一种基于旋转滤光片的可调谐滤波器及其滤波方法

摘要

本发明涉及用于光通信、光纤传感等领域的光学装置，具体涉及一种基于旋转滤光片的可调谐滤波器，其包括输入光纤、输出光纤、准直透镜、滤光片、反射镜；其特征在于：还包括一根转轴，所述滤光片安装在转轴上并由其带动旋转的，所述滤光片与转轴的夹角在0度到35度之间，转轴带动滤光片转动使得滤波片透射波长随之改变。本发明通过旋转滤光片改变透过滤波片的波长从而实现调谐滤波功能，稳定型好。

说明书

技术领域

本发明涉及用于光通信、光纤传感等领域的光学装置，具体涉及一种基于旋转滤光片的 可调谐滤波器及其滤波方法。

背景技术

随着光通信的迅速发展，流量增加，对网络的动态监控和调整成为必需，光纤输入/输出 的可调谐滤波器成为了一种很重要的光学器件，它可以监测光纤中有多少个不同波长的光在 传输以及每种波长的光功率，还可以在光纤中切换不同的波长，以及滤除EDFA的噪声。

同样在光纤传感领域，对于光纤光栅的解调仪核心就是测试光纤光栅的反射波长，使用 可调谐滤波器和探测器的组合可以很方便，准确地检查出光栅的波长，从而实现解调。

传统的滤波器主要采用FFP的结构(US0512746)，FP腔结构(US2004/0228575A1)，渐变 式滤光片结构(US6606446B1)，衍射光栅的结构(US2008/0085119A1)，或者沿平行于滤光片 转轴来旋转滤光片的结构(US7821712B2，49469467)。FFP和FP结构工艺很复杂，需要精细加 工，温度稳定性也比较难做好，国内外只有很少的厂家可以做出，成本很高；渐变式滤波器 滤光片很难制造，调解速度慢，而衍射光栅的结构带宽一般都比较宽，在传感等领域使用不 是很合适。

旋转滤光片的结构因其成本低廉，带宽窄成为一个很重要的技术分支。但之前旋转滤波 片构成的可调谐滤波器结构是使滤波片沿着某个平行于滤光片表面的轴摆动，一般在20度左 右做往返摆动，不是连续的转动，驱动的机构复杂，调谐的速度不高。

发明内容

本发明的发明目的之一为：针对上述现有技术的不足，提供一种成本低廉，带宽窄，而 且连续调谐的一种基于旋转滤光片的可调谐滤波器。

本发明的发明目的之二为：针对上述现有技术的不足，提供一种成本低廉，带宽窄，而 且连续调谐的一种基于旋转滤光片的可调谐滤波方法。

为解决以上技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于旋转滤光片的可调谐滤波器，其包括输入光纤、输出光纤、准直透镜、滤光片、 反射镜；其不同之处在于：还包括一根转轴，所述滤光片安装在转轴上并由其带动旋转的， 所述滤光片与转轴的夹角在0度到35度之间，转轴带动滤光片转动使得滤波片透射波长随之改 变。

按以上方案，所述转轴由电机带动连续旋转，或采用手动。

按以上方案，所述电机选用步进电机、伺服电机中的一种。

一种基于旋转滤光片的可调谐滤波方法，其方法包括以下步骤：首先入射光束从输入光 纤入射到光路中，然后经过准直透镜准直后入射至滤光片，滤光片出射后形成某一波长的透 射光束，其不同之处在于：所述滤光片设置在转轴上并由其带动旋转，当转轴带动滤光片旋 转时，入射光束的入射角随之改变，透射波长相应改变，所述滤光片与转轴的夹角在0度到35 度之间。

按以上方案，所述入射光束为平行光或者准直后的高斯光束，光束直径在60um到3mm之间， 其和转轴之间的夹角在0度到40度之间。

本发明基本原理：入射光束从输入光纤入射到光路中，然后经过准直透镜准直后入射至 滤光片，滤光片出射形成某一波长的透射光束，透射光束射至反射镜再经其反射之后沿原路 返回到滤光片，再次透过滤光片之后的光被准直透镜会聚，从输出光纤输出，在转轴带动滤 光片旋转时，入射光束的入射角随之改变，透射波长相应改变，即通过旋转滤光片改变透过 滤波片的波长从而实现调谐滤波功能。

对比现有技术，本发明的有益技术效果如下：

本发明应用时，通过转轴带动滤光片旋转就可以改变滤光片和光束的夹角，从而改变透 射光波长，而不需要像背景技术中的专利，往复摆动滤光片。此结构优点之一在于更加简洁， 稳定，克服了往复运动存在加速度，对结构强度要求比较高的问题；优点之二在于对角度精 度的要求降低了很多，原来往复运动20度左右的运动现在被放大到360度，精度要求也可以 大大降低。

附图说明

图1为本发明一种基于旋转滤光片的可调谐滤波器原理图；

图2为入射角度改变示意图；

图3为滤光片干涉原理；

图4为本发明实施例1的原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明具体实施方式。

如图1、图4所示，一种基于旋转滤光片的可调谐滤波器，其包括输入光纤4-1、输出 光纤4-2、准直透镜5、一根转轴3、一个安装在转轴3上的滤光片2、反射镜6；所述滤光 片2与转轴3的夹角在0度到35度之间，转轴3带动滤光片2转动使得滤波片2的透射波长 随之改变。滤光片2安装在转轴3上，但不垂直于转轴，入射光束1-1透过滤光片2出射形 成透射光束1-2，光束和转轴3之间也具有一个夹角。光从输入光纤4-1中入射到光路中， 被透镜5准直，只有波长为λt的光可以穿过可旋转滤光片2，入射到反射镜6上，其他光被 反射到环境中；波长为λt的光经反射镜6反射之后，沿原路入射到可旋转滤光片2，因入射 角相同，同样可以透过滤光片2，透过之后的光被透镜5会聚，从输出光纤4-2输出，从而实 现了可调谐滤波的功能。

具体的，所述转轴3由电机带动连续旋转，或采用手动或者步进电机带动。

如图2所示，滤光片2安装在转轴3上，但不垂直于转轴，夹角为θ，入射光束1-1透 过滤光片出射形成透射光束1-2，光束和转轴也有一个夹角φ。

当转轴旋转到角度ω＝0时，光的入射角度为：i＝φ-θ

当转轴旋转到角度ω＝180时，光的入射角度为：i＝φ+θ

可见入射角变化了2θ，平均入射角为φ。

当ω为其他角度时，角度在(φ-θ)到(φ+θ)之间变动。

如图3所示，滤光片为多层薄膜干涉结构，根据干涉条件，透射波长正比于入射角的余 弦λ∝n*cos(i2)。

当转轴旋转时，波长会在λ0*(n1*cos(φ-θ)/n*cos(φ))到λ0*(n2*cos(φ+θ)/ n*cos(φ))，之间变动。其中λ0是滤光片在入射角为φ时的透射波长。

一般来说，θ在0度到35度之间，φ在0度到40度之间；入射光束为平行光或者准直 后的高斯光束。

由上可见，当转轴转动时，滤波片透射波长随之改变，形成可调谐滤波器。

滤光片2是窄带滤光片，其入射光角度不同，透过的波长不同；

入射光束为平行光或者准直后的高斯光束，光束直径在60um到3mm之间，其和转轴之 间的夹角在0度到40度之间。

本发明优选实施例的精度要求可以降低到原来的1/10，甚至更低。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具 体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明 构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。