[发明专利]一种基于MEMS的可调谐平顶窄带型光学滤波器

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种基于微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)的可调谐平顶窄带型光学滤波器，特别地涉及一种单模光纤输入/多模光纤(或者少模光纤)输出的可调谐平顶窄带型光学滤波器，可广泛应用于密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)系统中的波长下路探测。

背景技术

近年来，随着DWDM技术的发展，光通信系统中所用波段被不断拓宽，信道间隔变得越来越小，这要求可调谐光学滤波器不仅是大调谐范围、窄带宽的，还希望它能具有平顶响应特性，从而实现信道波长的快速精确对准。

现有的平顶可调谐光学滤波器的实现方式多种多样，按照结构原理主要可以分为法布里-珀罗干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪和光栅结构等三种类型。这些滤波器均采用单模光纤作为输入/输出端，能够获得较好的平顶响应，但很难同时满足大调谐范围和窄带宽的要求，并且往往制作工艺复杂、成本较高。

在一些应用场合，DWDM系统中的信道光信号被滤波下路，直接接入到光电探测器，此时则允许滤波器采用多模光纤(或者少模光纤)作为输出端。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出一种基于MEMS，以单模光纤输入，多模光纤(或者少模光纤)输出的光学滤波器结构，可实现平顶和窄带的光谱响应；本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种大调谐范围、窄带宽、平顶响应、低成本的光学滤波器，旨在解决DWDM系统中的波长下路探测问题。

本发明提出了一种基于MEMS的可调谐平顶窄带型光学滤波器，包括有沿光路依次设置的双芯光纤准直器、扩束棱镜、透射式相位光栅、缩束棱镜和MEMS微镜；所述双芯光纤准直器用于对其输入端接收的DWDM光信号进行准直处理并输出准直光束；所述扩束棱镜用于对所述准直光束进行扩束处理；所述透射式相位光栅用于对所述扩束棱镜输出的光进行色散分光处理；所述缩束棱镜用于对所述透射式相位光栅输出的光进行压缩处理；所述MEMS微镜用于接收所述缩束棱镜输出的光，当所述缩束棱镜输出的光垂直入射至所述MEMS微镜时，该光信号可沿原路返回至所述双芯光纤准直器，并由所述双芯光纤准直器的输出尾纤输出；工作时，通过调节所述MEMS微镜的转角使得不同波长的光信号输出，实现可调谐滤波功能。

其中，所述双芯光纤准直器包括输入尾纤、输出尾纤、双孔管和准直透镜；所述输入尾纤的端面和所述输出尾纤的端面位于所述准直透镜的前焦平面，所述MEMS微镜位于所述准直透镜的后焦平面；所述双孔管用于容纳所述输入尾纤和所述输出尾纤。

其中，采用单模光纤作为所述输入尾纤、多模光纤或者少模光纤作为所述输出尾纤。

其中，所述准直透镜为C-Lens准直透镜。

其中，从所述扩束棱镜透射出来的光束在所述透射式相位光栅上的入射角其中λ_c为信号光的中心波长，d为光栅常数。

其中，所述扩束棱镜和所述缩束棱镜均为直角棱镜，所述扩束棱镜的扩束比其中α为直角棱镜的顶角、n为折射率；扩束棱镜水平翻转可得到缩束棱镜。

其中，所述扩束棱镜和所述缩束棱镜均镀有增透膜。

其中，所述缩束棱镜和所述MEMS微镜可由一大尺寸MEMS微镜(限制因子大于1.5)替代，位于所述准直透镜的后焦平面。

本发明由于利用多模光纤(或者少模光纤)输出和棱镜扩束来实现平顶和窄带的光谱响应，能够取得插入损耗低、结构简单、成本低等有益效果；由于利用MEMS微镜来实现波长调谐，能够取得调谐范围大、性能稳定、无串扰等有益效果。本发明的基于MEMS的可调谐平顶窄带型光学滤波器，能够同时满足大调谐范围、窄带宽、平顶响应的要求，并且结构简单、性能稳定、适合批量生产，可广泛应用于DWDM系统中的波长下路探测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于MEMS的可调谐平顶窄带型光学滤波器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于MEMS的可调谐平顶窄带型光学滤波器中双芯光纤准直器的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的棱镜整形原理示意图；

图4为本发明实施例提供的光栅的色散分光；

图5为本发明实施例提供的返回光场在输出尾纤内的模式激发；

图6为多模光纤输出模式下，仿真滤波谱线随输出尾纤芯径a的变化；

图7为少模光纤输出模式下，仿真滤波谱线随输出尾纤芯径a的变化。

具体实施方式