CN211149096U - 一种多波长合波的光学模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多波长合波的光学模组，属于光纤通讯技术领域，能够解决现有的多波长合波的光学模组成本较高、合波效果较差的问题。所述光学模组包括第一信号组和第二信号组，第一信号组和第二信号组分别包括波长不同的多路光信号；第一信号组中波长最长的光信号的波长小于第二信号组中波长最短的光信号的波长；第一复用单元用于将第一信号组中的多路光信号合成为第一复用信号；第二复用单元用于将第二信号组中的多路光信号合成为第二复用信号；第一合波棱镜包括第一面和第二面，第二面用于将第二复用信号反射到第一面；第一面用于透射第一复用信号，并反射第二复用信号，以形成第三复用信号。本实用新型用于多波长合波。

Description

一种多波长合波的光学模组

技术领域

本实用新型涉及一种多波长合波的光学模组，属于光纤通讯技术领域。

背景技术

随着光纤通讯技术的不断发展，单根光纤的传输容量需求也在不断提升。波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术是用于提高传输容量的关键技术之一。WDM***可以对不同波长的多个光信号进行多路复用。

目前，现有的多波长复用的光学模块一般如图1所示，光信号04经波分复用膜片05反射后，再透射过波分复用膜片06，与经波分复用膜片06反射的光信号03进行第一次合波，第一次合波后的光信号透射过波分复用膜片07，与经波分复用膜片07反射的光信号02进行第二次合波，第二次合波后的光信号经波分复用膜片08反射，并与经波分复用膜片08透射的光信号01进行第三次合波，至此形成了光信号01、02、03、04的合波光信号，即完成了四个光信号的复用。然而当四个光信号的波长间隔很窄时，波分复用膜片05、06、07、08的镀膜难度变得很大，成本极高，从而导致整个合波的光学模组成本较高。另外现有的波分复用膜片由于其通带宽度很窄，对入射角度敏感性很高，***损耗很大，性能指标较差，这样导致光学模组的合波效果较差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种多波长合波的光学模组，能够解决现有的多波长合波的光学模组成本较高、合波效果较差的问题。

本实用新型提供了一种多波长合波的光学模组，包括：第一信号组和第二信号组，所述第一信号组和所述第二信号组分别包括波长不同的多路光信号；所述第一信号组中波长最长的光信号的波长小于所述第二信号组中波长最短的光信号的波长；第一复用单元和第二复用单元，所述第一复用单元用于将所述第一信号组中的多路光信号合成为第一复用信号；所述第二复用单元用于将所述第二信号组中的多路光信号合成为第二复用信号；第一合波棱镜，所述第一合波棱镜包括第一面和第二面，所述第二面用于将所述第二复用信号反射到所述第一面；所述第一面用于透射所述第一复用信号，并反射所述第二复用信号，以使所述第一复用信号和所述第二复用信号合波形成第三复用信号。

可选的，所述第一合波棱镜为波分复用棱镜。

可选的，所述第一合波棱镜为偏振合波棱镜；所述光学模组还包括设置在所述第一面入光侧的第一偏振组件和设置在所述第二面入光侧的第二偏振组件；所述第一偏振组件用于将所述第一复用信号转换为水平偏振信号；所述第二偏振组件用于将所述第二复用信号转换为垂直偏振信号；所述第二面用于将所述垂直偏振信号反射到所述第一面；所述第一面用于透射所述水平偏振信号，并反射所述垂直偏振信号，以使所述水平偏振信号和所述垂直偏振信号合波形成所述第三复用信号。

可选的，所述第一复用单元和所述第二复用单元均为波分复用棱镜。

可选的，所述第一复用单元和所述第二复用单元均为波分复用膜片组。

可选的，所述光学模组还包括多个激光发射单元，所述多个激光发射单元用于向所述第一信号组和所述第二信号组提供所述多路光信号。

可选的，所述激光发射单元包括激光器和第一准直组件，所述激光器用于向所述第一准直组件发射激光束；所述第一准直组件用于对所述激光束进行准直处理。

可选的，所述第一准直组件包括设置在所述激光器出光侧的正透镜，以及设置在所述正透镜出光侧的负透镜；所述激光器位于所述正透镜的物点处，所述负透镜位于所述正透镜的像点处。

可选的，所述光学模组还包括设置在所述第一合波棱镜出光侧的第二准直组件，以及设置在所述第二准直组件出光侧的隔离器，所述第二准直组件用于对所述第三复用信号进行准直处理；所述隔离器用于对经过准直处理的第三复用信号进行抗干扰处理。

可选的，所述第一信号组和所述第二信号组均包括四路光信号，所述第一信号组和所述第二信号组中的光信号均按照波长从短波到长波的顺序排列。

本实用新型能产生的有益效果包括：

1)本实用新型提供的多波长合波的光学模组，通过利用第一复用单元将第一信号组中的多路光信号合成为第一复用信号，利用第二复用单元将第二信号组中的多路光信号合成为第二复用信号，然后利用第一合波棱镜将第一复用信号和第二复用信号合波形成第三复用信号。由于第一信号组中波长最长的光信号的波长小于第二信号组中波长最短的光信号的波长，即合波后形成的第一复用信号的波长小于第二复用信号的波长，因而第一合波棱镜的第二面是分界线在第一复用信号和第二复用信号的波长之间的高反膜，第一合波棱镜的第一面是分界线在第一复用信号和第二复用信号的波长之间的低通高反膜。采用此种结构降低了镀膜难度，使得整个光学模组的成本较低，同时可以实现更低的***损耗、更宽的通带宽度和更低的成本等优势，提高了光学模组的合波效果。

2)本实用新型提供的多波长合波的光学模组，通过将第一复用单元、第二复用单元和第一合波棱镜均设置为波分复用棱镜，实现了整个光学模组尺寸更小、***损耗更低、通带宽度更宽和可级联等优势。

附图说明

图1为现有技术提供的一种多波长合波的光学模块结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的多波长合波的光学模组结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的多波长合波的光学模组结构示意图；

图4为本实用新型再一实施例提供的多波长合波的光学模组结构示意图；

图5为本实用新型又一实施例提供的多波长合波的光学模块结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的第一合波棱镜结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的第一准直组件结构示意图；

图8为本实用新型另一实施例提供的第一准直组件结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本实用新型，但本实用新型并不局限于这些实施例。

本实用新型实施例提供了一种多波长合波的光学模组，如图2至图4所示，包括：第一信号组和第二信号组，第一信号组和第二信号组分别包括波长不同的多路光信号；第一信号组中波长最长的光信号的波长小于第二信号组中波长最短的光信号的波长；第一复用单元11和第二复用单元12，第一复用单元11用于将第一信号组中的多路光信号合成为第一复用信号111；第二复用单元12用于将第二信号组中的多路光信号合成为第二复用信号121；第一合波棱镜13，第一合波棱镜13包括第一面i和第二面j，第二面j用于将第二复用信号121反射到第一面i；第一面i用于透射第一复用信号111，并反射第二复用信号121，以使第一复用信号111和第二复用信号121合波形成第三复用信号131。

其中，第一复用单元11和第二复用单元12既可以采用如图2中所示的波分复用棱镜，也可以采用如图4中所示的波分复用膜片组，本实用新型实施例对此不做限定。在实际应用中，通过将第一复用单元11和第二复用单元12均设置为波分复用棱镜，可以实现了整个光学模组尺寸更小、***损耗更低、通带宽度更宽和可级联等优势。

第一合波棱镜13可以为波分复用棱镜，也可以为偏振合波棱镜，本实用新型实施例对此不做限定。需要说明的是，当第一合波棱镜13为偏振合波棱镜时，还需在偏振合波棱镜的入光侧设置偏振组件，利用偏振组件对第一复用信号111和第二复用信号121进行偏振处理，以使偏振态的第一复用信号111和第二复用信号121在经过第一合波棱镜13后可以合波形成第三复用信号131。

本实用新型中通过利用第一复用单元11将第一信号组中的多路光信号合成为第一复用信号111，利用第二复用单元12将第二信号组中的多路光信号合成为第二复用信号121，然后利用第一合波棱镜13将第一复用信号111和第二复用信号121合波形成第三复用信号131。由于第一信号组中波长最长的光信号的波长小于第二信号组中波长最短的光信号的波长，即合波后形成的第一复用信号111的波长小于第二复用信号121的波长，因而第一合波棱镜13的第二面j是分界线在第一复用信号111和第二复用信号121的波长之间的高反膜，第一合波棱镜13的第一面i是分界线在第一复用信号111和第二复用信号121的波长之间的低通高反膜。采用此种结构降低了镀膜难度，使得整个光学模组的成本较低，同时可以实现更低的***损耗、更宽的通带宽度和更低的成本等优势，提高了光学模组的合波效果。

下面以第一信号组和第二信号组中各包含四路光信号为例进行说明。如图2和图3所示，第一信号组包括第一、二、三、四光信号，第二信号组包括第五、六、七、八光信号；第一、二、三、四、五、六、七、八光信号的波长按照从短波到长波的顺序排列；第一复用单元11和第二复用单元12均为波分复用棱镜。第一复用单元11包括第三面a、第四面b、第五面c和第六面d；第一光信号λ1经第三面a反射，并经第四面b透射后，与经第四面b反射的第二光信号λ2进行第一次合波；第一次合波后的光信号经第五面c透射，并与经第五面c反射的第三光信号λ3进行第二次合波；第二次合波后的光信号经第六面d反射，并与经第六面d透射的第四光信号λ4进行第三次合波，形成第一复用信号111；第二复用单元12包括第七面e、第八面f、第九面g和第十面h；第八光信号λ8经第十面h反射，并经第九面g透射后，与经第九面g反射的第七光信号λ7进行第一次合波；第一次合波后的光信号经第八面f透射，并与经第八面f反射的第六光信号λ6进行第二次合波；第二次合波后的光信号经第七面e反射，并与经第七面e透射的第五光信号λ5进行第三次合波，形成第二复用信号121。

参考图2和图6所示，当第一合波棱镜13为波分复用棱镜时，第二面j将第二复用信号121反射到第一面i；第一面i透射第一复用信号111，并反射第二复用信号121，以使第一复用信号111和第二复用信号121合波形成第三复用信号131。

这个结构中，第一面i是一个分界线在λ4和λ5波长中间的低通高反滤波膜。第四面b和第五面c分别是分界线在λ1和λ2、λ2和λ3波长中间的低通高反滤波膜；第六面d是分界线在λ3和λ4波长中间的低反高通；第七面e是分界线分别在λ5和λ6波长中间的低通高反滤波膜；第八面f和第九面g是分界线分别在λ6和λ7、λ7和λ8波长中间的低反高通滤波膜。

从上面分析可以看出，调整λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8的排列顺序，可以让b、c、d、e、f、g、i面的波分复用膜，都是低通高反膜或者都是低反高通膜，这样能增加镀膜的一致性，降低镀膜的多样性。不过在此情况下，各个光信号无法从短波到长波或者从长波到短波顺序设置，会增加电路上的逻辑，因而可以根据实际***的综合成本进行选择。

根据这个波分复用棱镜上都是低通高反膜或者都是低反高通膜的原理，显然就很容易按顺序，复用2通道成4通道，复用4通道成8通道，复用8通道成16通道，复用16通道成32通道……如此类推。这个级联能平衡各通道的损耗，平衡各通道的光路长度，对整体结构的一致性和稳定性，有非常重要的保证。

参考图3所示，当第一合波棱镜13为偏振合波棱镜时；所述光学模组还包括设置在第一面i的入光侧的第一偏振组件和设置在第二面j的入光侧的第二偏振组件；具体的，所述第一偏振组件包括半波片21和第一隔离件22；所述第二偏振组件包括第二隔离件23；第一隔离件22将第一复用信号111转换为垂直偏振态，然后半波片21将该垂直偏振态转换为水平偏振信号；第二隔离件23将第二复用信号121转换为垂直偏振信号；该垂直偏振信号经第二面j的反射，再经第一面i的反射后，与经第一面i的透射的水平偏振信号合波形成第三复用信号131。相较于图2中将第一合波棱镜13设置为波分复用棱镜，图3中将第一合波棱镜13设置为偏振合波棱镜，可以大幅降低镀膜难度；同时第一隔离件22和第二隔离件23，可以平坦隔离器对光信号λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8的隔离度和损耗，实现更好的指标，还有减少纵向空间的作用。

偏振合波棱镜与波分复用棱镜的差异就是，偏振合波棱镜需要控制入射光的偏振方向，而波分复用棱镜可以处理任意偏振方向的入射光。偏振合波棱镜的优势是镀膜难度相对简单，但是需要通过半波片21的调整和控制入射光的偏振方向。

本实用新型另一实施例如图4所示，第一复用单元11和第二复用单元12均为波分复用膜片组。具体的，第一复用单元11包括第一波分复用膜片112、第二波分复用膜片113、第三波分复用膜片114和第四波分复用膜片115；第一光信号λ1经第一波分复用膜片112透射，并经第一高反面116和第二波分复用膜片113反射后，与经第二波分复用膜片113透射的第二光信号λ2进行第一次合波；第一次合波后的光信号经第一高反面116和第三波分复用膜片114反射后，并与经第三波分复用膜片114透射的第三光信号λ3进行第二次合波；第二次合波后的光信号经第一高反面116和第四波分复用膜片115反射后，并与经第四波分复用膜片115透射的第四光信号λ4进行第三次合波，第三次合波后的光信号经过第一透射面117透射后形成第一复用信号111；第二复用单元12包括第五波分复用膜片122、第六波分复用膜片123、第七波分复用膜片124和第八波分复用膜片125；第八光信号λ8经第五波分复用膜片122透射，并经第二高反面126和第六波分复用膜片123反射后，与经第六波分复用膜片123透射的第七光信号λ7进行第一次合波；第一次合波后的光信号经第二高反面126和第七波分复用膜片124反射后，并与经第七波分复用膜片124透射的第六光信号λ6进行第二次合波；第二次合波后的光信号经第二高反面126和第五波分复用膜片125反射后，并与经第五波分复用膜片125透射的第五光信号λ5进行第三次合波，第三次合波后的光信号经过第二透射面127透射后形成第二复用信号121。

图5示出了第一信号组和第二信号组中各包含2路光信号时进行合波的光学模组结构，其原理同图2所示结构的合波原理，在此不再赘述。

进一步的，参考图2至图5所示，所述光学模组还包括多个激光发射单元，多个激光发射单元用于向第一信号组和第二信号组提供多路光信号。具体的，所述激光发射单元包括激光器14和第一准直组件15，激光器14用于向第一准直组件15发射激光束；第一准直组件15用于对该激光束进行准直处理。第一准直组件15可以包括设置在激光器14出光侧的正透镜151，以及设置在正透镜151出光侧的负透镜152；参考图7所示，激光器14位于正透镜151的物点处，负透镜152位于正透镜151的像点处，此时是理论上最佳的输出准直光束。

在实际应用中，第一准直组件15也可以由两个正透镜151组成，参考图8所示，激光器14位于与其靠近的正透镜151的物点处，位于右侧的正透镜151的左侧像点在位于左侧的正透镜151的右侧实焦点上，此时是理论上最佳的输出准直光束。对比图7和图8可知，在激光器14发光特性相同，输出光束的光斑大小、准直效果相同要求的情况下，图7中用正透镜151和负透镜152的准直***组合，能获得更短的结构距离；同时，由于正透镜151和负透镜152容易设计成像差相消的结构，使得准直光束有更小的像差，***就可以有更高的耦合效率；同时此种结构的容差比较大，也就是结构稳定，在比较大的调试范围内，都可以有比较高的耦合效率。

在实际应用中，参考图2至图5所示，所述光学模组还包括设置在第一合波棱镜13出光侧的第二准直组件16，以及设置在第二准直组件16出光侧的隔离器17，第二准直组件16用于对第三复用信号131进行准直处理；隔离器17用于对经过准直处理的第三复用信号131进行抗干扰处理，处理后的第三复用信号131经输出端18输出。所述第二准直组件16可以为准直透镜。

需要说明的是，第二准直组件16和隔离器17的位置可以调换，主要是看整体结构的纵向长度是否足够。当隔离度17位于第二准直组件16和第一合波棱镜13之间时，纵向距离会拉长，但是好处是由于隔离器17在平行光的光路中，整体的像差会小，耦合效率会提高。另外，当隔离器17本身的纵向长度超过一定范围后，第二准直组件16无法实现光束的准直转换，因而此时只能将隔离器17放置在第二准直组件16和第一合波棱镜13之间。另外，在光路结构中，还可以增加侧移棱镜、侧移片等结构来任意调节出光位置和出光方向。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种多波长合波的光学模组，其特征在于，包括：

第一信号组和第二信号组，所述第一信号组和所述第二信号组分别包括波长不同的多路光信号；所述第一信号组中波长最长的光信号的波长小于所述第二信号组中波长最短的光信号的波长；

第一复用单元和第二复用单元，所述第一复用单元用于将所述第一信号组中的多路光信号合成为第一复用信号；所述第二复用单元用于将所述第二信号组中的多路光信号合成为第二复用信号；

第一合波棱镜，所述第一合波棱镜包括第一面和第二面，所述第二面用于将所述第二复用信号反射到所述第一面；所述第一面用于透射所述第一复用信号，并反射所述第二复用信号，以使所述第一复用信号和所述第二复用信号合波形成第三复用信号。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一合波棱镜为波分复用棱镜。

3.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一合波棱镜为偏振合波棱镜；所述光学模组还包括设置在所述第一面入光侧的第一偏振组件和设置在所述第二面入光侧的第二偏振组件；

所述第一偏振组件用于将所述第一复用信号转换为水平偏振信号；

所述第二偏振组件用于将所述第二复用信号转换为垂直偏振信号；

所述第二面用于将所述垂直偏振信号反射到所述第一面；所述第一面用于透射所述水平偏振信号，并反射所述垂直偏振信号，以使所述水平偏振信号和所述垂直偏振信号合波形成所述第三复用信号。

4.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一复用单元和所述第二复用单元均为波分复用棱镜。

5.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一复用单元和所述第二复用单元均为波分复用膜片组。

6.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括多个激光发射单元，所述多个激光发射单元用于向所述第一信号组和所述第二信号组提供所述多路光信号。

7.根据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述激光发射单元包括激光器和第一准直组件，所述激光器用于向所述第一准直组件发射激光束；

所述第一准直组件用于对所述激光束进行准直处理。

8.根据权利要求7所述的光学模组，其特征在于，所述第一准直组件包括设置在所述激光器出光侧的正透镜，以及设置在所述正透镜出光侧的负透镜；

所述激光器位于所述正透镜的物点处，所述负透镜位于所述正透镜的像点处。

9.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括设置在所述第一合波棱镜出光侧的第二准直组件，以及设置在所述第二准直组件出光侧的隔离器，所述第二准直组件用于对所述第三复用信号进行准直处理；

所述隔离器用于对经过准直处理的第三复用信号进行抗干扰处理。

10.根据权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述第一信号组和所述第二信号组均包括四路光信号，所述第一信号组和所述第二信号组中的光信号均按照波长从短波到长波的顺序排列。

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