CN202614979U

CN202614979U - 一种光纤滤波器

Info

Publication number: CN202614979U
Application number: CN 201220200404
Authority: CN
Inventors: 龚心弦; 邢美术; 杨文奎
Original assignee: CETC 23 Research Institute
Current assignee: CETC 23 Research Institute
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-05-07

Abstract

本实用新型涉及光纤滤波器。所要解决的技术问题是提供一种具有可以平滑波形功能的光纤滤波器,弥补市场的空白。其特征在于：光模块主要由能量补偿器和乳白漫射玻璃组成；能量补偿器主要包括泵浦激光器、环行器、滤波器、波分复用器、掺杂光纤；环行器的输入端口作为信号光输入端，环形器的输出端口作为信号光输出端口与后续设备相连接，环形器的中间端口通过滤波器再与波分复用器的信号端相连接，波分复用器的输出端连接掺杂光纤作为与乳白漫射玻璃的连接端，波分复用器的泵浦端与泵浦激光器相连。本实用新型通过采用乳白漫射玻璃能够减弱脉冲信号光顶部的高低起伏，通过乳白漫射玻璃的厚度控制可以实现对于各种杂乱无章的、随机变化的脉冲信号光的平滑。

Description

一种光纤滤波器

技术领域

本实用新型涉及光纤滤波器。

技术背景

随着光通信技术的快速发展，目前市场上的光纤滤波器已经比较成熟，各种波长、带宽的光纤滤波器都能较好地满足市场的需要，该类型的滤波器只具有带通滤波作用，也有均衡滤波器可以获得所需固定脉冲形状的信号光，但是没有一种可以对幅度随机变化的脉冲进行平滑的滤波器。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有可以平滑波形功能的光纤滤波器，弥补市场的空白。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：

一种光纤滤波器，包括光模块和电模块；所述电模块包括恒流驱动保护电路；其特征在于：

所述光模块主要由能量补偿器和乳白漫射玻璃组成；

所述能量补偿器共有三个端口；一个为信号光输入端；一个为滤波后的信号光输出端，与后续设备相连接；另外一个端口同时兼具输入输出功能，与乳白漫射玻璃相连接；

所述能量补偿器主要包括泵浦激光器、环行器、滤波器、波分复用器、掺杂光纤；所述环行器的输入端口作为能量补偿器的信号光输入端，环形器的输出端口作为能量补偿器的信号光输出端口与后续设备相连接，环形器的中间端口通过滤波器再与波分复用器的信号端相连接，波分复用器的输出端连接掺杂光纤作为与乳白漫射玻璃的连接端，所述掺杂光纤用于在泵浦光的激励下将输出给乳白漫射玻璃的信号光放大；波分复用器的泵浦端与泵浦激光器相连。

所述乳白漫射玻璃的厚度通过下式确定：

输出信号的积分时间与乳白漫射玻璃的厚度成线型关系：

t＝d/c×η

其中：t为积分时间；d为乳白漫射玻璃厚度；c为光速；η为乳白漫射玻璃的折射率。

所述能量补偿器中的波分复用器由一号波分复用器和二号波分复用器共同构成，所述能量补偿器还包括白光纤；所述一号波分复用器的输出端通过掺杂光纤后再通过白光纤连接乳白漫射玻璃；一号波分复用器的泵浦端与二号波分复用器的输出端相连，二号波分复用器的泵浦端与泵浦激光器相连；信号光经过环行器、滤波器、一号波分复用器、掺杂光纤、白光纤后输入至乳白漫射玻璃，乳白漫射玻璃的输出信号光再经过白光纤、掺杂光纤、一号波分复用器、滤波器至环行器的输出端输出；所述白光纤用于更方便地将掺杂光纤和乳白漫射玻璃相连接；所述一号波分复用器用于将信号光和泵浦光合成一束光输出；所述二号波分复用器用于保护泵浦激光器。

所述电模块还包括用于使泵浦激光器保持某一恒定温度的温度控制保护电路；所述温度控制保护电路主要由温差信号输出电路、测量放大器、比例积分微分控制电路、脉冲宽度调制控制电路、功率MOS晶体管输出桥路以及滤波电路组成；所述温差信号输出电路为由泵浦激光器内部的热敏电阻和三个外部电阻组成的电阻电桥，其电压信号输出端输出的温差信号经测量放大器放大后输入比例积分微分控制电路进行比较放大；比例积分微分控制电路输出控制信号至脉冲宽度调制控制电路控制其所输出的驱动信号的脉冲宽度，脉冲宽度调制控制电路所产生的驱动信号输入至由四个功率MOS管组成的桥路，桥路输出的脉冲电压经滤波电路滤波后驱动泵浦激光器内部的半导体器件进行制冷或加热。

本实用新型可带来以下有益效果：

本实用新型通过采用乳白漫射玻璃能够一定程度的将杂乱无章的、随机变化的信号光进行平滑，减弱脉冲信号光顶部的高低起伏，通过乳白漫射玻璃的厚度控制可以实现对于各种杂乱无章的、随机变化的脉冲信号光的平滑。

由于信号光通过乳白漫射玻璃同时会损失相当一部分能量，本实用新型通过设置能量补偿器弥补乳白漫射玻璃引起的能量损失；电模块能够为能量补偿器提供一个恒定的驱动电流值和恒定的工作温度，以确保能量补偿的稳定；通过调节泵浦激光器恒流驱动保护电路的驱动电流来控制泵浦激光器输出光功率的大小，泵浦激光器输出光功率的大小决定了能量补偿器的补偿能力大小，这样就可以自如的调节光纤滤波器的插入损耗。

附图说明

图1：光纤滤波器原理方框图。

图2：能量补偿器原理方框图。

图3：本实用新型一个具体实施例的激光器温度控制保护电路原理方框图。

图4：本实用新型一个具体实施例的激光器温度控制保护电路图。

图5：本实用新型一个具体实施例的激光器驱恒流驱动保护电路原理方框图。

图6：本实用新型一个具体实施例的激光器恒流驱动保护电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实施例为一较佳实施例。

图1为光纤滤波器原理方框图。光纤滤波器包括光模块和电模块；在光模块中采用乳白漫射玻璃能够一定程度的将杂乱无章的、随机变化的信号光进行平滑，减弱脉冲信号光顶部的高低起伏，通过乳白漫射玻璃的厚度控制可以实现对于各种杂乱无章的、随机变化的脉冲信号光的平滑。

输入的信号光需要是一个脉冲光，可以是一个脉冲顶部高低起伏杂乱无章并且随机变化的信号光。乳白漫射玻璃是一种乳白色不透明的玻璃，这种玻璃内部的气泡、结石、条纹与严重的物理不均匀性皆引起包括丁纳尔和米氏散射在内的各种散射，当信号光进入乳白漫射玻璃后，信号光会发生多次漫反射，每一次的漫反射相当于将这一束入射光进行了分束，这样当各束光到达输出点的时候，光程必然不尽相同，于是产生了脉冲展宽现象，同时信号光中子脉冲的相干性就相应地减弱了，也就实现了对输入信号光的平滑作用。

信号光输入至能量补偿器后会得到一定的放大。将得到放大的信号光输入至乳白漫射玻璃，信号光从乳白漫射玻璃输出后再经过能量补偿器后输出。输出信号的平滑效果可以通过积分时间来体现，积分时间越大，平滑效果越好。

输出信号的积分时间与乳白漫射玻璃的厚度成线型关系：

t＝d/c×η

以积分时间需要控制在30ps为例，光速为3×10⁸m/s，而乳白漫射玻璃由于其本身不是一个均匀物质，因此没有一个固定的折射率，但是鉴于透明玻璃的折射率为1.467，而石英的折射率为1.67，因此，乳白漫射玻璃的折射率一定介于这两者之间，推算出乳白漫射玻璃的厚度最佳值应该是在5.4mm至6.1mm之间，具体的厚度需要根据实际的效果来选择。但是乳白漫射玻璃的厚度又不宜太大，若是厚度太大，则会导致信号光通过乳白漫射玻璃的损耗过于大，信号光变得过于微弱而无法被识别，或者不能还原成原来的大小，导致光纤滤波器没有合适的信号光输出。目前本产品的积分时间可以做到50ps之内。

图2为能量补偿器原理方框图。能量补偿器由泵浦激光器、环行器、滤波器、一号波分复用器、二号波分复用器、掺杂光纤和白光纤组成。环行器的输入端口连接输入信号，环形器的输出端口与后续设备相连接，环形器的中间端口通过滤波器再与一号波分复用器的信号端相连接，一号波分复用器的输出端与掺杂光纤相连接，一号波分复用器的泵浦端与二号波分复用器的输出端相连，二号波分复用器的泵浦端与泵浦激光器相连，掺杂光纤与白光纤相连接，信号光经过环行器、滤波器、一号波分复用器、掺杂光纤、白光纤后输入至乳白漫射玻璃，乳白漫射玻璃的输出信号光经过白光纤、掺杂光纤、一号波分复用器、滤波器至环行器的输出端输出。滤波器的作用是对信号光进行滤波，使得信号光能够在合适的工作带宽中工作，同时也有利于后续信号光的放大；一号波分复用器的作用是将信号光和泵浦光合成一束光输出；二号波分复用器的作用是保护泵浦激光器；掺杂光纤的作用是在泵浦光的激励下将信号光放大；白光纤的作用是便于将信号光和乳白漫射玻璃相连接，是一种优选的技术方案；如果仅用掺杂光纤连接乳白漫射玻璃也是可以的。

电模块包括温度控制保护电路和恒流驱动保护电路；恒流驱动保护电路用于为泵浦激光器提供稳定的驱动电流；温度控制保护电路用于使泵浦激光器保持某一恒定温度。它们在保证泵浦激光器输出功率和工作波长稳定方面起关键作用。由于泵浦激光模块的输出功率和工作波长对温度较为敏感，当泵浦工作时自身生热以及环境温度的变化都会使泵浦温度发生变化，都会导致输出功率和工作波长的不稳定，所以需要把泵浦激光模块的工作温度控制在某一个恒定温度值，同时泵浦激光器的输出功率由驱动电路的驱动电流直接决定，因此我们设计了电模块的恒流驱动保护电路和温度控制保护电路来保证泵浦激光器的输出功率和工作波长的稳定。

图3为泵浦激光器温度控制保护电路原理框图。

泵浦激光器的温度控制是通过泵浦激光器内部的半导体制冷/加热器件来实现的，因此要求温控电路能输出双向可变的电压，来驱动制冷/加热器件。另外因所需的驱动功率较大，为减少驱动电路的发热，减轻系统的散热负担，还要求温控电路有很高的工作效率。

温差信号输出电路由泵浦激光器内部的热敏电阻和三个外部电阻组成电阻电桥，当达到设定温度时电桥输出为零，否则输出正或负的温差信号。输出的微弱信号经测量放大器放大后，比例积分微分控制电路对其进行相应的比例放大、积分放大和微分放大，去控制脉冲宽度调制电路的输出脉冲宽度，去驱动四个功率MOS管组成的桥路，桥路输出的脉冲电压经LC滤波后驱动半导体制冷/加热器件。当泵浦激光器管芯温度高于设定值(20℃)时，电路会增加制冷电压或降低加热电压，反之则降低制冷电压或增加加热电压。由于系统的输出功率很大，因此能保证稳态时管芯温度误差控制在-0.1℃之内。

由于输出MOS管都工作在开关状态，且选用了导通电阻小于0.1欧姆的低阻高速MOS管，驱动管的损耗很小，保证了电路的高效率。另外因开关频率很高，只要很小的LC值，就能满足滤波要求。

图4为激光器温度控制电路的具体电路，电路由ANALOG公司的控制芯片ADN8830和FAIRCHILD公司的FDW2520C互补型功率MOS对管，加上相应的外围器件组成，使用5V电源供电。

图5为激光器恒流驱动保护电路原理框图。

参考电压经微调电阻Rg和低通滤波后加到运算放大器的正向输入端，运算放大器的反向输入端，为取样电阻上的电压。运算放大器的输出信号经功率放大后驱动激光器。参考电压可受外部控制信号的控制打开和关闭，无控制信号时输出为零，因而激光器的驱动电流也为零。低通滤波的作用是在打开和关断激光器时，消除无浪涌电流，使通过激光器的电流缓慢的上升和下降，起到保护激光器的目的。电流限制电路的作用，是即使在功率放大电路损坏且晶体管正向短路时，也能限制流过激光器的最大电流，起到保护激光器的作用。

图6为激光器恒流驱动保护电路的具体电路，图中：Rs：取样电阻；Signal：控制信号；Rg：微调电阻。

为提高驱动电流的温度稳定性，参考电压使用温度系数较小的隙能稳压器件，取样电阻使用锰铜丝绕制，运算放大器使用低温漂的OP07。所有器件都留有较大的余量，以保证高温工作时的稳定性和可靠性。

Claims

1.一种光纤滤波器，包括光模块和电模块；所述电模块包括恒流驱动保护电路；其特征在于：

所述光模块主要由能量补偿器和乳白漫射玻璃组成；

2.按照权利要求1所述的一种光纤滤波器，其特征在于：所述乳白漫射玻璃的厚度通过下式确定：

输出信号的积分时间与乳白漫射玻璃的厚度成线型关系：

t＝d/c×η

3.按照权利要求1或2所述的一种光纤滤波器，其特征在于：所述能量补偿器中的波分复用器由一号波分复用器和二号波分复用器共同构成，所述能量补偿器还包括白光纤；所述一号波分复用器的输出端通过掺杂光纤后再通过白光纤连接乳白漫射玻璃；一号波分复用器的泵浦端与二号波分复用器的输出端相连，二号波分复用器的泵浦端与泵浦激光器相连；信号光经过环行器、滤波器、一号波分复用器、掺杂光纤、白光纤后输入至乳白漫射玻璃，乳白漫射玻璃的输出信号光再经过白光纤、掺杂光纤、一号波分复用器、滤波器至环行器的输出端输出；所述白光纤用于更方便地将掺杂光纤和乳白漫射玻璃相连接；所述一号波分复用器用于将信号光和泵浦光合成一束光输出；所述二号波分复用器用于保护泵浦激光器。

4.按照权利要求3所述的一种光纤滤波器，其特征在于：所述电模块还包括用于使泵浦激光器保持某一恒定温度的温度控制保护电路；所述温度控制保护电路主要由温差信号输出电路、测量放大器、比例积分微分控制电路、脉冲宽度调制控制电路、功率MOS晶体管输出桥路以及滤波电路组成；所述温差信号输出电路为由泵浦激光器内部的热敏电阻和三个外部电阻组成的电阻电桥，其电压信号输出端输出的温差信号经测量放大器放大后输入比例积分微分控制电路进行比较放大；比例积分微分控制电路输出控制信号至脉冲宽度调制控制电路控制其所输出的驱动信号的脉冲宽度，脉冲宽度调制控制电路所产生的驱动信号输入至由四个功率MOS管组成的功率MOS晶体管输出桥路，桥路输出的脉冲电压经滤波电路滤波后驱动泵浦激光器内部的半导体器件进行制冷或加热。