本發明涉及光通信器件技術領域，具體來講涉及一種可調光濾波器。

背景技術：

可調光濾波器應用于DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波復用)系統中，是組成可重構光分插復用器(ROADM，Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)的基礎器件。從功能上來說，可調濾波器是一種波長(頻率)選擇器件，能從許多不同頻率的輸入光信號中，根據需要選擇出一個特定波長(頻率)的光信號(即達到濾波功能)。一個質量優良的可調光濾波器應該具有度高以容納更多的信道、帶寬窄以允許信道間隔小、波長可調節范圍寬等優點，并具有潛在的價格優勢。

伴隨著WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分復用)技術的飛速發展，可調光濾波器的技術也在不斷發展，日趨完善。目前，出現的可調諧光濾波器分別基于波導、液晶、光纖光柵等技術。但實際使用中發現，現有的上述可調光濾波器分別存在以下缺陷：基于波導的濾波器在波長和帶寬的靈活可調方面有一定局限性；基于液晶技術的濾波器響應時間比較長，達不到通信系統的要求；基于光纖光柵的濾波器由于對溫度環境比較敏感，因此受限于工作場合。

因此，如何設計一種質量優良的可調光濾波器是本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種可調光濾波器，是基于微機電系統(MEMS)技術實現的一種中心波長(頻率)自動可調的優質光濾波器，不但切換快速、靈活，而且能應用于不同的工作場合。

為達到以上目的，本發明提供一種可調光濾波器，包括雙光纖準直器、擴束單元和可調波長選擇組件；所述雙光纖準直器用于對寬帶光源進行準直，所述擴束單元用于對寬帶光源進行擴束，所述可調波長選擇組件用于實現基于MEMS的可調諧波長的選擇。當寬帶光源經雙光纖準直器的輸入端進入可調光濾波器后，雙光纖準直器對寬帶光源進行準直并送入擴束單元；擴束單元對寬帶光源進行擴束后，將擴束后的光信號投射到可調波長選擇組件中；可調波長選擇組件從擴束后的不同波長的光信號中，根據需要選擇出一個特定波長的光信號，并將選擇后的特定波長的光信號返回至擴束單元中；擴束單元將返回的光信號沿著光路送回至雙光纖準直器中；雙光纖準直器通過其輸出端將該光信號輸出。

在上述技術方案的基礎上，所述擴束單元采用兩個三角棱鏡完成對寬帶光源的擴束。

在上述技術方案的基礎上，所述可調波長選擇組件包括一個衍射光柵、一個聚焦透鏡、一個MEMS微鏡以及一個與MEMS微鏡相連的水平運動的線性馬達；所述衍射光柵固定于擴束單元擴束后的光信號投射路徑上，其將擴束后的不同波長的光信號從不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透鏡上；聚焦透鏡將不同角度出射的光信號投射至位于其上方的MEMS微鏡上；MEMS微鏡在線性馬達的帶動下沿著水平方向移動，當MEMS微鏡根據需要移動至選擇出的一個特定波長的光信號處時，對該光信號進行反射，反射后的光信號沿著原光路返回，實現基于MEMS的可調諧的波長選擇。

在上述技術方案的基礎上，所述可調波長選擇組件包括一個衍射光柵、一個聚焦透鏡、一個MEMS微鏡以及一個圓周運動的旋轉馬達，該旋轉馬達位于衍射光柵處并與衍射光柵相連；所述衍射光柵位于擴束單元擴束后的光信號投射路徑上，將擴束后的不同波長的光信號從不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透鏡上；聚焦透鏡將不同角度出射的光信號投射至位于其正上方中心位置的MEMS微鏡上；MEMS微鏡對從聚焦透鏡中心區域投射出的一種波長的光信號進行反射；所述衍射光柵在旋轉馬達的帶動下旋轉，當衍射光柵旋轉至從聚焦透鏡中心區域射出的光信號為所選擇出的一個特定波長的光信號時，MEMS微鏡對該特定波長的光信號進行反射，反射后的光信號沿著原光路返回，實現基于MEMS的可調諧的波長選擇。

在上述技術方案的基礎上，所述選擇出的特定波長的光信號為：1530nm光信號、1550nm光信號或1570nm光信號。

在上述技術方案的基礎上，所述MEMS微鏡的寬度按照以下方式計算得到：

1、設衍射光柵的線數為d，聚焦透鏡的焦距為f，單位都為nm；衍射光柵的入射角為衍射角為θ；光柵方程如式如下：

式中，m為衍射級次，λ為選擇出的特定波長，c為光速，v為選擇出的特定波長所對應的頻率；

2、取衍射級次m＝1，得到：

3、對式(2)進行微分，得到光柵的角色散公式：

4、設選擇出的特定波長所對應的聚焦區域的寬度為l，由角色散公式得到線色散公式：

5、根據線色散公式，計算得到MEMS微鏡(33)的寬度D為：

式中，△V表示求導后的頻率間隔，通過公式(5)計算得到相應的MEMS微鏡(33)的寬度D。

在上述技術方案的基礎上，△V選擇為50GHz或100GHz。

在上述技術方案的基礎上，當MEMS微鏡與線性馬達相連，衍射光柵為固定設置時，公式(5)中cosθ的取值為：所述選擇出的特定波長的光信號所對應的衍射角θ的余弦值。

在上述技術方案的基礎上，當MEMS微鏡為固定設置，衍射光柵與旋轉馬達相連時，公式(5)中cosθ的取值為：當衍射光柵旋轉至從聚焦透鏡中心區域射出的光信號為所選擇出的特定波長的光信號時，該特定波長的光信號此時所對應的衍射角θ的余弦值。

本發明的有益效果在于：

本發明中，可調波長選擇組件是基于微機電系統(MEMS)技術來實現可調諧波長選擇的組件。與現有技術中基于波導技術或液晶技術的的濾波器相比，基于微機電系統技術的可調濾波器能實現特定波長的快速切換選擇，且操作靈活；另外，與基于光纖光柵的濾波器相比，本發明的可調波長選擇組件對溫度環境不是特別敏感，可不受工作場合限制，能應用于不同的工作場合，進而實現了一種質量優良的中心波長(頻率)自動可調的光濾波器，滿足了實際使用需求。

附圖說明

圖1為本發明可調光濾波器的第一實施例的結構示意圖；

圖2為本發明可調光濾波器的第二實施例在選擇波長為1530nm時的結構示意圖；

圖3為本發明可調光濾波器的第二實施例在選擇波長為1550nm時的結構示意圖；

圖4為本發明可調光濾波器的第二實施例在選擇波長為1570nm時的結構示意圖。

附圖標記：

1-雙光纖準直器；2-擴束單元，21-三角棱鏡；3-可調波長選擇組件，31-衍射光柵，32-聚焦透鏡，33-MEMS微鏡，34-線性馬達，35-旋轉馬達。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。

實施例一：

參見圖1所示，本發明實施例提供一種可調光濾波器，包括用于對寬帶光源進行準直的雙光纖準直器1、用于對寬帶光源進行擴束的擴束單元2，以及基于MEMS的實現可調諧波長選擇的可調波長選擇組件3。當寬帶光源經雙光纖準直器1的輸入端進入可調光濾波器后，雙光纖準直器1對寬帶光源進行準直并送入擴束單元2；擴束單元2對寬帶光源進行擴束后，將擴束后的光信號投射到可調波長選擇組件3中；可調波長選擇組件3從擴束后的不同波長的光信號中，根據需要選擇出一個特定波長的光信號，并將選擇后的特定波長的光信號返回至擴束單元2中；擴束單元2將返回的光信號沿著光路送回至雙光纖準直器1中；雙光纖準直器1通過其輸出端將該光信號輸出，從而達到濾波功能。

具體來說，參見圖1所示，本實施例中，所述擴束單元2采用兩個三角棱鏡21來完成對寬帶光源的擴束。并且，所述可調波長選擇組件3包括一個衍射光柵31、一個聚焦透鏡32、一個MEMS微鏡33以及一個與MEMS微鏡33相連的水平運動的線性馬達34。其中，衍射光柵31固定于擴束單元2擴束后的光信號投射路徑上，其(衍射光柵31)將擴束后的不同波長的光信號從不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透鏡32上(這是光柵的基本原理)；聚焦透鏡32將不同角度出射的光信號投射至位于其(聚焦透鏡32)上方的MEMS微鏡33上；MEMS微鏡33在線性馬達34的帶動下沿著水平方向移動，當MEMS微鏡33根據需要移動至選擇出的一個特定波長的光信號處時，對該特定波長的光信號進行反射，反射后的光信號沿著原光路返回(即聚焦透鏡32-衍射光柵31-擴束單元2-雙光纖準直器1)，從而實現基于MEMS的可調諧的波長選擇?？梢岳斫獾氖?，該實施例中選擇出的特定波長的光信號包括：1530nm光信號、1550nm光信號和1570nm光信號。

實施例二：

本實施例中可調光濾波器與第一實施例大致相同，區別之處在于可調波長選擇組件3的結構設置。參見圖2至圖4所示，本實施例中所述可調波長選擇組件3包括一個衍射光柵31、一個聚焦透鏡32、一個MEMS微鏡33以及一個圓周運動的旋轉馬達35，該旋轉馬達35位于衍射光柵31處并與衍射光柵31相連。其中，衍射光柵31位于擴束單元2擴束后的光信號投射路徑上，將擴束后的不同波長的光信號從不同的角度投射至位于其正上方的聚焦透鏡32上(這是光柵的基本原理)；聚焦透鏡32將不同角度出射的光信號投射至位于其(聚焦透鏡32)正上方中心位置的MEMS微鏡33上；MEMS微鏡33對從聚焦透鏡32中心投射出的一個光信號進行反射；衍射光柵31在旋轉馬達35的帶動下旋轉(衍射光柵31在旋轉時，能改變不同波長的光信號投射至聚焦透鏡32的角度，從而改變從聚焦透鏡32中心區域射出的光信號)，當衍射光柵31旋轉至從聚焦透鏡32中心區域射出的光信號為所選擇出的一個特定波長的光信號時，MEMS微鏡33對該光信號(所選擇出的特定波長的光信號)進行反射，反射后的光信號沿著原光路返回(即聚焦透鏡32-衍射光柵31-擴束單元2-雙光纖準直器1)，從而實現基于MEMS的可調諧的波長選擇。

本實施例中其他實現過程與第一實施例相同，此處不再贅述。另外，可以理解的是，所選擇出的特定波長的光信號同樣包括：1530nm光信號、1550nm光信號和1570nm光信號。

進一步地，在對實施例一和實施例二中的MEMS微鏡33的寬度進行計算時，具體可按照以下方式：

1、設衍射光柵31線數為d，聚焦透鏡32焦距為f，單位都為nm；衍射光柵31的入射角為衍射角為θ(如圖1和圖4中所示)；光柵方程如式如下：

式中，m為衍射級次，λ為選擇出的特定波長，c為光速，v為選擇出的特定波長所對應的頻率；

2、取衍射級次m＝1，得到：

3、對式(2)進行微分，得到光柵的角色散公式：

4、由于聚焦透鏡與衍射光柵配合，將角色散變換成線色散，使得不同波長的光信號聚焦到不同的對應區域上，則設選擇出的特定波長所對應的聚焦區域的寬度為l，由角色散公式得到線色散公式：

5、根據線色散公式(4)，計算得到MEMS微鏡33的寬度D為：

式中，△V表示求導后的頻率間隔；對于現有的ITU規定的信道帶寬，△V可選擇為50GHz或100GHz，則可以通過上述公式(5)計算得到相應的MEMS微鏡33的寬度D。另外，可以理解的是，實際使用中，對于濾不同的波長時，寬度D其實是有大小不同的，但是區別不是很大；因此，通常考慮到使用方便和成本等問題，實際使用時選擇1550nm波長計算出的寬度D就適用1530～1570nm的光了。

更進一步地，在實施例一中，由于衍射光柵31為固定設置的，因此，衍射光柵31的入射角衍射角θ均為可知的固定值，則上述公式(5)中，cosθ也為可知的固定值，即為選擇出的特定波長所對應的衍射角θ的余弦值。但在實施例二中，由于衍射光柵31為旋轉設置的，因此，衍射光柵31的入射角會隨著衍射光柵31的旋轉而變化。當根據公式(5)計算MEMS微鏡33的寬度D時，cosθ為從聚焦透鏡32中心區域射出的光信號為所選擇的特定波長的光信號時所對應的衍射角θ的余弦值。

本發明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。