CN114660725A - 多路带隔离功能的波分复用器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多路带隔离功能的波分复用器，包括沿光路依次设置的第一准直器阵列、隔离组件、滤光器件以及第二准直器阵列；其中，第一准直器阵列具有多个第一准直元件，从多个第一准直元件出射的光信号均入射至隔离组件；第二准直器阵列设置有多个第二准直元件，从多个第二准直元件出射的光信号均入射至滤光器件，第二准直元件的数量是第一准直元件的数量的两倍。本发明能够减小多路带隔离功能的波分复用器的体积，降低光纤***的成本。

Description

多路带隔离功能的波分复用器

技术领域

本发明涉及一种光学器件，尤其涉及一种体积小的多路带隔离功能的波分复用器。

背景技术

目前的光纤通信***中广泛应用各种光学器件，其中光隔离器是一种常见的光学器件。光隔离器是一种具有非互易性的光学器件，对沿正向传输的光信号衰减很小而沿相反方向传输的光信号衰减很大，因此，光隔离器可构成光信号的单向通路，防止光路中由于各种原因产生的后向传输的光信号对光源以及光路***产生的不良影响。例如，当光源发出光信号后，如果光信号遇到反射则容易沿着光纤反射到光源，如果光源受到光信号的干扰将影响光源的正常工作，因此，采用光隔离器可以避免光信号从光纤反射到光源。

波分复用器是另一种常见的光学器件，波分复用器是对不同波长的光信号进行分开或者合并的光无源器件，可将在同一条光纤上传输的不同波长的光信号分开，或者将不同波长的光信号合并到一条光纤上传输。基于波分复用器的波分复用技术可以增加光纤的传输容量，使一根光纤传输信息的物理限度增加一倍至数倍。在一根光纤中传送两个或者多非同步的信号，有利于数字信号和模拟信号的兼容，这种技术与数据速率和调制方式无关，在线路中间可以灵活取出或加入信道。对于已经建设的光纤***，尤其早期铺设的芯数不多的光缆，只要原***有功率余量，采用波分复用的技术可进一步增容，实现多个单向信号或者双向信号的传送而不用对原有的光纤***作大改动，具有较强的灵活性。并且，使用波分复用的技术能够大量减少光纤的使用量，大大降低光纤***的建设成本，并可以大幅减少光纤***中的有源设备数量，提高光纤***的可靠性。

常见的光通讯解决方案中，光隔离器与波分复用器往往需要同时使用。目前已有复合了光隔离和波分复用两种功能的二合一光学器件，即带有光隔离功能的波分复用功能的器件已经被大量使用。将带有隔离功能的波分复用器件应用到光纤***中，能够有效减小光纤***的接入损耗，减少空间占用，缩小光学模块的体积，并可以降低材料与人工成本，提高生产效率。但目前市场上的带有隔离功能的波分复用器件仅为单路器件，在一些需要用到多个隔离-波分复用功能组合的光通讯解决方案中，即使采用复合器件也需要用到多个独立器件，占据较大的空间，不能满足解决方案的进一步小型化的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、生产从成本低的多路带隔离功能的波分复用器。

为了实现上述的目的，本发明提供的多路带隔离功能的波分复用器包括沿光路依次设置的第一准直器阵列、隔离组件、滤光器件以及第二准直器阵列；其中，第一准直器阵列具有多个第一准直元件，从多个第一准直元件出射的光信号均入射至隔离组件；第二准直器阵列设置有多个第二准直元件，从多个第二准直元件出射的光信号均入射至滤光器件，第二准直元件的数量是第一准直元件的数量的两倍。

由上述方案可见，第一准直器阵列与第二准直器阵列之间设置有隔离组件以及滤光器件，可以实现光信号的单向传输，从而实现光学隔离的功能。而滤光器件对不同波长的光信号具有反射或者透射的作用，从而对不同波长的光信号具有合光或者分光的作用，实现波分复用的功能。

由于第一准直器阵列和第二准直器阵列均设置有多个第一准直元件和多个第二准直元件，形成多路波分复用器的功能，使得波分复用器能够集成多个单一波分复用器的功能，从而避免在光纤***中使用多个单一的具有隔离功能的波分复用器，减少光纤***的体积。

一个优选的方案是，一个第一准直元件对应于二个第二准直元件，一个第一准直元件与对应的二个第二准直元件构成一路波分复用器的三个端口。

这样，光信号可以从一路波分复用器的三个端口中任意一个端口入射，并且根据隔离组件的通光特性实现不同光路的传输，使得波分复用器的使用更加灵活。

进一步的方案是，第一准直器阵列由多个第一准直器组成，每一第一准直器形成一个第一准直元件，第一准直器包括单个透镜和单根光纤；和/或第二准直器阵列由多个第二准直器组成，每一第二准直器形成一个第二准直元件，第二准直器包括单个透镜和单根光纤。

由此可见，使用单个透镜和单根光纤形成一个准直器，单一的一个准直器的实现非常灵活。

更进一步的方案是，滤光器件为镀在第二准直器的单个透镜端面上的反射透射膜。可选的，滤光器件为滤光片。

使用反射透射膜作为滤光器件，可以避免使用单独的光学器件作为滤光器件，从而减小波分复用器的体积。

更进一步的方案是，单个透镜为球透镜或非球面透镜或渐变折射率透镜。

可选的方案是，第一准直器阵列由包含多根光纤的第一光纤阵列和包含多个透镜的第一透镜阵列构成；和/或第二准直器阵列由包含多根光纤的第二光纤阵列和包含多个透镜的第二透镜阵列构成。

可见，准直器阵列由光纤阵列和透镜阵列构成，可以使得准直器阵列高度集成化，有利于减小准直器阵列的体积。

进一步的方案是，滤光器件为镀在第二透镜阵列端面上的反射透射膜。

进一步的方案是，隔离组件包括沿光路设置的二个以上的隔离器件。这样，使用二个以上的隔离器件可以增大对光信号的隔离度，提高单向通光的效果，减少反向光的影响。

进一步的方案是，隔离组件包括沿光路依次设置的法拉第旋转片和双折射晶体；或者隔离组件包括偏振分光棱镜。

可见，隔离组件采用常用的隔离器件实现，可以降低隔离组件实现的难度，进而降低带有隔离功能的波分复用器的生产成本，也降低其组装难度。

进一步的方案是，隔离组件的通光方向是由远离滤光器件一端到靠近滤光器件一端；或者隔离组件的通光方向是由靠近滤光器件一端到远离滤光器件一端。

由此可见，根据实际需要使用设置隔离组件的不同通光方向，使得波分复用能够适应不同的使用场景，提高波分复用器的灵活性。

附图说明

图1是本发明第一实施例的主视图。

图2是本发明第一实施例的俯视图。

图3是本发明第一实施例的第一准直器阵列的结构示意图。

图4是本发明第一实施例的第二准直器阵列的结构示意图。

图5是本发明第一实施例的传输光路图。

图6是本发明第二实施例的传输光路图。

图7是本发明第三实施例的结构图。

图8是本发明第三实施例的双芯尾纤的结构示意图。

图9是本发明第三实施例的四芯尾纤的结构示意图。

图10是本发明第三实施例的传输光路图。

图11是本发明第四实施例的四芯尾纤的结构示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的多路带隔离功能的波分复用器能够实现多个单一的带有隔离功能的波分复用器的功能，使用本发明的波分复用器可以替代多个具有三端口的具有隔离功能的波分复用器，在需要使用多个三端口的具有隔离功能的波分复用器的光纤***中，使用本发明的结构能够减少光纤***的体积。

由于本发明将两个或两个以上单路隔离-波分复用二合一器件的光路在到一个独立器件中实现，复用核心元件，即多路光路复用隔离组件、滤光器件等，使得波分复用器的结构简单、体积小，从而降低光纤***的生产成本。

第一实施例：

参见图1与图2，本实施例的多路带隔离功能的波分复用器为三路三端口的带有隔离功能的波分复用器，在每一路的单一波分复用器内传输的光信号相互不会干扰。本实施例具有沿光路依次设置的第一准直器阵列110、隔离组件120、滤光片130和第二准直器阵列140。其中，第一准直器阵列110包括多个第一准直器，如图3所示，第一准直器阵列110内设置有三个第一准直器，分别是第一准直器111、112、113，三个第一准直器111、112、113相互平行设置，且每一个第一准直器的轴线平行于Z轴。三个第一准直器111、112、113沿X轴并排设置。本实施例中，每一个第一准直器构成一个第一准直元件，并且，每一个第一准直器包括单个透镜和单根光纤，其中，单个透镜可以是球透镜或非球面透镜或渐变折射率透镜。

隔离组件120设置在第一准直器阵列110的一侧，从图1可见，隔离组件120设置在第一准直器阵列110的Z轴正方向的一侧。隔离组件120对光信号具有隔离功能，即光信号只能够沿一个方向通过隔离组件120。具体的，在本实施例中，从第一准直器阵列110出射的光信号能够穿过隔离组件120并入射到滤光片130，但从滤光片130返回的光信号则不能够穿过隔离组件120，从而形成光隔离的功能，即光信号只能够从第一准直器阵列110的传输至第二准直器阵列140，而不能够从第二准直器阵列140传输至第一准直器阵列110。

本实施例中，隔离组件120包括沿光路依次设置的法拉第旋转片和双折射晶体，例如，法拉第旋转片设置在靠近第一准直器阵列110的一侧，双折射晶通设置在法拉第旋转片远离第一准直器阵列110的一侧。当然，在其他实施例中，隔离组件120可以包括偏振分光棱镜。

滤光片130设置在隔离组件120远离第一准直器阵列110的一侧，滤光片130构成了本实施例的滤光器件。针对不同波长的光信号，滤光片130表现出不同的光学性能，例如，针对长为λ1的光信号，可以从滤光片130透射，针对长为λ2的光信号，则被滤光片130反射。因此，滤光片130可以实现光信号的分光，也就是将不同波长的光信号分开成两个不同的传输光路，从而形成波分复用的功能。

第二准直器阵列140设置有六个第二准直器，参见图4，六个第二准直器141、142、143、144、145、146排列成两排，形成2×3的矩阵布置方式。每一个第二准直器形成一个第二准直元件，并且，每一个第二准直器包括单个透镜和单根光纤，其中，单个透镜可以是球透镜或非球面透镜或渐变折射率透镜。

本实施例中，一个第一准直元件对应于二个第二准直元件，一个第一准直元件以及对应的二个第二准直元件构成一路波分复用器的三个端口。例如，第一准直器11对应于第二准直器41、第二准直器42，则第一准直器11、第二准直器41、第二准直器42组成第一路带隔离功能的波分复用器，相同的，第一准直器12对应于第二准直器43、第二准直器44，则第一准直器12、第二准直器43、第二准直器44组成第二路带隔离功能的波分复用器；第一准直器13对应于第二准直器45、第二准直器46，则第一准直器13、第二准直器45、第二准直器46组成第三路带隔离功能的波分复用器。

下面结合图5介绍本实施例的工作原理。当波长为λ1的光信号L11从第一准直器11出射后，将入射到隔离组件120，由于隔离组件120的通光方向是由远离滤光片130一端到靠近滤光片130一端，即沿着Z轴正方向可以通光，因此，光信号L11能够穿过滤光片130。由于滤光片130对波长为λ1的光信号是透射，因此，光信号L11将穿过滤光片130并入射到第二准直器141。

当波长为λ1的光信号L13由第二准直器41或者第二准直器42出射，光信号L13可以穿过滤光片130，但由于隔离组件120具有单向通光的特性，光信号无法穿过隔离组件120，因此，光信号L13将无法入射到第一准直器111，从而实现光学隔离的功能。

当波长为λ2的光信号L12由第二准直器142出射时，光信号L12入射到滤光片130时将被反射而不能够穿过滤光片130。并且，反射的光信号将从第二准直器143出射。根据光路可逆原理，波长为λ2的光信号L12从第二准直器143出射时，将被滤光片130反射并由第二准直器142接收。可见，从第二准直器142、143入射的光信号将不会从第一准直器141出射，而针对波长为λ2的光信号，从一个第二准直器入射的光信号，可以从另一个第二准直器出射，但针对波长λ2的光信号，从第二准直器入射，则不会从另一个第二准直器出射，从而实现波分复用的功能。

从第一准直器112、第二准直器143、144入射的光路有从第一准直器111、第二准直器141、142入射的光路相同，不再赘述。并且，本实施例中，三路光路对应的准直器分别对应三组相同的带隔离功能的波分复用器的光路，三组光路共用隔离组件120与滤光片130，但三路光路彼此独立，互不干扰，在实现多路光路的同时能够减小波分复用器的体积。

在其他实施例中，第一准直器阵列可以由包含多根光纤的第一光纤阵列和包含多个透镜的第一透镜阵列构成，而第二准直器阵列由包含多根光纤的第二光纤阵列和包含多个透镜的第二透镜阵列构成。此外，滤光器件可以不是采用滤光片实现，而是采用镀在第二准直器的单个透镜端面上的反射透射膜。

第二实施例：

参见图6，本实施例的多路带隔离功能的波分复用器为三路三端口的带有隔离功能的波分复用器，在每一路的单一波分复用器内传输的光信号相互不会干扰。与第一实施例相同，本实施例具有沿光路依次设置的第一准直器阵列210、隔离组件220、滤光片230和第二准直器阵列240。第一准直器阵列210包括三个第一准直器，第二准直器阵列240包括六个第二准直器，图6仅仅示出一个第一准直器211和两个第二准直器241、242。

与第一实施例不同的是，本实施例的隔离组件220的通光方向与第一实施例的隔离组件120的通光方向相反，即隔离组件220的通光方向是由靠近滤光片230一端到远离滤光片230一端，即沿着Z轴负方向可以通光。

参见图6，当波长为λ1的光信号L21由第一准直器211出射，由于隔离组件220的通光方向是不允许光信号通过，因此，光信号L21无法到达第二准直器241或者242。当波长为λ1的光信号L23从第二准直器241出射，滤光片230对波长为λ1的光信号透光，因此，光信号L23将穿过滤光片230并经过隔离组件220，从第一准直器211出射。当波长为λ2的光信号L22从第二准直器242出射，滤光片230对波长为λ2的光信号有反射作用，因此，被反射的光信号将从第二准直器241出射。基于光路的可逆性，当波长为λ2的光信号从第二准直器241出射，基于滤光片230对波长为λ2的光信号的反射作用，被反射的光信号将从第二准直器242出射。

第三实施例：

本实施例是双路三端口的带有隔离功能的波分复用器，参见图7，沿光路方向，本实施例包括第一准直器阵列310、隔离组件320、隔离组件330以及第二准直器阵列340，其中，第一准直器阵列310是一个双线准直器，参见图8，第一准直器阵列310由一双芯尾纤与一个球面透镜组成，双芯尾纤包含光纤311和光纤312。第二准直器阵列340是一个四线准直器，参见图9，第二准直器阵列340由一四芯尾纤与一个渐变折射率透镜组成，四芯尾纤包含四根光纤，分别是光纤341、342、343、344，四根光纤341、342、343、344排列成2×2的矩形阵列。

在第一准直器阵列310中，一根光纤与球面透镜构成一个第一准直元件，相同的，在第二准直器阵列340中，一根光纤与球面透镜构成一个第二准直元件。本实施例中，一个第一准直元件对应于二个第二准直元件，例如，光纤311、光纤341、光纤342组成一路带隔离功能的波分复用器的三个端口，光纤312、光纤343、光纤344组成另一路带隔离功能的波分复用器的三个端口。

第二准直器阵列340的球面透镜在靠近隔离组件330的端面上镀有反射透射膜，可透过波长为λ1的光信号，并反射波长为λ2的光信号，因此，该反射透射膜构成本实施例的滤光器件。另外，本实施例中设置了两个隔离组件320、330，沿传输光路，两个隔离组件320、330相邻设置，两个隔离组件320、330的通光方向相同，都是从第一准直器阵列310的一端向第二准直器阵列340的一端通光。通过设置两个隔离组件320、330，可以增大光信号的隔离度，提高单向通光的效果，减少反向光信号的影响。当然，在其他实施例中，隔离组件数量可以根据对多路带隔离功能的波分复用器的隔离度的要求而相应的增加或者减少。

参见图10，从光纤311发出的波长为λ1的光信号L31经第一准直器阵列311的球面透镜准直扩束后，依次通过隔离组件320、隔离组件330后，入射到第二准直器阵列340的渐变折射率透镜，由渐变折射率透镜聚焦，并经过渐变折射率透镜端面上的反射透射膜，被光纤341或者342接收。相同的，从光纤312发出的波长为λ1的光信号L32经第一准直器阵列311的球面透镜准直扩束后，依次通过隔离组件320、隔离组件330后，入射到第二准直器阵列340的渐变折射率透镜，由渐变折射率透镜聚焦，并经过渐变折射率透镜端面上的反射透射膜，被光纤343或者344接收。

由于隔离组件320、330的单向通光的性质，由光纤341、光纤342、光纤343、光纤344发出的波长为λ1的光信号无法通过隔离组件320、330，也就无法被光纤311或光纤312接收。由光纤341发出的波长为λ2的光信号L33，经渐变折射率透镜准直扩束后，被反射透射膜所反射，再由渐变折射率透镜聚焦，被光纤342接收。根据光路可逆原理，从光纤342出射的波长为λ2的光信号将被光纤341接收。相同的，由光纤343发出的波长为λ2的光信号L34，将被光纤344接收，由光纤344发出的波长为λ2的光信号4将被光纤343接收。

第四实施例：

本实施例为双路带隔离功能的波分复用器。本实施例的结构与第三实施例的结构基本相同，不同在于，本实施例的第二准直器阵列所使用四芯尾纤的光纤排列方式与第三实施例不同，如图11所示，本实施例的四芯尾纤中，四根光纤441、442、443、444排列成一条直线。本实施例的光路与第三实施例相同，不再追随。

本发明在第一准直器阵列和第二准直器阵列内设置多个第一准直元件和多个第二准直元件，并且第一准直器阵列和第二准直器阵列之间的隔离组件、滤光器件都是共用的器件，实现了多路带有隔离功能的波分复用器的效果，且每一路光路都是相互独立，相互之间并不会干扰，从而确保通信的质量。

另外，由于多路光路共用隔离组件、滤光器件，能够减少光纤***的体积，也降低光纤***的成本。

当然，上述方案仅是本发明优选的实施方式，实际应用时还有更多的改变，例如，准直器阵列中各个准直元件的排列方式的变化，或者所使用的滤光元件的改变等，这样变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：包括

沿光路依次设置的第一准直器阵列、隔离组件、滤光器件以及第二准直器阵列；

其中，所述第一准直器阵列具有多个第一准直元件，从多个所述第一准直元件出射的光信号均入射至所述隔离组件；

所述第二准直器阵列设置有多个第二准直元件，从多个所述第二准直元件出射的光信号均入射至所述滤光器件，所述第二准直元件的数量是所述第一准直元件的数量的两倍。

2.根据权利要求1所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

一个所述第一准直元件对应于二个所述第二准直元件，一个所述第一准直元件与对应的二个所述第二准直元件构成一路波分复用器的三个端口。

3.根据权利要求1所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

所述第一准直器阵列由多个第一准直器组成，每一所述第一准直器形成一个所述第一准直元件，所述第一准直器包括单个透镜和单根光纤；和/或

所述第二准直器阵列由多个第二准直器组成，每一所述第二准直器形成一个所述第二准直元件，所述第二准直器包括单个透镜和单根光纤。

4.根据权利要求3所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

所述滤光器件为镀在所述第二准直器的单个透镜端面上的反射透射膜。

5.根据权利要求3所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

所述单个透镜为球透镜或非球面透镜或渐变折射率透镜。

6.根据权利要求1所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

所述第一准直器阵列由包含多根光纤的第一光纤阵列和包含多个透镜的第一透镜阵列构成；和/或

所述第二准直器阵列由包含多根光纤的第二光纤阵列和包含多个透镜的第二透镜阵列构成。

7.根据权利要求6所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

所述滤光器件为镀在所述第二透镜阵列端面上的反射透射膜。

8.根据权利要求1至7任一项所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

所述隔离组件包括沿所述光路设置的二个以上的隔离器件。

9.根据权利要求1至7任一项所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

所述隔离组件包括沿光路依次设置的法拉第旋转片和双折射晶体；或者

所述隔离组件包括偏振分光棱镜。

10.根据权利要求1至7任一项所述的多路带隔离功能的波分复用器，其特征在于：

所述隔离组件的通光方向是由远离所述滤光器件一端到靠近所述滤光器件一端；或者

所述隔离组件的通光方向是由靠近所述滤光器件一端到远离所述滤光器件一端。

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