CN109917516A - 一种紧凑型波分复用器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的紧凑型波分复用器，属于光纤通信技术领域。所述紧凑型波分复用器，包括入射光纤准直器、第一光学棱镜、多组滤波片以及出射光纤准直器，所述第一光学棱镜包括等腰设置的第一侧面和第二侧面以及底面，所述入射光纤准直器和多组滤波片均沿第一光学棱镜主截面底边布置。本发明通过设置第一光学棱镜，对滤波片与入射光纤准直器和出射光纤准直器之间的光路进行全反射，从而使光路折叠，得到基于小角度滤波片的自由空间结构的波分复用器。进一步地，在第一光学棱镜的基础上设置第二直角棱镜，两直角边面的反射使得出射光纤准直器分两层均匀排列，体积缩小至原有的二分之一，结构紧凑，大大降低经济成本。

Description

一种紧凑型波分复用器

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种新型的紧凑型波分复用器。

背景技术

随着光纤通信技术的发展，WDM技术充分利用了光纤低损耗波段的巨大带宽资源，比单波段传输增加几倍或者几十倍，有很大的应用价值和经济价值。在光通信系统中，要求波分复用器小型化且高精度化，紧凑型波分复用器件的滤波片设计角度通常是13.5°、10°或者8°，角度越大，相应的器件的体积就越小。目前市场上缺少基于自由空间结构的小体积密集波分复用器。

现有的方案中，利用大角度的滤波片可以实现紧凑型波分复用器，主要用于实现信道分离较大的粗波分复用器，例如CWDM(信道间隔20nm),LAN-WDM(信道间隔大约5nm)。信道间隔小的滤波片，特别是密集型波分复用(DWDM)的滤波片，当设计角度增加时，其对于两个互相垂直的偏振态的光束的滤波特性会有较大的差异，形成所谓的偏振相关的损耗。由于目前光通讯技术的发展趋势依然是更小，更快，密度更高。对于小角度的DWDM要实现分波复用，需要有足够的空间密集排列滤波片和准直器，需要很长的光程，使得紧凑小型器件难以实现。

申请公布号为CN 105938222 A的专利文献公开了一种基于小角度滤波片的紧凑型波分复用器，包括固定支架、多组滤波片和输出准直器、输入准直器以及光学反射镜，多块滤波片依次透射设定波长的光并反射其余光，还包括至少一个第一直角棱镜；所述第一直角棱镜布置在输入准直器与光学反射镜之间的光路上用于全反射来自输入准直器入射光以使输入准直器与光学反射镜上下分层布置；所述第一直角棱镜布置在光学反射镜与滤波片之间的光路上用于全反射光学反射镜与滤波片之间的光束以使接收滤波片透射光的输出准直器与光学反射镜上下分层布置；该发明通过在光路中设置直角棱镜，将光路多次折叠，减少各器件占有的空间，实现紧凑小型密集波分复用器件。

如何进一步改进波分复用器件结构，缩短光程，缩小波分复用器的体积，同时保持高精度化是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的紧凑型波分复用器件，可以有效减小自身体积，适用于小角度DWDM滤波片，尺寸小、结构紧凑，单边出纤，可以直接集成于DWDM收发器，实现高速发射和接收。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种紧凑型波分复用器，包括入射光纤准直器、第一光学棱镜、多组滤波片以及出射光纤准直器，所述第一光学棱镜包括等腰设置的第一侧面和第二侧面以及底面，所述入射光纤准直器和多组滤波片均沿第一光学棱镜主截面底边布置，所述入射光纤准直器发射入射光，光束经第一光学棱镜的第一侧面和第二侧面反射，多组滤波片依次透射设定波长的光并反射其余光，反射的其余光再通过第一光学棱镜的第一侧面和第二侧面反射至下一滤波片，所述出射光纤准直器用于接收对应滤波片透射的光束。

所述第一侧面和第二侧面与底面的夹角均为45°。本发明通过设置第一光学棱镜，将滤波片与入射光纤准直器和出射光纤准直器之间的光路进行全反射，从而使光路折返、折叠，得到基于小角度滤波片的自由空间结构的波分复用器。

上述结构的工作原理如图1所示，入射光准直器将含有N个波长的光准直后，从第一光学棱镜的底面A区折射进入第一光学棱镜内部，复色光到达第一光学棱镜的直角面S2后反射至直角面S1，再反射达到第一光学棱镜的底面B区，所述第一光学棱镜的底面B区依次放置多个滤波片，当复色光到达第一个滤波片透射设定波长的光λ1并反射其余波长的光，经S1，S2反射直至下一滤波片上透射设定波长λ2的光并反射其余波长的光，以此类推，依次将N个波长的光分离射出，所述出射光纤准直器用于接收对应滤波片透射的光束。

为了便于制造和安装，优选的，入射光纤准直器在出射光纤准直器的侧面，准直器之间密集排列在同一平面上。采用小尺寸的滤波片，但最终受限的还是作为入射和接收的准直器的直径，准直器之间密集排列，整体光学部件结更紧凑，尺寸更小。

作为优选，所述的第一光学棱镜的底面的入射光范围镀增透膜，出射光范围配置滤波片。

为了保证损失光功率最小，所述滤波片的出光端安装有出射光准直器，准直器可以逐一分别调节。

所有滤波片与第一光学棱镜的底面平行，优选的，滤波片直接粘接在底面，从而保证光以相同的角度入射到滤波片上，保证每个通道的中心波长满足要求。

作为优选，所述第一光学棱镜还包括与所述底面平行的顶面，所述顶面上设有第二直角棱镜，所述第二直角棱镜的主截面与第一光学棱镜的主截面相互垂直。

作为优选，所述第二直角棱镜包括第一直角边反射面和第二直角边反射面，第二直角棱镜全反射从第一光学棱镜顶面出射的光束，使接收滤波片透射光的出射光纤准直器上下分层布置。

第二直角棱镜的底面与第一光学棱镜顶面紧密贴合，二者的主截面相互垂直放置。该结构的工作原理如图3所示，入射光准直器将含有2N(N≥4)个波长的光准直后，从第一光学棱镜Ⅱ的底面A区折射进入第一光学棱镜内部，复色光到达第一光学棱镜Ⅱ的直角面S2后反射至直角面S1，再反射达到第一光学棱镜Ⅱ的底面B区，所述第一光学棱镜Ⅱ的底面B区依次放置多个滤波片，当复色光到达第一个滤波片透射设定波长的光λ1并反射其余波长的光，经S1，S2反射直至下一滤波片上透射设定波长λ2的光并反射其余波长的光，以此类推，依次将N个波长的光分离射出；经过第N个滤波片λn反射的光通过第二直角棱镜Ⅰ的直角面S3，S4反射后投射到第一光学棱镜的底面上经第N+1个滤波片λn+1射出λn+1的光波，反射λn+2......λ2n的光波，这些反射的光波再经过第一光学棱镜的两直角面S1和S2的反射，投射到棱镜底面的滤波片上投射和反射，将λn+2......λ2的光波分光出射，所述出射光纤准直器用于接收对应滤波片透射的光束。

本发明中入射光的入射角度及入射位置共同决定了信号光折返一次所造成的光束位移。所述出射光纤准直器两层均匀排列，每层排列N个准直器，入射光纤准直器与其他准直器透镜顶端要平齐。

本发明将第一光学棱镜和第二直角棱镜按照主截面相互垂直的位置放置，从而实现获得双层排列的WDM，较一般滤波片型的波分复用器在同样入射角条件下，体积可达到原有体积的二分之一，极大地缩小波分复用器的尺寸。

作为优选，所述第一光学棱镜的第一侧面和第二侧面以及第二直角棱角的第一直角边反射面和第二直角边反射面上镀反射膜。若入射光角度小于1.8度，光在直角面上实现全反射，上述各反射面可以不镀反射膜。

为了提高设备的可靠性，优选的，所述第一光学棱镜和第二直角棱镜以及滤波片的热膨胀系数相同或相近，即采用同种牌号的玻璃，在温度变化时，部件的膨胀系数相同或相近，避免器件大小变化引起的光路变化，提高设备稳定性。

作为优选，所述滤波片与出射光纤准直器之间的光路上设有调整出射光角度的折射棱镜，使得入射光纤准直器与所有出射光纤准直器平行设置。通过设置折射棱镜，使得所有出射光全部平行出射，能够更好地实现准直器的密集排列。

作为优选，所述折射棱镜为楔形，楔形棱镜的直角边与滤波片平行，其斜边对应出射光纤准直器的端面设置。

本发明具备的有益效果：

(1)本发明通过设置第一光学棱镜，对滤波片与入射光纤准直器和出射光纤准直器之间的光路进行全反射，从而使光路折叠，得到基于小角度滤波片的自由空间结构的波分复用器。

(2)本发明通过在第一光学棱镜的基础上设置第二直角棱镜，两直角边面的反射使得出射光纤准直器分两层均匀排列，结合第一光学棱镜的第一侧面和第二侧面的反射，将光路多次折叠，减小空间，体积缩小至原有的二分之一，可以直接集成到收发器中，压缩了波分复用设备的体积，大大降低经济成本。

此外，降低能耗，提高器件的温度稳定性，各部件采用紧密的封装技术，提高了产品的稳定性，便于储存和运输。

附图说明

图1为本发明的基于小角度的带有直角棱镜的波分复用器多通道原理示意图。

图2为实施例1的波分复用器的立体结构示意图。

图3为本发明的基于小角度的双直角棱镜的波分复用器多通道原理示意图。

图4为实施例2的波分复用器的立体结构示意图。

图5为实施例2的波分复用器的正面结构示意图。

图6为实施例2的波分复用器的反面结构示意图。

图7为实施例2的波分复用器的侧面结构示意图。

图8为本发明的基于小角度的带有楔形棱镜的波分复用器多通道原理示意图。

图9为实施例3的波分复用器的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的波分复用器包括入射光纤准直器11、直角棱镜12、多组滤波片13以及出射光纤准直器14，直角棱镜12具有第一直角边反射面S1和第二直角边反射面S2以及斜边面，直角棱镜12与底板15粘接到一起，直角棱镜12的两个直角反射面镀反射膜，若入射光角度小于1.8度，光在直角面上实现全反射，则可以不用镀反射膜。上述部件作为光束折返和传输以及输出入射光纤准直器的支撑底板，作为紧凑型密集波分复用器的主要组成部分。

滤波片13设有四块，从而具有四个输出波段分别是λ1、λ2、λ3、λ4，在直角棱镜12的斜边面上沿其主截面底边依次粘接。每个滤波片13的出光端均安装有出射光准直器14，用于接收对应滤波片透射的光束。入射光纤准直器11和所有的出射光纤准直器14均固定安装在底板15上。入射光纤准直器11与出射光纤准直器14共5个在同一平面内，入射光纤准直器11布置在出射光纤准直器14的侧边，入射光纤准直器11与2个出射光纤准直器相互平行(角度约为θ°)，另外两个出射光纤准直器的方向相互平行(角度约为-θ°)，与前者存在一定的夹角。

入射光纤准直器11将多波长信号光束以α的角度引入，经过直角棱镜12的两个直角面全反射，信号光经过直角棱镜12的斜边面以α角度入射到第一个滤波片13上，滤波片13允许波长在λ1波段内的光透过，被出射光纤准直器14接收，其他波长的光再经过反射，使光到达λ2波段的滤波片上，滤波片允许波长在λ2波段的光透过，被对应的出射光纤准直器接收，其他波长的光再经过反射，到λ3波段的滤波片上，允许波长在λ3波段的光透过，被对应的出射光纤准直器接收，其他波长的光经过反射，将光射到λ4波段的滤波片上，允许波长在λ4波段的光透过，被出射光纤准直器接收，其他波长的光反射回直角棱镜12，实现DWDM器件的密集波分复用功能。

实施例2

如图3-7所示，本实施例提供的波分复用器增加了一个直角棱镜且所述滤波片设有八块，从而具有八个输出波段分别是λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆、λ₇、λ₈，其余结构与实施例1相类似。

具体地，本实施例的波分复用器包括入射光纤准直器21、第一光学棱镜22和第二直角棱镜26、多组滤波片23以及出射光纤准直器24。

第一光学棱镜22包括等腰45°设置的第一侧面S1和第二侧面S2，以及相互平行的顶面和底面，第二直角棱镜26包括第一直角边反射面S3和第二直角边反射面S4以及斜边面，第二直角棱镜26的斜边面与第一光学棱镜22的顶面紧密贴合，且第二直角棱镜26的主截面与第一光学棱镜22的主截面相互垂直，入射光进入第二直角棱镜26后，会产生一个向上偏析的角度，从而实现光在第一光学棱镜22中立体传播，形成双层排列。

第一光学棱镜22的第一侧面S1和第二侧面S2以及第二直角棱角26的第一直角边反射面S3和第二直角边反射面S4上镀反射膜。若入射光角度小于1.8度，光在直角面上实现全反射，上述各反射面可以不镀反射膜。上述部件作为光束折返和传输以及输出入射光纤准直器的支撑底板，作为紧凑型密集波分复用器的主要组成部分。

滤波片23设有八块，具有八个输出波段分别是λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆、λ₇、λ₈，在第一光学棱镜22的底面上沿其主截面底边分两层依次粘接。每个滤波片23的出光端均安装有出射光准直器24，用于接收对应滤波片透射的光束。

波分复用器还包括固定入射光纤准直器和出射光纤准直的底板25，底板25粘接在第一光学棱镜22底面的两列滤波片之间，入射光纤准直器21与部分出射光准直器24固定在底板25的上表面且处于同一平面，其余的出射光准直器固定在底板25的下表面且处于同一平面。部分出射光纤准直器与入射光纤准直器平行放置(角度约为θ°)，其余部分出射光纤准直器与之形成一定的夹角(角度约为-θ°)。底板25与第一光学棱镜22粘接的表面镀增透膜。

入射光准直器将含有8个波长的光准直后，从第一光学棱镜的底面A区折射进入第一光学棱镜内部，复色光到达第一光学棱镜的直角面S2后反射至直角面S1，再反射达到第一光学棱镜的底面B区，所述第一光学棱镜的底面B区依次放置多个滤波片，当复色光到达第一个滤波片透射设定波长的光λ1并反射其余波长的光，经S1，S2反射直至下一滤波片上透射设定波长λ2的光并反射其余波长的光，以此类推，依次将4个波长的光分离射出；经过第4个滤波片λ4反射的光通过第二直角棱镜的直角面S3，S4反射后投射到第一光学棱镜的底面上经第5个滤波片λ5射出λ5的光波，反射λ6......λ8的光波，这些反射的光波再经过第一光学棱镜的两直角面S1和S2的反射，投射到棱镜底面的滤波片上投射和反射，将λ6......λ8的光波分光出射，出射光纤准直器接收对应滤波片透射的光束。

第二直角棱镜26两直角边面的发射使得出射光纤准直器24分两层均匀排列，结合第一光学棱镜22的第一侧面和第二侧面的反射，将光路多次折叠，减小空间，体积缩小至原有的二分之一，可以直接集成到收发器中，压缩了波分复用设备的体积，实现DWDM器件的密集波分复用功能。

实施例3

如图8和图9所示，本实施例的波分复用器增加一个楔形棱镜，其余结构与实施例1相类似。

具体地，本实施例的波分复用器包括入射光纤准直器31、直角棱镜32、多组滤波片33以及出射光纤准直器34，直角棱镜32具有第一直角边反射面S1和第二直角边反射面S2以及斜边面，直角棱镜32与底板15粘接到一起，直角棱镜32的两个直角反射面镀反射膜，若入射光角度小于1.8度，光在直角面上实现全反射，则可以不用镀反射膜。上述部件作为光束折返和传输以及输出入射光纤准直器的支撑底板，作为紧凑型密集波分复用器的主要组成部分。

滤波片33设有四块，从而具有四个输出波段分别是λ1、λ2、λ3、λ4，在直角棱镜32的斜边面上沿其主截面底边依次粘接。每个滤波片33的出光端均安装有出射光准直器34，用于接收对应滤波片透射的光束。入射光纤准直器31和所有的出射光纤准直器34均固定安装在底板35上，入射光纤准直器31与出射光纤准直器34共5个在同一平面内且端面对齐，全部准直器的端面连线与直角棱镜32的斜边面平行。

部分滤波片与对应出射光纤准直器之间的光路上安装有楔形棱镜36(楔角为δ)，楔形棱镜36粘接在底板35上，楔形棱镜36的直角边与滤波片平行且有一定距离，楔形棱镜的斜边与出射光纤准直器的端面也有一定距离，入射光纤准直器31与所有出射光纤准直器34相互平行(角度约为θ°)。

入射光纤准直器31将多波长信号光束以α的角度引入，经过直角棱镜32的两个直角面全反射，信号光经过直角棱镜32的斜边面以α角度入射到λ1波段的滤波片33上，滤波片允许波长在λ1波段内的光透过，被出射光纤准直器34接收，其他波长的光再经过反射，使光到达λ2波段的滤波片上，滤波片允许波长在λ2波段的光透过，经过楔形棱镜36折射，波长在λ2波段的光被对应的出射光纤准直器接收，其他波长的光再经过反射，到λ3波段的滤波片上，允许波长在λ3波段的光透过，被对应出射光纤准直器接收，其他波长的光经过反射，将光射到λ4波段的滤波片上，允许波长在λ4波段的光透过，经过楔形棱镜36折射，波长在λ4波段的光被出射光纤准直器接收，其他波长的光反射回直角棱镜32，通过楔形棱镜36使得所有出射光全部平行出射，从而更好地实现DWDM器件的密集波分复用功能。

Claims (9)

1.一种紧凑型波分复用器，包括入射光纤准直器、第一光学棱镜、多组滤波片以及出射光纤准直器，其特征在于，所述第一光学棱镜包括等腰设置的第一侧面和第二侧面以及底面，所述入射光纤准直器和多组滤波片均沿第一光学棱镜主截面底边布置，所述入射光纤准直器发射入射光，光束经第一光学棱镜的第一侧面和第二侧面反射，多组滤波片依次透射设定波长的光并反射其余光，反射的其余光再通过第一光学棱镜的第一侧面和第二侧面反射至下一滤波片，所述出射光纤准直器用于接收对应滤波片透射的光束。

2.如权利要求1所述的紧凑型波分复用器，其特征在于，所述的第一光学棱镜的底面的入射光范围镀增透膜，出射光范围配置滤波片。

3.如权利要求1所述的紧凑型波分复用器，其特征在于，所述滤波片粘贴在第一光学棱镜的底面。

4.如权利要求1所述的紧凑型波分复用器，其特征在于，所述第一光学棱镜还包括与所述底面平行的顶面，所述顶面上设有第二直角棱镜，所述第二直角棱镜的主截面与第一光学棱镜的主截面相互垂直。

5.如权利要求4所述的紧凑型波分复用器，其特征在于，所述第二直角棱镜包括第一直角边反射面和第二直角边反射面，第二直角棱镜全反射从第一光学棱镜顶面出射的光束，使接收滤波片透射光的出射光纤准直器上下分层布置。

6.如权利要求5所述的紧凑型波分复用器，其特征在于，所述第一光学棱镜的第一侧面和第二侧面以及第二直角棱角的第一直角边反射面和第二直角边反射面上镀反射膜。

7.如权利要求4所述的紧凑型波分复用器，其特征在于，所述第一光学棱镜和第二直角棱镜以及滤波片的热膨胀系数相同。

8.如权利要求1所述的紧凑型波分复用器，其特征在于，所述滤波片与出射光纤准直器之间的光路上设有调整出射光角度的折射棱镜，使得入射光纤准直器与所有出射光纤准直器平行设置。

9.如权利要求8所述的紧凑型波分复用器，其特征在于，所述折射棱镜为楔形，楔形棱镜的直角边与滤波片平行，其斜边对应出射光纤准直器的端面设置。