[发明专利]用于光网络OPM模块的可调谐光子晶体滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体涉及一种用于组成波分复用(WDM)系统光通道性能监控模块的可调谐光子晶体滤波器。 

背景技术

随着通信技术的进步，人们对信息服务需求的日益增长需要更大的网络容量来满足。WDM系统在实现大容量数据传输方面具有一定的优势，但是该系统中传输速率的持续增长也给光信号的传输带来诸多挑战，如光纤传输中四波混频等非线性问题、环境因素影响使光信号偏移或畸变等，这些影响都会导致WDM系统服务质量的劣化。OPM可以对光信号进行监测，及时反馈信息，灵活修正信道，使网络的安全运行实现有效的保障和加强。 

目前我国OPM模块的产品主要是基于衍射型的，其工作原理是：首先从网络中提取出一定功率的光信号，该光信号经过准直透镜后转变为平行光，并沿着衍射光栅的最佳衍射角入射；经过衍射光栅后，得到衍射效率极大的衍射光，不同波长的光信号被分离开；分离后的光信号经过会聚透镜，被会聚在阵列探测器的不同像素上，并在阵列探测器上按波长依次分布；阵列探测器对光信号进行采样，将光信号的幅度转换为电信号，从而获取原始的光谱数据，并将原始数据传送给信号处理器；信号处理器对原始数据进行处理和分析，计算出光信号的通道中心波长、光功率、光信噪比等各种参数，最终输出计算结果和光谱曲线。OPM目前存在模块光学部件较多，光栅的体积比较大，衍射也需要空间，使得整体体积相对较大；光栅的衍射效应造成光信号间的通道干扰，使得计算各项指标有一定困难等一系列问题；并且滤波波长精度为±30 pm，对于50 GHz的WDM系统编号为11和12的光通道，其中心波长为1533.07 nm和1533.47 nm，30 pm的精度显然是不够的。 

2012年，屈文俊（光通信研究，2012，171，3）设计的50 GHz信道间隔光通道监测仪为OPM系统的完善提出了新的方案，其滤波装置采用的是衍射光栅的滤波结构，通过调整入射光角度形成滤波探测单一波长，波长精度达到±10 pm，但该监测仪所利用光栅衍射原理滤波所需的空间较大，不利于OPM模块的小型化发展趋势。 

对OPM模块，可调谐光子晶体滤波器是限制发展的关键问题所在。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种用于光网络OPM模块的可调谐光子晶体滤波器解决目前OPM模块中存在的体积大、精度低、通道干扰的问题。 

    本发明所采用的技术方案是：用于光网络OPM模块的可调谐光子晶体滤波器，包括线性马达、安装在线性马达定子上的第一光子晶体、安装在线性马达转子上的第二光子晶体、第一光子晶体和第二光子晶体中间的空气层。 

作为一种优选方式：第一光子晶体以厚度为114nm的GaAs和厚度为283nm 的MgF₂交替镀在SiO₂基底表面上形成一个镀层周期，第二光子晶体以厚度为283nm 的MgF₂和厚度为114nm的GaAs交替镀在SiO₂基底表面上形成一个镀层周期，第一光子晶体和第二光子晶体的生长顺序相反，第一光子晶体和第二光子晶体的镀层周期相同且都多于一个周期。 

  本发明的有益效果是：本发明滤波器，相较于衍射滤波缩小了光路，减少了过多的光学元件，因而大大节省了空间，且所设计可调谐光子晶体滤波器总厚度最大仅为5.2 μm，大大减小了装置体积，本发明滤波器为单通道滤波，运用的是光波的干涉原理，避免了由于光学元件衍射效应带来的通道间的干扰，减小噪声，同时光子晶体对光几乎不吸收，降低了光损耗。本发明滤波器的精度最高可达到±0.1 pm，能够很好地满足现阶段密集波分复用对OPM模块较高精度的要求。改变滤波器结构中的周期数n可得到不同带宽和精度的窄带滤波信号，适用不同WDM系统的信道检测；空气层厚度的变化也可根据所需滤波范围（比如光通信L波段）作调整，这两点使得所设计的滤波器结构灵活多变，应用较广。本滤波器结构简单、膜层厚度和性能稳定且不易发生老化现象、膜厚偏差10%不会影响其禁带特性。 

附图说明

    图1是OPM模块的结构示意图。 

图2是OPM模块的核心部件可调谐光子晶体滤波器装置结构图。 

图3是可调谐光子晶体滤波器结构在周期数分别为3、4、5、6下，空气层厚度为386.8 nm时的透射谱，对应透射峰值位置为1550 nm，滤波器工作波长均为1200 nm~2200 nm。 

图4是第一光子晶体1和第二光子晶体2周期数n为3时，滤波器在空气厚度每变化2 nm时的透射谱叠加图。