一种多级滤波的微型窄带滤波器
技术领域
本实用新型涉及光学滤波领域，尤其涉及一种多级滤波的微型窄带滤波器。
背景技术
法布里-泊罗腔(Fabry-Perot，FP)滤波器是现代光纤通信和光纤传感等领域中的重要器件之一。FP腔一般是由内表面镀高反射膜、外表面镀增透膜的玻璃板构成，当入射光波的波长为腔长的整数倍时，光波可形成稳定振荡，输出光波之间会产生多光束干涉，最后输出等间隔的梳状波形。与其它基于原子滤波、相干滤波片、光栅滤波的滤波器等相比，FP腔滤波器可以实现工作滤段广、中心波长可调谐、滤波线宽较窄、光学效率较高等优点，具备广泛的应用场景。
描述FP腔特性的参数主要有效率、线宽、自由谱宽、精细度等几个主要参数。典型1550nm FP腔的随入射光波长变化的透过率曲线如附图1所示，表现出间距约为800pm的透过率梳状峰。其中，单个波峰的半高宽即为FP腔的线宽，相邻两个波峰之间的波长差即可FP腔的自由谱宽。由于FP腔这种周期性的梳状滤波特性的存在，导致它仅能对光谱范围小于其自由谱宽的光信号进行滤波，这限制了基于FP腔的窄带滤波器的应用范围。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型的目地在于解决FP腔周期性的梳状滤波特性限制了基于FP腔的窄带滤波器的应用范围的问题，提出一种多级滤波的微型窄带滤波器，实现对大光谱范围的光信号进行滤波，同时提高滤波器的性能、集成度、可靠性和稳定性。
(二)技术方案
一种多级滤波的微型窄带滤波器，该微型窄带滤波器包括沿光路依次设置的输入准直器51、一级滤波片3、FP腔2和输出准直器52，其中：
输入准直器51，具有一输入端和一输出端，输入端与光信号输入设备相连接，用于将输入的光信号扩束后在输出端经自由空间传输至一级滤波片3中；
一级滤波片3，接收输入准直器51传输过来的光信号，进行一级滤波后经过自由空间传输至FP腔2中；
FP腔2，接收级滤波片3滤波后的光信号，进行窄带滤波后经自由空间传输至输出准直器52；
输出准直器52，具有一输入端和一输出端，通过输入端接收FP腔2窄带滤波后传输过来的光信号，对光信号进行耦合并输出。
上述方案中，微型窄带滤波器还包括半导体制冷器TEC 4，FP腔2和一级滤波片3均集成于半导体制冷器TEC 4上，半导体制冷器TEC 4用于对一级滤波片3和FP腔2的温度进行控制。
上述方案中，微型窄带滤波器还包括热敏电阻1，集成于半导体制冷器TEC 4上，用于采集一级滤波片3和FP腔2的环境温度，并将采集的环境温度传输给半导体制冷器TEC 4。
上述方案中，输入准直器51具有一输入端，该输入端与输入光纤61相连接，输入光纤61作为微型窄带滤波器的输入端，用于接收光信号，将光信号输入到输入准直器51的输入端。
上述方案中，输出准直器52具有一输出端，该输出端与输出光纤62相连接，输出光纤62作为微型窄带滤波器的输出端，用于将滤波后的光信号输出。
上述方案中，输入准直器51、一级滤波片3、FP腔2和输出准直器52被集成于封装壳7中，用来实现安装、固定、密封、保护芯片及增强芯片电热性能。
其中，封装壳7包括管脚8，管脚8用于将封装壳7内的集成芯片的接点通过导线连接到封装壳7的外部。
(三)有益效果
1、本实用新型提出的多级滤波的微型窄带滤波器通过结合一级滤波片和FP腔，解决了FP腔滤波器的等间隔梳状波形的应用瓶颈，实现了在大光谱范围的窄带滤波。
2、本实用新型提出的多级滤波的微型窄带滤波器通过光学微加工工艺，可以将一级滤波片、FP腔、准直器、热敏电阻、TEC等器件集成在一个微型封装内，实现高效率的光学耦合，体积小、集成度高，在此基础上，可以实现窄线宽、高效率的滤波器。
3、本实用新型提出的多级滤波的微型窄带滤波器一级滤波片和FP腔受到外界环境的影响较小，同时基于热敏电阻和TEC可以实现对一级滤波片和FP腔工作温度的稳定控制，滤波器的可靠性和稳定性较好。
4、本实用新型提出的多级滤波的微型窄带滤波器通过热敏电阻和TEC可以对一级滤波片和FP腔的工作温度进行调节，可以改变FP腔滤波器的滤波中心波长，从而实现对滤波器中心波长的调谐。
附图说明
图1是典型FP腔的随入射光波长变化的透过率曲线；
图2是依照本实用新型实施例的多级滤波的微型窄带滤波器的一级滤波片滤波后效果示意图；
图3是依照本实用新型实施例的多级滤波的微型窄带滤波器的最终滤波效果示意图；
图4是依照本实用新型实施例的多级滤波的微型窄带滤波器的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
如图4所示，图4是本实用新型实施例中多级滤波的微型窄带滤波器的结构示意图，该微型窄带滤波器包括沿光路依次设置的输入准直器51、一级滤波片3、FP腔2和输出准直器52，其中：
输入准直器51，具有一输入端和一输出端，输入端与光信号输入设备相连接，用于将输入的光信号扩束后在输出端经自由空间传输至一级滤波片3中；
一级滤波片3，接收输入准直器51传输过来的光信号，进行一级滤波后经过自由空间传输至FP腔2中；
FP腔2，接收级滤波片3滤波后的光信号，进行窄带滤波后经自由空间传输至输出准直器52；
输出准直器52，具有一输入端和一输出端，通过输入端接收FP腔2窄带滤波后传输过来的光信号，对光信号进行耦合并输出。
具体的，输入准直器51具有一输入端，该输入端与输入光纤61相连接，输入光纤61作为微型窄带滤波器的输入端，用于接收光信号，将光信号输入到输入准直器51的输入端。
其中，光信号可以工作在1550nm波段，输入光纤61可以为1550nm的单模光纤，输入准直器51可以选用G-lens产品。
其中，一级滤波片3可选用商业的100G密集型光波复用(Dense WavelengthDivision Multiplexing，DWDM)滤波片，其效率优于90％，滤波线宽约为800pm。
本实用新型提出的多级滤波的微型窄带滤波器，通过一级滤波片3滤波后效果如图2所示。通过FP腔2实现二级的窄带滤波，结合一级滤波片3和FP腔2最终完成了在大光谱范围的窄带滤波，结果如附图3所示，
上述方案中，微型窄带滤波器还包括半导体制冷器TEC4，FP腔2和一级滤波片3集成于半导体制冷器TEC4上，半导体制冷器TEC4用于对一级滤波片3和FP腔2的温度进行控制。
微型窄带滤波器还包括热敏电阻1，集成于半导体制冷器TEC4上，用于采集一级滤波片3和FP腔2的环境温度，并将采集的环境温度传输给半导体制冷器TEC4。
其中，半导体制冷器TEC 4可以选用基于帕尔帖效应的半导体制冷器。
输出准直器52具有一输出端，该输出端与输出光纤62相连接，输出光纤62作为微型窄带滤波器的输出端，用于将滤波后的光信号输出。
其中，输出准直器52可以选用G-lens产品，输出光纤62可以为1550nm的单模光纤。
本实用新型的多级滤波的微型窄带滤波器采用封装壳7将上述的输入光纤61、输出光纤62、半导体制冷器TEC 4、热敏电阻1、一级滤波片3、FP腔2、输入准直器51以及输出准直器52集成在一起，起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用。
装壳7包括管脚8，管脚8用于将封装壳7内的集成芯片的接点通过导线连接到封装壳7的外部。
其中，半导体制冷器TEC 4和热敏电阻1通过金线与封装7上的管脚8相连，TEC和热敏电阻1经过封装7上的管脚8对外进行连接。
本实用新型的多级滤波的微型窄带滤波器，通过优化FP腔2的参数设计，在1550nm波段，可以实现效率优于95％、线宽约22pm、自由谱宽约为800pm的FP腔2。通过光学微加工工艺，可以实现优于80％的耦合效率。再通过内部集成TEC、热敏电阻1等组件，并将一级滤波片3和FP腔2集成在一起，最终可以实现线宽约22pm、效率优于68％的高性能多级滤波的微型窄带滤波器。其中，多级滤波的微型窄带滤波器的外形尺寸约4cm×1.2cm×0.8cm，体积和尺寸较小，可以适用于各种复杂的应用环境中。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
