CN107817558A - 光学波分复用器件 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种光学波分复用器件，所述光学波分复用器件包括光束传输单元、准直聚焦单元、以及滤波片组，所述光束传输单元包括用于传输入射光束的入射光束传输单元及用于传输出射光束的出射光束传输单元，所述准直聚焦单元位于光束传输单元与滤波片组之间，用于对入射光束传输单元中的入射光束进行准直、以及对滤波片组反射的光束进行聚焦，所述滤波片组包括多个呈不同角度安装的滤波片，所述滤波片对特定波长或波段的光束进行反射，对其他波长或波段的光束进行透射，反射光束经准直聚焦单元聚焦后传输至各出射光束传输单元中。本申请光学波分复用器件中滤波片呈不同角度安装，准直聚焦单元即可对入射光束进行准直又可对出射光束进行聚焦，整个器件结构紧凑、体积小、成本低。

Description

光学波分复用器件

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种光学波分复用器件。

背景技术

随着通讯领域传输容量的日益增长，传统的传输技术已很难满足传输容量及传输速度的要求，在数据中心应用领域以及互联网核心节点、教育机构、搜索引擎、大型网站、高性能计算等领域，为防止核心网络的带宽资源出现不足，承运商和服务供应商们对规划新一代高速网络协议进行部署。电气电子工程师学会 (Institute of Electrical andElectronics Engineers，IEEE) 对 P802.3ba 工程任务组下的 40Gbps 和 100Gbps 以太网制定了统一标准。

光波分复用技术（WDM，wavelength division multiplexer）是将一系列载有信息的光载波，在光频域内以1至几百纳米的波长间隔合在一起沿单根光纤传输；在接收端再用一定的方法，将各个不同波长的光载波分开的通信方式。目前波导阵列波分复用器件价格较高，通常采用自由空间的光学波分复用器件。

参图1所示为现有技术中自由空间的光学波分复用器件，其包括入射光纤10’、准直透镜20’、若干滤波片30’及反射镜40’、若干聚焦透镜50’、及出射光纤60’，各个滤波片30’相互平行设置，反射镜40’与滤波片30’一一对应设置，在每个反射镜40’的反射光路上分别设有一个聚焦透镜50’和一个出射光纤60’。

波长为λ₁~λ_n的若干束入射光束从入射光纤10’中进行传输，散射后经过准直透镜20’准直为平行光束，平行光束经过若干滤波片30’，每个滤波片30’反射特定波长或波段的光束，如第一个滤波片30’反射波长为λ₁的光束，其他光束进行透射，第二个滤波片30’反射波长为λ₂的光束，其他光束进行透射…，依次类推，经各个滤波片30’反射后的光束依次经过对应的反射镜40’反射，并经过对应的聚焦透镜50’聚焦至各个出射光纤60’中，各个出射光纤60’分别用于传输各个波长或波段的出射光束，如第一个出射光栅60’用于传输波长为λ₁的光束，第二个出射光栅60’用于传输波长为λ₂的光束…，依次类推。

由此可见，现有技术中自由空间的光学波分复用器件体积庞大，其多数采用先将光束准直，然后用滤波片分出不同波长的光束，在每个光束出口再进行聚焦。其光路较复杂，使用透镜较多，体积大成本高。

发明内容

本申请一实施例提供一种光学波分复用器件，所述光学波分复用器件包括滤波片组，所述滤波片组包括多个呈不同角度排列的滤波片，所述滤波片组中每个滤波片分别对特定波长或波段的光束进行反射，对其他波长或波段的光束进行透射；当一束平行的复合光束射向所述滤波片组时，每个滤波片分别反射相应波长或波段的光束，经过每个滤波片反射的光束分别呈不同角度从所述滤波片组中反射回来。

一实施例中，所述光学波分复用器件还包括对平行光进行汇聚的准直聚焦单元，所述准直聚焦单元将射向所述滤波片组的光束变为平行光束进入所述滤波片组，从所述滤波片组出射的平行光束经所述准直聚焦单元进行汇聚后从所述准直聚焦单元出射。

一实施例中，所述光学波分复用器件还包括光束传输单元，所述光束传输单元将入射光束经过准直聚焦单元导入至所述滤波片组和/或将所述滤波片组的出射光经过准直聚焦单元后导出。

本申请另一实施例提供一种光学波分复用器件，所述光学波分复用器件包括光束传输单元、准直聚焦单元、以及滤波片组，所述光束传输单元包括用于传输入射光束的入射光束传输单元及用于传输出射光束的出射光束传输单元，所述准直聚焦单元位于光束传输单元与滤波片组之间，用于对入射光束传输单元中的入射光束进行准直、以及对滤波片组反射的光束进行聚焦，所述滤波片组包括多个呈不同角度安装的滤波片，所述滤波片对特定波长或波段的光束进行反射，对其他波长或波段的光束进行透射，反射光束经准直聚焦单元聚焦后传输至各出射光束传输单元中。

一实施例中，所述光束传输单元为若干光纤和/或器件，入射光束传输单元包括若干入射光纤和/或光发射器件，出射光束传输单元包括若干出射光纤和/或光接收器件。

一实施例中，所述滤波片组中的多个滤波片按照一定角度固定于一起。

一实施例中，所述滤波片组中的多个滤波片按照不同角度的楔角贴合固定。

一实施例中，所述准直聚焦单元包括一个透镜或多个透镜。

一实施例中，所述准直聚焦单元包括一个或多个凹面反射镜。

一实施例中，所述光学波分复用器件还包括基座及位于基座上的光纤固定件，所述光纤固定件用于固定安装光束传输单元中的入射光纤和/或出射光纤。

与现有技术相比，本申请的技术方案中：

光学波分复用器件中滤波片呈不同角度安装，准直聚焦单元既可对入射光束进行准直又可对出射光束进行聚焦，整个器件结构紧凑、体积小、成本低；

滤波片采用冷加工方式进行组装，具有较高的角度精度，组装简单；

整个器件只需对光束传输单元与准直聚焦单元和滤波片组耦合一次，大大简化了组装工艺。

附图说明

图1是现有技术中光学波分复用器件的结构示意图；

图2是本申请第一实施方式中光学波分复用器件的结构示意图；

图3是本申请第二实施方式中光学波分复用器件的立体示意图；

图4是本申请第二实施方式中光学波分复用器件的俯视示意图；

图5是本申请第二实施方式中光学波分复用器件的侧视示意图；

图6是本申请第二实施方式中光纤阵列与光纤固定件的安装示意图；

图7是本申请第三实施方式中光学波分复用器件的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当部件被称为“直接在另一部件或层上”、“直接连接在另一部件或层上”时，不能存在中间部件或层。

本申请中的一种光学波分复用器件，包括滤波片组，滤波片组包括多个呈不同角度排列的滤波片，滤波片组中每个滤波片分别对特定波长或波段的光束进行反射，对其他波长或波段的光束进行透射；当一束平行的复合光束射向滤波片组时，每个滤波片分别反射相应波长或波段的光束，经过每个滤波片反射的光束分别呈不同角度从滤波片组中反射回来。

优选地，光学波分复用器件还包括对平行光进行汇聚的准直聚焦单元，准直聚焦单元将射向滤波片组的光束变为平行光束进入滤波片组，从滤波片组出射的平行光束经准直聚焦单元进行汇聚后从准直聚焦单元出射。

优选地，光学波分复用器件还包括光束传输单元，光束传输单元将入射光束经过准直聚焦单元导入至滤波片组和/或将滤波片组的出射光经过准直聚焦单元后导出。

参图2所示，介绍本申请光学波分复用器件100的第一实施方式，其包括光束传输单元、准直聚焦单元、以及滤波片组，以下对本实施方式中的光束传输单元、准直聚焦单元、以及滤波片组作进一步说明。

本实施方式中的光束传输单元为光纤阵列，包括用于传输入射光束的入射光纤11及用于传输出射光束的多个出射光纤。本实施方式中以4个出射光纤121、122、123、124为例进行说明，入射光纤11与出射光纤121、122、123、124呈阵列分布，出射光纤121、122和出射光纤123、124位于入射光纤11的两侧。

应当理解的是，在本实施方式中，入射光纤和出射光纤平行分布，入射光纤位于入射光纤正中间位置，在其他实施方式中入射光纤和出射光纤也可以为非平行分布，入射光纤不限于位于入射光纤正中间位置，也可以位于任意两个出射光纤之间，或位于出射光纤的外侧。通过改变各个滤波片与入射光束的夹角可以控制出射光束的出射角度。各个滤波片之间相互形成的角度可以方便将不同波长的光束区别出来，其角度的大小可以根据需要进行设定。此处不再举例进行说明。

另外，光束传输单元除了本实施方式中提及的入射光纤和出射光纤之外，入射光纤也可以采用光发射器件（如激光器等）替代，出射光纤也可以采用光接收器（如光电探测器等）替代。同时，由于光路的可逆性，入射光纤和出射光纤也可以相互替换，此处不再一一举例进行说明。

准直聚焦20位于光纤阵列与滤波片组之间，本实施方式中仅采用一个凸透镜，既可用于对入射光纤11中的入射光束进行透射并准直，又可对滤波片组反射的光束进行透射并聚焦。

滤波片组包括多个呈不同角度安装的滤波片，对应地，本实施方式中以4个滤波片31、32、33、34为例进行说明，滤波片31、32、33、34两两之间均具有一定的角度。各个滤波片对特定波长或波段的光束进行反射，对其他波长或波段的光束进行透射，反射光束经准直聚焦单元聚焦后传输至各出射光纤121、122、123、124中。

具体地，本实施方式中滤波片31、32、33、34直接按照一定角度固定在一起。此处可以将滤波片31、32、33、34按照设定的角度直接进行粘结固定，也可以将滤波片31、32、33、34按照设定的角度粘结在基板上进行固定。

在其它实施方式中，可以分别通过冷加工的方式将滤波片31、32、33、34形成有不同角度的楔角，滤波片31、32、33、34通过楔角固定安装，以使每个滤波片呈不同的角度。冷加工是光学元件中的一种加工方式，其通过切割、研磨等步骤制备不同角度的滤波片，研磨的平整度可以达到纳米级，切割精度达到微米级，角度达到秒级。由于冷加工具有较高的角度精度，故对组装要求较低，组装简单。

本实施方式中光学波分复用器件的分波原理具体为：

入射光束为复合光束，其至少包括波长为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光束，入射光束通过入射光纤11进行传输，从入射光纤11传出的光束经过准直聚焦单元20进行准直后传输至滤波片组。

滤波片31、32、33、34分别用于反射波长为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光束，各个滤波片对其他波长的光束进行透射。如此，滤波片31将入射光束中波长为λ₁的光束进行反射，通过滤波片31设置的角度，反射后的光束经过准直聚焦单元20后进行聚焦，聚焦至出射光纤121的端口处，进而通过出射光纤121传输波长为λ₁的光束。同样地，滤波片32、33、34分别将入射光束中波长为λ₂、λ₃、λ₄的光束进行反射，通过滤波片32、33、34设置的角度，反射后的光束经过准直聚焦单元20后进行聚焦，聚焦至出射光纤122、123、124的端口处，进而通过出射光纤122、123、124传输波长为λ₂、λ₃、λ₄的光束。

应当理解的是，本实施方式中光学波分复用器件以四通道为例进行说明，其包括一个入射光纤、四个出射光纤、一个凸透镜及四个滤波片，在其他实施方式中也可以设置其他数量的通道，如八通道光学波分复用器件中，则包括一个入射光纤、八个出射光纤、一个凸透镜及八个滤波片，此处不再详细举例进行说明。

进一步地，本实施方式中的准直聚焦单元20为一个凸透镜，既可以用于对光束的准直，又可以用于对光束的聚焦，当然，在其他实施方式中准直聚焦单元20也可以包括多个透镜，如一个准直透镜和两个聚焦透镜，准直透镜与入射光纤11对应设置，两个聚焦透镜分别与出射光纤121、122和出射光纤123、124对应设置，或者也可以为一个准直透镜和四个聚焦透镜，准直透镜与入射光纤11对应设置，两个聚焦透镜分别与出射光纤121、122、123、124对应设置，此处不再一一举例进行说明。

参图3~图5所示，介绍本申请光学波分复用器件100的第二实施方式，其包括基座40及位于基座上的光纤固定件50、准直聚焦单元20、及滤波片组，光纤固定件中固定安装有光束传输单元10，以下对本实施方式中的基座、光纤固定件、光束传输单元、准直聚焦单元、以及滤波片组作进一步说明。

光束传输单元10包括用于传输入射光束的入射光纤及用于传输出射光束的多个出射光纤，其与上述实施方式完全相同。

本实施方式中的基座40呈纵长型设置，其包括相互平行的第一安装面41和第二安装面42，光纤固定件50固定安装于第一安装面41上，准直聚焦单元20及滤波片组固定安装于第二安装面42上，且第一安装面41的水平高度大于第二安装面42的水平高度。

在光模块中，安装光束传输单元10的光纤固定件50高度通常低于准直聚焦单元20及滤波片组的高度，通过设置高度不等的两个安装面，能够简化光学波分复用器件中各元器件的组装，保证光路的稳定性。

结合图6所示，本实施方式中的光纤固定件50包括第一光纤固定件51和第二光纤固定件52。第二光纤固定件52固定安装于基座的第一安装面41上，第一光纤固定件51位于第二光纤固定件52的上方。第一光纤固定件51的大小小于第二光纤固定件52的大小，如此，当光束传输单元10中的光纤安装于第一光纤固定件51和第二光纤固定件52之间时，部分光纤能够暴露于第一光纤固定件51之外，且承载于第二光纤固定件52之上。

另外，在第二光纤固定件52的表面设有阵列排布的V形槽521，V形槽521在光纤固定件50中处于同一水平高度，且各V形槽521之间等间距平行设置。光束传输单元10中的光纤分别固定安装于各个V形槽521中，采用V形槽521固定光纤可以提高光纤的固定精度。

当然，在其他实施方式中也可以在光纤固定件中设置若干安装孔（如圆形安装孔），光束传输单元10中的光纤贯穿安装孔固定安装，此处不再详细进行说明。

准直聚焦单元20固定安装于基座40的第二安装面42上，且位于光纤固定件50与滤波片组之间，本实施方式中仅采用一个凸透镜，既可用于对入射光纤中的入射光束进行准直，又可对滤波片组反射的光束进行聚焦。

滤波片组包括多个呈不同角度安装的滤波片，每个滤波片均垂直安装于基座40的第二安装面42上。对应地，本实施方式中以4个滤波片31、32、33、34为例进行说明，滤波片31、32、33、34两两之间均具有一定的角度。各个滤波片对特定波长或波段的光束进行反射，对其他波长或波段的光束进行透射，反射光束经准直聚焦单元聚焦后传输至各出射光纤中。

具体地，本实施方式中滤波片31、32、33、34分别通过冷加工的方式形成有不同角度的楔角，滤波片31、32、33、34通过楔角固定安装，以使每个滤波片呈不同的角度。冷加工是光学元件中的一种加工方式，其通过切割、研磨等步骤制备不同角度的滤波片，研磨的平整度可以达到纳米级，切割精度达到微米级，角度达到秒级。由于冷加工具有较高的角度精度，故对组装要求较低，组装简单。

当然，在其他实施方式中滤波片组中的多个滤波片也可以直接按照一定角度固定在一起，同样可以实现本申请的目的。

本实施方式中光学波分复用器件的分波原理具体为：

入射光束为复合光束，其至少包括波长为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光束，入射光束通过光束传输单元中的入射光纤进行传输，从入射光纤传出的光束经过准直聚焦单元20进行准直后传输至滤波片组。

滤波片31、32、33、34分别用于反射波长为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光束，各个滤波片对其他波长的光束进行透射。如此，滤波片31将入射光束中波长为λ₁的光束进行反射，通过滤波片31设置的角度，反射后的光束经过准直聚焦单元20后进行聚焦，聚焦至一个出射光纤的端口处，进而通过该出射光纤传输波长为λ₁的光束。同样地，滤波片32、33、34分别将入射光束中波长为λ₂、λ₃、λ₄的光束进行反射，通过滤波片32、33、34设置的角度，反射后的光束经过准直聚焦单元20后进行聚焦，聚焦至各出射光纤的端口处，进而通过各出射光纤传输波长为λ₂、λ₃、λ₄的光束。

本实施方式光学波分复用器件100的制作流程具体为：

首先将具有不同角度的滤波片通过楔角叠放固定安装，形成滤波片组；

然后将滤波片组与准直聚焦单元安装于基座的第二安装面上，使基座、滤波片组及准直聚焦单元组装成一体；

最后将光纤阵列安装于光纤固定件的V形槽中，并将安装有光纤阵列的光纤固定件耦合安装于基座的第一安装面上，使光纤阵列与滤波片组及准直聚焦单元的光路相耦合。

在其他实施方式中，也可以先将安装有光纤阵列的光纤固定件耦合安装于基座的第一安装面上，再将滤波片组与准直聚焦单元安装于基座的第二安装面上进行耦合，此处不再详细进行说明。

参图7所示，介绍本申请光学波分复用器件100的第三实施方式，其包括光束传输单元、准直聚焦单元、以及滤波片组，

与第一实施方式相同的是，光束传输单元为光纤阵列，包括用于传输入射光束的入射光纤11及用于传输出射光束的多个出射光纤121、122、123、124；滤波片组包括多个呈不同角度安装的滤波片31、32、33、34，滤波片31、32、33、34两两之间均具有一定的角度。光束传输单元及滤波片组与第一实施方式相同，此处不再进行赘述。

与第一实施方式中不同的是，本实施方式中的准直聚焦单元为一个凹面反射镜21，凹面反射镜21既可用于对入射光纤中的入射光束进行反射并准直，又可对滤波片组反射的光束进行反射并聚焦。

本实施方式中光学波分复用器件的分波原理具体为：

入射光束为复合光束，其至少包括波长为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光束，入射光束通过入射光纤11进行传输，从入射光纤11传出的光束经过凹面反射镜21进行反射并准直后传输至滤波片组。

滤波片31、32、33、34分别用于反射波长为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的光束，各个滤波片对其他波长的光束进行透射。如此，滤波片31将入射光束中波长为λ₁的光束进行反射，通过滤波片31设置的角度，反射后的光束经过凹面反射镜21后进行反射并聚焦，聚焦至出射光纤121的端口处，进而通过出射光纤121传输波长为λ₁的光束。同样地，滤波片32、33、34分别将入射光束中波长为λ₂、λ₃、λ₄的光束进行反射，通过滤波片32、33、34设置的角度，反射后的光束经过凹面反射镜21后进行聚焦，聚焦至出射光纤122、123、124的端口处，进而通过出射光纤122、123、124传输波长为λ₂、λ₃、λ₄的光束。

应当理解的是，本实施方式中通过一个凹面反射镜入射光束进行准直、以及对反射光束进行聚焦，在其他实施方式中，也可以设置多个反射镜，如多个凹面反射镜、或若干凹面反射镜与若干平面反射镜的组合，只要能够实现入射光束的准直和反射光束的聚焦的准直聚焦单元均属于本申请所保护的范围。本申请通过上述实施例，具有以下有益效果：

光学波分复用器件中滤波片呈不同角度安装，准直聚焦单元既可对入射光束进行准直又可对出射光束进行聚焦，整个器件结构紧凑、体积小、成本低；

滤波片采用冷加工方式进行组装，具有较高的角度精度，组装简单；

整个器件只需对光束传输单元与准直聚焦单元和滤波片组耦合一次，大大简化了组装工艺。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学波分复用器件，其特征在于，所述光学波分复用器件包括滤波片组，所述滤波片组包括多个呈不同角度排列的滤波片，所述滤波片组中每个滤波片分别对特定波长或波段的光束进行反射，对其他波长或波段的光束进行透射；当一束平行的复合光束射向所述滤波片组时，每个滤波片分别反射相应波长或波段的光束，经过每个滤波片反射的光束分别呈不同角度从所述滤波片组中反射回来。

2.根据权利要求1所述的光学波分复用器件，其特征在于，所述光学波分复用器件还包括对平行光进行汇聚的准直聚焦单元，所述准直聚焦单元将射向所述滤波片组的光束变为平行光束进入所述滤波片组，从所述滤波片组出射的平行光束经所述准直聚焦单元进行汇聚后从所述准直聚焦单元出射。

3.根据权利要求2所述的光学波分复用器件，其特征在于，所述光学波分复用器件还包括光束传输单元，所述光束传输单元将入射光束经过准直聚焦单元导入至所述滤波片组和/或将所述滤波片组的出射光经过准直聚焦单元后导出。

4.一种光学波分复用器件，其特征在于，所述光学波分复用器件包括光束传输单元、准直聚焦单元、以及滤波片组，所述光束传输单元包括用于传输入射光束的入射光束传输单元及用于传输出射光束的出射光束传输单元，所述准直聚焦单元位于光束传输单元与滤波片组之间，用于对入射光束传输单元中的入射光束进行准直、以及对滤波片组反射的光束进行聚焦，所述滤波片组包括多个呈不同角度安装的滤波片，所述滤波片对特定波长或波段的光束进行反射，对其他波长或波段的光束进行透射，反射光束经准直聚焦单元聚焦后传输至各出射光束传输单元中。

5.根据权利要求4所述的光学波分复用器件，其特征在于，所述光束传输单元为若干光纤和/或器件，入射光束传输单元包括若干入射光纤和/或光发射器件，出射光束传输单元包括若干出射光纤和/或光接收器件。

6.根据权利要求4所述的光学波分复用器件，其特征在于，所述滤波片组中的多个滤波片按照一定角度固定于一起。

7.根据权利要求4所述的光学波分复用器件，其特征在于，所述滤波片组中的多个滤波片按照不同角度的楔角贴合固定。

8.根据权利要求4所述的光学波分复用器件，其特征在于，所述准直聚焦单元包括一个透镜或多个透镜。

9.根据权利要求4所述的光学波分复用器件，其特征在于，所述准直聚焦单元包括一个或多个凹面反射镜。

10.根据权利要求5所述的光学波分复用器件，其特征在于，所述光学波分复用器件还包括基座及位于基座上的光纤固定件，所述光纤固定件用于固定安装光束传输单元中的入射光纤和/或出射光纤。