽，具有极为广泛的应用前景。