一種帶寬可調的窄帶濾波器的制作方法

本實用新型涉及光纖傳感領域，尤其涉及一種能夠對帶寬進行調節的窄帶濾波器。

背景技術：

在光通信以及長距離分布式光纖傳感系統中，光接收機接收到的信號是十分微弱的，加上高背景噪聲場的干擾，會導致接收端信噪比遠遠小于1，為快速、精確地捕獲目標和接收信號，通常采取的措施有：（1）將接收機的靈敏度提高到nw～pw量級，這就需要選擇量子效率高、靈敏度好、響應速度快且噪聲小的新型光電探測器件；（2）對所接收的信號進行處理，在光信道上采用光窄帶濾波器，如吸收濾波片、干涉濾波片、原子共振濾波、光柵濾波器等，已抑制背景雜散光的干擾。

上述現有的幾種濾波方式或多或少存在問題，比如原子共振濾波器雖然具有超窄線寬，但價格非常昂貴，并且只能與一些特定波長的激光器配對使用。而濾光片的譜寬較寬，不能很好的滿足窄帶濾光的要求等等。光柵濾波器能夠滿足一般的窄帶濾波，但是由于刻寫較窄帶寬、邊摸抑制比較高且反射率較高的光柵模板昂貴，且價格相對來說也比較昂貴。

在光纖通信中，波分復用器按照復用的波長數（通道數）的多少，可以劃分為粗波分復用器和密集波分復用器（縮寫為DWDM器），按照國際電信聯盟（縮寫為ITU）的標準，前者的通道間隔為20nm，后者的通道間隔為2nm、0.8nm乃至0.4nm。而隨后產生了光交叉波分復用器，是一種用在光纖通信中密集波分復用系統的光學路由器，又稱為梳狀濾波器。光交叉波分復用器的復用功能是把兩組奇偶信道光信號合稱為單組輸入DWDM光信號且兩組光輸入信號信道間隔兩倍于輸出光信號信道間隔。它使較窄信道間隔設計的DWDM系統，如200GHz（或100GHz）能進一步合成信道間隔為100GHz（或50GHz）的更密集的DWDM系統。上述方案解決了50GHz的窄帶濾波要求，但是遠遠不能滿足25GHz及其以下的濾波帶寬要求。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種帶寬可調的窄帶濾波器。本實用新型的窄帶濾波器要能夠對帶寬進行調整，調整方式簡單，可調濾波帶寬范圍較寬，制作材料成本低。

為了達到上述發明目的，本實用新型的技術方案如下：

一種帶寬可調的窄帶濾波器，其特征在于，所述的窄帶濾波器包括有第一濾波單元、第二濾波單元、第一溫控單元、第二溫控單元和控制顯示單元，所述的第一濾波單元和第二濾波單元相串聯以組成濾波模塊，該濾波模塊上設有名稱分別為第一端口和第二端口的兩個光纖輸入輸出端口，該兩個光纖輸入輸出端口沒有方向性；所述的第一濾波單元固定安裝在第一溫控單元上，所述的第二濾波單元固定安裝在第二溫控單元上，所述的第一溫控單元和第二溫控單元分別連接所述的控制顯示單元，該控制顯示單元上顯示有第一溫控單元和第二溫控單元的溫度，溫控顯示單元上設有調節第一溫控單元和第二溫控單元溫度的調控按鈕以對第一濾波單元和第二濾波單元進行恒溫控制。

在本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，所述的第一溫控單元和第二溫控單元上均包括有溫度控制電路、溫度傳感器和半導體制冷器，所述溫度控制電路連接有采集溫度信號的溫度傳感器和半導體制冷器。所述溫控單元也設有溫度調節旋鈕通過手動或者控制顯示單元調整自動溫度旋鈕改變電路中的電流，進而控制半導體制冷器的溫度。由此溫控單元的溫度可以通過溫控單元的溫度調節旋鈕進行調節，亦可以通過控制顯示單元進行溫度調節。

在本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，所述濾波模塊中第一濾波單元和第二濾波單元或為FBG 濾波器、或為密集波分復用器。

在本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，所述的FBG濾波器或為透射式FBG濾波器、或為反射式FBG 濾波器。

在本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，所述的密集波分復器用、或為角色散型波分復用器、或為干涉型波分復用器、或為陣列波導光柵型波分復用器、或為光柵型波分復用器。

在本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，所述的密集波分復器用工作波長選用ITU國際電信聯盟提供的兩種系統：一種為40波系統,其中ITU每個信道的間隔為100GHz；另一種為80波系統，其中ITU每個信道的間隔為50GHz。

基于上述技術方案，本實用新型的窄帶濾波器與現有技術中窄帶濾波器相比具有如下優點：

1.本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，將兩個工作波長不同的窄帶濾波器串聯，并利用其溫度效應實現任意波長上的光學濾波。

2.本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，對兩個串聯的濾波單元分別設置了溫度可以智能調節的溫控單元，使得濾波的帶寬可以通過調節溫控點而進行不斷的調整，從而使得濾波器的帶寬可調，且可調濾波帶寬范圍較寬，其帶寬可調范圍約為[1.25GHz,125GHz]。

3.本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，濾波單元模塊本身具有窄帶濾波功能，由于使用兩個鄰近ITU波長串聯結構，能夠從頻域上實現濾波帶寬更窄的濾波，其濾波帶寬可達約為1.25GHz。

附圖說明

圖1是本實用新型一種帶寬可調的窄帶濾波器組成結構模式圖。

圖2是本實用新型的實施例1中模式二實現帶寬調節示意圖。

圖3是本實用新型的實施例2中模式四實現帶寬調節示意圖。

圖4是本實用新型窄帶濾波器輸入的寬帶光源光譜圖。

圖5是本實用新型窄帶濾波器輸出的窄帶光源光譜圖。

具體實施方式

下面我們結合附圖和具體的實施事例來對本實用新型的結構原理和具體應用做進一步的說明，但不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

圖1是本實用新型一種帶寬可調的窄帶濾波器組成結構模式圖。從圖1中可以看出，本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器結構上主要包括有第一濾波單元3、第二濾波單元4、第一溫控單元5、第二溫控單元6和控制顯示單元7。

上述的第一濾波單元3和第二濾波單元4相串聯以組成濾波模塊，該濾波模塊上設有名稱分別為第一端口1和第二端口2的兩個光纖輸入輸出端口，該兩個光纖輸入輸出端口沒有方向性。所述的第一濾波單元3固定安裝在第一溫控單元5上，所述的第二濾波單元4固定安裝在第二溫控單元6上，所述的第一溫控單元5和第二溫控單元6分別連接所述的控制顯示單元7，該控制顯示單元7上設有顯示屏以顯示第一溫控單元5和第二溫控單元6的溫度，溫控顯示單元7上設有分別對應于第一溫控單元5和第二溫控單元6的調控按鈕，該調控按鈕用以分別調節第一溫控單元5和第二溫控單元6的溫度，通過調節第一溫控單元5和第二溫控單元6的溫度以相應地對第一濾波單元3和第二濾波單元4進行恒溫控制。

在本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器中，所述的第一溫控單元和第二溫控單元上均包括有溫度控制電路、溫度傳感器和半導體制冷器，所述溫度控制電路連接有采集溫度信號的溫度傳感器和半導體制冷器。所述溫控單元也設有溫度調節旋鈕，上述第一溫控單元5和第二溫控單元6中的溫度傳感器用以感應第一濾波單元3和第二濾波單元4上的溫度，得到的溫度信號最終轉換成電流信息，通過手動或者控制顯示單元7自動調整電路中電流的大小以控制半導體制冷器的輸出溫度。由此溫控單元的溫度可以通過溫控單元的溫度調節旋鈕進行調節，亦可以通過控制顯示單元進行溫度調節。上述電路部分是常規做法，不對本實用新型做出有創造性的貢獻。

上述濾波模塊中第一濾波單元和第二濾波單元為FBG 濾波器或DWDM，若第一濾波單元和第二濾波單元為FBG 濾波器，FBG 濾波器透射式可以為FBG濾波器或反射式FBG 濾波器。若第一濾波單元和第二濾波單元為DWDM，DWDM可以是角色散型波分復用器、干涉型波分復用器、陣列波導光柵型波分復用器和光柵型波分復用器中的一種。

第一濾波單元和第二濾波單元為DWDM時，第一濾波單元和第二濾波單元工作波長可以選用ITU國際電信聯盟提供的兩種系統，一種為40波系統,ITU每個信道的間隔為100GHz，另一種為80波系統，ITU每個信道的間隔為200GHz。

下面將用具體的實施例來對本實用新型的窄帶濾波器的帶寬可調性質進行說明。在實施例中第一濾波單元3和第二濾波單元4使用的是DWDM。在下面實施例中假設第一濾波單元3的工作波長小于第二濾波單元4的工作波長，且初始狀態的第一濾波單元3和第二濾波單元4工作波長為ITU標準波長。

實施例1：

第一濾波單元3和第二濾波單元4的工作波長分別采用40波系統中兩個鄰近信道的ITU標準波長，其信道間隔100GHz，濾波帶寬為100GHz。

實施例1的工作模式有以下幾種。

模式一、調節第一溫控單元5的溫度值，使第一濾波單元3的工作波長向上漂移，第二濾波單元4置于初始狀態，通過控制第一溫控單元5的溫度得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

模式二、調節第一溫控單元5的溫度值，使第一濾波單元3的工作波長向上漂移，并同時調節第二溫控單元6的溫度值，使第二濾波單元4的工作波長向下漂移，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。如圖2所示，圖2是本實用新型的實施例1-模式二實現帶寬調節示意圖。圖2詮釋了濾波過程，圖中的波形為假設波形，理論上不是這么方正，應該是類似脈沖的上升或下降都有一定的時間，這里為了表達直觀方便而設定。其中A為第一濾波單元3中的波形圖，工作波長為λ1的密集波分復用器；B為第二濾波單元4中波形圖，工作波長為λ2；通過調節溫度值得到A和B濾波中心波長為λ3，濾波帶寬為△λ的濾波，△λ即中陰影表示，其中λ1、λ2分別為40波系統，信道間隔100GHz的ITU標準波長。

模式三、調節第二溫控單元6的溫度值，使第二濾波單元4的工作波長向上漂移，第一濾波單元3置于初始狀態，通過控制第二溫控單元6的溫度得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

實施例2：

其二為第一濾波單元3和第二濾波單元4的工作波長分別采用80波系統中兩個鄰近信道的ITU標準波長，其信道間隔50GHz，濾波帶寬為100GHz。實施例2中的工作模式相對實施例1的工作模式更加靈活。

模式一、調節第一溫控單元5的溫度值，并同時調節第二溫控單元6的溫度值，使第一濾波單元3和第二濾波單元4的工作波長同時向上漂移，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

模式二、調節第一溫控單元5的溫度值，并同時調節第二溫控單元6的溫度值，使第一濾波單元3和第二濾波單元4的工作波長同時向下漂移，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

模式三、調節第一溫控單元5的溫度值，使第一濾波單元3的工作波長向上漂移，并同時調節第二溫控單元6的溫度值，使第二濾波單元4的工作波長向下漂移，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

模式四、調節第一溫控單元5的溫度值，使第一濾波單元3的工作波長向下漂移，并同時調節第二溫控單元6的溫度值，使第二濾波單元4的工作波長向上漂移，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。圖3是本實用新型的實施例2-模式四實現帶寬調節示意圖。圖中的波形為假設波形，理論上不是這么方正，應該是類似脈沖的上升或下降都有一定的時間，這里為了表達直觀方便而設定。其中C為第一濾波單元3中的波形圖，工作波長為λ1的密集波分復用器；D為第二濾波單元4中波形圖，工作波長為λ2；通過調節溫度值得到C和D濾波中心波長λ3。

模式五、調節第一溫控單元5的溫度值，使第一濾波單元3的工作波長向下漂移，第二濾波單元4置于初始狀態，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

模式六、調節第二溫控單元6的溫度值，使第一濾波單元3的工作波長向下漂移，第一濾波單元3置于初始狀態，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

模式七、調節第一溫控單元5的溫度值，使第二濾波單元4的工作波長向上漂移，第二濾波單元4置于初始狀態，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

模式八、調節第二溫控單元6的溫度值，使第二濾波單元4的工作波長向上漂移，第一濾波單元3置于初始狀態，得到所需要的工作波長和濾波帶寬。

實施例3：

第一濾波單元3工作波長采用40波系統中某一信道的ITU標準波長，第二濾波單元4的工作波長采用40波系統中另一信道的ITU標準波長，其信道非鄰近，且信道間隔200GHz，濾波帶寬為200GHz。實施例3的工作模式和實施例1的工作模式相同。

實施例4：

第一濾波單元3和第二濾波單元4的工作波長采用40波系統中鄰近信道的ITU標準波，信道間隔100GHz，濾波帶寬為200GHz。實施例4的工作模式和實施例2的工作模式相同。圖4是本實用新型窄帶濾波器輸入的寬帶光源光譜圖。其中寬帶光源心波長為193.4THz，帶寬50nm，經功率計測量其功率為14.6dBm。圖5本實用新型窄帶濾波器輸出的窄帶光源光譜圖。寬帶光源從第一端口1（或者第一端口2）輸入，從第一端口2（或者第一端口1）輸出。通過調節第一溫控單元5和第二溫控單元6使得本實用新型的帶寬可調窄帶濾波器的工作波長為193.4THz，帶寬為12.5GHz，經功率計測量其功率為-12.20dBm。根據圖4和圖5對比，寬帶光源經過本實用新型的窄帶濾波器后帶寬明顯變窄。

本實用新型的帶寬可調的窄帶濾波器利用濾波模塊中兩個濾波單元串聯并利用溫度效應調節溫度，實現任意波長的光學濾波并且濾波帶寬較寬，具有極為廣泛的應用前景。