[实用新型]基于TFF消偏振可调谐光学滤波器

说明书

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：（1）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1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：λ=λ₀（1-A²sin²θ）^1/2，其中，λ为透射峰中心波长，λ₀为垂直入射时的中心波长，θ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：dλ/dθ=-λ₀ A²sinθcosθ/（1- A²sin²θ）^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：（1）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，包括光纤准直耦合模块，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。