可调光学滤波器的制作方法

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1.本技术涉及光学滤波技术领域，特别涉及一种可调光学滤波器。

背景技术：

2.为了分离一系列在同一根光纤上同时传送的各路等频率间隔的单一载频波分复用信号，需要采用解复用器将波分复用信号按波长的不同进行分离。可调谐光学滤波器则是实现上述功能的关键元件之一。
3.在光网络中，对通道进行检测时，波长的快速精准对准是需要解决的重要课题，具有平顶响应特性的滤波器是一种有效的解决方法。在已有的平顶滤波器中，一类是采用多个透镜组成的平顶滤波器系统，需要较为复杂，分立的装置，工艺难，成本高，尺寸大，并不利于器件集成。另一类是利用光栅或者阵列波导光栅awg(arrayed waveguide grating)技术构成的半导体滤波器，其平顶性能较好，但是制作工艺复杂，成本高。因此提供一款尺寸非常小，光路相对简单，可行性高的基于微机电mems(micro-electro-mechanical system)反射镜的平顶可调滤波器，能灵活满足各种带宽要求，而且成本低的平顶滤波器将会有很强的市场竞争力。

技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本技术提供一种结构简单的具有平顶特性的可调光学滤波器。
5.一种可调光学滤波器，其包括具有光纤出射端及光纤接收端的一双芯尾纤，还包括设置于所述光纤出射端及所述光纤接收端之间的光学滤波路径，所述光学滤波路径包括一准直透镜、一透射式光栅、一波长调谐模块；所述光学滤波路径还包括设置于所述双芯尾纤与所述准直透镜之间的相位调制元件，所述相位调制元件具有一调相面，所述调相面设有多个起伏部。
6.在其中一实施方式中，所述相位调制元件是一相位片，所述相位片贴接于所述双芯尾纤的表面，所述相位片靠近所述双芯尾纤的侧面为所述调相面。
7.在其中一实施方式中，所述相位片调制光谱的周期为5微米-50微米，所述相位片调制光谱的振幅为0.1微米-5微米。
8.在其中一实施方式中，所述相位调制元件是一微透镜阵列，所述微透镜阵列包括第一微透镜及第二微透镜，所述第一微透镜对准所述光纤出射端，所述第二微透镜对准所述光纤接收端。
9.在其中一实施方式中，所述调相面设于所述微透镜阵列朝向所述准直透镜的端面上。
10.在其中一实施方式中，所述调相面设于所述微透镜阵列朝向所述双芯尾纤的端面上。
11.在其中一实施方式中，所述调相面包括球形弧面，所述调相面为沿着一基准球面
镜曲线呈波浪状起伏的非球面。
12.在其中一实施方式中，所述调相面为正弦曲面、或近似于正弦曲面的锯齿状曲面及阶梯型曲面。
13.在其中一实施方式中，所述调相面设置于所述光纤出射端所发射出的高斯光束的束腰位置。
14.在其中一实施方式中，所述波长调谐模块包括可调反射镜及一基座，所述可调反射镜设于所述基座上，所述可调反射镜为一微机电反射镜。
15.本技术提供了一种可调光学滤波器，通过相位调制元件(相位片或微透镜阵列)的调相面实现平顶响应。相比于传统的多透镜光学滤波器，上述可调光学滤波器的结构要简单很多，制造工艺的难度大大降低。并且，上述可调光学滤波器没有增加额外的光学器件，一方面减小了尺寸，另一方面，节省了制作成本。因此，上述可调光学滤波器利用较为简单的制作工艺，较低的成本，能够达到更宽的平顶调制范围，具有更高的精确度和稳定性。
附图说明
16.图1为本技术第一种实施方式的可调光学滤波器的主视图；
17.图2为根据图1所示的可调光学滤波器的侧视图；
18.图3为根据图1中相位片的结构示意图；
19.图4为根据图3中c部分的局部放大图；
20.图5为根据图1所示的可调光学滤波器对应于不同调制振幅的光谱；
21.图6为不同实施方式的调相面的形状示意图；
22.图7为根据图6所示的不同实施方式的调相面所对应的光谱；
23.图8为本技术第二种实施方式的可调光学滤波器的主视图；
24.图9为根据图8所示的可调光学滤波器的侧视图；
25.图10为根据图8所示实施方式的调相面的结构示意图；
26.图11为根据图10所示的e部分的局部放大图；
27.图12为另一实施方式的调相面的示意图。
28.附图标记说明如下：10、可调光学滤波器；11、准直透镜；12、透射式光栅；13、波长调谐模块；14、相位调制元件；140、微透镜阵列；141、相位片；142、调相面；1421、第一调相面；1422、第二调相面；1423、第三调相面；143、起伏部；144、第一微透镜；145、第二微透镜；146、调相面；1461、非球面；1463、中心；2、双芯尾纤。
具体实施方式
29.体现本技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本技术。
30.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.参照图1，本技术的较佳实施例提供一种可调光学滤波器10。该可调光学滤波器10包括一双芯尾纤。该双芯尾纤具有一光纤出射端及一光纤接收端。该可调光学滤波器10还包括设置于光纤出射端及光纤接收端之间的一光学滤波路径。光学滤波路径包括一准直透镜11、一透射式光栅12、一波长调谐模块13(较佳为一mems反射镜)。光学滤波路径还包括设置于双芯尾纤与准直透镜11之间的一相位调制元件14，相位调制元件14具有呈起伏形的一调相面。
33.上述可调光学滤波器10中，从光纤出射端射出的光束，经过相位调制元件14。该相位调制元件14具有呈起伏形状的调相面，光束经过该调相面被相位调制后，再传输至准直透镜11，准直透镜11对该调制后的光束进行准直。准直后的光束经过透射式光栅12，进一步前进至波长调谐模块13。该波长调谐模块13将具有特定中心波长的光束反射回来，反射后的光束返向通过该透射式光栅12、该准直透镜11及该相位调制元件14后，到达光纤接收端再向外输出。通过改变该波长调谐模块13的角度，可以调制输出光束的中心波长。
34.在上述可调光学滤波器中，通过相位调制元件14的调相面对光束的调制作用，则返回至光纤接收端的信号光束的调制光谱的形状接近为平顶响应。其中，平顶响应光束是指激光光束的强度分布的截面在很大区域内保持持平。上述相位调制元件14设置有一呈起伏状的调相面，其整体结构简单，工艺难度大幅下降，体积较小，有利于器件集成。并且，本实施方式的可调光学滤波器具有更宽的调制范围，具有更好的精准度和稳定性，可靠性更高。
35.具体在本实施方式中，双芯尾纤的其中之一为光纤出射端，而另一根为光纤接收端。其中双芯尾纤可以采用单模光纤，也可以采用热膨胀芯光纤。
36.在如图3所示的第一种实施方式中，相位调制元件14是单独的一相位片141。相位片141较佳贴接于双芯尾纤的表面。
37.具体地，相位片141用于调制光谱的起伏周期为5微米-50微米。相位片141用于调制光谱的起伏振幅为0.1微米-5微米。
38.其中相位片141靠近双芯尾纤的侧面可以设置为调相面142。调相面142较佳为一起伏形状。具体在本实施方式中，调相面142设有多个如图6所示的呈并列排列的起伏部143。
39.光束经过相位片141进入准直透镜11。准直透镜11对该调制后的光束进行准直。准直透镜11可以调节改变准直光光斑的大小。
40.透射式光栅12用于对准直透镜11输出的光束进行分光。光束朝向透射式光栅12入
射，穿过透射式光栅12透射出一光束。其中光束是已经被分解为多束不同波长的光束。并且，透射式光栅12上的光栅线距可以调整，以对应调整透射光谱的宽度。
41.经过透射式光栅12的光束，前进至波长调谐模块13。该波长调谐模块13能够将具有特定波长的光束反射回来。
42.具体地，波长调谐模块13较佳为一微机电mems(micro electro mechanical systems)反射镜，其包括一可调反射镜及一基座。
43.该可调反射镜设于基座上，通过调节可调反射镜的转角，从而可以改变反射光的传播方向。可调反射镜可以发生转动，相应的可以改变入射光线的反射角。从而可以选择使具有一特定波长的光线被反射，返向经过透射式光栅12、准直透镜11及相位调制元件14，进入到该光纤接收端，并通过该光纤接收端向外输出从而达到滤波的功能。因此，反射镜的不同角度的反射角，可以调制反射光束的中心波长。
44.当调制光谱的周期等于光纤的模场直径mfd(mode field diameter)的时候，通过调制振幅就可以调制光谱为平顶光谱。并且，对应于在不同振幅调制下的调制光谱的平顶效果也不相同。
45.图5是本实施方式在不同振幅调制下的光谱。可以看出，调制振幅为0对应是无调制的普通的高斯型光谱。当调制振幅为0.1π～0.25π，则调制光谱具有一些平顶的效果。当调制振幅小于0.1π的时候，调制光谱的平顶响应会减弱。当调制振幅大于0.25π时，调制光谱的顶部形状会出现猫耳状。当调制振幅为0.17π，调制光谱的平顶效果最佳。
46.调相面142的形状为起伏状。具体地，调相面142的形状可以有多种不同的实施方式。具体请参阅图6，图6中显示了不同形状的调相面142的形状示意图，所述调相面142较佳为中轴对称的起伏表面。
47.在其中一实施方式中，第一调相面1421可以为正弦曲面。第一调相面1421的起伏形状与正弦曲线的起伏形状一致。多个起伏部143并列排布。该第一调相面1421沿起伏部143的排布方向的剖视形状为正弦波形。则相位片141的第一调相面1421呈正弦曲线的起伏。
48.在另一实施方式中，第二调相面1422还可以为锯齿状曲面。则第二调相面1422的起伏部143呈锯齿状。第二调相面1422沿起伏部142的排布方向的剖视形状为锯齿形。则相位片141的第二调相面1422呈锯齿状的起伏。
49.在另一实施方式中，第三调相面1423还可以为阶梯型曲面，即，该第三调相面1423的大概的延伸趋势为贴近于正弦曲线的起伏状。每个起伏部143包括了多个依次排布的阶梯1424，多个阶梯1424的连接使起伏部的表现为接近于正弦曲线的起伏分布。则第三调相面1423沿起伏部143的排布方向的剖视图中，起伏部143的表面包括多级台阶，该台阶的高度可以不同，跨度也可以不同。多级台阶的不同高度、不同宽度可以形成逐渐上升及逐渐下降的起伏，较佳形成为贴近于正弦曲线。
50.具体地，起伏部143的一侧表面可以设有4级台阶，也可以设有8级台阶。4级台阶的高度由底部向顶部逐渐平移上升。起伏部143包括的台阶级数越多，则起伏部的形状与正弦曲线的形状越接近。
51.并且，对于上述调相面142不同的实施方式，该调相面142对应的调制光谱分别如图7所示。根据图示可以得知，只要调相面142的形状大致呈正弦曲线形状起伏，则该调相面
142的调制光谱的平顶效果也较为理想且平顶效果较为一致。
52.请参阅图8及图9，在第二种实施方式中，相位调制元件14还可以是一微透镜阵列140。微透镜阵列140包括一第一微透镜144及一第二微透镜145。其中第一微透镜144对准双芯尾纤2的光纤出射端，第二微透镜145对准双芯尾纤2的光纤接收端。光束初始为高斯光束，该高斯光束经光纤出射端，进入第一微透镜144，形成一扩束高斯光束。反射回来的光束经过第二微透镜145回到光纤接收端。
53.并且，调节微透镜阵列140的第一微透镜144及第二微透镜145的位置，使该调相面146也位于该扩束高斯光束的束腰位置处。从而使光斑在双芯尾纤2的纤芯附近，实现在纤芯的径向失配不敏感的目的，从而可以更好的达到平顶光谱效应。
54.在其中一实施例中，请参阅图10及图11，调相面146可以设于微透镜阵列140朝向准直透镜11的端面上。调相面146位于第一微透镜144及第二微透镜145靠近准直透镜11的端面上。并且，调节微透镜阵列140的位置，使该调相面146应位于该扩束高斯光束的束腰位置处。从而使光斑在双芯尾纤2的纤芯附近，实现在纤芯的径向失配不敏感的目的，从而更好的达到平顶光谱效应。
55.如图11所示，调相面146可以为呈起伏状的曲面。例如，调相面146可以为如图6所示的沿正弦曲线波浪起伏的曲面，或是锯齿状曲面及阶梯状曲面。该调相面146也能使调制光谱呈现平顶效果。并且，该调相面146的中心1463较佳为该正弦曲面的顶点位置处。即，该正弦曲面的中心顶点较佳位于该微透镜的光轴l上。
56.请参阅图12，调相面146还可以是设置于微透镜阵列朝向该双芯尾纤2的端面上。调相面146可以为沿着一基准球面镜曲线l呈波浪状起伏的非球面1461。基准球面镜曲线l为图11中的虚线。该非球面1461呈中轴对称，其可以通过蚀刻或成型所形成。该调相面146也能使调制光谱呈现平顶效果。
57.在上述可调光学滤波器中，通过设置在相位片141的调相面142或微透镜阵列140上的调相面146实现平顶响应。相比于传统的多透镜光学滤波器，本技术所提供的可调光学滤波器10的结构要简单很多，制造工艺的难度大大降低。并且，本技术所提供的可调光学滤波器10没有增加额外的光学器件，一方面减小了尺寸，另一方面，节省了制作成本。因此，本技术所提供的可调光学滤波器10利用较为简单的制作工艺，较低的成本，能够达到更宽的平顶调制范围。
58.虽然已参照较佳实施方式描述了本技术，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本技术能够以多种形式具体实施而不脱离本技术的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种可调光学滤波器，其包括具有一光纤出射端及一光纤接收端的一双芯尾纤，还包括设置于所述光纤出射端及所述光纤接收端之间的一光学滤波路径，所述光学滤波路径包括一准直透镜、一透射式光栅、一波长调谐模块；其特征在于，所述光学滤波路径还包括设置于所述双芯尾纤与所述准直透镜之间的一相位调制元件，所述相位调制元件具有一调相面，所述调相面设有多个起伏部。2.根据权利要求1所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述相位调制元件是一相位片，所述相位片贴接于所述双芯尾纤的表面，所述相位片靠近所述双芯尾纤的侧面为所述调相面。3.根据权利要求2所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述相位片用于调制光谱的起伏周期为5微米-50微米，所述相位片用于调制光谱的起伏振幅为0.1微米-5微米。4.根据权利要求1所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述相位调制元件是一微透镜阵列，所述微透镜阵列包括一第一微透镜及一第二微透镜，所述第一微透镜对准所述光纤出射端，所述第二微透镜对准所述光纤接收端。5.根据权利要求4所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述调相面设于所述微透镜阵列朝向所述准直透镜的端面上。6.根据权利要求4所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述调相面设于所述微透镜阵列朝向所述双芯尾纤的端面上。7.根据权利要求6所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述调相面为沿着一基准球面镜曲线呈波浪状起伏的非球面。8.根据权利要求1、2、3或5所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述调相面为正弦曲面、或近似于正弦曲面的锯齿状曲面及阶梯型曲面。9.根据权利要求8所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述调相面设置于所述光纤出射端所发射出的高斯光束的束腰位置。10.根据权利要求1所述的可调光学滤波器，其特征在于，所述波长调谐模块包括一可调反射镜及一基座，所述可调反射镜设于所述基座上，所述可调反射镜为一微机电反射镜。

技术总结

本申请提供了一种可调光学滤波器。可调光学滤波器包括具有光纤出射端及光纤接收端的双芯尾纤。可调光学滤波器还包括设置于光纤出射端及光纤接收端之间的光学滤波路径。光学滤波路径包括一准直透镜、一透射式光栅、一波长调谐模块。光学滤波路径还包括设置于双芯尾纤与准直透镜之间的相位调制元件，相位调制元件具有一调相面，调相面设有多个起伏部来实现平顶的滤波效果。上述可调光学滤波器的结构简单，制造工艺的难度低。制造工艺的难度低。制造工艺的难度低。