[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于MEMS的可調(diào)諧平頂窄帶型光學(xué)濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410362340.9
• 申請(qǐng)日: 2014-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104090362A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)助軍;王涵;羅志祥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B26/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B26/00
• 代理公司: 武漢東喻專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(Micro?Electro?Mechanical?System，MEMS)的可調(diào)諧平頂窄帶型光學(xué)濾波器，特別地涉及一種單模光纖輸入/多模光纖(或者少模光纖)輸出的可調(diào)諧平頂窄帶型光學(xué)濾波器，可廣泛應(yīng)用于密集波分復(fù)用(Dense?Wavelength?Division?Multiplexing，DWDM)系統(tǒng)中的波長(zhǎng)下路探測(cè)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著DWDM技術(shù)的發(fā)展，光通信系統(tǒng)中所用波段被不斷拓寬，信道間隔變得越來(lái)越小，這要求可調(diào)諧光學(xué)濾波器不僅是大調(diào)諧范圍、窄帶寬的，還希望它能具有平頂響應(yīng)特性，從而實(shí)現(xiàn)信道波長(zhǎng)的快速精確對(duì)準(zhǔn)。

現(xiàn)有的平頂可調(diào)諧光學(xué)濾波器的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，按照結(jié)構(gòu)原理主要可以分為法布里-珀羅干涉儀、馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x和光柵結(jié)構(gòu)等三種類(lèi)型。這些濾波器均采用單模光纖作為輸入/輸出端，能夠獲得較好的平頂響應(yīng)，但很難同時(shí)滿足大調(diào)諧范圍和窄帶寬的要求，并且往往制作工藝復(fù)雜、成本較高。

在一些應(yīng)用場(chǎng)合，DWDM系統(tǒng)中的信道光信號(hào)被濾波下路，直接接入到光電探測(cè)器，此時(shí)則允許濾波器采用多模光纖(或者少模光纖)作為輸出端。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種基于MEMS，以單模光纖輸入，多模光纖(或者少模光纖)輸出的光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)平頂和窄帶的光譜響應(yīng)；本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種大調(diào)諧范圍、窄帶寬、平頂響應(yīng)、低成本的光學(xué)濾波器，旨在解決DWDM系統(tǒng)中的波長(zhǎng)下路探測(cè)問(wèn)題。

本發(fā)明提出了一種基于MEMS的可調(diào)諧平頂窄帶型光學(xué)濾波器，包括有沿光路依次設(shè)置的雙芯光纖準(zhǔn)直器、擴(kuò)束棱鏡、透射式相位光柵、縮束棱鏡和MEMS微鏡；所述雙芯光纖準(zhǔn)直器用于對(duì)其輸入端接收的DWDM光信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直處理并輸出準(zhǔn)直光束；所述擴(kuò)束棱鏡用于對(duì)所述準(zhǔn)直光束進(jìn)行擴(kuò)束處理；所述透射式相位光柵用于對(duì)所述擴(kuò)束棱鏡輸出的光進(jìn)行色散分光處理；所述縮束棱鏡用于對(duì)所述透射式相位光柵輸出的光進(jìn)行壓縮處理；所述MEMS微鏡用于接收所述縮束棱鏡輸出的光，當(dāng)所述縮束棱鏡輸出的光垂直入射至所述MEMS微鏡時(shí)，該光信號(hào)可沿原路返回至所述雙芯光纖準(zhǔn)直器，并由所述雙芯光纖準(zhǔn)直器的輸出尾纖輸出；工作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)所述MEMS微鏡的轉(zhuǎn)角使得不同波長(zhǎng)的光信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波功能。

其中，所述雙芯光纖準(zhǔn)直器包括輸入尾纖、輸出尾纖、雙孔管和準(zhǔn)直透鏡；所述輸入尾纖的端面和所述輸出尾纖的端面位于所述準(zhǔn)直透鏡的前焦平面，所述MEMS微鏡位于所述準(zhǔn)直透鏡的后焦平面；所述雙孔管用于容納所述輸入尾纖和所述輸出尾纖。

其中，采用單模光纖作為所述輸入尾纖、多模光纖或者少模光纖作為所述輸出尾纖。

其中，所述準(zhǔn)直透鏡為C-Lens準(zhǔn)直透鏡。

其中，從所述擴(kuò)束棱鏡透射出來(lái)的光束在所述透射式相位光柵上的入射角其中λ_c為信號(hào)光的中心波長(zhǎng)，d為光柵常數(shù)。

其中，所述擴(kuò)束棱鏡和所述縮束棱鏡均為直角棱鏡，所述擴(kuò)束棱鏡的擴(kuò)束比其中α為直角棱鏡的頂角、n為折射率；擴(kuò)束棱鏡水平翻轉(zhuǎn)可得到縮束棱鏡。

其中，所述擴(kuò)束棱鏡和所述縮束棱鏡均鍍有增透膜。

其中，所述縮束棱鏡和所述MEMS微鏡可由一大尺寸MEMS微鏡(限制因子大于1.5)替代，位于所述準(zhǔn)直透鏡的后焦平面。

本發(fā)明由于利用多模光纖(或者少模光纖)輸出和棱鏡擴(kuò)束來(lái)實(shí)現(xiàn)平頂和窄帶的光譜響應(yīng)，能夠取得插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等有益效果；由于利用MEMS微鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧，能夠取得調(diào)諧范圍大、性能穩(wěn)定、無(wú)串?dāng)_等有益效果。本發(fā)明的基于MEMS的可調(diào)諧平頂窄帶型光學(xué)濾波器，能夠同時(shí)滿足大調(diào)諧范圍、窄帶寬、平頂響應(yīng)的要求，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、適合批量生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中的波長(zhǎng)下路探測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于MEMS的可調(diào)諧平頂窄帶型光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于MEMS的可調(diào)諧平頂窄帶型光學(xué)濾波器中雙芯光纖準(zhǔn)直器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的棱鏡整形原理示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的光柵的色散分光；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的返回光場(chǎng)在輸出尾纖內(nèi)的模式激發(fā)；

圖6為多模光纖輸出模式下，仿真濾波譜線隨輸出尾纖芯徑a的變化；

圖7為少模光纖輸出模式下，仿真濾波譜線隨輸出尾纖芯徑a的變化。

具體實(shí)施方式