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1、10申请公布号CN101943772A43申请公布日20110112CN101943772ACN101943772A21申请号201010263796122申请日20100826G02B6/34200601G02B27/28200601G02B5/30200601H04J14/0220060171申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号72发明人柯昌剑王玥刘德明74专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人朱仁玲54发明名称GT谐振腔与双折射元件结合的可调谐光梳状滤波器57摘要一种GT谐振腔与双折射元件结合的可调谐光梳状滤波器，包括由输入光纤和准直透镜组成的光。
2、束输入结构，用于输出经准直和聚焦后的平行光束；由偏振分束器和相位延迟元件组成的偏振分光部分，用于产生一定偏振方向的光束；由GT谐振腔与双折射元件组成的滤波模块，上述偏振光束进入GT谐振腔，在所述GT谐振腔中来回反射，多次经过该双折射元件改变光程，得到从GT谐振腔出射的多个位相不同的光束，并经所述偏振分束器折射后输出；由聚焦透镜和输出光纤组成的光束输出结构，用于将上述折射后输出的光束聚焦后输出。本发明具有带宽和中心波长可调谐的特性，并且输出光谱具有顶部带宽平坦和边缘陡峭的特性以及较大的带外抑制比。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图3页CN1。
3、01943779A1/1页21GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器，包括由输入光纤和准直透镜组成的光束输入结构1，用于输出经准直和聚焦后的平行光束；由偏振分束器和相位延迟元件组成的偏振分光部分2，用于产生一定偏振方向的光束；由GT谐振腔与双折射元件组成的滤波模块3，上述偏振光束进入GT谐振腔，在所述GT谐振腔中来回反射，多次经过该双折射元件改变光程，得到从GT谐振腔出射的多个位相不同的光束，并经所述偏振分束器折射后输出；由聚焦透镜和输出光纤组成的光束输出结构4，用于将上述折射后输出的光束聚焦后输出。2根据权利要求1所述的GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器，其特征在于，。
4、所述的GT谐振腔具有前镜6和后镜8，所述的双折射元件7设置于所述前镜6和后镜8之间，上述偏振光束通过前镜6后经所述的双折射元件7产生一定光程差，再经后镜8反射后再次经过双折射元件7，一部分光束从前镜6透射输出，一部分光束被前镜6内表面反射再次经过双折射元件7产生光程差，多次经过上述过程后从GT谐振腔前镜6透射输出的光束，即形成多个位相不同的光束干涉。3根据权利要求1或2所述的GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器，其特征在于，所述的双折射元件7由具有双折射特性的介质片和一块补偿片组成，所述介质片用于产生双折射，以改变光束光程，所述补偿片用于补偿光束在所述介质片界面处发生的折射，使光束。
5、仍沿原入射方向出射。4根据权利要求13之一所述的GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器，其特征在于，所述介质片为呈楔形的具有双折射特性的晶体，其光轴平行于晶体表面，并与光束入射方向垂直。5根据权利要求4所述的GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器，其特征在于，所述介质片形状为三角形或梯形。6根据权利要求15之一所述的GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器，其特征在于，所述补偿片为没有双折射现象的玻璃，其折射率介于所述介质片的双折射晶体的两个本征折射率之间。7根据权利要求16之一所述的GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器，其特征在于，该滤波器还包括与滤波。
6、模块3相连的机械可调的装置5，该机械可调的装置5能够横向改变GT谐振腔前后镜的间距，并且能使滤波模块3纵向移动，从而实现对进入双折射晶体7的光束的光程改变量的调节。权利要求书CN101943772ACN101943779A1/5页3GT谐振腔与双折射元件结合的可调谐光梳状滤波器技术领域0001本发明涉及到光通信系统中应用到的可调谐带通滤波器，特别是一种GT谐振腔与双折射元件结合的可调谐光梳状滤波器，即一种交叉波长波分复用器INTERLEAVER。背景技术0002随着信息技术的迅猛发展，密集波分复用技术已成为发展高速、大容量全光通信网的主流技术之一，光带通滤波器是光通信系统中的关键器件，为了提高。
7、光纤带宽的利用率，相应出现了一种新型光无源器件光学梳状滤波器，其功能是将频率间隔为V的多波长信号，按奇偶波长分解成频率间隔为2V的信号，由此可以有效地增加光纤上复用的信道数，并且还可以应用于波长选择、光放大器的噪声滤除、预滤波、失谐滤波、光复用/解复用等方面。0003CN1315790A描述了一种基于晶体型实现奇偶波长分离功能的滤波器，其利用特定长度的双折射晶体中O光和E光的折射率差异产生特定的光程差，从而引起光束产生一定的相位差来实现梳状滤波，并且可以采用晶体级联双折射偏振干涉技术来实现滤波器平坦化通带和阻带的光谱透射率，但透射谱的隔离度和平坦通频带宽度都不是很好，且其不具有中心波长或带宽的。
8、可调谐特性。0004期刊文献1参见BENJAMINBDINGELETAL，“PROPERTIESOFANOVELNONCASCAEDTYPE，EASYTODESIGN，RIPPLEFREEOPTICALBANDPASSFILTER，”JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY，PP14611469，1999描述了一种MICHELSON干涉仪和GIRESTOURNOIS谐振腔组合而成的滤波器。由于MICHELSON干涉仪两个干涉臂之间的光程不同，使得奇偶波长序列的光信号产生不同的相位差。通常用GT谐振腔来取代干涉仪中的某一个臂上的反射镜，用来改善输出光谱的带宽特性。具有较好的通带顶。
9、部平坦度和隔离度，但是为了得到带通滤波器，在结构参数设置上有一定限制，工艺上实现可调谐特性比较困难。发明内容0005本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的困难，提供一种GT谐振腔与双折射元件结合的可调谐光梳状滤波器，该滤波器在具有大平坦度的通带带宽以及高隔离度的同时，还具有中心波长和带宽的可调谐特性。0006本发明的构思是采用在GT腔中加入双折射元件的结构，通过控制GT腔前镜反射率的大小，GT腔的间距以及光在双折射晶体中传播产生的光程差来实现具有大平坦宽度的通带和阻带带宽及高隔离度的梳状滤波特性。其中通过改变GT腔间距以及经过双折射晶体的路程从而实现中心波长和带宽的可调谐特性。0007本。
10、发明的具体技术解决方案如下0008GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器，包括0009由输入光纤和准直透镜组成的光束输入结构，用于输出经准直和聚焦后的平行光说明书CN101943772ACN101943779A2/5页4束；0010由偏振分束器和相位延迟元件组成的偏振分光部分，用于产生一定偏振方向的光束；0011由GT谐振腔与双折射元件组成的滤波模块，上述偏振光束进入GT谐振腔，在所述GT谐振腔中来回反射，多次经过该双折射元件改变光程，得到从GT谐振腔出射的多个位相不同的光束，并经所述偏振分束器折射后输出；0012由聚焦透镜和输出光纤组成的光束输出结构，用于将上述折射后输出的光束聚焦。
11、后输出。0013作为本发明的进一步改进，所述的GT谐振腔具有前镜和后镜，所述的双折射元件设置于前镜和后镜之间，上述偏振光束通过前镜后经所述的双折射元件产生一定光程差，再经后镜反射后再次经过双折射元件，一部分光束从前镜透射输出，一部分光束被前镜内表面反射再次经过双折射元件产生光程差，多次经过上述过程改变光程后从GT谐振腔前镜透射输出的光束，即形成多个位相不同的光束干涉。0014作为本发明的进一步改进，所述的双折射元件由具有双折射特性的介质片和一块补偿片组成，该介质片用于产生双折射，以改变光束的光程差，所述补偿片用于补偿光束在所述介质片界面处发生的折射，使光束仍沿原入射方向出射。0015作为本发明。
12、的进一步改进，所述介质片为呈楔形的具有双折射特性的晶体，其光轴平行于晶体表面，并与光束入射方向垂直。0016作为本发明的进一步改进，所述介质片形状为三角形或梯形。0017作为本发明的进一步改进，所述补偿片为没有双折射现象的玻璃，其折射率介于所述介质片的双折射晶体的两个本征折射率之间。0018作为本发明的进一步改进，该滤波器还包括与滤波模块相连的机械可调的装置，能够横向改变GT谐振腔前后镜的间距，并且能使滤波模块纵向移动，从而实现对进入双折射晶体的光束的光程改变量的调节。0019本发明具有以下优点0020GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤波器实现了具有通带顶部带宽平坦和边缘陡峭的特性以。
13、及较大带外抑制比的光谱特性。同时实现了带宽和中心波长的可调谐特性。与各在先技术相比，克服了在先技术的通带顶部带宽不平坦以及隔离度不高的缺陷，同时克服了在先技术的不能实现中心波长和带宽的可调谐特性。附图说明0021图1为本发明的一种结构示意图。0022图2为本发明滤波模块3的一种结构示意图0023图3为本发明中GT腔前镜反射率的选择。0024图4为本发明的中心波长的可调谐特性。0025图5为本发明的带宽的可调谐特性。具体实施方式0026参阅图1，由图可见，本发明的GT谐振腔与双折射元件相结合的可调谐光梳状滤说明书CN101943772ACN101943779A3/5页5波器，包括由输入光纤和准直。
14、透镜组合的光束输入结构1，偏振分束器和相位延迟元件组合而成的偏振分光部分2，由GT腔与双折射元件组成的滤波模块3以及聚焦透镜和输出光纤组合的光束输出结构4，其中滤波模块3与一机械可调的装置5相连接。0027本发明中的GT腔与双折射元件组成的滤波模块3是在一个GIRESTOURNOIS谐振腔也就是一个非对称的法布里珀罗标准具的前镜6和后镜8中加入双折射元件7而构成，所述的GT谐振腔前镜6为镀有低反射率介质膜的平板，后镜8为镀有高反射率介质膜的平板，理想情况为全反射平面镜。0028所述的双折射元件7设置于GT谐振腔的前镜6和后镜8之间，用于改变进入GT谐振腔的光束的光程，经前镜6透射后的光束经此双。
15、折射元件改变光程后被后镜8反射，再次经过双折射元件7。0029该双折射元件7由具有双折射特性的介质片和一块补偿片组成，所述介质片优选为楔形，材料为具有双折射特性的晶体，其形状为上下两头都具有一定宽度的梯形，底角等于90，其楔角较小，且光轴平行于晶体表面，与光束入射方向垂直。所述补偿片用于补偿光在介质片两个界面处发生的折射，从而使光束沿原入射方向出射介质对，所述补偿片优选形状为三角形、材料为没有双折射现象的玻璃，所选玻璃材料的折射率介于介质片的双折射晶体的两个本征折射率之间。将所述补偿片沿介质片的楔形间隔布置或者直接贴合于介质片上，即可实现将入射光经所述双折射元件后沿原入射方向出射。0030与G。
16、T腔相连的机械可调的装置5，可以横向改变GT谐振腔前后镜的间距，并且可以使滤波模块3纵向移动，改变光束进入双折射晶体的光程。0031光束输入部分1中的准直透镜起到了光纤准直的作用，它可以对单模光纤中传输的高斯光束进行准直和聚焦，提高耦合效率，降低损耗。准直透镜用于对输入光纤发射的信号光束进行准直和聚焦，输出平行细光束，经偏振分束器后分成两束具有一定偏振方向的光束，其中一束光沿原入射方向继续传播，进入滤波模块3，经前镜6透射后，通过双折射元件7，然后被后镜8反射，再次经过双折射元件7返回偏振分束器；一部分光在分束器界面上发生折射，入射到聚焦透镜，最后经过聚焦透镜聚焦并耦合进入输出光纤而最终形成输。
17、出光束；而另一部分光则直接透射经过偏振分束部分2，经透镜耦合聚焦，从输入光纤中输出光束。0032由GT谐振腔和双折射元件7组合而成的滤波模块3是整个系统的核心。该模块是一个无限冲击响应系统，其反射光为无数等时延光脉冲的叠加，光束在腔内来回反射，产生的无数谐波项叠加，形成多光束干涉，谐波的叠加可以实现任意周期波形的滤波器。GT腔中的介质片用于产生一定的位相延迟；补偿片的折射率介于介质片双折射晶体的两个本征折射率之间，用以补偿光在介质片界面处发生的折射，从而使光束沿原入射方向出射介质对。入射光束首先经过GT腔的前镜，一部分光束被GT腔的前镜的外表面反射，一部分光束透射进入GT腔内，经过双折射晶体介。
18、质片，在其内被分解为偏振方向互相正交的两个偏振光，经过一定距离后产生一定的相位延迟；接着进入补偿片，由于补偿片的折射率介于介质片双折射晶体的两个本征折射率之间，因而可忽略光在其界面发生的折射，这两个偏振光最后沿原入射方向出射该双折射元件7。出射光束继续行进到达GT腔的后镜8被全部反射再次经过双折射元件7；一部分光束从GT腔前镜6透射出去，一部分光束被GT腔前镜内表面反射再次来回经过双折射元件7。以此方式在输出端可以得到多个位相不相说明书CN101943772ACN101943779A4/5页6同的光束，形成多光束干涉；其中通过控制晶体长度，GT腔间距以及前镜反射率的值，可以产生具有一定平坦化通。
19、带和隔离度的光谱透射率输出，最后光信号经聚焦透镜聚焦并耦合入输出光纤而输出。与滤波模块3相连的机械可调的装置5用于控制GT腔的间距以及光束进入双折射晶体的光程，从而调节多光束干涉的相位差，用于实现中心波长和带宽的调谐。0033对于上述发明的分析如下0034通带顶部平坦的光谱输出0035由于GT谐振腔是一个多光束干涉器件，其反射光为无数等时延光脉冲的叠加，输出光是由谐振腔产生的无数谐波项的叠加。从信号分析的角度来看，任何周期波形都可以分解为许多谐波的叠加。通过计算其光谱透射率函数可以得到光强输出的表达式为0036IFT02T1COS2T2COS22T3COS32TNCOSN0037其中KDN为相。
20、继两束干涉光的相位差，K2/，为波长，DN为光束经过GT腔内来回一次的光程。这里TN是与GT腔间距，经过晶体的光程以及GT干涉仪前镜反射系数有关的参数。通过合理的参数设计，各谐波的叠加可以实现任意周期波形的滤波器。0038通过控制双折射晶体长度，设置特定的GT腔前镜反射系数R可得到具有顶部平坦特性的光谱透射率。图3中点画线对应的R037时的光谱图，实线对应的R043时的光谱图，虚线对应的R051时的光谱图；虚线R051对应的光谱透射率顶部最平坦，05DB带宽最宽，而带外抑制比较小，隔离度的高度值小于40DB；实线R043对应的光谱透射率顶部平坦，05DB带宽相比反射系数R051时的带宽稍窄，但。
21、是带外抑制比较大，隔离度的高度值大于50DB。因此，通过合理的设计GT腔前镜的反射率，可以得到满足隔离度要求，并且具有一定顶部平坦特性的光谱透射率输出。0039调谐特性0040通过调节GT腔间距和光束进入双折射晶体的光程，可在不影响光谱透射率形状的同时实现中心波长和带宽的调谐特性。0041输出光谱的带宽和中心波长直接受到多光束干涉相继两束光的相位差的影响。通过机械装置来改变GT腔的间距，当刚开始改变腔距时，变化范围较小，此时带宽的变化可以忽略不计，而只有中心波长在发生平移，在小范围改变GT腔间距的情况下可以得到中心波长的调谐特性；当继续改变GT腔间距，使改变量达到一个较大的范围，多光束干涉相继。
22、两束光的相位差变化的就越大，此时将不能忽略带宽的变化，中心波长和带宽的变化同时存在。0042在GT腔中放入的晶体的长度也会直接影响到输出光谱的带宽和中心波长。在双折射晶体长度满足一定要求时，可以得到较好的梳状滤波光谱输出。在竖直方向移动晶体时，当光束经过双折射晶体的光程改变量较小时，可以忽略带宽的变化，此时中心波长会发生平移；当光束经过双折射晶体的长度改变量较大时，中心波长和带宽的变化同时存在，并且此时光谱透射率的形状也将受到影响。0043图4为该滤波器的中心波长的可调谐特性曲线，其中实线、虚线和点画线分别为不同的GT腔间距和经过双折射元件产生光程对应的不同中心波长的光谱透射率情况，此时改变量在几十微米量级；图5为该滤波器的带宽的可调谐特性曲线，其中实线、虚线和点说明书CN101943772ACN101943779A5/5页7画线分别为不同的GT腔间距和经过双折射元件产生光程对应的不同带宽的光谱透射率情况，此时改变量在几百微米量级。说明书CN101943772ACN101943779A1/3页8图1图2说明书附图CN101943772ACN101943779A2/3页9图3图4说明书附图CN101943772ACN101943779A3/3页10图5说明书附图CN101943772A。