УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ЛАЗЕРА
LASER WAVELENGTH CONTROL DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области технологий волоконно-оптической связи, в частности к фильтру, способу изготовления фильтра и к устройству контроля лазерной длины волны.
Уровень техники
Вместе с постоянным ростом запросов пользователей в отношении ширины полосы пропускания, традиционная система широкополосного доступа с медным проводом входит в противоречие с шириной полосы пропускания из-за аппаратного ограничения пропускной способности. В то же самое время технология волоконно-оптической связи имеет огромные возможности в отношении ширины полосы пропускания с увеличивающейся скоростью, и волоконно-оптическая сеть доступа становится сильным конкурентом сети широкополосного доступа следующего поколения. В частности, пассивная оптическая сеть (PON) становится более конкурентоспособной.
В пассивной оптической сети оптический модуль используется в качестве физического объекта для реализации системы приемопередатчика, и функция оптического модуля имеет большую важность. Лазер используется как устройство передачи в световодной системе связи, при этом функция лазера имеет высший приоритет. Во многих сценариях применения в пассивной оптической сети (PON) длина волны передачи лазерного устройства должна быть стабильной с определенным значением, так чтобы гарантировать, что технические характеристики физической передачи и стандарта оптической связи отвечают необходимым требованиям. Поэтому во многих применениях лазер в оптическом модуле в целом имеет полупроводниковый охладитель или нагревательную мембрану, используемые для регулирования длины волны, и устройство контроля лазерной длины волны необходимо использовать для регулирования с использованием обратной связи.
Как показано на фиг. 1, существующее в настоящее время устройство контроля лазерной длины волны включает в себя коллимационную линзу 1, первую фокусирующую линзу 2, эталон Фабри-Перо (F-P) 3, два расщепителя 4а и 4b луча, два оптических приемника 5а и 5b и две вторые фокусирующие линзы 6а и 6b, при этом эталон Фабри-Перо 3 функционирует как гребенчатый фильтр, а каждый из расщепителей 4а и 4b луча является расщепителем луча, имеющим фиксированное соотношение деления потока. Свет, излучаемый лазером 7, становится коллимированным светом после прохождения через коллимационную линзу 1. Расщепитель 4а луча разделяет коллимированный свет в соответствии с заданным соотношением, при этом одна часть света принимается оптическим приемником 5а после прохождения через вторую фокусирующую линзу 6а, а другая часть света попадает в эталон Фабри-Перо 3 после прохождения через расщепитель 4а луча. Расщепитель 4b луча разделяет свет, который проникает в эталон Фабри-Перо 3 в соответствии с заданным соотношением, одна часть света принимается оптическим приемником 5b после прохождения через вторую фокусирующую линзу 6b, а другая часть света проходит через расщепитель 4b луча, а затем попадает во входное отверстие 8 передающего волокна после прохождения через первую фокусирующую линзу 2.
Предполагается, что PD10 и PD20 являются, соответственно, первоначально калиброванными оптическими мощностями двух оптических приемников 5а и 5b, PD1 и PD2 - соответственно, действительные значения оптической мощности, принятой двумя оптическими приемниками 5а и 5b, а отношение действительной оптической мощности, принятой оптическим приемником 5b к оптической мощности, принятой оптическим приемником 5а, составляет А=PD2/PD1. Когда длина волны лазера имеет красное смещение, PD2=PD20+ΔР, а когда длина волны лазера имеет голубое смещение, PD2=PD20-ΔР; PD1 не изменяется при изменении длины волны лазера. Поэтому смещение длины волны составляет:
Таким образом, состояние изменения длины волны лазера может быть определено в соответствии со смещением ΔА длины волны.
Автор настоящего изобретения обнаружил, что вследствие наличия двух расщепителей луча общий размер корпуса для устройства контроля лазерной длины волны является достаточно большим, и затраты на сборку являются довольно высокими, что не согласуется с существующей в настоящее время тенденцией на миниатюризацию и удешевление. Кроме того, точность контроля, обеспечиваемая устройством для контроля лазерной длины волны в такой компоновке недостаточно высокая.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение представляет фильтр, способ изготовления фильтра и устройство контроля лазерной длины волны, которые позволяют уменьшить объем и затраты на устройство контроля лазерной длины волны, а также улучшить точность контроля.
В соответствии с первым объектом настоящего изобретения представлен фильтр, содержащий два полупрозрачных тела, при этом каждый из полупрозрачных тел имеет первую грань, вторую грань, которая образует клиновидный угол с первой гранью, и третью грань, которая пересекает первую и вторую грань, при этом первые грани двух полупрозрачных тел параллельны между собой, и вторые грани двух полупрозрачных тел параллельны между собой;
пленку для расщепления луча, при этом поверхности обеих сторон соответственно объединены с первыми гранями двух полупрозрачных тел; и
две отражающие пленки, которые соответственно, объединены со вторыми гранями двух полупрозрачных тел.
В возможном варианте реализации первого объекта изобретения клиновидный угол составляет 45°±λ, где λ - установленная допустимая погрешность.
В возможном варианте реализации первого объекта третьи грани двух полупрозрачных тел параллельны или не параллельны.
В возможном варианте реализации первого объекта в двух полупрозрачных телах один из полупрозрачных тел включает в себя, по меньшей мере, две полупрозрачные основы, при этом антиотражающее покрытие расположено между двумя смежными полупрозрачными основами.
В соответствии со вторым объектом настоящего изобретения представлен способ изготовления фильтра, в соответствии с любым из вышеуказанных технических решений, включающий: нанесение отражающей пленки отдельно на вторые грани двух полупрозрачных тел и нанесение пленки для расщепления луча на первую грань одного из полупрозрачных тел; и объединение первой грани другого полупрозрачного тела с пленкой для расщепления луча.
В возможном варианте реализации второго объекта объединением первой грани указанного другого полупрозрачного тела с пленкой для расщепления луча является связывание первой грани указанного другого полупрозрачного тела с пленкой для расщепления луча.
В соответствии с третьим объектом настоящего изобретения представлено устройство контроля лазерной длины волны, содержащее два оптических приемника и фильтр, выполненный в соответствии с любым из вышеуказанных технических решений, при этом две отражающие пленки фильтра обращены, соответственно, к передающему выходу лазера и к входу передающего волокна, а две третьих грани фильтра обращены, соответственно к приемным входам двух оптических приемников.
В возможном варианте реализации третьего объекта изобретения устройство контроля лазерной длины волны дополнительно содержит коллимационную линзу, расположенную между передающим выходом лазера и указанной отражающей пленкой фильтра, которая обращена к передающему выходу лазера.
В возможном варианте реализации третьего объекта одна сторона коллимационной линзы является плоской и объединена с отражающей пленкой фильтра, которая обращена к стороне коллимационной линзы.
В возможном варианте реализации третьего объекта устройство контроля лазерной длины волны дополнительно содержит первую фокусирующую линзу, расположенную между входом передающего волокна и отражающей пленкой фильтра, которая обращена к указанному входу передающего волокна.
В возможном варианте реализации третьего объекта одна сторона первой фокусирующей линзы является плоской и объединена с отражающей пленкой фильтра, которая обращена к указанной стороне первой фокусирующей линзы.
В возможном варианте реализации третьего объекта устройство контроля лазерной длины волны дополнительно содержит две вторые фокусирующие линзы, соответственно расположенные между двумя третьими гранями фильтра и приемными входами оптических приемников, которые обращены к двум третьим граням фильтра.
В возможном варианте реализации третьего объекта находящееся в фильтре полупрозрачное тело, которое содержит по меньшей мере две полупрозрачные основы, расположено на одной стороне, которая является стороной пленки для расщепления луча и находится вблизи входа передающего волокна.
В вариантах реализации настоящего изобретения пленка для расщепления луча расположена между первыми гранями двух полупрозрачных тел, так что оптический путь контролируемой длины волны устройства контроля лазерной длины волны значительно укорачивается по сравнению с аналогичным путем в известных решениях, при этом объем устройства контроля лазерной длины волны является относительно небольшим, и может быть использован миниатюрный корпус, что значительно уменьшает затраты на упаковку продукта. Кроме того, устройство контроля лазерной длины волны, имеющее фильтр, может выполнять контроль передаваемой и контроль отраженной мощности, при этом точность контроля смещения длины волны является удвоенной. Поэтому устройство контроля лазерной длины волны имеет более высокую точность контроля по сравнению с известными решениями.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - структурная схема устройства контроля лазерной длины волны из уровня техники.
Фиг. 2а - структурная схема первого варианта реализации фильтра в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2b - структурная схема второго варианта реализации фильтра в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 - блок-схема способа изготовления фильтра в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 - блок-схема способа изготовления фильтра в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 - структурная схема устройства контроля лазерной длины волны в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 - структурная схема устройства контроля лазерной длины волны в соответствии с восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 - структурная схема устройства контроля лазерной длины волны в соответствии с девятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8 - структурная схема устройства контроля лазерной длины волны в соответствии с десятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 - структурная схема устройства контроля лазерной длины волны в соответствии с одиннадцатым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Чтобы уменьшить объем и стоимость устройства контроля лазерной длины волны и дополнительно улучшить точность контроля, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают фильтр, способ изготовления фильтра, и устройство контроля лазерной длины волны. В технических решениях вариантов осуществления настоящего изобретения пленка для расщепления луча располагается между первыми гранями двух полупрозрачных тел, таким образом оптический путь контролируемой длины волны устройства контроля лазерной длины волны значительно укорачивается по сравнению с аналогичным путем в технике существующего уровня, при этом объем устройства контроля лазерной длины волны является относительно маленьким, и может быть использован миниатюризированный корпус, который позволяет сделать затраты на корпусирование относительно низкими. Кроме того, устройство контроля лазерной длины волны, имеющее фильтр, может выполнять контролирование передачи энергии и контролирование отраженной энергии, при этом точность контролирования смещения длины волны является двойной. Поэтому устройство контроля лазерной длины волны имеет более высокую точность контролирования по сравнению с точностью, обеспечиваемой в технике существующего уровня. Чтобы сделать цели изобретения, технические решения и преимущества настоящего изобретения более понятными, последующая часть описания дополнительно и подробно описывает настоящее изобретение с перечислением специфических вариантов осуществления изобретения.
Как показано на фиг. 2а, фильтр в первом варианте осуществления настоящего изобретения включает в себя:
- два полупрозрачных тела 9, при этом каждый из полупрозрачных тел 9 имеет первую грань 10, вторую грань 11, которая образует клиновидный угол с первой гранью 10, и третью грань 12, которая пересекается как с первой гранью 10, так и со второй гранью 11. Первые грани 10 двух полупрозрачных тел 9 параллельны между собой, и вторые грани 11 двух полупрозрачных тел 9 параллельны между собой;
- пленку 13 для расщепления луча, при этом поверхности обеих сторон соответственно объединены с первыми гранями 10 двух полупрозрачных тел 9; и
- две отражающие пленки 14, которые соответственно объединены со вторыми гранями 11 двух полупрозрачных тел 9.
Полупрозрачное тело 9 может включать в себя только одну полупрозрачную основу, или может включать в себя две или более полупрозрачные основы. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2b, в двух полупрозрачных телах 9 одно из полупрозрачных тел 9 включает в себя по меньшей мере две полупрозрачные основы 16, при этом между двумя смежными полупрозрачными основами 16 расположено антиотражающее покрытие 17. Благодаря размещению антиотражающего покрытия 17 потери света могут быть уменьшены. Выбор материала для полупрозрачной основы 16 не ограничен; может быть выбран и использован такой материал как стекло. Форма поперечного сечения полупрозрачной основы может быть треугольной, трапециевидной и т.д.
Чтобы использовать режим резонанса при интерференции в параллельных лучах (включая, но не ограничиваясь, интерференцию Фабри-Перо и интерференцию Жире-Турнуа) для реализации фильтрующей функции, первые грани 10 двух полупрозрачных тел 9 являются параллельными между собой, и вторые грани 11 двух полупрозрачных тел 9 являются параллельными между собой. Пленка 13 для расщепления луча имеет фиксированное отношение деления потока и может разделять падающий свет лазера с помощью соотношения, в котором одна часть света отражается, а другая часть проникает внутрь. Пленка 13 для расщепления луча может быть сначала нанесена в виде покрытия на первую грань 10 одного из полупрозрачных тел 9, а затем первая грань 10 другого полупрозрачного тела 9 прикрепляется к пленке 13 для расщепления луча, для того чтобы гарантировать, что в фильтре может быть сформирован стабильный параллельный интерференционный резонанс. Отражающая пленка 14 в целом включает в себя множество слоев пленки с различной толщиной, которые распределяются поочередно. Эти слои пленки могут быть слоями пленки из диоксида кремния, слоями пленки из диоксида тантала, или подобными материалами. Конструкция специфической структуры этих слоев пленки относится к существующему уровню техники и подробно здесь не описывается.
Специфическое значение клиновидного угла не ограничивается. В фильтре второго варианта осуществления настоящего изобретения клиновидный угол составляет 45°±λ, где λ является установленной допустимой погрешностью, например, 1°. За счет выбора и использования клиновидного угла в этом диапазоне значений конструкция оптического пути фильтра может быть относительно простой и удобной, такая конструкция облегчает создание компоновки внутренних механических частей устройства контроля лазерной длины волны.
В фильтре третьего варианта осуществления настоящего изобретения третьи грани 12 двух полупрозрачных тел 9 не являются параллельными. В фильтре четвертого варианта осуществления настоящего изобретения третьи грани 12 двух полупрозрачных тел 9 являются параллельными. За счет расположения третьих граней 12 двух полупрозрачных тел 9 параллельно друг другу два оптических приемника устройства контроля лазерной длины волны могут быть расположены в симметричных положениях, которые дополнительно облегчают конструирование оптического пути, а также способствуют компактности и миниатюризации конечного продукта и дополнительно уменьшают затраты на корпусирование продукта.
Как показано на фиг. 3 и 4, способ изготовления фильтра в пятом варианте осуществления настоящего изобретения включает в себя:
шаг 101: накладывание отражающей пленки отдельно на вторые грани двух полупрозрачных тел и накладывание пленки для расщепления луча на первую грань одного из полупрозрачных тел;
шаг 102: объединение первой грани другого полупрозрачного тела с пленкой для расщепления луча.
В способе изготовления фильтра в шестом варианте осуществления настоящего изобретения шаг 102 является специфическим соединением первой грани другого полупрозрачного тела с пленкой для расщепления луча за счет использования технологии прикрепления. Предпочтительно, используется технология прикрепления оптическим клеем. Прикрепление оптическим клеем является крепким склеиванием двух однородных или разнородных материалов после выполнения последовательности обработки грани, чтобы образовывать оптический клей при комнатной температуре, с последующим выполнением термической обработки для оптического клея, чтобы образовывать постоянное прикрепление в том случае, когда другое связующее вещество и высокое давление не потребуются. В аспекте применения лазера эта технология может не только значительно улучшить термические характеристики и качество луча, которые выдает лазер, но также она может способствовать интеграции лазерной системы.
Как показано на фиг. 5, устройство контроля лазерной длины волны в седьмом варианте осуществления настоящего изобретения включает в себя два оптических приемника 5а и 5b, а также фильтр 15, в соответствии с любым из предыдущих вариантов осуществления изобретения.
Две отражающие пленки 14 фильтра 15, соответственно, обращены к отверстию для передачи лазера 7 и отверстию 8 падающего луча передающего волокна, а две третьих грани 12 фильтра 15, соответственно, обращены к приемным отверстиям двух оптических приемников 5а и 5b.
Оптические приемники 5а и 5b могут использовать фотодиоды для определения мощности принимаемого лазерного света.
В восьмом предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 6, устройство контроля лазерной длины волны дополнительно включает в себя: коллимационную линзу 1, расположенную между передающим отверстием лазера 7 и отражающей пленкой 14, которая принадлежит фильтру 15 и обращена к передающему отверстию лазера 7, и первую фокусирующую линзу 2, расположенную между отверстием 8 падающего луча передающего волокна и отражающей пленкой 14, которая принадлежит фильтру 15 и обращена к отверстию 8 падающего луча передающего волокна. Коллимационная линза 1 и первая фокусирующая линза 2 также могут быть, соответственно, спроектированы в структурах лазера 7 и отверстия 8 падающего луча передающего волокна. Однако, в этом случае размеры лазера 7 и отверстия 8 падающего луча передающего волокна являются относительно большими, структуры лазера 7 и отверстия 8 падающего луча передающего волокна будут немного более сложными, а также неудобными для регулирования положений коллимационной линзы 1 и первой фокусирующей линзы 2.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 6, устройство контроля лазерной длины волны дополнительно включает в себя: две вторые фокусирующие линзы 6а и 6b, соответственно расположенные между двумя третьими гранями 12 фильтра 15 и приемными отверстиями, принадлежащими двум оптическим приемникам 5а и 5b, которые обращены к двум третьим граням 12 фильтра 15. Аналогичным образом и альтернативно, вторые фокусирующие линзы 6а и 6b могут быть, соответственно, спроектированы в структурах оптических приемников 5а и 5b. Следует отметить, что в том случае, когда области принимающих граней оптических приемников 5а и 5b отвечают специфическому условию, такое расположение вторых фокусирующих линз 6а и 6b может не реализовываться.
Как показано на фиг. 7, в устройстве контроля лазерной длины волны в девятом варианте осуществления настоящего изобретения одна сторона коллимационной линзы 1 является плоской и объединяется с отражающей пленкой 14, которая является стороной фильтра 15 и обращена к стороне коллимационной линзы 1. В этом случае устройство контроля лазерной длины волны имеет относительно маленький размер корпусирования и положение первой фокусирующей линзы 2 может свободно регулироваться.
Как показано на фиг. 8, в устройстве контроля лазерной длины волны в десятом варианте осуществления настоящего изобретения одна сторона первой фокусирующей линзы 2 является плоской и объединяется с отражающей пленкой 14, которая является стороной фильтра 15 и обращена к стороне первой фокусирующей линзы 2. В этом случае устройство контроля лазерной длины волны имеет относительно маленький размер корпусирования и положение коллимационной линзы может свободно регулироваться.
Как показано на фиг. 9, в устройстве контроля лазерной длины волны в одиннадцатом варианте осуществления настоящего изобретения одна сторона коллимационной линзы 1 является плоской и объединяется с отражающей пленкой 14, которая является стороной фильтра 15 и обращена к стороне коллимационной линзы 1. Кроме того, одна сторона первой фокусирующей линзы 2 является плоской и объединяется с отражающей пленкой 14 фильтра 15. В этом случае размер корпусирования устройства контроля лазерной длины волны является самым маленьким по сравнению с размерами корпусирования устройств контроля лазерной длины волны в девятом и десятом вариантах осуществления изобретения, а положения коллимационной линзы и первой фокусирующей линзы не могут свободно регулироваться.
В фильтре 15, когда один из полупрозрачных тел 9 включает в себя, по меньшей мере, две полупрозрачные основы 16, для уменьшения потери падающего света, это полупрозрачное тело 9, включающий в себя, по меньшей мере, две полупрозрачные основы 16, которые, предпочтительно, проектируются на одной стороне, являющейся стороной пленки 13 для расщепления луча, находится поблизости от отверстия 8 падающего луча передающего волокна.
Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 6, используется в качестве примера. Принцип работы устройства контроля лазерной длины волны описывается далее. Свет от лазера, передаваемый лазером 7, становится коллимированным светом после прохождения через коллимационную линзу 1; коллимированный свет попадает на отражающую пленку 14 на одной стороне фильтра 15, а пленка 13 для расщепления луча разделяет принятый свет лазера с помощью соотношения, в котором одна часть света отражается и излучается из фильтра 15 к первому оптическому приемнику 5а; другая часть света проникает к отражающей пленке 14 на другой стороне фильтра 15, в том случае часть света отражается назад к пленке 13 для расщепления луча, и пленка 13 для расщепления луча снова разделяет принятый лазерный свет с помощью соотношения, в котором часть света отражается и излучается из фильтра ко второму оптическому приемнику 5b.
Пленка для расщепления луча располагается между первыми гранями двух полупрозрачных тела, таким образом оптический путь при контролировании длины волны устройства контроля лазерной длины волны значительно укорачивается по сравнению с существующим уровнем техники, при этом объем устройства контроля лазерной длины волны является относительно маленьким и может применяться миниатюризированное корпусирование, которое значительно уменьшает затраты на корпусирование продукта. Например, устройство контроля лазерной длины волны существующего уровня техники в целом использует корпусирование XMD, при этом затраты на корпусирование относительно высокие. Однако устройство контроля лазерной длины волны в решениях изобретения может использовать корпусирование ТО, которое значительно уменьшает затраты на корпусирование.
Предполагается, что фотодиоды PD1 и PD2 соответственно являются действительными приемными оптическими мощностями оптических приемников 5а и 5b, общей отраженной оптической мощностью фильтра 15 является Pf, а общей передаваемой оптической мощностью фильтра 15 является Pt. Когда в лазерной длине волны происходит красное смещение, общая передаваемая оптическая мощность фильтра 15 составляет Pf+ΔР, а когда происходит голубое смещение, общая отраженная оптическая мощность фильтра 15 составляет Pf-ΔР; PD1 не изменяется вместе с изменением лазерной длины волны. Поэтому смещение длины волны составляет:
Для фильтра в целом Pf+Pt=Р0, где Р0 является постоянной величиной и не изменяется вместе с изменением лазерной длины волны. Поэтому состояние изменения лазерной длины волны также может определяться в соответствии со смещением ΔА длины волны.
При сравнении формулы (2) с формулой (1) в существующем уровне техники можно увидеть, что устройство контроля лазерной длины волны может выполнять контролирование мощности коэффициента пропускания и контролирование отраженной мощности, при этом точность контролирования смещения длины волны удваивается. Поэтому, по сравнению с устройством контроля лазерной длины волны из предшествующего уровня техники устройство контроля лазерной длины волны по настоящему изобретению имеет более высокую точность контролирования и более высокие характеристики при контролировании.
Очевидно, что специалисты в данной области техники смогут осуществить различные модификации и изменения настоящего изобретения, не выходя за пределы объема и сущности настоящего изобретения. Предполагается, что настоящее изобретение включает в себя эти модификации и изменения, при этом обеспечивается, что они попадают в пределы объема защиты, определяемого последующими пунктами формулы изобретения и эквивалентными им технологиями.