CN101018098B - 波分复用器/解复用器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波分复用器/解复用器及其制造方法，其包括光敏材料和若干条形会聚透镜，所述光敏材料内部设置若干多重布拉格光栅层，光导器件与相异布拉格光栅层的第一面或第三面上的端面两两耦合连接，其中至少一布拉格光栅层的一端面为出射面/入射面，第二面和第四面至少其一为入射面/出射面，对应该面设置有若干光纤接收器及若干条形会聚装置。本发明可将相异布拉格光栅光导通，使得光波持续进行衍射解复用，可使得各波长的光波完全被分离。因此本发明解复用器解复用的波长数多，信道间隔小，易于实现密集的波分解复用。另外作为波分复用器时，其耦合的波长多，信道密集。

Description

波分复用器/解复用器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种能实现密集不同波长光波复用/解复用的波分复用器/解复用器，并涉及其制造方法。

背景技术

波分解复用(WDM，wavelength-division multiplexing)技术在现代光通信和光网络中得到广泛的应用，这是一种分波器，可将一组波长的光分成若干个波长，即可将不同波长的光波分开。由于不同波长的光波在光通信中对应不同的信道，因此增加解复用波长通道数可有效增加光通信的带宽。而由于对宽带高速通信需求的不断增长，要满足对通信容量和速度日益增加的需求，除了扩展带宽外，一有效的方法就是减少信道间隔。目前信道间隔已从200GHz减小到10GHz、50GHz，不久后将会减小到1GHz甚至更小。因此，用于波分解复用的解复用器需要处理越来越多的波长，更小的信道间隔，通常将这样的波分解复用器称作密集波分解复用器(DWDM，dense wavelength-division multiplexing)。

DWDM(密集波分解复用)技术相对于WDM技术其信道间隔小，信道密集度高，并尽可能增加解复用的波长通道数量。密集波分解复用技术已逐渐成为大容量光通信及对现有网络扩容的最佳方案，并成为未来光网络的关键，随着现代通信发展的要求，性能稳定的新型多信道密集波分解复用将被大量需求。

近年来，体全息布拉格光栅以其良好的角度及波长选择性和制作上的各种优势，已经为光波分解复用器件的发展提供了一种新的思路和方法。即通过利用光写入方法，人们在体块光敏感材料中制作布拉格光栅以用作窄带光学滤波器或波分解复用器件。

在光敏感材料中记录的n重布拉格光栅可实现n个通道的解复用。为了在同样体积的光敏感材料中获得尽可能多的体全息布拉格光栅，通常方法是将光敏感材料沿垂直于光传播方向分体块使用。比如美国加州理工的D.Psaltis领导的研究组所开发出的利用条形分区法记录的用于可调和固定波长滤波器的体全息光栅。但这种分区法由于条形区的横向排布，实际工作时各端口一般只能分布在条形区的两端，且解复用的光栅数受输出端口空间的限制一般不超过两个，因而这种条形分区结构很少用作波分解复用器。

另外，波分复用器就是把不同波长的光波耦合至同一光纤中，其是波分解复用的逆过程。由于光路的可逆性，因此波分复用器的结构可与波分解复用器的结构完全相同，两者的制造方法也一致。因此现有技术波分解复用器信道少、端口设置受限的问题，在波分复用器里也一样存在。

发明内容

为了克服现有技术波分复用器/解复用器信道少、端口设置受限问题，本发明提供了一种信道密集、端口设置自由的波分复用器/解复用器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种波分复用器/解复用器，其包括光敏材料，所述光敏材料包括依次连接的第一面、第二面、第三面和第四面，所述第一面和第三面相对设置，所述第二面和第四面相对设置，且所述光敏材料内部设置若干多重布拉格光栅层，其中至少一布拉格光栅层的一端面为出射面/入射面，其另一端面通过光导器件与其余任一布拉格光栅层处于第一面或第三面上的端面连接，且所述任一布拉格光栅层处于第一面和第三面的端面通过光导器件分别与相异布拉格光栅层的第一面或第三面上的端面两两耦合连接，另外所述第二面和第四面至少其一为入射面/出射面，对应该面设置有若干光纤接收器及若干条形会聚装置，所述各个条形会聚装置分别与各布拉格光栅层等高，且其聚焦点对应各个光纤接收器。

所述光导器件可以采用若干分立排列的全反直角射棱镜，所述全反直角射棱镜通过折射率匹配液与所述布拉格光栅层端面耦合连接，以实现相邻布拉格光栅层之间的光波传输。

所述光导器件可以采用光纤，所述光纤与布拉格光栅层端面相连接的两端分别为导入端和导出端，且所述光纤的导入端和导出端分别通过准直器与各自布拉格光栅端面层耦合连接。

所述布拉格光栅与光导器件之对应的端面均设置有增透膜。

所述条形会聚装置包括条形凸透镜或条形柱透镜。

另外本发明波分复用器/解复用器的制造方法，其步骤包括：

第一步：提供一光敏材料，将所述光敏材料设置于干涉场内，利用相干光干涉的方式在所述光敏材料内设置布拉格光栅层，将所述光敏材料连续转动若干角度或转动所述干涉光波角度，并通过多次曝光在该布拉格光栅层内形成多重布拉格光栅；

第二步：于所述相异布拉格光栅层端面之间耦合连接可连通所述相异布拉格光栅层的光导器件；

第三步：于所述光敏材料第二面和第四面与各布拉格光栅层等高处设置条形会聚透镜；

第四步：于所述条形会聚透镜会聚焦点处设置若干光纤接收器。

本发明的有益效果是：本发明作为解复用器，由于布拉格光栅层的端面耦合有光导器件，其可将相异布拉格光栅光导通，使得未被上一布拉格光栅层所衍射的光波进入下一布拉格光栅层，并继续进行衍射解复用，如此反复，可使得各波长的光波完全被分离。因此本发明解复用器解复用的波长数多，信道间隔小，易于实现密集的波分解复用，而且，所衍射分离的光波由条形会聚透镜会聚并耦合入对应波长的光纤接收器，因此解复用效果好。另外，所述光敏材料的第二面和第四面均可作为波分解复用的信号输出面，因此可设置多个输出端口，易于实现密集解复用。

另外，作为波分复用器，各布拉格光栅层在第二面和第四面的端面均可作为入射端口，因此端口设置自由度高。另外，通过各布拉格光栅层进入的不同波长的光波将耦合至某一层布拉格光栅层，并从该布拉格光栅层的出射端面出射，因此耦合的波长多，信道密集。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1是本发明波分解复用器第一实施方式的结构示意图；

图中，1-光敏材料，2-光导器件，3-条形会聚透镜，4-光纤接收器，11-第一面，12-第二面，13-第三面，14-第四面，25-布拉格光栅层，增透膜21。

图2是图1中布拉格光栅层的平面示意图；

图中，25-布拉格光栅层，26-单重布拉格光栅。

图3是图1中光导器件的放大示意图；

图中，1-光敏材料，2-光导器件，12-第二面，22、23-反射面，24-耦合面，25-布拉格光栅层。

图4是图1波分解复用器的俯视图；

图中，1-光敏材料，3-条形会聚透镜，4-光纤接收器，12-第二面，14-第四面。

图5是本发明波分解复用器第二实施方式的结构示意图；

图中，1-光敏材料，2-光导器件，3-条形会聚透镜，11-第一面，12-第二面，13-第三面，14-第四面，25-布拉格光栅层，32-导入端，33-导出端。

图6时本发明第二实施方式的改进示意图；

图中，1-光敏材料，2-光导器件，3-条形会聚透镜，11-第一面，12-第二面，13-第三面，14-第四面，25-布拉格光栅层，32-导入端，33-导出端。

具体实施方式

实施例一：

请参阅图1，其是本发明波分解复用器第一实施方式的结构示意图。所述波分解复用器包括一光敏材料1、若干光导器件2、若干条形会聚透镜3和若干光纤接收器4，其中，所述若干光导器件2与所述光敏材料1耦合连接。

所述光敏材料1为一方体，其受到光照后折射率或透过率会发生变化，且折射率或透过率变化的大小与曝光量有关。所述光敏材料1可为光折变材料、光致变色材料、光致聚合物或其它类型的光敏感材料。所述光敏材料1包括依次连接的第一面11、第二面12、第三面13和第四面14，其中，所述第一面11与第三面13、第二面12与第四面14分别相对设置。所述光敏材料1内设置有相互平行的k层布拉格光栅层25，且每层有m重布拉格光栅26。

请同时参阅图2，其是所述布拉格光栅层25里的两重布拉格光栅26示意图，所述每重布拉格光栅26相互平行设置，不同重的布拉格光栅26相互交错形成网格，并对应不同的波长，因而所述光敏材料1具有k*m个信道通道。另外，所述k层布拉格光栅层25端面分别形成在所述光敏材料1第一面11、第二面12、第三面13及第四面14上。其中，所述第一面11的一层布拉格端面为入射面，所述入射面镀有一增透膜21。所述第二面12和第四面14均可作为由各布拉格光栅层25所衍射解复用的出射面。

另外，所述光导器件2为全反直角射棱镜，其通过折射率匹配液耦合连接所述光敏材料1相邻布拉格光栅层25之间的端面，其中，所述折射率匹配液可有效减少光传输时光损失，另外，所述全反射直角棱镜的折射率与所述光敏材料1的折射率一致。请参阅图3，其是图1中光导器件2全反直角射棱镜的放大示意图，其中所述全反直角射棱镜包括一耦合面24和相互垂直的两反射面22、23，所述耦合面24与所述两反射面22、23连接，且与相邻两布拉格光栅层25的端面两两耦合连接。

所述若干条形会聚透镜3为条形凸透镜，所述条形凸透镜相互平行排列，其面向所述光敏材料第二面12和第四面14设置，并分别与所述第二面12和第四面14端面上的各布拉格光栅层25相等高。请同时参阅图4，其是图1波分解复用器的俯视图。其中，所述条形会聚透镜3和光纤接收器4设置在所述光敏材料1的第二面12和第四面14两侧，所述光纤接收器4设置在所述条形会聚透镜3的会聚焦点处，并接收由所述会聚透镜3会聚的光波。

本实施方式中，当光波经由光敏材料1第一面11的一布拉格光栅层端面上的增透膜21进入光敏材料1，此时，各波长的布拉格入射角相同。然而由于同一重布拉格光栅下，不同波长所满足的布拉格匹配的条件不一样，因此可以将入射到光敏材料1上不同波长的光波以不同的角度从第二面12或第四面14选择衍射出来。被衍射分离的光波则先由条形会聚透镜会聚，并耦合入对应不同波长的光纤接收器4，从而实现波分解复用。

所述不满足布拉格匹配的光波径直穿透该布拉格光栅层25，并从所述布拉格光栅层25位于第三面13的端面出射。所出射的光波则通过全反射直角棱镜的耦合面24耦合进入所述全反射直角棱镜。然后该光波先后经过所述两反射面22、23反射后再次通过全反射直角棱镜的耦合面24耦合导入下一布拉格光栅层25。从而满足布拉格匹配关系的相应波长的光波再由该下一布拉格光栅层25以不同的角度通过第二面12和第四面14所衍射出射，并由与该布拉格光栅层25等高的条形会聚透镜3所会聚后耦合入光纤接收器4，从而实现波分解复用。而剩余的光波则经由设置于第一面11的全反射直角棱镜反射后继续进入下一层布拉格光栅层25，如此反复，可将光波各波长不断的衍射分离，从而实现对原光波的充分波分解复用。

另外，由于每层布拉格光栅层25可设置多重布拉格光栅26，而相同波长的光波在不同重布拉格光栅26所满足的布拉格匹配条件也不一致，因此无法在某重布拉格光栅所衍射的光波仍可能由其他重布拉格光栅所衍射解复用。由于不同波长的光波可经由不同重的布拉格光栅26分别从第二面12和第四面14衍射分离，因此本发明波分解复用器可在第二面12和第四面14设置多个输出端口，从而易于实现密集解复用。

因此本发明的波分解复用器可通过若干布拉格光栅层25和耦合连接相邻两布拉格光栅层25的全反射直角棱镜可对不同波长的光波进行多次充分波分解复用，其由各布拉格光栅25层所衍射分离的各光波波长间隔小、信道密集、结构紧凑。另外，所衍射分离的光波可通过条形会聚凸透镜会聚并耦合入光纤接收器4，因此解复用效果好，实用性佳。

另外，本发明波分解复用器的制造方法如下，其步骤为：

第一步：提供一光敏材料1，将所述光敏材料1设置于干涉场内，利用相干光干涉的方式在所述光敏材料1内设置布拉格光栅层25，将所述光敏材料1连续转动若干角度或转动所述干涉光波角度，并通过多次曝光在该布拉格光栅层25内形成多重布拉格光栅26；

第二步：于所述相邻布拉格光栅层25的端面耦合黏合光导器件2；

第三步：根据所述光敏材料1不同重布拉格光栅26所衍射的不同波长的光波，在所述光敏材料第二面12和第四面14与各布拉格光栅层等高处设置条形会聚透镜3；

第四部：于所述条形会聚透镜会聚焦点处设置若干光纤接收器4。

实施例二：

请参阅图5，其是本发明波分解复用器第二实施方式的结构示意图。所述波分解复用器结构与第一实施方式的波分解复用器的结构相似，其也包括光敏材料1、若干光导器件2、若干条形会聚透镜3和若干光纤接收器4，且所述光敏材料1内部也设置有相互平行布拉格光栅层25，每层布拉格光栅层25也设置有若干重相互交错的布拉格光栅26。然而，所述连接相邻布拉格光栅层25的光导器件2为光纤，所述光纤包括一导入端32和一导出端33，所述导入端32和导出端33均耦合有准直器。所述光纤导入端32通过准直器与布拉格光栅层25一端面相耦合连接，所述光纤导出端33与其相异的另一布拉格光栅层25的一端面相耦合连接，其中，所述准直器和与其对应的布拉格光栅层25端面均设置有增透膜21，以减少光损耗。

当光波通过波分解复用器光敏材料1一端面进入一布拉格光栅层25时，不同波长光波的入射角相同，然而由于不同波长所满足的布拉格匹配的条件不一样，且不同重布拉格光栅下，同一波长所满足的布拉格匹配条件也不同，因此可以将入射到晶体上不同波长的光波以不同的角度分别从第二面12或第四面14衍射分离出去。另外，布拉格光栅层25从第二面12和第四面14所衍射分离的光波由与布拉格光栅层25等高的条形会聚透镜3所会聚并耦合入光纤接收器4，从而实现波分解复用。

与本发明第一实施方式的波分解复用器类似，未满足布拉格匹配的光波径直穿透该布拉格光栅层25，并通过与该布拉格光栅层25端面耦合连接的准直器耦合进入光纤，然后经由所述光纤光导后通过光纤导出端33进入下一布拉格光栅层25，由该布拉格光栅25继续进行波分解复用。未满足布拉格匹配条件的光波则穿透该布拉格光栅层25通过光纤引入与其相邻的下一布拉格光栅层25，以继续进行波分解复用，如此反复，可使得光波各波长的光波充分衍射分离，并由设置在第二面12和第四面14与布拉格光栅层25等高的条形会聚透镜3会聚再耦合进入光纤接收器4，从而实现波分解复用。

本实施方式的波分解复用器通过布拉格光栅层25和耦合连接相邻布拉格光栅层25的光纤而实现对不同波长的光波进行密集波分解复用，其信道密集，可满足现代光通信中对高速高带宽的需求。

本实施方式波分解复用器的制造方法的步骤如下：

第一步：提供一光敏材料1，将所述光敏材料1设置于干涉场内，利用相干光干涉的方式在所述光敏材料1内设置布拉格光栅层25，将所述光敏材料1连续转动若干角度或转动所述干涉光波角度，并通过多次曝光在该布拉格光栅层25内形成多重布拉格光栅26；

第二步：于各布拉格光栅层25的两端面分别通过粘合准直器耦合连接不同光纤的导入端32和导出端33，该光纤的导入端和导出端耦合连接相邻布拉格光栅层之间的端面；

第三步：与所述光敏材料1第二面12和第四面14设置若干与布拉格光栅层25等高的条形会聚透镜3，所述条形会聚透镜3将对第二面12或第四面14衍射出射的光波进行会聚；

第四步：于所述条形会聚透镜会聚焦点处设置若干光纤接收器4。

实施例三：

请参阅图6，本实施方式还可作如下改进，即所述光纤的导入端32和导出端33可耦合连接相异布拉格光栅层25之间分别位于第一面11和第三面13的不同端面，从而使得波分解复用器的各光纤的导入端32和导出端33分别设置在光敏材料1的同一面，以方便制造。

另外，所述光导器件2不限于耦合连接相邻布拉格光栅层之间的位于第一面11和第三面13的不同端面，其也可连接互不相邻的两布拉格光栅层之间位于第一面11和第三面13上的不同端面。即各相异布拉格光栅层之间位于第一面11和第三面13的端面可通过光导器件2两两耦合连接。

再者，本发明波分解复用器设置在光敏材料1第二面12或第四面14与各层布拉格光栅层25等高的若干条形会聚透镜3不限于条形凸透镜，可由条形柱透镜或其他会聚装置替代，其能使不同布拉格光栅层25所衍射分离的光波在该条形会聚透镜焦点处会聚并耦合入光纤接收器4即可。本发明光导器件2及与光敏材料1相互耦合的端面之间除通过折射率匹配液增强耦合效果外，还可设置增透膜21，以减少耦合时的光损失。

另外，本发明的波分解复用器在光路可逆下，可作为波分复用器使用，两者结构相同，制造方法也一致，惟光路逆转。此时，原波分解复用器的各光纤接收器4，将发出不同波长的光波，所述光波由所述若干条形会聚透镜3耦合进与其等高的各布拉格光栅层25。所述光波在各布拉格光栅层25内由与其波长匹配的各重布拉格光栅26衍射，并从第一面11或第三面13出射，然后所出射的光波由光导器件2耦合至上一布拉格光栅层25。所述光波与从该层布拉格光栅层第二面12和第四面14进入的光波汇合，并由光导器件2再次导入上一布拉格光栅层25。如此反复，可将由各布拉格光栅层25第二面12和第四面14进入的不同波长的光波耦合在最上层的布拉格光栅层25，并从原波分解复用器的入射面出射，从而实现密集波分复用。因此作为波分复用器，由于各布拉格光栅层25在第二面12和第四面14上的端面均可作为输入端口，因此端口数目多，可耦合较多不同波长的光波，易于实现密集波分复用。另外，由于端口可设置在各不同布拉格光栅层25上，因此端口设置自由度高。

本发明具有多重布拉格光栅层和耦合连接相邻布拉格光栅层的光导器件的波分解复用器将未被上一布拉格光栅层所衍射解复用的光波继续导入下一层的布拉格光栅进行衍射解复用，如此往复，使得各波长的光波得到充分解复用，因此所述光波被衍射解复用的次数多，信道间隔小，能有效实现密集波分解复用。而且所述光敏材料的第二面和第四面均可作为波分解复用的出射面，因此利于设置多个输出端口，从而更易实现密集波分解复用。另外，本发明的波分解复用器的条形会聚透镜可将衍射分离的光波进行会聚并耦合入光纤接收器，因此解复用效果佳。

另外作为波分复用器，本发明波分复用器各布拉格光栅层在第二面和第四面的端面均可作为入射端口，因此端口设置自由度高。另外，通过各布拉格光栅层进入的不同波长的光波将耦合至某一层布拉格光栅层，并从该布拉格光栅层的端面出射，因此耦合的波长多，信道密集。

Claims (6)

1.一种波分复用器/解复用器，包括光敏材料，其特征在于：所述光敏材料包括其依次连接的第一面、第二面、第三面和第四面，所述第一面和第三面相对设置，所述第二面和第四面相对设置，且所述光敏材料内部设置若干多重布拉格光栅层，其中至少一布拉格光栅层的一端面为出射面/入射面，其另一端面通过光导器件与其余任一布拉格光栅层处于第一面或第三面上的端面连接，且所述任一布拉格光栅层处于第一面和第三面的端面通过光导器件分别和除该布拉格光栅层以外的任一布拉格光栅层的第一面或第三面上的端面两两耦合连接，所述第二面和第四面至少其一为入射面/出射面，对应该面设置有若干光纤接收器及若干条形会聚装置，所述各个条形会聚装置分别与各布拉格光栅层等高，且其聚焦点对应各个光纤接收器。

2.根据利用权利要求1所述的一种波分复用器/解复用器，其特征在于：所述光导器件采用若干分立排列的全反直角射棱镜，所述全反直角射棱镜通过折射率匹配液与所述布拉格光栅层端面耦合连接。

3.根据利用权利要求1所述的一种波分复用器/解复用器，其特征在于：所述光导器件采用光纤，所述光纤与布拉格光栅层端面相连接的两端分别为导入端和导出端，且所述光纤的导入端和导出端分别通过准直器与各自布拉格光栅端面层耦合连接。

4.根据利用权利要求1所述的一种波分复用器/解复用器，其特征在于：所述布拉格光栅与光导器件之对应的端面均设置有增透膜。

5.根据利用权利要求1所述的一种波分复用器/解复用器，其特征在于：所述条形会聚装置包括条形凸透镜或条形柱透镜。

6.一种权利要求1所述波分复用器/解复用器的制造方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)提供一光敏材料，将所述光敏材料设置于干涉场内，利用相干光干涉的方式在所述光敏材料内设置布拉格光栅层，将所述光敏材料连续转动若干角度或转动所述干涉光波角度，并通过多次曝光在该布拉格光栅层内形成多重布拉格光栅；

(b)于相异布拉格光栅层端面之间耦合连接可连通所述相异布拉格光栅层的光导器件；

(c)于所述光敏材料第二面和第四面与各布拉格光栅层等高处设置条形会聚透镜；

(d)于所述条形会聚透镜会聚焦点处设置若干光纤接收器。

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