CN201035181Y - 一种f-p标准具型的波带开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种F－P标准具的波带开关，其包括一交叉波分复用器，该交叉波分复用器中设有F－P标准具，其自由光谱范围为波长交叉复用的奇、偶信道间隔的2倍，一能对F－P标准具的两反射面的光学间距进行微调的标准具腔长微调装置；或者是一能旋转F－P标准具的标准具角度调节装置。本实用新型通过采用上述的技术方案，通过标准具腔长微调装置或标准具角度调节装置，改变F－P标准具的相关参数n_υ、d、θ中的一个或多个，从而使F－P标准具透射峰值发生漂移，使其与F－P标准具原透射峰值对应的通道波长在透射与反射两种状态下切换，由此实现该通道的光信号在两个端口可选择输出的波带开关功能。

Description

一种F-P标准具型的波带开关

技术领域

本实用新型涉及光纤通讯领域，尤其涉及一种利用F-P标准具型的技术实现一路通道的光信号在两个输出端口可切换输出，而另外一路通道的光信号输出则不受影响的交叉波分复用器件。

背景技术

交叉波分复用器(Interleaver)作为一种密集波分复用(DWDM)***的核心器件，其基本功能为：把从输入端输入的信道间隔为f的光信号分成信道间隔为2f的奇偶两路通道的光信号，并经过两个输出端口输出。目前，在用于实际通讯网络的过程中，人们提出了波带开关的概念：该器件不仅能实现上述的波长交叉复用功能，同时可以通过某种方式切换，选择在一个端口同时输出奇偶通道信号，如两奇偶两路通道的光信号同时选择在奇通道端口输出。在切换过程中，原端口输出通道信号(如奇通道)始终在该端口输出，不受该切换的影响，而另外一个端口输出的通道信号(如偶通道)则合入该输出通道(如奇通道)输出。

目前存在着几种工作方式不同的交叉波分复用器，其中利用F-P标准具的滤波特性，实现波分复用器功能的技术，早已被人采用并为人所熟知。

F-P标准具相当于一种梳状滤波器，其传输曲线如图1所示，x方向为透射频率v，y方向为标准具透过率，其滤波特性可由以下公式表述：

F-P标准具的自由光谱范围(FSR)：

$\mathrm{FSR}=\frac{c}{2\·n\·d\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}$ 公式(1)

传输曲线：

$T=\frac{1}{1+F\·{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\δ}}{2}\right)}.$ 公式(2)

其中：

$\mathrm{\δ}=\frac{4\mathrm{\π}\·\mathrm{\υ}}{c}\·n_4\·d\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right)$ $F=\frac{4\·\mathrm{\ρ}}{{(1-\mathrm{\ρ})}^2}$

这里c为真空中光速；n为针对所计算中心波长的腔内介质折射率；θ为光线在腔内传输时与F-P标准具反射面法线的夹角；d为F-P标准具的物理腔长，即F-P标准具两反射面的物理间距；υ为所计算光的传输频率；nυ为所计算频率光所对应的介质折射率；ρ为F-P标准具反射面的反射率。

Jay Raman(译音：杰伊 拉曼)等人于1998年和2000年提出的美国专利《WDMmultiplexer-demultiplexer using fabry-perot filter(使用法布里-玻罗滤波器的WDM复用/解复用器件)》(美国专利号：5835517、6122417)以及Jean-Marc Halbout(译音：吉恩-马克 黑尔勃特)等人于1992年提出的美国专利《Optical wavelength demultiplexing filter for passing aselected one of a plurality of optical wavelengths(在多个波长中选择透过一个波长的光学波长解复用过滤器)》(美国专利号：5408319)等，此类专利均提出了利用F-P标准具实现波分复用技术的功能，并提出了通过调节F-P腔的实际或等效腔长的方法，调节滤波波长。但是此类器件都不能实现上述波带开关的功能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于F-P标准具的滤波特性的波带开关。

为实现上述目的，本实用新型包括一交叉波分复用器，该交叉波分复用器中设有F-P标准具，其自由光谱范围为波长交叉复用的奇、偶信道间隔的2倍，另有一能对F-P标准具的两反射面的光学间距进行微调的标准具腔长微调装置；或者是另有一能旋转F-P标准具的标准具角度调节装置。

本实用新型通过采用上述的技术方案，通过标准具腔长微调装置或标准具角度调节装置，改变F-P标准具的相关参数nυ、d、θ中的一个或多个，从而使F-P标准具透射峰值发生漂移，使其与F-P标准具原透射峰值对应的通道波长在透射与反射两种状态下切换，由此实现该通道的光信号在两个端口可选择输出的波带开关功能。

以奇偶信道间隔为50G的交叉波分复用器为例，则对应的F-P标准具的FSR应为100G，F-P标准具的传输曲线和奇偶间隔的信道对应关系如图2、图3所示，图中实线是标准具传输曲线，虚线是传输信道，x方向为传输频率v，y方向为标准具透过率。

由图2可知，在其中一个通道(如奇通道)与F-P标准具的透过率峰值(以下简称“透射峰)对应的时候，此时另一个通道(如偶通道)的标准具透过率最低，此时该通道由F-P标准具反射输出。在此状态下，本器件实现波长交叉复用功能。

由公式(1)、(2)可知，当改变F-P标准具的参数nυ、d、θ中的一个或多个微小的量时，F-P标准具透射峰值波长会发生漂移，对应于原透射峰的通道信号(如奇通道)的透过率迅速降低到与另一通道(如偶通道)相近的水平，此时两个通道信号均被标准具反射，实现同一端口输出。由上述两种状态的切换，实现了波带开关的功能。

本实用新型中，改变F-P标准具参数可通过能对F-P标准具的两反射面的光学间距(即光学腔长)进行微调的标准具腔长微调装置来实现。该标准具腔长微调装置可以是机械式微调装置，利用机械方式改变F-P标准具的物理腔长d；也可以是压电控制式微调装置，利用压电材料在外加电场的作用下引起的微小形变(电致伸缩)，通过控制外加电压来调节F-P标准具的物理腔长d；也可以是温度控制式微调装置，利用普通材料的热胀冷缩的性能或者利用光学材料的热光效应和热膨胀效应的特性，通过控制温度变化来调节F-P标准具的光学腔长；也可以是腔内玻片旋转式微调装置，由于可旋转玻片本身折射率与空气的差异，其不同的旋转角度会引起不同的F-P标准具腔内实际光程的变化，从而使F-P标准具波长漂移量可调。

假设F-P标准具奇偶两个通道的间隔为50G，则F-P标准具的FSR为100G。当采用正入射方式，如需透射峰漂移25G，经过计算，F-P标准具的两个反射面的轴向间隔仅需要调节1.163μm的量即可。

该标准具腔长微调装置根据F-P标准具的种类的不同而不同，当F-P标准具是空气隙F-P标准具时，该标准具腔长微调装置是机械式微调装置、压电控制式微调装置、温度控制式微调装置或腔内玻片旋转式微调装置中的一种或多种的组合；当F-P标准具是固体腔F-P标准具时，该标准具腔长微调装置是温度控制式微调装置。

本实用新型中，改变F-P标准具参数也可通过一能旋转F-P标准具的标准具角度调节装置来实现。该标准具角度调节装置通过旋转F-P标准具，改变光射入F-P标准具的角度，由菲涅尔公式(n1×sinθ1＝n2×sinθ2)可知，随着入射角度的改变，光折射入F-P标准具腔的角度也随之改变，即在腔内来回反射的角度(公式(2)中的θ)也相应改变。由公式(2)可知，此时F-P标准具的透射峰也会相应漂移，由此实现本实用新型的目的。

本实用新型中，为实现更优化的性能，所用的F-P标准具最好实现近似矩形的光滤波通带，且其上升沿和下降沿应尽可能的陡峭，可以采用2腔～5腔的多腔标准具来实现。根据目前的实际需要和制造的难度，所采用的多腔标准具的腔数一般在2～5腔之间。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步的详述：

图1是F-P标准具的传输曲线图；

图2是本实用新型在正常波长交叉复用状态时的F-P标准具的传输曲线和奇偶间隔的信道对应关系图；

图3是本实用新型在同一端口输出状态时的F-P标准具的传输曲线和奇偶间隔的信道对应关系图；

图4是本实用新型采用空气隙F-P标准具的实施例1的结构示意图；

图5是本实用新型采用固体腔F-P标准具的实施例2的结构示意图；

图6是本实用新型采用腔内玻片旋转式微调装置的实施例3的结构示意图；

图7是本实用新型采用标准具角度调节装置的实施例4的结构示意图；

图8是本实用新型采用3腔固体腔F-P标准具的实施例4的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的具体实施例如图4～图7所示。

1、实施例1：如图4所示。

本实施例采用空气隙F-P标准具，其包括第一光纤准直器101和第二光纤准直器102，第一光纤准直器101为输入端同时也是偶通道光信号的输出端，第二光纤准直器102为奇通道光信号的输出端；一个空气隙F-P标准具103，其包括第一反射面1031和第二反射面1032，第二反射面1032与一个轴向的标准具腔长微调装置104相连并受其调节。

当本实施例实现波长交叉复用时，多波长光信号λ1～λm由第一光纤准直器101输入，空气隙F-P标准具103的第一反射面1031和第二反射面1032的间距由标准具腔长微调装置104控制，其传输曲线的透射峰与输入信号的奇通道(λ1、λ3、λ5…)相重合，所以奇通道光信号透射，从透射输出端口第二光纤准直器102输出。由于此时空气隙F-P标准具102的FSR为奇偶通道间隔的2倍，所以偶通道(λ2、λ4、λ6…)投射率正好处于空气隙F-P标准具传输曲线的谷底并接近于0，所以偶通道光信号被反射，从反射输出端口第一光纤准直器101输出。

当需要切换到另外一个工作状态时，即奇偶两个通道的信号由同一个输出端口输出，则通过调节标准具腔长微调装置104使第一反射面1031和第二反射面1032的光学间距发生微小的变化，此时该空气隙F-P标准具103的FSR基本不发生改变，但其透射峰所对应的波长频率会发生相应的漂移。合理控制该漂移的量，使奇偶两个通道的波长均不与透射峰重合，此时奇偶两个通道均具有极低的透过率，故同时被空气隙F-P标准具103反射，从反射输出端口第一光纤准直器101输出。

该标准具腔长微调装置104可以是利用机械结构带动的机械式微调装置，如采用精密电机来带动微调；也可以是压电控制式微调装置，如利用电致伸缩效应的压电陶瓷；也可以是温度控制式微调装置，如采用具有热膨胀性的材料，利用其热胀冷缩的性能来调节两反射面的物理间距，如在标准具的间隔块材料相连温度控制装置。

2、实施例2：如图5所示。

本实施例与实施例1基本相同，但采用固体腔F-P标准具203，其标准具腔长微调装置为温度控制式微调装置204，该温度控制式微调装置204包含一个温度控制电路205，通过温度调节的方式来调节固体腔F-P标准具203的透射峰漂移。根据光学材料具有热光效应和热膨胀效应的特性，随着温度的变化，光学材料的折射率和厚度都会发生变化，通过利用光学材料的热膨胀特性改变F-P标准具的物理腔长d，或者在物理腔长d不变的情况下，利用光学材料的热光效应使光学腔长发生了变化，改变腔体材料的介质折射率nυ，也可以是同时改变两者。其温度调节的方式可以采用TEC(Thermoelectric cooler，半导体热电致冷器)温度调节方式。

3、实施例3：如图6所示。

本实施例采用空气隙F-P标准具103，其标准具腔长微调装置为腔内玻片旋转式微调装置304，即在空气隙F-P标准具103中间加一旋转角度可调的玻片3041，玻片3041连接一个玻片旋转角度调节装置3042。由于玻片304本身折射率与空气的差异，其不同的旋转角度会引起不同的空气隙F-P标准具103腔内实际光程的变化，从而使空气隙F-P标准具波长漂移量可调。

4、实施例4：如图7所示。

本实施例采用固体腔F-P标准具203，多波长光信号λ1～λm由输入端第一光纤准直器101输入，第二光纤准直器102为奇通道光信号(λ1、λ3、λ5…)的输出端，第三光纤准直器401为偶通道光信号(λ2、λ4、λ6…)的输出端，标准具角度调节装置404可旋转固体腔F-P标准具203，调节固体腔F-P标准具203的入射角，F-P标准具203的透射峰也会相应漂移，由此实现本实用新型的目的。本实施例的结构也可用于空气隙F-P标准具。本实施例所需的角度调节量较大，如与实施例1中的条件一致的情况下，改用本实施例的结构，所需转动的角度约为1.6°。

5、实施例5：如图8所示。

在实际运用中，由于需要实现近似矩形的光滤波通带，常采用多腔标准具，其各腔的腔长和腔镜的反射率等均可按需要有所不同，按目前的实际需要和制造的难度，多腔标准具的腔数在2～5腔之间，其具体的F-P标准具腔的数量根据实际通带平坦度和信道隔离度的要求来确定。

本实施例采用3腔的固体腔F-P标准具503和与之对应的温度控制式微调装置504，该温度控制式微调装置504包含一个温度控制电路505，通过温度调节的方式来调节固体腔F-P标准具503的透射峰漂移。

Claims (5)

1.一种F-P标准具的波带开关，包括一交叉波分复用器，该交叉波分复用器中设有F-P标准具，其自由光谱范围为波长交叉复用的奇、偶信道间隔的2倍，其特征在于：另有一能对F-P标准具的两反射面的光学间距进行微调的标准具腔长微调装置。

2.如权利要求1所述的一种F-P标准具的波带开关，其特征在于：另有一能旋转F-P标准具的标准具角度调节装置。

3.如权利要求1所述的一种F-P标准具的波带开关，其特征在于：该F-P标准具是空气隙F-P标准具，该标准具腔长微调装置是机械式微调装置、压电控制式微调装置、温度控制式微调装置或腔内玻片旋转式微调装置中的一种或多种的组合。

4.如权利要求1所述的一种F-P标准具的波带开关，其特征在于：该F-P标准具是固体腔F-P标准具，该标准具腔长微调装置是温度控制式微调装置。

5.如权利要求1～4之一所述的一种F-P标准具的波带开关，其特征在于：该F-P标准具是2腔～5腔的多腔标准具。

Images