本發(fā)明屬于光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于游標(biāo)原理的可調(diào)諧光濾波器。

背景技術(shù)：

隨著信息傳輸帶寬的需求一直在以爆炸的速度增長。為滿足網(wǎng)絡(luò)流量的飛速發(fā)展，在骨干層網(wǎng)絡(luò)，40Gbps、100Gbps光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始商用部署，400Gbps或1Tbps光通信系統(tǒng)也開始研究。在接入網(wǎng)絡(luò)層面，也必然對網(wǎng)絡(luò)流量和多業(yè)務(wù)支持提出了更高要求。目前接入網(wǎng)主要以樹形結(jié)構(gòu)的PON(無源光纖網(wǎng)絡(luò))技術(shù)為主，基于時分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)TDM-PON(time division multiplexing-pa ssive optical network)應(yīng)用較廣泛。目前，PON技術(shù)正在向波分復(fù)用發(fā)展，如WDM-PON(wavelength division multiplexing-passive optical network)，TWDM-PON(time wavelength division multiplexing-passive optical netw ork)等。對于采用波分復(fù)用技術(shù)的PON網(wǎng)絡(luò)，即ONU(optical network unit)模塊必需具有波長可調(diào)的接收功能，換言之就是需要在ONU模塊內(nèi)部集成一個低成本的可調(diào)濾波器。

波長可調(diào)諧的濾波器作為光通信常用器件，已被廣泛研究。目前市場上有很多種可調(diào)諧濾波器，如采用濾光片濾波、介質(zhì)膜濾波、FP(Fabry-Perot)腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波等。其中采用FP腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波的方法，具有體積小、便于集成，加工制作簡單、工藝成熟、加工精度高、成本低、便于批量生產(chǎn)，波長調(diào)諧簡單、便于多通道擴(kuò)展，濾波質(zhì)量好等優(yōu)點，受到人們的關(guān)注。FP腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波時，其通道頻率間隔FSR＝c/2nL，其中c為真空中光速，n為FP腔材料折射率，L為FP腔腔長，即FP腔標(biāo)準(zhǔn)具厚度。由公式可得，要想獲得較大的FSR(通道頻率間隔)，F(xiàn)P腔標(biāo)準(zhǔn)具厚度要盡可能薄。但受限于標(biāo)準(zhǔn)具加工能力限制，其厚度無法做到很薄。而且標(biāo)準(zhǔn)具厚度過小，影響使用，不便于粘接等操作，影響產(chǎn)品工藝性，應(yīng)用困難。

如中國專利“一種FP腔結(jié)構(gòu)TWDM-PON可調(diào)接收機(jī)”，采用FP腔標(biāo)準(zhǔn)具疊加濾波，將兩個或以上同樣規(guī)格的FP腔標(biāo)準(zhǔn)具層疊起來濾波，能夠提升濾波質(zhì)量。該專利產(chǎn)品能夠高質(zhì)量濾波，波長調(diào)諧便捷，但其FSR受標(biāo)準(zhǔn)具加工工藝能力限制，無法滿足通道間隔要求高的應(yīng)用場所。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于游標(biāo)原理的可調(diào)諧光濾波器，在保證信號質(zhì)量前提下，將其中一個波長的光信號濾出，并將其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換或不做光電轉(zhuǎn)換直接輸出，既能展寬FSR，又能可調(diào)諧濾波波長。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于游標(biāo)原理的可調(diào)諧光濾波器，該可調(diào)諧光濾波器由光路部分和控制部分組成，

所述光路部分包括：入射準(zhǔn)直器，用于光信號輸入；

FP腔標(biāo)準(zhǔn)具，能夠?qū)崿F(xiàn)對FP腔標(biāo)準(zhǔn)具透射光譜帶寬的調(diào)整，以滿足可調(diào)接收機(jī)工作帶寬的要求；

APD芯片，能夠?qū)⒔?jīng)FP腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波后的光信號接收，并將其轉(zhuǎn)換成一定強(qiáng)度的電流，便于后續(xù)的信號傳輸及處理；

所述控制部分為TEC，能夠?qū)P腔標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行溫控；

其中，所述FP腔標(biāo)準(zhǔn)具安裝在所述入射準(zhǔn)直器和所述APD芯片之間，所述FP腔標(biāo)準(zhǔn)具緊密粘接在所述TEC的上部，所述入射準(zhǔn)直器和所述APD芯片同心軸向排列固定于封裝殼體的兩側(cè)，所述TEC固定于所述封裝殼體的底部。

進(jìn)一步，所述FP腔標(biāo)準(zhǔn)具至少為兩個。

進(jìn)一步，每個所述FP腔標(biāo)準(zhǔn)具僅厚度不同。

進(jìn)一步，所述FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的個數(shù)與所述TEC的個數(shù)相一致。

本發(fā)明還提供一種基于游標(biāo)原理的可調(diào)諧光濾波器的使用方法，該方法包括如下步驟：

1)從入射準(zhǔn)直器入射的多波長光信號為準(zhǔn)直光，該準(zhǔn)直光經(jīng)過至少兩個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波；

2)TEC對每個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行溫控，每個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的透射光譜因熱光效應(yīng)，而沿頻率軸連續(xù)地平移，每個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的透射光相對滑動，當(dāng)有至少兩個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的透射光出現(xiàn)峰值頻率重合時，即此峰值頻率的FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的透射光能夠被濾出；

3)被FP腔標(biāo)準(zhǔn)具所濾出的透射光被APD芯片所接收；

4)APD芯片將所接收的透射光的光信號轉(zhuǎn)換為電流信號，用于后續(xù)處理。

本發(fā)明的有益效果：1)本發(fā)明專利所采用的FP腔標(biāo)準(zhǔn)具，準(zhǔn)直器，APD、TEC等光器件均為小體積器件，易于實現(xiàn)集成封裝，滿足光接入網(wǎng)對ONU模塊體積的嚴(yán)格要求。

2)本發(fā)明專利所采用兩個或多個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具，能實現(xiàn)對單一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具透射光譜帶寬的調(diào)整。相對于單一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具，多個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具下帶寬更窄，可以滿足對可調(diào)接收器件隔離度的要求。

3)本發(fā)明專利采用厚度不一樣的FP腔標(biāo)準(zhǔn)具作為濾波器件，即每個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的透射光譜不同、FSR不同，可通過對每個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具分別控制，基于游標(biāo)原理實現(xiàn)波長的連續(xù)調(diào)節(jié)，同時相比較于采用同樣厚度FP腔標(biāo)準(zhǔn)具和采用單片F(xiàn)P腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波，濾波器FSR大大展寬。

4)本發(fā)明專利通過采用不同厚度FP腔標(biāo)準(zhǔn)具疊加濾波，基于游標(biāo)原理調(diào)節(jié)波長，能夠在不過度減薄FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的情況下，獲得較大的FSR，F(xiàn)P腔標(biāo)準(zhǔn)具厚度適度，便于加工和保證精度，利于大規(guī)模生產(chǎn)和降低成本。

5)FP腔標(biāo)準(zhǔn)具厚度可靈活選擇，濾波通道間隔可靈活控制。

6)本發(fā)明專利采用TEC調(diào)節(jié)FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的溫度來調(diào)節(jié)濾波波長，切換濾波通道，原理簡單，便于實現(xiàn)，波長調(diào)節(jié)快。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于游標(biāo)原理的可調(diào)諧光濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為FP腔標(biāo)準(zhǔn)具透射光譜平移示意圖；

圖3為游標(biāo)原理濾波示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例2的光路示意圖；

圖5為本發(fā)明一種基于游標(biāo)原理的可調(diào)諧光濾波器在TWDM-PON系統(tǒng)中應(yīng)用示意圖；

其中，10、入射準(zhǔn)直器；11、FP腔標(biāo)準(zhǔn)具；11-1、第一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具；11-2、第二腔標(biāo)準(zhǔn)具；12-1、第一TEC；12-2、第二TEC；13、APD芯片；14、封裝殼體。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1

一種基于游標(biāo)原理的可調(diào)諧光濾波器，具有成本低、體積小、可連續(xù)調(diào)節(jié)、通道間隔大、調(diào)節(jié)靈活快速等技術(shù)優(yōu)點。該可調(diào)諧光濾波器由光路部分和控制部分組成；光路部分包括：

入射準(zhǔn)直器10，為光通信常用光學(xué)元件，其工作波段視具體需求而定，其工作距離及光斑大小視具體光路要求而定，入射準(zhǔn)直器用于光信號輸入；

FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11，能夠?qū)崿F(xiàn)對FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11透射光譜帶寬的調(diào)整，以滿足可調(diào)接收機(jī)工作帶寬的要求；FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11的個數(shù)與TEC12的個數(shù)相一致；

FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11至少為兩個，每個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11僅厚度不同，F(xiàn)SR不同，而其他特性如材料、鍍膜特性、透射反射特性等完全一致。由于單個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具具有濾波的功能，當(dāng)使用多個厚度不一樣的FP腔標(biāo)準(zhǔn)具時，濾波器FSR大大展寬。并且在具體使用中單個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11濾波能力有限，采用兩個或多個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11，使其透射譜線進(jìn)行“疊加”則可以滿足對光譜特性較高的要求，如TWDM-PON要求3dB帶寬≥0.35nm，25dB帶寬≤1.2nm，F(xiàn)SR>800GHZ，單個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11無論怎樣改變其相關(guān)參量都無法滿足其相關(guān)光譜特性，但多個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11疊加，則可以滿足要求。

兩個或多個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11僅厚度不同的標(biāo)準(zhǔn)具，每個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11有不同的透射光譜和FSR，其透射光譜隨溫度變化，沿頻率軸“平移”而FSR保持不變。基于游標(biāo)原理，當(dāng)兩個或多個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具透射光譜中的某一系列峰值頻率(波長)相重合時，即可濾出該系列頻率(波長)的波。整個濾波器的透射光譜FSR大大展寬。

APD芯片13，可視具體需要靈活選擇其封裝方式，能夠?qū)⒔?jīng)FP腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波后的光信號接收，并將其轉(zhuǎn)換成一定強(qiáng)度的電流，便于后續(xù)的信號傳輸及處理；

控制部分為TEC12，能夠?qū)P腔標(biāo)準(zhǔn)具11進(jìn)行溫控；可以分別準(zhǔn)確快速控制每個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11的溫度，根據(jù)熱光效應(yīng)，可以使FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11的透射譜沿頻率軸連續(xù)地平移?；谟螛?biāo)原理，可濾出要求的波長信號，整個器件的透射譜FSR大大展寬。因FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11透射譜的平移是連續(xù)的，故可調(diào)諧濾波波長也是連續(xù)的。

其中，F(xiàn)P腔標(biāo)準(zhǔn)具11安裝在入射準(zhǔn)直器10和APD芯片13之間，F(xiàn)P腔標(biāo)準(zhǔn)具11緊密粘接在TEC12的上部，入射準(zhǔn)直器10和APD芯片13同心軸向排列固定于封裝殼體的兩側(cè)，TEC12固定于封裝殼體14的底部。

實施例2

以2個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的可調(diào)諧光濾波器為例，如圖1所示，包括入射準(zhǔn)直器10、第一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-1、第二FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-2，第一TEC 12-1，第二TEC12-2，封裝后的APD芯片13，封裝殼體14。其中入射準(zhǔn)直器10，與封裝后的APD芯片13對準(zhǔn)，并實現(xiàn)光路耦合。第一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-1與第二FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-2為固體系標(biāo)準(zhǔn)具，位于入射準(zhǔn)直器10與封裝后的APD芯片13之間，其厚度不同，設(shè)其FSR分別為200GHz和300GHz。第一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-1的一邊通過過渡塊與第一TEC12-1緊密粘接，保證較好的導(dǎo)熱性，同樣地，第二FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-2與第二TEC12-2以相同的方式粘接固定。第一TEC 12-1和第二TEC 12-2由絕熱性較高的膠粘接固定于封裝殼體14上。第一TEC 12-1和第二TEC 12-2可以分別控制第一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-1和第二FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-2的溫度，由于固體系FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的熱光效應(yīng)，隨著溫度的變化，F(xiàn)P腔標(biāo)準(zhǔn)具透射光譜會沿著頻率方向平移，即透射光峰值頻率(波長)會如同游標(biāo)一樣沿著頻率軸平移，如圖2所示。透射譜的平移如同游標(biāo)一樣，整個透射光譜即是游標(biāo)，前后滑動，而峰值波長為其刻度線，通道頻率間隔FSR為刻度間隙。兩個游標(biāo)(透射光譜)相對滑動時，當(dāng)兩個游標(biāo)有刻度線(峰值頻率)重合時，此刻度線(峰值頻率)即可透過，即此頻率光波被濾出。如圖3所示。第一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-1和第二FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-2的FSR分別為200GHz和300GHz，即游標(biāo)刻度間隙分別為Δv₁＝200G,Δv₂＝300G。當(dāng)通過溫度控制使游標(biāo)刻度線對準(zhǔn)時，相對應(yīng)的峰值頻率(波長)光波即可濾出，如圖3所示?？梢钥闯觯?個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具疊加濾波后，透射光譜的FSR為600GHz，相比較單個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具濾波，F(xiàn)SR大大展寬。本實施例中，兩個FP腔標(biāo)準(zhǔn)具的FSR可以根據(jù)需求設(shè)計，假設(shè)其分別為M和N，則基于游標(biāo)原理疊加濾波后，透射譜FSR展寬為M和N的最小公倍數(shù)。

本實施例中，光路示意圖如圖4所示，自入射準(zhǔn)直器10入射的多波長光信號為準(zhǔn)直光，該準(zhǔn)直光經(jīng)過第一FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-1濾波，而后經(jīng)過第二FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-2濾波，通過控制兩者溫度，基于游標(biāo)原理選擇濾波頻率(波長)。自第二FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11-2輸出的濾波后的光信號為該單波長信號被封裝后的APD芯片13所接收，并轉(zhuǎn)換為電流信號，用于后續(xù)處理。

以在TWDM-PON中的應(yīng)用為例，本發(fā)明實施例1實現(xiàn)功能的具體過程如圖5：在TWDM-PON的應(yīng)用中，自O(shè)LT(Optical Line Terminal)輸入的下行業(yè)務(wù)信號由8個波長的業(yè)務(wù)信號組成，其波長分別為1596.34nm，1597.19nm，1598.04nm，1598.89nm，1599.75nm，1600.60nm，1601.46nm，1602.31nm。該OLT下行業(yè)務(wù)信號經(jīng)ODN分為64個光強(qiáng)相等的信號，然后分別入射至64個可調(diào)接收的ONU模塊，如圖5所示?？烧{(diào)接收的ONU模塊模塊內(nèi)將集成實施例1所描述的可調(diào)濾波器件。通過TEC12切換FP腔標(biāo)準(zhǔn)具11的溫度，切換該濾波器的濾波波長單獨選擇8個波長中任意波長信號用于通信。

以上所舉實施例為本發(fā)明的較佳實施方式，僅用來方便說明本發(fā)明，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部更動或修飾的等效實施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。