空间光谱分离式滤波器波长分辨率的提升方法技术

本发明专利技术涉及空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法。所述滤波器包括输入波导、滤波器模块功能块、输出波导，在不改变空间光谱分离式滤波器的内部设计的前提下，通过改变输入准直器和输出准直器的模场耦合特性来压缩滤波器的带宽，提升滤波器的分辨率；包括采用不同模场直径的输入输出单模波导，不同准直器透镜特性，单模波导通常是单模光纤。本方法在不改变内部光路设计的前提下，通过改变输入输出光纤和准直系统的特性显著提升光纤+光栅型光谱处理及分析产品的波长分辨能力，产品的FWHM压缩约20％。

Method for improving wavelength resolution of spatial spectrum separation filter

The invention relates to a method for improving the resolution of a space spectrum separation filter. The filter includes an input waveguide, filter module, function block output waveguide, in the premise of interior design does not change the spatial spectral separation filter under compression filter by mode coupling characteristics change the input and output of the collimator collimator filter bandwidth, improve the resolution; including the use of different mode field diameter of input and output the different characteristics of single mode waveguide, collimator lens, single-mode waveguide is usually single-mode fiber. This method without changing the internal optical path design, through changing the input and output characteristics of optical fiber and collimation system significantly improve the fiber grating spectra processing and analysis + product wavelength resolution, product FWHM compression of about 20%.

【技术实现步骤摘要】
空间光谱分离式滤波器波长分辨率的提升方法
本专利技术涉及光谱处理及分析产品的波长分辨技术，具体涉及空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法。
技术介绍
基于空间光谱分离思路的光学滤波器，可分为可调式滤波器、固定式滤波器。其空间色散方式常见的有棱镜色散式、各种光栅式、阵列波导光栅式、声光光学滤波器等。如图6所示，传统的可调滤波器为信号光经过可调滤波器的入射光纤①进入到可调滤波器模块功能块③内部，经过过滤的信号光再经过可调滤波器的输出光纤②输出以供其他功能模块使用如光电二极管等。光通道监控器的几种常见实现方案如下：MEMSGrating灵活度相对比较高，波长分辨率和噪声隔离度均处于中等偏好的状态，其中波长分辨率稍微欠缺一些。中国专利申请号为201310116824的文献公开了一种基于光栅的可调滤波器，是一种典型的MEMSgrating型可调滤波器，包括光纤准直器、扩束系统、光栅、反射镜；其利用光栅的强的色散效果使得光波长产生空间分离，从而在输出光纤中仅存在一个通道或比较狭窄的波段。光栅型可调滤波器，其带宽一般通过已知的多种途径可以降低一定水平，这些途径常见的有增加狭缝光阑、增大发散距离、增多光栅穿透次数等方式，相应地会导致引入狭缝精密控制系统、增大产品尺寸和成本、增加光栅个数等附加不利结果，而且所达到的光谱带宽也都有限。另一个角度，光网络快速的发展，比如灵活栅格技术、多子载波技术等等都导致了信号复杂度大幅度提升，因此这导致了光通道监控器的需求指标也不断被拔高。为了达到上述的指标要求，厂商又要在保证产品质量的基础上尽量控制成本，那么就会发掘更进一步的压缩可调滤波器带宽的措施和想法。前述MEMSGrating光通道监控器一般地应用在光纤通信系统中，因此光学接口一般是通信光纤，即满足G652规范的普通单模光纤。一般设计上采用这种基于这种普通单模光纤的单纤(输入输出为单根光纤)Pigtail、双纤(输入和输出分别为一根光纤)Pigtail或两个单纤Pigtail结构。中国专利申请号201410362340的文献公开了一种基于MEMS的可调谐平顶窄带型光学滤波器，引入了一种变换输入输出光纤的尝试，从而达到光谱平坦化的效果，但其缺陷也比较明显。一方面将MEMS反射镜放置到光栅后面会导致MEMS反射镜的尺寸非常大，即便如其所述可以在MEMS反射镜前加一个缩束棱镜，但依然很大且会降低波长色散的效果；另一方面该专利要求输入为普通单模光纤，输出为多模光纤或少模光纤，经过分析这显然是有悖于提高波长分辨率的，是不合适的。中国专利申请号200980145964的文献公开了可调谐光学滤波器，提出了多次经过的思路，即不对可调滤波器结构本身做明显的变更，仅在外围做一些简单的调整以达到提升可调滤波器性能的目的。但是，该专利采用多次经过的思路，势必会对可调滤波器的插损有成倍的折扣，比如原本一个可调滤波器的插入损耗是3dB，采用该专利技术后插入损耗至少会增大到6dB，然而所压缩的光谱带宽并不明显。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此本专利技术提供一种空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法，在不改变内部光路设计的前提下，通过改变输入输出光纤和准直系统的特性显著提升空间光谱分离式光谱处理及分析产品的波长分辨能力，如光纤式光通道性能监控器、光纤式光谱仪、光纤式可调滤波器等。为实现上述技术效果，本专利技术的技术方案为：空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法，所述滤波器包括输入波导、滤波器模块功能块、输出波导，其特征在于：在不改变空间光谱分离式滤波器的内部设计的前提下，通过改变输入准直器和输出准直器的模场耦合特性来压缩滤波器的带宽，提升滤波器的分辨率；包括采用不同模场直径的输入输出单模波导，不同准直器透镜特性，单模波导通常是单模光纤。根据本专利技术实施例，所述空间光谱分离式滤波器包括棱镜色散式、光栅式、声光光学滤波器。根据本专利技术实施例，所述输入准直器采用大模场直径光纤，输出准直器采用小模场直径的光纤。根据本专利技术实施例，所述输入准直器和输出准直器是共用透镜的双光纤准直器。根据本专利技术实施例，所述输入准直器和输出准直器是采用独立透镜的两个单光纤准直器。根据本专利技术实施例，所述输出准直器，采用不同透镜焦距或者不同的透镜光纤间距，使得输入单光纤准直器的出射光斑小于输出准直器。根据本专利技术实施例，所述输出准直器，采用不同透镜焦距和不同的透镜光纤间距，使得输入单光纤准直器的出射光斑小于输出准直器。根据本专利技术实施例，所述输入准直器和输出准直器采用相同模场直径光纤的两个有独立透镜的单光纤准直器，其中输出准直器的光斑大于输入准直器光斑。根据本专利技术实施例，所述输入准直器所用透镜的焦距小于输出准直器或者输入准直器的光纤透镜间距小于输出准直器。根据本专利技术实施例，所述输入准直器所用透镜的焦距小于输出准直器，且输入准直器的光纤透镜间距小于输出准直器。本专利技术的有益效果是：本方法针对现有技术中存在的问题，提出一种低成本且高可靠性的改进措施，该措施可用于提升MEMS转镜的光栅型可调滤波器或基于此滤波器的光通道监控器的波长分辨率。本方法提升光纤光通道监控器的波长分辨率，使其FWHM压缩约20％。本方法在不改变内部光路设计的前提下，通过改变输入输出光纤等方法改变准直系统的耦合特性显著提升光纤+光栅型光谱处理及分析产品的波长分辨能力，如光纤式光通道性能监控器、光纤式光谱仪、光纤式可调滤波器等。本方法为空间光谱分离式滤波器进一步压缩带宽提供了一种切实可行、易于实现及利于大批量生产的有效措施。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1是棱镜色散式滤波原理图。图2是光栅式滤波原理图。图3是阵列波导式原理图。图4是声光光学滤波原理图。图5是改进结构配置图。图6是空间光谱分离式滤波器结构示意图。图7是普通光纤和小模场直径光纤结构示意图。图8是普通光纤和小模场直径光纤的模厂能量分布对比图。图9是输出光纤模场直径对带宽的影响图。图10是基于常见MEMS光栅结构的可调滤波器的带宽与模场直径的关系。具体实施方式下面结合附图对专利技术做进一步地说明。空间光谱分离式滤波器包括棱镜色散式、光栅式、阵列波导式、声光光学滤波器，大致原理图分别如图1、图2、图3、图4所示。本技术方案针对棱镜色散式、光栅式、声光光学滤波器，可以将三者抽象为一个空间色散元件，空间色散元件在滤波器模块功能块内部；本技术方案的关键是调整输入输出的光纤对的参数，具体地为输入光纤为普通单模光纤，输出光纤为小模场直径的光纤，如图5、图6所示。如图6所示，传统的可调滤波器为信号光经过可调滤波器的入射光纤①进入到可调滤波器模块功能块③内部，经过过滤的信号光再经过可调滤波器的输出光纤②输出以供其他功能模块使用如光电二极管等。本技术方案则仅将输出光纤②设置为一种小模场直径的光纤型号即可，如图7，光纤的径向方向的能量分布图8所示。在上述的设计下，基于光线追迹和高斯光束变换及耦合仿真下，随着输出光纤的模场直径越来越小，典型地，也就是输出光纤的NA值越来越大，可调滤波器的带宽就越来越小，如图9和图10所示。由此可见，这种方法是为可调滤波器进一步压缩带宽提供了一种切实可行且本文档来自技高网...

【技术保护点】
空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法，所述滤波器包括输入波导、滤波器模块功能块、输出波导，其特征在于：在不改变空间光谱分离式滤波器的内部设计的前提下，通过改变输入准直器和输出准直器的模场耦合特性来压缩滤波器的带宽，提升滤波器的分辨率；包括采用不同模场直径的输入输出单模波导，不同准直器透镜特性，单模波导通常是单模光纤。

【技术特征摘要】
1.空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法，所述滤波器包括输入波导、滤波器模块功能块、输出波导，其特征在于：在不改变空间光谱分离式滤波器的内部设计的前提下，通过改变输入准直器和输出准直器的模场耦合特性来压缩滤波器的带宽，提升滤波器的分辨率；包括采用不同模场直径的输入输出单模波导，不同准直器透镜特性，单模波导通常是单模光纤。2.根据权利要求1所述的空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法，其特征在于：所述空间光谱分离式滤波器包括棱镜色散式、光栅式、声光光学滤波器。3.根据权利要求1所述的空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法，其特征在于：所述输入准直器采用大模场直径光纤，输出准直器采用小模场直径的光纤。4.根据权利要求3所述的空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法，其特征在于：所述输入准直器和输出准直器是共用透镜的双光纤准直器。5.根据权利要求3所述的空间光谱分离式滤波器分辨率的提升方法，其特征在于：所述输入准直器和输出准直器是采用独立透镜的两个单光纤准直器。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎凯，卢卫东，庞正达，
申请(专利权)人：湖北捷讯光电有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42