专利名称：基于tff消偏振可调谐光学滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学器件领域，尤其涉及一种基于TFF消偏振可调谐光学滤波器。
背景技术：
可调谐光滤波器(TOF)是现代光网络中的重要器件，它 对灵活选择和动态监测光通道十分重要。目前的光滤波器可分为声光可调滤波器型、光纤布拉格光栅型、F-P腔型(基于压电或微电子机械系统(MEMS)技术)和薄膜滤光片(TFF)型等。声光可调谐滤波器利用声光效应改变波导折射率周期形成光栅，其调谐速度快，但制造成本高，而且相邻通道隔离度较差；光纤光栅型可调谐滤波器利用光纤布拉格衍射特性，通过控制温度变化来调节应力，其带宽和相邻通道隔离度都较好，但是其调谐范围不大，容易受外界环境的影响，长期稳定性也不够好；F-P腔型可调谐滤波器利用压电或MEMS等机理对腔长进行精密调节，调谐速度快，可实现较宽的调节范围，但其通道较窄，相邻通道隔离度较低。而一般可用于波长信号监测的基于TFF技术的可调谐滤波器同时具备了以下优点(I)光谱矩形度好，通带平顶、相邻通道间隔度高；(2)波长可调谐范围大且掉电自锁；(3)技术工艺成熟，环境稳定性与可靠性好。基于TFF可调谐滤波器的原理多波长的光信号通过光纤传输耦合到准直器，光束经过准直器后变成准直的光束，准直的近似平行的光束入射到带通滤波器上，通过旋转带通滤波片的角度改变入射光束的入射角，有选择的通过特定波长的光信号，而其余的光信号则被反射，如图I所示。对于带通滤波片的倾斜入射特性，改变倾斜的入射角，即能改变滤波片的透射峰波长，波长随入射角的关系为X = Xtl(I-A2Sin2 0 )1/2，其中，\为透射峰中心波长，X ^为垂直入射时的中心波长，0为入射角，A为滤波片的调频参数，不同的膜系设计具有不同的调频参数。将上述公式求导得出透射峰波长随入射角的变化关系为cU/d9=-A0 A2Sin 0 cos 0 / (I- A2Sin2 0 )1/2，根据该式可即可算出角度变化量与透射峰波长变化量的关系，由此来确定滤波片所需要旋转的角度。对于常规50G的DWDM滤波片在角度调节范围内，可以覆盖整个C-波段(1525-1565nm)或者L-波段(1575_1615nm)，但是在实际光路中存在以下限制(I)由于不同偏振的光束入射到滤波片，P光和s光通过滤波片的中心波长是不同的，在光以大角度入射滤波片时P光和s光透过滤波片的中心波长会发生偏移，导致通带的宽度会变窄。其次，导致偏振相关的光学性能变差，如产生较大的偏振相关损耗(PDL)、偏振模式色散(PMD)等；(2)光束在入射滤波片时，由于滤波片基材折射率和环境折射率的不同，导致入射光束和出射光束产生上下位移，如果采用透射式接收，接收准直器必须能够跟上光束的上下移动，如图2所示，在这种情形下，要求对接收准直器的移动精确度较高，因此必然存在耦合效率低的问题。中国专利局于2005年6月29日公布的发明专利申请《低偏振相关损耗的宽范围内波长可调光学滤波器》(申请号200310114550. 8)公开了一种波长可调光学滤波器，包括光纤准直稱合模块，偏振处理模块，光学薄膜滤波器和平面反射镜。其偏振处理模块结构复杂，组合元件较多，从而也增加了成本。
发明内容为克服上述问题，本实用新型提出一种基于TFF消偏振可调谐光学滤波器，采用更少的光学元件，具有更简单的结构，同时提高了耦合效率，降低了偏振相关损耗及偏振模式色散等。为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为基于TFF消偏振可调谐光学滤波器，包括准直单元、分束合束单元、偏振处理单元、薄膜滤波片和直角反射棱镜，所述准直单元包括发射光纤准直器和接收光纤准直器；所述分束合束单元包括一双折射晶体、一偏振分束器(PBS)和一反射镜；经发射光纤准直器输入的准直光经双折射晶体之后分为偏振态相互垂直的两偏振光束，其中一路经过偏振分束器后进入偏振处理单元，另一路直接进入偏振处理单元，经过偏振处理单元的两偏振光经薄膜滤波片滤波之后由直角反射棱镜 反射交换光路返回，再次经过薄膜滤波片和偏振处理单元，之后其中一路直接进入双折射晶体，另一路经由偏振分束器和反射镜之后进入双折射晶体，两偏振光束经双折射晶体合束后由接收准直器输出。进一步的，所述偏振处理单元包括45°法拉第旋转器和一个二合一的1/4波片；所述二合一的1/4波片由垂直面内的上下两个1/4波片组成，一个1/4波片使入射光偏振态旋转45°，即正1/4波片，另一个使入射光偏振态反向旋转45°，即负1/4波片，分别设于两偏振光束的光路中。进一步的，所述薄膜滤波片由一步进电机驱动旋转。本实用新型的有益效果本实用新型的基于TFF消偏振可调谐光学滤波器，采用更少的光学元件，具有更简单的结构，同时有效解决了入射和出射光上下错移导致的耦合效率低的问题，降低了偏振相关损耗和偏振模式色散。
图I为薄膜滤波片滤波原理示意图；图2为薄膜滤波片入射光和出射光发射上下错移示意图；图3为本实用新型滤波器的结构示意图；图4为本实用新型滤波器实施例的光路示意图。标记说明1准直单元；101发射光纤准直器；102接收光纤准直器；2分束合束单元；201双折射晶体；202偏振分束器；203反射镜；3偏振处理单元；301正1/4波片;302负1/4波片；303法拉第旋转器；4薄膜滤波片；5直角反射棱镜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型做进一步说明。如图3所示为本实用新型的基于TFF消偏振可调谐光学滤波器的实施例，包括准直单元I、分束合束单元2、偏振处理单元3、薄膜滤波片4和直角反射棱镜5。其中，准直单元I包括发射光纤准直器101和接收光纤准直器102 ;分束合束单元2包括一双折射晶体201、一偏振分束器202(PBS)和一反射镜203 ;经发射光纤准直器101输入的准直光经双折射晶体201之后分为偏振态相互垂直的两偏振光束，其中一路经过偏振分束器202后进入偏振处理单元3，另一路直接进入偏振处理单元3，经过偏振处理单元3的两偏振光经薄膜滤波片4滤波之后由直角反射棱镜5反射交换光路返回，再次经过薄膜滤波片4和偏振处理单元3，之后其中一路直接进入双折射晶体201，另一路经由偏振分束器202和反射镜203之后进入双折射晶体201，两偏振光束经双折射晶体201合束后由接收准直器102输出。其中，偏振处理单元3包括45°法拉第旋转器303和一个二合一的1/4波片；该二合一的1/4波片由垂直面内的上下两个1/4波片组成，一个1/4波片使入射光偏振态旋转45°，即正1/4波片301，另一个使入射光偏振态反向旋转45°，即负1/4波片302，分别设于两偏振光束的光路中。薄膜滤波片4采用厚度均匀的DWDM薄膜滤波片，由一步进电机驱动旋转进行波长选择。该结构采用更少的光学元件，简单易于实现。图4为该结构具体实施例光路，以实线表示光束，在光束上标实心圆点表示光束的偏振态为p-偏振，在光束上标短实线表不光束的偏振态为S-偏振。经过发射准直器101入射的准直光进入双折射晶体201后分为偏振方向相互垂直的p_偏振光和S-偏振光,其 中S-偏振光直接透过偏振分束器202入射到偏振处理单元3的正1/4波片301，其偏振方向旋转45°，再经过45°法拉第旋转器303之后再次旋转45°后，其偏振态由s_偏振态变成P-偏振态。而由双折射晶体201出射的p-偏振光直接入射到偏振处理单兀3的负1/4波片302，其偏振方向被反向旋转45°，再经过45°法拉第旋转器303之后其偏振方向恢复到P-偏振态，即经过偏振处理单元3之后，两偏振光束均为P-偏振光。两束P-偏振光入射到薄膜滤波片4，达到滤波的目的。滤波之后的两偏振光入射到直角反射棱镜5，经直角反射棱镜5反射交换光路，经反射返回的两偏振光再次经过偏振处理单元3时，由于法拉第旋转器的“非互易”性，其中经过45°法拉第旋转器303与正1/4波片301的p-偏振光偏振态没有改变，进而入射到偏振分束器202,被偏振分束器202反射之后由反射镜203反射到双折射晶体内201 ;而另外经过45°法拉第旋转器303与负1/4波片302的p-偏振光其偏振态变成S-偏振,然后直接入射到双折射晶体201,与经反射镜203反射的p-偏振光在双折射晶体201内合束出射后由接收光纤准直器102接收输出。该结构采用同一双折射晶体201对光束进行分束与合束，减少了光学元件，利用偏振处理单元3改变其中一路的偏振态，使得进入薄膜滤波片4的光束具有相同的偏振方向，有效地消除了偏振相关损耗以及S-偏振光和P-偏振光中心波长错移的问题。通过旋转薄膜滤波片4角度调谐透射波长，可以覆盖C或L波段，同时具有通带平顶、相邻通道间隔度高等优点；而且使用的光学元件少，制作过程简单，易于实现。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求1.基于TFF消偏振可调谐光学滤波器，包括准直単元、分束合束単元、偏振处理单元、薄膜滤波片和直角反射棱镜，其特征在干所述准直単元包括发射光纤准直器和接收光纤准直器；所述分束合束单兀包括一双折射晶体、一偏振分束器和一反射镜；经发射光纤准直器输入的准直光经双折射晶体之后分为偏振态相互垂直的两偏振光束，其中一路经过偏振分束器后进入偏振处理单元，另一路直接进入偏振处理单元，经过偏振处理单元的两偏振光经薄膜滤波片滤波之后由直角反射棱镜反射交換光路返回，再次经过薄膜滤波片和偏振处理单元，之后其中一路直接进入双折射晶体，另一路经由偏振分束器和反射镜之后进入双折射晶体，两偏振光束经双折射晶体合束后由接收准直器输出。
2.如权利要求I所述基于TFF消偏振可调谐光学滤波器，其特征在于所述偏振处理单元包括45°法拉第旋转器和ー个ニ合一的1/4波片；所述ニ合一的1/4波片由垂直面内的上下两个1/4波片组成，ー个1/4波片使入射光偏振态旋转45°，即正1/4波片，另ー个使入射光偏振态反向旋转45° ,即负1/4波片,分别设于两偏振光束的光路中。
3.如权利要求I所述基于TFF消偏振可调谐光学滤波器，其特征在于所述薄膜滤波片由ー步进电机驱动旋转。
专利摘要本实用新型涉及光学器件领域，公开了一种基于TFF消偏振可调谐光学滤波器，包括准直单元、分束合束单元、偏振处理单元、薄膜滤波片和直角反射棱镜；其中，准直单元包括发射光纤准直器和接收光纤准直器，分束合束单元包括一双折射晶体、偏振分束器(PBS)和反射镜。该结构采用更少的光学元件，具有更简单的结构，同时有效解决了入射和出射光上下错移导致的耦合效率低的问题，降低了偏振相关损耗和偏振模式色散。
文档编号G02B6/27GK202512267SQ20122014198
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者李阳, 江东, 王永福, 赵武丽 申请人:福州高意通讯有限公司