本发明属于光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种灵活带宽的多功能光电系统。
背景技术
在自由空间光学中，光开关和光环形器是光纤通信领域中常用的基本器件。光开关能够实现光路间的快速切换，常用的有1ⅹ2，2ⅹ2型光开关。光环形器能够实现光路的非互易性传输，从端口1进入的光将从端口2输出，从端口2进入的光将从端口3输出，依此类推。通常使用的有三端口、四端口光环形器两种。可调谐光学滤波器(tunableopticalfilter，tof)因其能够从宽谱信号光中滤出特定波长范围的光，而受到广泛应用。在全光网络中，可通过tof构建信道监测模块，能够从干路中滤出需要监测的光波长，从而实现对特定信道的监测。在可调谐光源中，利用tof对宽谱光源进行调谐，能够选择目标波长的光源输出。在实际应用中，为了达到不同的目的，如获得可调谐光源，或对信号光调谐等，需要购置不同的设备，极大地增加了采购成本。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种灵活带宽的多功能光电系统，旨在解决现有技术中，由于光电系统集成度不高，导致的系统功能单一以及由于系统功能切换时需要手工去连接不同功能块导致的功能切换速度慢的问题。
本发明提供了一种灵活带宽的多功能光电系统，包括宽谱光源、第一光开关、光环形器、第二光开关、可调谐光学滤波器、第三光开关和光功率探测器；所述第一光开关的第一选择端连接宽谱光源，所述第一光开关的第二选择端悬空不接；所述光环形器具有三个端口，第一端连接至第一光开关的公共端，第二端连接至第二光开关的公共端；所述第二光开关的选择端连接所述可调谐光学滤波器；所述第三光开关的公共端连接至所述光环形器的第三端，所述第三光环形器的第一选择端连接所述光功率探测器，所述第三光开关的第二选择端悬空不接；所述宽谱光源用于提供宽谱光源；所述可调谐光学滤波器用于对信号光的带宽和中心波长进行调谐；所述光功率探测器用于探测输出光的光功率。
其中，当根据需求系统配置不同功能时，所述第一光开关通过第一选择端选择宽谱光源或第二选择端选择外部光源进行输入，输入光经过所述光环形器的第一端输入后经过所述光环形器的第二端进入到所述第二光开关中，所述第二光开关根据输入光的波长选择与波长对应的选择端输出至可调谐光学滤波器；可调谐光学滤波器对信号光进行调谐后反向输入至所述光环形器中，后经过光环形器的第三端输出至第三光开关；第三光开关根据系统所配置的不同功能将信号光输出至所述光功率探测器或从所述第三光开关的第二选择端输出。
更进一步地，可调谐光学滤波器包括：依次设置在光轴上的光纤准直单元、扩束系统、光栅、准直透镜和三角反射镜；第二光开关的输出经过光纤准直单元后再经过扩束系统进行扩束处理，光栅对扩束后的入射光进行衍射，衍射光经过准直透镜准直处理后经过所述三角反射镜的调谐后原路返回。
更进一步地，三角反射镜通过平行或垂直于衍射光衍射方向的运动来实现对输入光的调谐，当其沿着平行方向运动时调谐信号光的中心波长，当其沿着垂直方向运动时调谐信号光的带宽。
更进一步地，光纤准直单元包括：第一光纤准直器、第二光纤准直器和第三光纤准直器；第二光纤准直器设置在光轴上，第一光纤准直器和第三光纤准直器分别位于第二光纤准直器两侧，且分别与光轴成第一夹角α1和第二夹角α2。
本发明通过将宽谱光源，tof，光功率探测器集成到一起，做成一个多功能光电系统，利用光开关对功能块进行切换，从而进行功能的配置，具有切换速度快、稳定性好的优点。通过将上述功能块的集成，使得系统具有可调谐光源功能、光谱分析仪功能和可调谐光滤波器功能三大功能；同时系统提出了利用一种灵活带宽的tof作为系统带宽调节模块，该tof利用三个光纤准直器作为输入，扩展了带宽的调谐范围，具有带宽调节灵活的特点；综上本发明具有集成度高，功能多、调谐带宽灵活的特点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种灵活带宽的多功能光电系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种灵活带宽的多功能光电系统中由三个子波段构成的tof调谐范围示意图；
图3是本发明实施例提供的一种灵活带宽的多功能光电系统中tof三角反射镜的工作示意图，(a)为垂直于衍射方向运动，(b)为平行于衍射方向运动；
图4是本发明实施例提供的配置成可调谐光源功能时的光开关连接图；
图5是本发明实施例提供的配置成光谱分析仪功能时的光开关连接图；
图6是本发明实施例提供的可调谐光滤波器功能时光开关连接图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种灵活带宽的多功能光电系统，主要应用于光纤通信、光纤传感和测试仪表等领域；本发明可以解决现有设备集成度低、单一设备功能少、带宽不灵活的问题。
图1示出了本发明实施例提供的一种灵活带宽的多功能光电系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
本发明提出的灵活带宽的多功能光电系统，包括：宽谱光源1、第一光开关2、光环形器3、第二光开关4、可调谐光学滤波器(tof)5、第三光开关6和光功率探测器7；第一光开关2的第一选择端连接宽谱光源1，第一光开关2的第二选择端悬空不接；光环形器3具有三个端口，第一端连接至第一光开关2的公共端，第三端连接至第三光开关6的公共端；第三光开关6的第一选择端连接光功率探测器7，第三光开关6的第二选择端悬空不接；第二光开关4的公共端连接至光环形器3的第二端，第二光开关4的选择端连接可调谐光学滤波器(tof)5；宽谱光源1用于提供宽谱光源；tof5用于对信号光进行调谐；光功率探测器7用于探测光功率；根据需求系统配置不同功能时，第一光开关2从第一选择端选择宽谱光源1或者从第一光开关2的第二选择端选择外部光源输入，经过光环形器3的第一端输入，后经过光环形器3的第二端进入到第二光开关4中，第二光开关4根据输入光的波长选择不同选择端输入tof5；tof5对信号光进行调谐后反向输入光环形器3中；后经过光环形器3的第三端输入第三光开关6；第三光开关6根据系统所配置的不同功能，将信号光输出至光功率探测器7或者从第三光开关6的第二选择端输出。
其中，可调谐光学滤波器(tof)5包括：光纤准直单元51、扩束系统52、光栅53、准直透镜54和三角反射镜55；光纤准直单元51、扩束系统52、光栅53、准直透镜54和三角反射镜55依次位于tof的光轴上；光纤准直单元51用于tof5信号光的输入/输出；扩束系统52用于对输入/输出光进行扩束/缩束；光栅53对入射光进行衍射；准直透镜54用于对衍射光进行准直处理；三角反射镜55通过平行和垂直于衍射光衍射方向的运动，对输入光进行调谐，平行方向运动时调谐信号光的中心波长，垂直运动时调谐信号光的带宽。
在本发明实施例中，光纤准直单元51包括：第一光纤准直器511、第二光纤准直器512和第三光纤准直器513；第二光纤准直器512位于tof光轴上，第一光纤准直器511和第三光纤准直器513分别位于第二光纤准直器512两侧，并与光轴成夹角α1、α2，用于改变入射光与tof光轴的夹角；该夹角使得三个不同波长的调谐子波段的中心波长经过光栅后的衍射角度相同，该夹角可由三个不同调谐子波段中心波长和扩束系统52扩束倍数计算而得。三个子波段信号光分别以倾角i1、i2、i3入射到光栅，在各自的衍射光波中，中心波长分别为λ1c、λ2c、λ3c的光束，其衍射角分别为θ1c、θ2c、θ3c，根据光栅的衍射特性，存在如下关系式(1)(2)(3)：
d(sinθ1c+sini1)＝λ1c(1)
d(sinθ2c+sini2)＝λ2c(2)
d(sinθ3c+sini3)＝λ3c(3)
通过设计光栅周期d及选择入射角i1、i2、i3，可以让衍射角θ1c＝θ2c＝θ3c＝θc，也就是说，以角度i1、i2、i3入射、波长分别为λ1c、λ2c、λ3c的光束，其衍射方向相同。扩束系统52的扩束倍数为β，则第一光纤准直器511和第三光纤准直器513与光轴的夹角分别由式子(4)(5)得到。
α1＝arctan(βtan(i1-i2))(4)
α2＝arctan(βtan(i3-i2))(5)
其中，第一光纤准直器511、第二光纤准直器512、第三光纤准直器513使三个不同波长的调谐子波段以不同角度分时地入射到光栅上，得到三个不同波长的调谐子波段，三个子波段构成该tof的全部调谐范围。
灵活带宽的多功能光电系统可配置成可调谐光源功能、光谱分析仪功能和可调谐光滤波器功能。
本发明中多功能光电系统可以根据调谐子波段的不同，调节第二光开关4选择端选择连接第一光纤准直器511、第二光纤准直器512或第三光纤准直器513中的一个对tof5进行输入。
本发明中多功能光电系统中的tof5根据目标输出光的中心波长和范围的不同，控制tof5中的三角反射镜55在平行和垂直光栅衍射方向上的移动，从而实现调谐作用。
本发明中灵活带宽的多功能光电系统配置成可调谐光源功能时，第一光开关2选择端选择宽谱光源1，根据目标光所在的子波段，选择第二光开关4中的三个选择端之一对tof5进行输入，根据所需的目标光，通过tof5的三角反射镜55平行方向运动时调谐信号光的中心波长，垂直运动时调谐信号光的带宽对信号光进行调谐输出，第三光开关6选择空闲选择端输出；工作时，宽谱光源1的信号光经过第一光开关2进入光环形器3的第一端，从光环形器3的第二端输出，经由第二光开关4进入tof5中调谐，后反向输入光环形器3的第二端，从光环形器3的第三端输出，经由第三光开关6的第二选择端输出，实现可调谐光源功能。
本发明实施例提供的灵活带宽的多功能光电系统配置成光谱分析仪功能时，第一光开关2选择端选择空闲选择端，根据目标光所在的子波段，选择第二光开关4中的三个选择端之一对tof5进行输入，根据所需的目标光，通过tof5的三角反射镜55平行方向运动时调谐信号光的中心波长，垂直运动时调谐信号光的带宽对信号光进行调谐输出第三光开关6选择端选择光功率探测器7；工作时，外部输入光源经由第一光开关2的空闲选择端输入，进入光环形器3的第一端，从光环形器3的第二端输出，经由第二光开关4进入tof5中调谐，后反向输入光环形器3的第二端，从光环形器3的第三端输出，经由第三光开关6进入光功率探测器7中探测，实现光谱分析仪功能。
本发明实施例提供的灵活带宽的多功能光电设系统配置成可调谐光滤波器功能时，第一光开关2选择端选择空闲选择端，根据目标光所在的子波段，选择第二光开关4中的三个选择端之一对tof5进行输入，根据所需的目标光，通过tof5的三角反射镜55平行方向运动时调谐信号光的中心波长，垂直运动时调谐信号光的带宽对信号光进行调谐输出，第三光开关6选择端选择空闲端；工作时，外部输入光源经第一光开关2输入，进入光环形器3的第一端，从光环形器3的第二端输出，经由第二端口光开关4进入tof5中调谐，后反向输入光环形器3的第二端，从光环形器3的第三端输出，经由第三光开关6的空闲选择端输出，实现可调谐光滤波器功能。
本发明提出了一种灵活带宽的多功能光电系统，利用一个超宽调谐范围的tof作为调谐器件，利用光开关对宽谱光源、光功率探测器等器件进行切换，将多种功能集成到了一起，从而提高系统的集成度，增加了设备的多功能性。
如图1所示，本发明实施例提供的灵活带宽的多功能光电系统包括：宽谱光源1、第一光开关2、光环形器3、第二光开关4、tof5、第三光开关6和光功率探测器7。其中：宽谱光源1连接到第一光开关2的一个选择端；光环形器3的端口一、端口二和端口三分别连接第一光开关2、第二光开关4和第三开光6的公共端；第二光开关4的选择端连接到tof5；第三光开关6的一个选择端连接到光功率探测器7。tof5包括：光纤准直单元51、扩束系统52、光栅53、准直透镜54和三角反射镜55；光纤准直单元51、扩束系统52、光栅53、准直透镜54和三角反射镜55依次位于tof的光轴上；光纤准直单元51用于tof信号光的输入/输出；扩束系统52用于对输入/输出光进行扩束/缩束；光栅53对入射光进行衍射；准直透镜54用于衍射光的准直；三角反射镜55通过平行和垂直于衍射光衍射方向的运动，对输入光进行调谐。
如图2所示，经由第一光纤准直器511、第二光纤准直器512、第三光纤准直器513使三个不同波长λ1、λ2和λ3的调谐子波段以不同夹角分时地入射到光栅上，该夹角使得三个不同波长的调谐子波段的中心波长λ1c、λ2c和λ3c经过光栅后的衍射角度相同。从而得到三个不同波长的调谐子波段，该tof的全部调谐范围由三个子波段构成λ1+λ2+λ3。
如图3所示，三角反射镜55能够平行或垂直光栅衍射方向运动，从而对信号光进行调谐。如图3(b)所示，当三角反射镜55平行于衍射方向运动时，可以对目标光的中心波长进行调节；如图3(a)所示，当三角反射镜55垂直于衍射方向运动时，对目标光的带宽进行调节。
如图4所示，本发明灵活带宽的多功能光电系统配置成可调谐光源功能时，第一光开关2选择端选择宽谱光源1，第三光开关6选择端选择空闲端，宽谱光源1提供的宽谱信号光经过第一光开关2后，进入光环形器的端口1中，经由光环形器3的第二端入射到第二光开关4中，后输入到tof5中调谐，然后反向输入光环形器3的端口2，从光环形器3的端口3输出，经由第三光开关6输出到悬空选择端输出，实现可调谐光源功能。
如图5所示，本发明实施例提供的灵活带宽的多功能光电系统配置成光谱分析仪功能时，第一光开关2选择端选择空闲端，第三光开关6选择端选择光功率探测器7，外部信号光经过第一光开关2的悬空选择端输入后，进入光环形器的端口1中，经由光环形器3的第二端入射到第二光开关4中，后输入到tof5中调谐，然后反向输入光环形器3的端口2，从光环形器3的端口3输出，经由第三光开关6输出光功率探测器7中，实现光谱分析仪功能。
如图6所示，本发明提供的灵活带宽的多功能光电系统配置成可调谐光滤波器功能时，第一光开关2选择端选择空闲端，第三光开关6选择端选择空闲端，外部信号光经过第一光开关2的悬空选择端输入后，进入光环形器的端口1中，经由光环形器3的第二端入射到第二光开关4中，后输入到tof5中调谐，然后反向输入光环形器3的端口二，从光环形器3的端口三输出，经由第三光开关6输出到悬空选择端输出，实现可调谐光滤波器功能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。