CN205691875U - 光学梳状滤波器单元及包含该单元的光学梳状滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学梳状滤波器单元及包含该单元的光学梳状滤波器，其中光学梳状滤波器，包括按光路依次设置的PBS偏振分光体、1/8波片、GT标准具以及设于GT标准具腔内的1/4波片；所述偏振分光体包括一PBS面和一个与该PBS面平行的反射面，可将入射光分成两路平行出射的偏振光。该结构采用一个两路偏振光平行出射的PBS偏振分光体作为偏振分光元件，同时又将该PBS偏振分光体作为通道偏振分离的检偏器使用，实现了减小产品光路长度，同时又能保证反射后两路同通道信号的合束，从而在单个梳状滤波器单元中实现2合1甚至多合1的复用，有效的减小了光程，使双光纤及多光纤准直的应用成为可能；也因此大大降低了成本、减小了体积。

Description

光学梳状滤波器单元及包含该单元的光学梳状滤波器

技术领域

本实用新型涉及光通讯领域，尤其涉及一种光学梳状滤波器。

背景技术

梳状滤波器（Interleaver）是光通讯网络中的重要光无源器件，但经过多年的产品发展和应用，市场对该器件的低成本和小型化要求越来越高。目前主流的Interleaver技术主要有晶体双折射型（如JDSU、Oplink的产品等），MZI（马赫-曾德干涉仪）型（如Finisar的产品）和GT标准具型（如Oclaro的产品等）。而这些技术平台的interleaver，由于成本、体积等方面的问题，其市场前景越来越严峻。

目前主流的GT（Gires-Tournois）标准具型产品如BGTI(Birefringent Gires-Tournois Interferometer)型interleaver，其基本原理结构如附图1所示：包括依次设置的透镜70＇、双折射晶体60＇和1/2波片50＇、PBS（Polarization beam splitter）分束器40＇、1/8波片30和GT（Gires-Tournois）标准具10，以及设于GT标准具10腔内的1/4波片20，还有设于PBS分束器40＇出射面光路上的另一组1/2波片和双折射晶体、透镜。由于单级BGTI的隔离度不能满足实际***要求，在实际应用的光路设计上常采用双级的结构来实现高隔离度，但因此也增加了更多的光学元件，产品的体积也不得不增大，如图2所示为两级复用的结构，器件个数及体积增加了一倍。

发明内容

本实用新型的目的在于，提出一种可利用及少量的器件实现多级复用的光学梳状滤波器单元及其多合一、多级复用光学梳状滤波器，结构简单、体积小、成本低。

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：一种光学梳状滤波器单元，包括按光路依次设置的PBS偏振分光体、1/8波片、GT标准具以及设于GT标准具腔内的1/4波片；所述偏振分光体包括一PBS面和一个与该PBS面平行的反射面，可将入射光分成两路平行出射的偏振光；信号光由PBS偏振分光体的入射面入射到其PBS面上，被PBS面分成偏振方向相互垂直的两束线偏振光：一束线偏振光透射过PBS面后入射到1/8波片和设有1/4波片的GT标准具内，并被反射回PBS面上；另一束线偏振光被PBS面反射至反射面并被反射面反射后与前一束线偏振光平行出射，同样经1/8波片和设有1/4波片的GT标准具内，并被反射回PBS面上；被反射回的两束线偏振光在该PBS面处实现偏振干涉，并最终被该PBS面分成两路光输出：一路光沿与入射光相反的方向输出；另一路光则偏转，沿与入射光垂直的方向输出。

进一步的，在所述PBS偏振分光体与1/8波片之间设置一偏振模色散补偿片，位于从PBS偏振分光体平行出射的两束线偏振光其中的一束光路上。

进一步的，所述PBS偏振分光体的反射面为全反射面或镀高反射膜面；所述镀高反射膜面为直接镀于PBS偏振分光体上，或者镀于与PBS面平行的分离平面镜上。

进一步的，还包括一个双光纤准直器和一个单光纤准直器；双光纤准直器位于PBS偏振分光体入射面前面，其两个端口一个作为输入端口，一个作为接收端口一，分别用于输入信号光至PBS偏振分光体内和接收PBS偏振分光体的输出光；单光纤准直器作为接收端口二，用于接收PBS偏振分光体输出的另一路光。

本实用新型还提供了利用上述光学梳状滤波器构成的多合一光学梳状滤波器，包括一个如上所述的光学梳状滤波器单元，还包括一个2N光纤准直器和一个N光纤准直器；2N光纤准直器的N个端口分别作为输入端口，用于输入N束信号光至PBS偏振分光体内，另外N个端口分别作为N路信号光各自的接收端口一，用于接收PBS偏振分光体输出的N路信号光；N光纤准直器的N个端口分别作为N路信号光各自的接收端口二，用于接收PBS偏振分光体输出的另N路信号光。

还提供了一种利用上述光学梳状滤波器构成的多路复用的光学梳状滤波器，包括一个如上所述的光学梳状滤波器单元和多个2N光纤准直器；所述光学梳状滤波器单元中的1/8波片的个数与2N光纤准直器的个数相对应，各1/8波片均垂直光路依次设于不同的高度，且各相邻两个1/8波片的快轴正交或平行设置；所述各2N光纤准直器各自的N个端口为输入端口，另N个端口为接收端口，各接收端口分别对准相应1/8波片的波片中心；所述多个2N光纤准直器中的一部分设于PBS偏振分光体的入射面前面；另一部分2N光纤准直器设于PBS偏振分光体另一偏转输出光的方向上。

进一步的，当所述多个1/8波片的快轴方向一致时，多个1/8波片由单个大的1/8波片替代，所述大的1/8波片为通光面与所述多个1/8波片组合的通光面相等的波片。

本实用新型的有益效果为：采用一个两路偏振光平行出射的PBS偏振分光体作为偏振分光元件，同时又将该PBS偏振分光体作为通道偏振分离的检偏器使用，实现了减小产品光路长度，同时又能保证反射后两路同通道信号的合束，从而在单个梳状滤波器单元中实现2合1甚至多合1的复用，有效的减小了光程，使双光纤及多光纤准直的应用成为可能；也因此大大降低了成本、减小了体积。

附图说明

图1为BGTI原理结构图；

图2为现有技术中双级BGTI结构示意图；

图3为本实用新型梳状滤波器基础结构示意图；

图4为在图3所示基础结构上增加偏振模色散补偿片的示意图；

图5为本实用新型单级梳状滤波器实施例示意图；

图6为本实用新型二合一梳状滤波器实施例示意图；

图7为两个1/8波片不同快轴角度的滤波图形比较示意图；

图8为本实用新型多路复用梳状滤波器实施例示意图；

图9为图8结构A方向视图；

图10为图8结构的一种扩展方式示意图。

附图标示：10、GT标准具；20、1/4波片；30、1/8波片；40＇、PBS分束器；50＇、1/2波片；60＇、双折射晶体；70＇、透镜；80＇、波片；90＇、钒酸钇（YVO4）；40、偏振分光体；41、入射面；42、PBS面；43、反射面；50、偏振模色散补偿片；60、输入输出单元；61、双光纤准直器；62、单光纤准直器；63、四光纤准直器；64、双光纤准直器；65、四光纤准直器一；66、四光纤准直器二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

本实用新型采用一个两路偏振光平行出射的PBS偏振分光体作为偏振分光元件，同时又将该PBS偏振分光体作为通道偏振分离的检偏器使用，实现了减小产品光路长度，同时又能保证反射后两路同通道信号的合束，从而在单个梳状滤波器单元中实现2合1甚至多合1的复用，有效的减小了光程，使双光纤及多光纤准直的应用成为可能；也因此大大降低了成本、减小了体积。

如图3所示，为本实用新型梳状滤波器的基础结构，包括按光路依次设置的一PBS偏振分光体40、一个1/8波片30、GT标准具10以及设于GT标准具10腔内的1/4波片20。其中，偏振分光体40包括一PBS面42和一个与该PBS面42平行的反射面43，可将入射光分成两路平行出射且偏振方向相互垂直的线偏振光，该结构可保证被PBS面42分离的两束偏振光能够平行出射并返回，以保证返回光能很好地合束。

信号光由PBS偏振分光体40的入射面41入射到其PBS面42上，被PBS面42分成偏振方向相互垂直的两束线偏振光：一束线偏振光透射过PBS面42后入射到1/8波片30和设有1/4波片20的GT标准具10内，并被反射回PBS面42上；另一束线偏振光被PBS面42反射至反射面43并被反射面43反射后与前一束线偏振光平行出射，同样经1/8波片30和设有1/4波片20的GT标准具10内，并被反射回PBS面42上；此时PBS面42充当检偏器，被反射回的两束线偏振光的每个波长光在此实现偏振干涉并根据各自传输中偏振分量的附加相位差选择传播路径，并最终分成两路光输出：一路光沿与入射光相反的方向输出；另一路光则偏转，沿与入射光垂直的方向输出。这里，PBS偏振分光体40既作为偏振分光元件，同时又作为通道偏振分离的检偏器使用，实现了减小产品光路长度，同时又能保证反射后两路同通道信号的合束，使得产品结构简单化，大大降低了成本、减小了体积。

为补充偏振分光设计引起的偏振模式色散，在PBS偏振分光体40与1/8波片30之间设置一偏振模色散补偿片50，位于从PBS偏振分光体40平行出射的两束线偏振光其中的一束光路上，如图4所示。

如图5所示为本实用新型单级梳状滤波器实施例，在上述结构的基础上增加一个双光纤准直器61和一个单光纤准直器62作为输入输出单元60。其中，双光纤准直器61位于PBS偏振分光体40入射面41前面，其两个端口一个作为输入端口（input），一个作为接收端口一（out1），分别用于输入信号光至PBS偏振分光体40内和接收PBS偏振分光体40的输出光；单光纤准直器62作为接收端口二（out2），用于接收PBS偏振分光体40输出的另一路光。

同样，也可以在图3所示的基础结构上增加该双光纤准直器和单光纤准直器构成单级梳状滤波器。

如图6所示的实施例为本实用新型二合一结构的梳状滤波器，是将上述实施例中的双光纤准直器和单光纤准直器分别替换为四光纤准直器63和双光纤准直器64，而无需再增加或改变其他元件，即可实现二合一的梳状滤波器。类似地，将双光纤准直器和单光纤准直器分别替换为对应的多光纤准直器（如2N光纤准直器，N为正整数），即可实现多个梳状滤波器的复用（多合一的复用）。而且使用元件少、结构简单、成本低、体积小，能更好地满足光通讯光路中对梳状滤波器低成本、小体积、高集成度的要求。

上述各结构中，如果使用两个1/8波片，且其快轴角度分别设置在正交的两个状态，则其在同一接收端口的通道会发生交换，如图7所示。

利用上述1/8波片快轴设置的特性，还可以构成另一种复用结构（多路复用）的梳状滤波器，如图8和9所示。与上述梳状滤波器基础结构相比，不同的是该实施例中设置了两个1/8波片，并采用两个四光纤准直器分别替代双光纤准直器和单光纤准直器。两个1/8波片垂直光路设于不同的高度，且两个1/8波片的光轴正交，如分别设为45°和-45°，即将两个1/8波片的快轴角度分别设置在正交的两个状态，则使得在同一接收端口的通道发生交换。两个四光纤准直器的高度也不一致，分别对准两个1/8波片的波片中心，如图9所示。该滤波结构中，两个四光纤准直器的输出端口将分别得到两组通道的滤波信号，但通道正好交换，但是在同一个四光纤准直器上的两组滤波通道相同。该结构在二级滤波时可有效提高通道隔离度，还可用于集成诸如50-200G双向梳状滤波器模块，可大量减少集成模块的器件数量，从而获得小体积的集成模块，以更好地满足市场要求。

类似的，可在上述多路复用结构的基础上进一步扩展，可增加多个四光纤准直器或多个2N光纤准直器（N为正整数），并相应地增加1/8波片的个数。各四光纤准直器或2N光纤准直器的高度各不相同，相互错开，且与对应的1/8波片高度一致，如图10所示。当然，需要相应地扩展PBS偏振分光体、GT标准具和1/4波片的通光孔径。

上述多路复用结构中，1/8波片的快轴方向可根据实际需要设置，如果连续多个1/8波片快轴方向一致，则这些1/8波片可以由一个大的1/8波片替代。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种光学梳状滤波器单元，其特征在于：包括按光路依次设置的PBS偏振分光体、1/8波片、GT标准具以及设于GT标准具腔内的1/4波片；所述偏振分光体包括一PBS面和一个与该PBS面平行的反射面，可将入射光分成两路平行出射的偏振光；信号光由PBS偏振分光体的入射面入射到其PBS面上，被PBS面分成偏振方向相互垂直的两束线偏振光：一束线偏振光透射过PBS面后入射到1/8波片和设有1/4波片的GT标准具内，并被反射回PBS面上；另一束线偏振光被PBS面反射至反射面并被反射面反射后与前一束线偏振光平行出射，同样经1/8波片和设有1/4波片的GT标准具内，并被反射回PBS面上；被反射回的两束线偏振光在该PBS面处实现偏振干涉，并最终被该PBS面分成两路光输出：一路光沿与入射光相反的方向输出；另一路光则偏转，沿与入射光垂直的方向输出。

2.如权利要求1所述光学梳状滤波器单元，其特征在于：在所述PBS偏振分光体与1/8波片之间设置一偏振模色散补偿片，位于从PBS偏振分光体平行出射的两束线偏振光其中的一束光路上。

3.如权利要求1或2所述光学梳状滤波器单元，其特征在于：所述PBS偏振分光体的反射面为全反射面或镀高反射膜面；所述镀高反射膜面为直接镀于PBS偏振分光体上，或者镀于与PBS面平行的分离平面镜上。

4.如权利要求1或2所述光学梳状滤波器单元，其特征在于：还包括一个双光纤准直器和一个单光纤准直器；双光纤准直器位于PBS偏振分光体入射面前面，其两个端口一个作为输入端口，一个作为接收端口一，分别用于输入信号光至PBS偏振分光体内和接收PBS偏振分光体的输出光；单光纤准直器作为接收端口二，用于接收PBS偏振分光体输出的另一路光。

5.一种多合一光学梳状滤波器，其特征在于：包括一个如权利要求1-3所述的光学梳状滤波器单元，还包括一个2N光纤准直器和一个N光纤准直器；2N光纤准直器的N个端口分别作为输入端口，用于输入N束信号光至PBS偏振分光体内，另外N个端口分别作为N路信号光各自的接收端口一，用于接收PBS偏振分光体输出的N路信号光；N光纤准直器的N个端口分别作为N路信号光各自的接收端口二，用于接收PBS偏振分光体输出的另N路信号光。

6.一种多路复用的光学梳状滤波器，其特征在于：包括一个如权利要求1-3所述的光学梳状滤波器单元和多个2N光纤准直器；所述光学梳状滤波器单元中的1/8波片的个数与2N光纤准直器的个数相对应，各1/8波片均垂直光路依次设于不同的高度，且各相邻两个1/8波片的快轴正交或平行设置；所述各2N光纤准直器各自的N个端口为输入端口，另N个端口为接收端口，各接收端口分别对准相应1/8波片的波片中心；所述多个2N光纤准直器中的一部分设于PBS偏振分光体的入射面前面；另一部分2N光纤准直器设于PBS偏振分光体另一偏转输出光的方向上。

7.如权利要求6所述多路复用的光学梳状滤波器，其特征在于：当所述多个1/8波片的快轴方向一致时，多个1/8波片由单个大的1/8波片替代，所述大的1/8波片为通光面与所述多个1/8波片组合的通光面相等的波片。