CN111262123A - 一种灵活栅格双标准具波长锁定器 - Google Patents

一种灵活栅格双标准具波长锁定器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种灵活栅格双标准具波长锁定器，包括光电探测器PD1、光电探测器PD2、光电探测器PD3和依序设置的单光纤准直器、分光镜组合和双空气隙F‑P标准具组合；本发明通过双空气隙F‑P标准具组合与光电探测器PD2、光电探测器PD3进行配合反馈两个标准具信号，来使其光电探测器PD1所接收的分光镜组合反馈的参考信号进行对比，实现全通讯波长锁定且具有较高的锁定精度，另外，采用两个FSR差别很小且存在一定峰值频率偏移量的两个标准具来构成双空气隙F‑P标准具组合，进一步实现了全通讯波段覆盖的灵活栅格的激光器波长锁定，且具有温度稳定性高、波长锁定精度高、能耗低的优势，结构简单、易于实现的优点。

Description

一种灵活栅格双标准具波长锁定器
技术领域
本发明属于光通讯器件领域，尤其是涉及一种灵活栅格双标准具波长锁定器。
背景技术
波长锁定器是一种基本光学元件，在密集波分复用(DWDM)***里，需要对每个通道的激光器波长进行监控和精确锁定，同时DWDM***的保护通道(如N：1)通常用的是可调谐激光器，需要用波长锁定器将激光器波长调谐并锁定在故障激光器所在信道的波长上，从而快速准确地实现对通信***的保护。
目前主要的波长锁定器有滤波片型波锁、衍射光栅型波锁、F-P(Fabry-Perot)标准具型波锁等。其中滤波片型波锁和衍射光栅型波锁只能对单一波长进行锁定，且必须采用TEC制冷片进行温度控制，以避免由于温度变化导致的波长漂移。而F-P标准具型波锁能够产生连续的滤波曲线覆盖整个ITU-T建议的工作波长，也就是一种器件就可以在整个工作波长范围内使用，这是滤波片型波锁和衍射光栅型波锁所不能做到的。F-P标准具一般是由一对镀有部分反射膜的平板玻璃和平行的间隔部件组成。光输入到标准具后，在反射膜之间来回反射，产生相长(相消)干涉。将这个由标准具产生的波长相关的干涉信号与参考光信号进行比较，并通过反馈两者的误差信号来控制激光器温度，进而调整和稳定到所需的ITU-T波长。常用F-P标准具包括固体和空气隙标准具，固体隙标准具存在着温度特性不良和色散问题，由此导致温度相关频率漂移 (TDFS)、温度相关损耗(TDL)等温度相关指标较差，而空气隙标准具可以有效地克服上述问题。空气隙标准具由于通用性好、温度稳定性好、锁定精度高，同时可实现通道间的滤波功能等优点，应用越来越广泛。
目前采用的单标准具型波锁的理想波长锁定点一般设在响应曲线的半对比度位置(CR/2)，因为该位置处于标准具PD响应曲线的线性区域，通过对比参考PD和标准具PD的响应信号可以准确地反馈激光器的频率偏移。然而，当激光器频率偏移量较大时，尤其是偏移到标准具响应曲线的波峰波谷附近，单标准具型波锁无法对激光器频率偏移量进行高精度的检测。
发明内容
基于现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种具有温度稳定性高、能耗低的优点且能够在全通讯波段实现高精度锁定激光波长的灵活栅格双标准具波长锁定器。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种灵活栅格双标准具波长锁定器，其包括光电探测器PD1、光电探测器PD2、光电探测器PD3和依序设置的单光纤准直器、分光镜组合和双空气隙F-P标准具组合；所述的光电探测器PD1设于分光镜组合接近单光纤准直器的一侧，所述的光电探测器PD2和光电探测器PD3上下相对且设于双空气隙F-P标准具组合远离分光镜组合的一侧，所述的分光镜组合的两端面分别具有第一分光面和第二分光面，当入射光由单光纤准直器入射到分光镜组合的第一分光面时，一部分光被分光镜组合反射且被光电探测器PD1接收，另一部分光入射到分光镜组合的第二分光面之后再分成两部分；且进入到双空气隙F-P标准具组合中，最后分别被光电探测器PD2、光电探测器PD3接收。
进一步，所述的双空气隙F-P标准具组合由一对空气隙F-P标准具固定为一体而成，其分别为标准具一和标准具二，被分光镜组合的第二反光面分为两部分的光，其中一部分光直接入射到双空气隙F-P标准具组合的标准具一，最后被光电探测器PD2接收，另一部分光反射后再入射到双空气隙F-P标准具组合的标准具二，最后被光电探测器PD3接收。
优选的，所述的标准具一和标准具二的自由光谱分区（FSR）一致或差别很小。
优选的，所述的双空气隙F-P标准具组合为具有一通孔的连体单孔空气隙F-P标准具组合或具有一对通孔的双孔空气隙F-P标准具组合。
进一步，所述的分光镜组合具有两个分光面且将入射光分为三部分。
优选的，分光镜组合的第一分光面和第二分光面分别设于分光镜组合一侧的两端面，且该两个分光面均位于单光纤准直器所入射的入射光的光路上，第一分光面设于分光镜组合接近单光纤准直器的端面，分光镜组合接近单光纤准直器的端面另一侧镀设有高反膜且用于反射远离单光纤准直器的第二分光面所反射的光，分光镜组合远离单光纤准直器的端面另一侧镀设有增透膜，且用于透过高反膜所反射的光。
进一步的，所述分光镜组合和双标准具组合中间可以***楔角片，增加回波损耗。
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本发明通过双空气隙F-P标准具组合与光电探测器PD2、光电探测器PD3进行配合反馈两个标准具信号，来使其光电探测器PD1所接收的分光镜组合反馈的参考信号进行对比，实现全通讯波长锁定且具有较高的锁定精度，另外，采用两个FSR差别很小且存在一定峰值频率偏移量的两个标准具来构成双空气隙F-P标准具组合，进一步实现了全通讯波段覆盖的灵活栅格的激光器波长锁定，且具有温度稳定性高、波长锁定精度高、能耗低的优势，结构简单、易于实现的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：
图1为本发明方案实施例一的简要实施结构示意图；
图2为本发明方案实施例一的分光镜组合的简要结构示意图；
图3为本发明实施例1的双空气隙F-P标准具为连体单孔结构时的简要示意图；
图4为本发明实施例1的简要计算滤波曲线示意图；
图5为本发明实施例2的简要实施结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1至3之一所示，本实施例包括光电探测器PD1 3、光电探测器PD2 5、光电探测器PD3 6和依序设置的单光纤准直器1、分光镜组合2和双空气隙F-P标准具组合4；所述的光电探测器PD1 3设于分光镜组合2接近单光纤准直器1的一侧，所述的光电探测器PD2 5和光电探测器PD3 6上下相对且设于双空气隙F-P标准具组合4远离分光镜组合2的一侧，所述的分光镜组合2的两端面分别具有第一分光面201和第二分光面202，参见图3，所述的双空气隙F-P标准具组合4由一对空气隙F-P标准具固定为一体而成，其分别为标准具一401和标准具二402，优选的，所述的双空气隙F-P标准具组合为具有一通孔的连体单孔空气隙F-P标准具组合；当入射光由单光纤准直器1入射到分光镜组合2的第一分光面201时，一部分光被分光镜组合2反射且被光电探测器PD1 3接收，光电探测器PD1 3的响应信号作为参考信号进行反馈；另一部分光入射到分光镜组合2的第二分光面之后再分成两部分；其中一部分光直接入射到双空气隙F-P标准具组合的标准具一401，最后被光电探测器PD2 5接收，光电探测器PD2 5的响应信号作为标准具一的信号进行反馈；另一部分光反射后再入射到双空气隙F-P标准具组合的标准具二402，最后被光电探测器PD3 6接收；光电探测器PD3 6的响应信号作为第二标准具信号进行反馈；优选的，所述的标准具一401和标准具二402的自由光谱区（FSR）一致或差别很小。
作为分光镜组合2的一种具体实施方案，所述的分光镜组合2具有两个分光面且将入射光分为三部分；优选的，分光镜组合的第一分光面201和第二分光面202分别设于分光镜组合一侧的两端面，且该两个分光面均位于单光纤准直器1所入射的入射光的光路上，第一分光面201设于分光镜组合2接近单光纤准直器1的端面，分光镜组合2接近单光纤准直器1的端面另一侧镀设有高反膜203且用于反射远离单光纤准直器1的第二分光面202所反射的光，分光镜组合2远离单光纤准直器1的端面另一侧镀设有增透膜204，且用于透过高反膜203所反射的光。
进一步的，所述分光镜组合2和双标准具组合4中间可以***楔角片403，增加回波损耗。
如图4所示，其为本实施方案的计算滤波曲线。
假设两个标准具的FSR约为50GHz，但是两者的峰值频率偏移量约为15GHz。当激光器波长位于标准具PD2响应曲线的线性区域时，对于标准具一，波长锁定点位于CR/2位置附近，通过对比参考PD1和标准具PD2的响应信号可以准确地反馈激光器的频率偏移；但是，当激光器频率偏移量较大且远离标准具一响应曲线的线性区域，甚至位于标准具一响应曲线的波峰或波谷频率位置附近时，响应曲线在波峰或波谷位置的斜率很小，只通过标准具一响应曲线就无法准确锁定激光器的频率偏移量；由于两个标准具的峰值频率偏移量约为15GHz，则激光器的频率位于标准具二响应曲线的线性区域，通过反馈参考PD1和标准具PD3的响应信号可以精确检测激光器的频率偏移量。反之，同理。这样通过反馈两个标准具的PD响应信号与参考PD响应信号的对比，就可实现全通讯波段波长锁定且锁定精度较高。
如下是两个F-P标准具的空气隙间隔和FSR的具体计算过程：
选取光通讯波段中的三个频率：F1=191225GHz, F2=194225GHz，F3=196225GHz；假设在频率F2下，两个标准具的峰值频率偏移量为ΔfE1E2=15GHz，标准具一的FSR1=50GHz，光速C=299792458m/s；
由此可得，标准具一的空气隙间隔d1=C/(FSR1*2)=2997.92458um，k2=d1/(C/F2)=1942.25；
由此可得，标准具二的空气隙间隔d2=(C/(F2+ΔfE1E2))*k2=2997.69307um，k2’=d2/(C/F2)；
由此可得，两个标准具的空气隙间隔差Δd=d1-d2=0.23151um，k1=d1/(C/F1)，k1’=d2/(C/F1)，k3=d1/(C/F3)，k3’=d2/(C/F3)；
可得标准具二的FSR2=C/(d2*2)=50.00386GHz；
由此可得：
在频率F1下，两个标准具的峰值频率偏移量为ΔF1=(k1’-k1)*F1/k1=14.767GHz；
在频率F2下，两个标准具的峰值频率偏移量为ΔF2=(k2’-k2)*F2/k2=15GHz；
在频率F3下，两个标准具的峰值频率偏移量为ΔF3=(k3’-k3)*F3/k3=15.153GHz。
实施例2
如图5所示，本实施例与实施例1不同的是，本实施例的双空气间隙F-P标准具组合4采用双孔双空气隙F-P标准具组合替代实施例1的连体单孔双空气隙F-P标准具组合；其中，光电探测器PD1 3、光电探测器PD2 5、光电探测器PD3 6、单光纤准直器1、分光镜组合2和双空气隙F-P标准具组合4均与实施例1相同，另外，本实施例中的实现过程也与实施例一相同，此处不再赘述。
以上仅为本发明实施例的较为优选举例，本发明的方案并不局限于上述实施方式，对于本领域的技术人员来说，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种灵活栅格双标准具波长锁定器，其特征在于：其包括光电探测器PD1、光电探测器PD2、光电探测器PD3和依序设置的单光纤准直器、分光镜组合和双空气隙F-P标准具组合；所述的光电探测器PD1设于分光镜组合接近单光纤准直器的一侧，所述的光电探测器PD2和光电探测器PD3上下相对且设于双空气隙F-P标准具组合远离分光镜组合的一侧，所述的分光镜组合的两端面分别具有第一分光面和第二分光面，当入射光由单光纤准直器入射到分光镜组合的第一分光面时，一部分光被分光镜组合反射且被光电探测器PD1接收，另一部分光入射到分光镜组合的第二分光面之后再分成两部分；且进入到双空气隙F-P标准具组合中，最后分别被光电探测器PD2、光电探测器PD3接收。
2.根据权利要求1所述的一种灵活栅格双标准具波长锁定器，其特征在于：所述的双空气隙F-P标准具组合由一对空气隙F-P标准具固定为一体而成，其分别为标准具一和标准具二，被分光镜组合的第二分光面分为两部分的光，其中一部分光直接入射到双空气隙F-P标准具组合的标准具一，最后被光电探测器PD2接收，另一部分光反射后再入射到双空气隙F-P标准具组合的标准具二，最后被光电探测器PD3接收。
3.根据权利要求2所述的一种灵活栅格双标准具波长锁定器，其特征在于：所述的标准具一和标准具二的自由光谱区一致或差别很小。
4.根据权利要求2所述的一种灵活栅格双标准具波长锁定器，其特征在于：所述的双空气隙F-P标准具组合为具有一通孔的连体单孔空气隙F-P标准具组合或具有一对通孔的双孔空气隙F-P标准具组合。
5.根据权利要求1所述的一种灵活栅格双标准具波长锁定器，其特征在于：所述的分光镜组合具有两个分光面且将入射光分为三部分。
6.根据权利要求5所述的一种灵活栅格双标准具波长锁定器，其特征在于：分光镜组合的第一分光面和第二分光面分别设于分光镜组合一侧的两端面，且该两个分光面均位于单光纤准直器所入射的入射光的光路上，第一分光面设于分光镜组合接近单光纤准直器的端面，分光镜组合接近单光纤准直器的端面另一侧镀设有高反膜且用于反射远离单光纤准直器的第二分光面所反射的光，分光镜组合远离单光纤准直器的端面另一侧镀设有增透膜，且用于透过高反膜所反射的光。
7.根据权利要求1所述的一种灵活栅格双标准具波长锁定器，其特征在于：所述分光镜组合和双空气隙F-P标准具组合之间还设有楔角片。
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