CN100403079C - 波分复用光耦合器 - Google Patents

Abstract

一种波分复用光耦合器，包括：用于多种波长的输入光纤；用于把来自输入光纤的光转换成平行光的透镜；第一光滤波器组，包括沿平行光通量对准使其以彼此不同的角度固定的光滤波器，使得预定波长范围的光通量在各方向上反射；以及光通量耦合所至的输出光纤；其中用于传输预定波长范围的第二光滤波器组设置在透镜第一面和一系列输出光纤的各端面之间，用于耦合由第一滤波器组的各光滤波器所反射的光通量。

Description

波分复用光耦合器

技术领域

本发明涉及适用于光通信领域中的波分复用通信系统的波分复用耦合器，尤其涉及使用光滤波器的波分复用光耦合器。

背景技术

PON(Passive Optical Network，无源光网络)作为一种网络系统用于FTTx(Fiber To The x，x＝H：Home，P：Premise，C：Curb or the like，光纤到家庭、企业、路边，等等)，用于把光通信引入到用户和基站之间的所谓通道系统(access system)。为此使用了针对从用户到基站的上游数据以及从基站到用户的下游数据具有不同波长的光通量。此外，还有一种复用的情形，使用具有其他不同波长的诸如图像的模拟信号。例如，把1310nm波段用于上游数据，1490nm波段用于下游数据以及1550nm波段用于图像信号。因此，在设置于基站端和用户端的OLT(Optical LineTermination，光学线路终端)或ONT(Optical Network Unit，光网络单元)中需要有用于复用/分离具有各自波长的信号的波分复用光耦合器。

在背景技术中，用于上述目的的波分复用光耦合器通过如图6所示的结构来实现。为了复用/分离三种波长λ1，λ2，λ3，使用了三段分别具有三种带通滤波器的光耦合器201，202，203，带通滤波器通过串联连接的三种不同波长来构成传输波长(参见，例如，JP-A-54-17044)。该光耦合器称为3端口耦合器，且使复用两种波长的入射光从光纤223(构成公共端口，即光入射端口)入射时，两种波长区域的出射光通量可以分别从构成两个光出射端口的光纤224，225输出。通过串联连接3端口耦合器，可以分离3种或更多种波长。此外，通过增加许多串联连接，功能可以扩展到复用/分离4种或更多种波段。此外，可以省略最后的光耦合器203。

至于3端口耦合器的内部结构，已知一种在包括两段光纤和准直透镜的双芯准直仪与包括一段光纤和准直透镜的单芯准直仪之间插入带通滤波器的类型，一种在以Y形分叉的光波导的分支部分插入带通滤波器的类型，等等。可以使用具有2种边缘滤波器(有长波传输类型或短波传输类型)的光耦合器取代带通滤波器，所述边缘滤波器具有在三种波段的中部传输波段的边缘部分(波长边缘)。

由于在利用每个滤波器的反射光的情形下不涉及滤波器的波长特性的残留反射的影响，到达背景技术的光耦合器的每个端口处的表征具有除预定波段以外的波长的混合光所达到的程度的串扰阻量(隔离)通常为大约12dB，且即使是能够适切地调整传输波动，其上限最多达到大约18dB。因此，很难获得针对所有通道的高的隔离(20dB或更高)。

此外，为了串联连接两段(或三段)耦合器，必须环绕光纤进行引导，在这种情形下，为了防止发生光损耗，光纤的缠绕半径不能减小到等于或小于恒定程度。由于需要包含光纤的柜子，因此耦合器不能由像通常的3端口耦合器中一样的小尺寸管子构成，耦合器变得尺寸很大。

此外，许多三端口耦合器的串联连接的数量会增加许多部件，成本也会随着上述数量而增加。

作为用于解决上述问题的措施，已知一种光耦合器，重叠地插入多个具有不同边缘波长的边缘滤波器来替代插入1片上述光滤波器(参见，例如，美国专利4,474,424号)。这是一种通过分别改变各光滤波器的角度来改变从各滤波器反射的光通量的方向从而把具有不同波长的光通量耦合至不同光纤的光耦合器。因此，可以通过一个不需要串联连接3端口耦合器的一个光耦合器来实现三种或更多种波长的分离，可解决上述大尺寸的结构或部件数量增加的上述问题。

然而，根据上述结构，主要利用了通过各光滤波器反射的光通量，因此，不能解决由于残留反射导致的仅能获得大约12dB的隔离的问题。

发明内容

为了解决上述问题实施本发明，其目的是提供具有高隔离、小尺寸以及价格便宜且能够用于分离3种波长或更多种波长的波分复用光耦合器。

当复用具有多个波长的光信号的波长复用信号从一段输入光纤入射时，本发明的波分复用光耦合器具有分离(分解)波长并分送至多个输出光纤的功能，且由以下元件构成：

输入输出光纤，从其端面复用多种波长；以及

透镜，用于将从光纤射出的光通量转换成平行光通量。

第一光滤波器组包括对准的多个光滤波器，使得其传输的波长范围沿着增强平行光通量的方向连续缩小。顺便提及的是，光滤波器组的各滤波器以关于透镜光轴的彼此不同的角度固定，使得包括在平行光通量中的预定波长范围内的光通量分别在预定方向上被反射。

一系列输出光纤，其端面设置在这样的位置：在这些位置上由各个光滤波器反射的平行光通量被透镜聚焦。

在具有这种结构的波分复用光耦合器中，用于传输预定波长范围的第二光滤波器组设置在透镜第一面和一系列输出光纤的各端面之间，用于耦合由第一光滤波器组的各光滤波器反射的光通量。

尽管波分复用光耦合器的基本功能通过第一滤波器组而获得，然而通过提供第二光滤波器组，可以清除第一滤波器组的残留反射部分，因此，提升了波长中的隔离。

优选的是，透镜是梯度指数棒形透镜，且输入光纤和一系列输出光纤以这样的方式支撑，即使得其光轴彼此平行。

通过采用这种结构，光耦合器的光轴基本上可以排成一条直线，且可以提供小尺寸以及便于集成的光耦合器。

优选的是，使得设置成主要靠近透镜一侧的第一光滤波器组的光滤波器与透镜的端面紧密接触。

用于使光入射其上并出射光的梯度指数棒形透镜的端面可以通过平面来构成，从而，容易使平板形光滤波器与该平面紧密接触。此外，容易使棒形透镜的端面相对光轴倾斜，且通过使光滤波器与端面紧密接触，可以容易地调整其角度。此外，通过使用其中光滤波器和透镜彼此紧密接触的带滤波器的透镜，可以减少部件数量，且有助于光耦合器的集成。

此外，优选的是，由直接形成在梯度指数棒形透镜端面上的介电多层膜构成光滤波器。

通过在透镜端面上直接形成光滤波器，容易大规模生产带滤波器的透镜。

此外，优选的是，通过直接形成在相对于与属于第一光滤波器组的光纤紧密接触的端面的一侧处的透镜的一部分端面上或直接形成在各输出光纤的端面上的介电多层膜来构成第二光滤波器组的至少一部分光滤波器。

通过在透镜或输出光纤的端面上直接形成第二光滤波器组，显然有助于波分复用光耦合器的集成。

优选的是，由保持构件(毛细管或套圈等类似构件)保持输入光纤和一系列输出光纤，该保持构件具有沿其纵向的多个细小的平行孔。

通过构成所谓多芯光纤尾段，有助于光纤的操作和对准。

优选的是，除了上述组成元件，加入下列元件：

透镜，用于对传输经过第一光滤波器组的所有光滤波器的光通量进行聚焦；以及

输出光纤，其端面设置在耦合被聚焦光通量的位置上。

从而，也能够利用传输经过第一光滤波器组的所有光滤波器的光。

优选的是，在通过梯度指数棒形透镜这种情形下形成透镜，使得设置成主要靠近透镜一侧的第一光滤波器组的光滤波器与透镜端面紧密接触，且优选的是，与上述类似地在其上直接形成介电多层膜。

与上述类似地，将很容易使得梯度指数棒形透镜的端面关于光轴倾斜，因此，很容易通过使光滤波器与端面紧密接触来设置光滤波器的角度。此外，可以减少部件数量并有助于集成。

优选的是，由保持构件保持输出光纤，该保持构件具有沿其纵向的细小孔。从而，有助于光纤的对准。

优选的是，如下构成具有两段与输入光纤平行设置的输出光纤的波分复用光耦合器，用于复用/分离三种波长。

用于传输具有第一和第二波长的光通量并反射具有第三波长的光通量的第一光滤波器直接形成在第一梯度指数棒形透镜的端面上

用于传输具有第一波长的光通量并反射至少具有第二波长的光通量的第二光滤波器的光入射面固定在第一透镜的端面上，第一透镜的该端面以关于透镜光轴彼此不同的角度与第一滤波器紧密接触。

第三输出光纤的端面设置在这样的位置，即在该位置上由第一光滤波器反射的具有第三波长的光通量通过第一透镜聚焦。

用于传输具有第三波长的光通量且反射具有第一和第二波长的光通量的第三光滤波器直接形成在第三输出光纤的端面和/或与用于通过具有第三波长的光通量的端面相对的第一透镜端面的一部分。

第二输出光纤的端面设置在这样的位置，即在该位置上由第二光滤波器反射的具有第二波长的光通量通过第一透镜和第一光滤波器聚焦。

用于传输至少具有第二波长的光通量并反射具有第一波长的光通量的第四光滤波器直接形成在第二输出光纤的端面的一部分上和/或与用于通过具有第二波长的光通量的端面相对的第一透镜的端面。

第一输出光纤的端面设置在这样的位置，即在该位置上传输通过第一和第二光滤波器的具有第一波长的光通量通过第二透镜聚焦。

通过上述构造，能够以低成本提供小尺寸以及具有高隔离特性的适用于三种波长复用的光的波分复用光耦合器。

优选的是，以关于光轴的预定角度形成位于与第一透镜相对的一侧处的第二透镜的端面，并直接在该端面直接形成第二光滤波器。

当第二光滤波器也直接形成在透镜端面上时，能够进一步减少部件数量，也能有助于集成。

该三种波长被设置成分别包括1260至1360nm的波长范围，1480至1500nm以及1550至1560nm的波长范围。通过选择波长范围，能够通过适于现有光纤网络的波长范围传输用于FTTx的上游和下游数据以及模拟图像信号。

优选的是，构造具有三段与输入光纤平行设置的输出光纤的波分复用光耦合器，用于复用/分离四种波长。

通过以下部件构造波分复用光耦合器：带滤波器的第一透镜，使得用于传输具有第一、第二和第三波长的光通量并反射具有第四波长的光通量的第一光滤波器与第一透镜的端面紧密接触；带滤波器的第二透镜，使得用于传输具有第一波长的光通量并反射至少具有第二波长的光通量的第二光滤波器与第二透镜的端面紧密接触；以及设置在形成有第一和第二光滤波器的第一和第二透镜的端面之间的光滤波器芯片，用于传输具有第一和第二波长的光通量并反射至少具有第三波长的光通量，并且与各光滤波器紧密接触的端面以及光滤波器芯片的光入射面分别设有关于第一透镜光轴彼此不同的角度。

第四输出光纤的端面设置在这样的位置，即在该位置上由第一光滤波器反射的具有第四波长的光通量通过第一透镜聚焦。

用于传输具有第四波长的光通量并反射具有第一、第二和第三波长的光通量的第四光滤波器直接形成在第四输出光纤的端面和/或与用于通过具有第四波长的光通量的端面相对的第一透镜端面的一部分之上。

第二输出光纤设置在这样的位置，即在该位置上由第二光滤波器反射的具有第二波长的光通量传输经过第一光滤波器并通过第一透镜聚焦。

用于传输至少具有第二波长的光通量并反射具有第一波长的光通量的第六光滤波器直接形成在第二输出光纤的端面和/或与用于通过具有第二波长的光通量的端面相对的第一透镜端面的一部分之上。

第三输出光纤设置在这样的位置，即在该位置上由光滤波器芯片反射的具有第三波长的光通量传输经过第一光滤波器并通过第一透镜聚焦。

用于传输至少具有第三波长的光通量并反射具有第一和第二波长的光通量的第五光滤波器直接形成在第二输出光纤的端面和/或与用于通过具有第三波长的光通量的端面相对的第一透镜端面的一部分上。

第一输出光纤的端面设置在这样的位置，即在该位置上传输经过第一、第二和第三光滤波器的具有第一波长的光通量通过第二透镜聚焦。

通过上述结构，能够以低成本提供小尺寸且具有高隔离特性的适用于四种波长复用的光的波分复用光耦合器。

优选的是，带有滤波器的第一和第二透镜的光滤波器是介电多层膜且至少其中任意一个直接形成在透镜端面上。

从而，即使是在用于分离四种波长的波分复用光耦合器中，能够减少部件数量，有助于集成并能以低成本提供波分复用光耦合器。

根据本发明，可以提供具有高隔离特性且用来复用/分离3种或更多种波长的波分复用耦合器。此外，能够减少部件数量，从而有助于其集成并降低成本。

附图说明

图1是表示根据本发明的用于三种波长的波分复用光耦合器的实施例的剖面示意图；

图2A和2B是说明表示第二组光滤波器模式的例子的示意图；

图3是表示根据本发明的用于三种波长或两种波长的波分复用光耦合器的实施例的剖面示意图；

图4是表示根据本发明的用于三种波长或两种波长的波分复用光耦合器的实施例的一个例子的剖面示意图；

图5是表示根据本发明的用于四种波长的波分复用光耦合器的实施例的剖面示意图；以及

图6是表示背景技术的波分复用光耦合器的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的实施例。此外，附图中的相同部件附以相同的标记并省略其说明。

[第一实施例]

图1表示根据本发明的波分复用光耦合器的第一实施例的结构。根据光耦合器，复用三种波长1310，1490，1550nm的光信号作为入射光从用于入射光的光纤23(公共端口)入射，1310nm和1490nm的信号分别从用于出射光的光纤24，25(第二，第三端口)出射，且1550nm的信号从用于出射光的光纤26(第一端口)出射。以下将通过设定第一波长λ1为1550nm，第二波长λ2为1490nm以及第三波长λ3为1310nm来说明。

用于入射光的光纤23和用于出射光的光纤24，25这三段光纤由毛细管28保持，其在圆柱形玻璃上具有细小的通孔，从而其光轴彼此平行以构成三芯光纤尾段21。第一梯度指数棒形透镜31设置成相对于三芯光纤尾段21的端面。

优选地，三芯光纤尾段21和梯度指数棒形透镜31的端面相对于光轴倾斜大约4至8°，使得端面的反射光通量不会返回至光纤，并且优选地，为了便于集成两个端面基本上彼此平行。

梯度指数棒形透镜31用来把从光纤23出射的光转换成平行光并会聚从相对侧的端面入射的平行光以便耦合至光纤24，25。即，三芯光纤准直仪20由三芯光纤尾段21和梯度指数棒形透镜31构成。

类似地，一段用于出射光的光纤26由毛细管29保持以构成单芯光纤尾段22。第二梯度指数棒形透镜32相对于单芯光纤尾段22的端面设置。优选地，单芯光纤尾段22和梯度指数棒形透镜32的彼此相对的端面相对于光轴有所倾斜，且基本上彼此平行以防止反射光通量返回至光纤。

梯度指数棒形透镜32用来会聚从其位于与对着光纤尾段的一侧相反的一侧的端面入射的平行光以便耦合至光纤26。即，通过把单芯光纤尾段22和梯度指数棒形透镜32结合起来构成单芯光纤准直仪10。

通过使梯度指数棒形透镜(下文简称为透镜)31和32彼此相对来设置三芯光纤准直仪20和单芯光纤准直仪10以便能够耦合平行光通量。

总共有4片光边缘滤波器，根据其在本发明的光耦合器中的排列位置分成两组。如图1所示，第一组光滤波器41，42设置在透镜31和32之间。第二组光滤波器43，44设置在第一透镜31和用于出射光的光纤24，25之间。在本实施例的情形下，光滤波器41和第二组光滤波器43，44的薄膜直接形成在透镜31和与多个滤波器集成的第一滤波器33的两个端面上。分别地，光滤波器43必须仅对耦合至光纤24的光起作用，光滤波器44必须仅对耦合至光滤波器25的光起作用，且光滤波器43和44不对从光纤23入射的光起作用。如图2A所示，薄膜至少覆盖与毛细管28端面上的光纤24，25的端面24a，25a相对的透镜31端面上的位置24b，25b(为了便于说明而给出图示圆形标记，实际上并不存在)。根据本实施例，如图2B所示，滤波器43，44的薄膜仅覆盖透镜31四分之一的端面。

光滤波器42还直接形成在透镜32的端面上以构成具有第二滤波器34的透镜。

这里，属于第一组的光滤波器41传输λ1，λ2并反射λ3。尽管光滤波器41设计成使具有波长λ1，λ2的传输光通量能获得关于反射光的等于或大于40dB的隔离，由于在具有波长λ3的反射光中残留了λ1，λ2的反射部分，因此隔离大约是12dB。

此外，光滤波器42传输λ1并至少反射λ2。不特别规定其关于λ3的特性。这是因为光滤波器42设置成使光滤波器41的传输光在其上入射，因此，光λ3由光滤波器41反射且几乎不可能到达光滤波器42，从而不会造成问题。传输光和反射光的隔离与光滤波器41的相类似。

同时，属于第二组的光滤波器43反射λ1，λ2并传输λ3。光滤波器的特性可以次于光滤波器41，42且使得所传输光的隔离小于30dB以获得＞40dB的隔离条件。由于由光滤波器41，42产生的反射隔离已提供给反射光，因此隔离小于30dB的便宜滤波器对于第二组滤波器43，44已经足够。此外，光滤波器44反射λ1并传输λ2。基于类似于上述情况的原因，不特别规定其关于λ3的特性。使其具有类似于光滤波器43的隔离特性。

应用升起(lift-off)法以便如上所述地在透镜端面部分形成用于光滤波器的介电多层膜。即，在没有形成介电膜的部分涂覆上树脂等材料以形成掩膜并在其上形成介电膜。接着，基体上的树脂被溶剂所溶解以便与介电膜一起除去，从而仅在端面部分粘着介电多层光滤波器。此外，透镜的端面在形成光滤波器之前设置有抗反射膜。抗反射膜具有使从1250nm到1650nm的整个波段的反射率等于或小于0.5％的特性。优选地，在光纤尾段一侧也设置抗反射膜。

从光纤23入射的具有波长λ1，λ2，λ3的各光信号中，信号λ3(1310nm)由作为长波传输型光滤波器(LWPF)的光滤波器41反射，并入射在与光纤23完全相反地排列的光纤24上。尽管如上所述反射光包括大约-12dB的具有波长1490nm和1550nm的残留反射光通量，这些光通量都由选择性地形成在第一透镜31反面上的作为短波传输型光滤波器(SWPF)的光滤波器43以大约-28dB的隔离除去，以便阻断光纤24的端面，从而可以保证等于或大于35dB的隔离。

光纤24相对光纤23完全相反地设置，使得光纤准直仪中的光路关于光轴对称，从而便于两段光纤和透镜的对准且将插入损耗减至最低。三芯光纤尾段21的外包层和带滤波器的透镜33通过环氧树脂粘结剂60固定起来，在光路中留下小的空隙。

在通过光滤波器41传输的光通量中，λ2(1490nm)的光通量由光滤波器42(LWPF)反射，再次经由光滤波器41传输，然后通过光滤波器44(SWPF)传输并耦合至光纤25。信号通过光滤波器41两次，因此，能保证关于具有波长λ3(1310nm)的光的充分大的隔离。此外，残留的λ1(1550nm)的反射光由光滤波器44以约-28dB的隔离移去，且可保证等于或大于35dB的关于λ2的隔离。

为了对准以便使光滤波器42的反射光耦合至光纤25，调整形成有光滤波器42的第二透镜32(带滤波器34的透镜)的光轴角度，然后，具有光滤波器41的带滤波器33的透镜的外围部分由粘结剂固定，在光路上留下小的空隙。此外，为了尽可能小地控制第二透镜32相对于第一透镜31的倾斜，通过事先把形成滤波器42的第二透镜32的端面角度相对于透镜光轴倾斜一定度数的角度，来进行抛光处理。

通过光滤波器41和光滤波器42传输的在波段1310nm和1490nm的光通量成分都充分衰减约40dB，以形成其隔离等于或大于35dB的具有1550nm波长的信号光通量。对准单芯光纤尾段，以便使光通量以最小损耗耦合至光纤26，且第二透镜32(带滤波器的透镜)和单芯光纤尾段22固定起来，在光路中留下小的空隙。

各个光滤波器的特性和各端口的特性总结如表1所示。

[表一]

如上所述，经光滤波器41和42传输的光通量耦合至相应于光纤26的第一端口。具有波长λ3和λ2的光通量通过反射在光滤波器41和42处衰减40dB或更多。具有波长λ1的光通量耦合至关于λ1具有充分隔离的第一端口。

由光滤波器41所反射和经过光滤波器43所传输的光通量耦合至相应于光纤24的第二端口。在光滤波器41处，具有波长λ2和λ1的光通量分别衰减约12dB。顺便提一句，由于这些光学薄膜的特质，与传输光通量相比反射光通量的隔离特性通常较差一些。由光滤波器41反射的光通量中，部分光通量传输通过滤波器43，使得具有波长λ3的光通量耦合至关于λ3具有充分隔离的第二端口。

至于相应于光纤25的第三端口，传输通过光滤波器41并由光滤波器42反射且随后再次传输通过光滤波器41和光滤波器44的光通量被耦合至第三端口。在整个传输过程中，光滤波器41提供约40dB的衰减给具有波长λ3的光通量。光滤波器41提供关于波长λ3的约40dB的衰减给由光滤波器42反射的光通量。由此在第三端口处获得对波长λ3的充分隔离。同时，光滤波器42提供关于波长λ1的衰减。在光滤波器42处的反射光通量关于波长λ1的衰减预计不会达到40dB的高值。仅为约12dB或稍高一些。这样，在光滤波器42处的反射光通量再次传输通过光滤波器41，并传输通过光滤波器44，其提供对于波长λ1的进一步衰减。因此，具有波长λ2的光通量耦合至关于λ2有着充分隔离的第三端口。

如上所述，表1表示在第一至第三端口的每一个关于相应波长λ1-λ3所能够获得的充分隔离。

顺便提及的是，在对准和固定光纤26一侧的第二透镜32和单芯光纤尾段22过程中，对准光纤25时需要调整透镜32的角度，从而，使用事先固定透镜和单芯光纤尾段所构成的单芯光纤准直仪并不好。因为当透镜32的角度改变时，用于对光纤26聚焦的点也会发生转移，因此，角度和位置两者需要同时优化。如上例所述，首先固定透镜32、随后固定尾段22的操作是容易的。因此，在本实施例的情形下，优选的是完成对准固定所有部分，然后盖上保护用的容器以便形成最后的模式。一个外部封装结构的例子是，直径为5.5mm而长度为约40mm。本发明可以通过例如几个毫米直径和几十毫米长度的小管封装来实现。

从而，可实现其所有端口的插入损耗等于或小于1.0dB且隔离等于或大于35dB的四端口型三种波长WDM耦合器。

根据本实施例，为了便于相应于三芯光纤尾段而选择性地形成光滤波器43，44，采用呈线对称矩形排列的四孔玻璃毛细管种的三个孔。从而，光滤波器的边缘能以线形构成并有利于形成升起(lift-off)用掩膜。当孔中的间隔落在150至250μm的范围内时，可实现极好的滤波器排列而不会干涉各孔。

在上面所述的例子中，传输到光纤26的波长可以是1310nm或1490nm。此外，每个光滤波器还可以由带通滤波器构成。自然，所采用的波长并不局限于上例中的三种波长。例如，各波长可以在1260至1360nm，1480nm至1500nm，以及1550至1560nm的波长范围内选择。

光滤波器43，44可以是任何形状，只要各形状仅对耦合至光纤24，25的光通量起作用而不对从光纤23入射的光起作用，且不局限于上述覆盖端面四分之一的形状即可。

此外，并不是必须在透镜31的端面上形成光学滤波器43，44。其两者或任意一个可以形成在三芯光纤尾段21的端面上，即，光纤的端面上。

[第二实施例]

下面，将参考图3说明第二实施例。根据第一实施例不必在透镜或毛细管的端面上直接形成光滤波器薄膜，也可以利用光滤波器芯片。根据本实施例，不在第二透镜的端面上形成光滤波器薄膜而采用光滤波器芯片。

在这种情形下，尽管光滤波器41的反射光类似地耦合和对准到光纤24上，然后，光滤波器芯片52由真空吸附夹具保持并这样对准使得其中把反射光耦合到光纤25的损耗减到最低，然后，通过环氧树脂粘结剂60固定到带滤波器的透镜33上，其外围已形成有光滤波器41，43，44，从而形成三芯光纤准直仪20。

图4表示集成和安装波分复用光耦合器的模式。如下所述进行集成。在单芯光纤准直仪10的一侧，透镜32和单芯光纤尾段22在玻璃管71的内部光轴方向上对准，然后固定粘结到一起，其外表面镀金的金属管73覆盖其上并粘合，从而构成单芯光纤准直仪10。

同时，在完成了对准的三芯光纤准直仪20一侧，尾段部分覆盖有比尾段部分短的玻璃管72，类似于单芯侧的金属管74覆盖其上以便粘合。由于玻璃管72作为间隔物，与透镜和尾段粘结在一起的金属管74的一部分制成中空状态。单芯和三芯光纤准直仪10，20在开有多个孔的镀金金属管75的内部对准以便通过焊接固定，使得耦合损耗减到最低，随后由焊料62固定地密封。然后，有机硅树脂填充入金属管75之中，端帽(未示出)盖在其两端，从而完成管型封装。作为外部封装结构，直径为5.5mm，长度为约40mm。

类似于第一实施例，可实现其所有端口的插入损耗等于或小于1.0dB且隔离等于或大于35dB的四端口型三种波长WDM耦合器。

[第三实施例]

将参考图5说明作为第三实施例的4波分复用光耦合器。同样地在该情形中，耦合器具有类似于第一或第二实施例的功能，且能通过基本类似的步骤集成，除了波长数目是4个以外。

在光耦合器的情形中，复用1310，1490，1550，1625nm这4种波长的光信号从输入光纤123入射，1310，1490，1550nm这3种信号分别从输出光纤124，125，126出射而1625nm的信号从输出光纤127出射。以下将通过设定第一波长λ1为1625nm，第二波长λ2为1550nm，第三波长λ3为1490nm以及第四波长λ4为1310nm来进行说明。

输入光纤123和输出光纤的三段光纤124，125，126由毛细管128支撑，使得其光轴彼此平行以便形成四芯光纤尾段121。梯度指数棒形透镜31设置成与4芯光纤尾段121的端面相对。

透镜31用来把从光纤123出射的光通量转换成平行光通量并会聚从相对侧的端面入射的平行光以便耦合至光纤124，125，126。即，4芯光纤准直仪120通过结合4芯光纤尾段121和透镜31而被构成。

类似地，一段输出光纤127由毛细管29保持以构成单芯光纤尾段22。梯度指数棒形透镜32相对于单芯光纤尾段22的端面设置。

总共有6片光边缘滤波器或带通滤波器，根据其在本发明的光耦合器中的排列位置分成两组。如图5所示，第一组光滤波器141，142，152设置在第一透镜31和第二透镜32之间。第二组光滤波器143，144，145设置在第一透镜31和输出光纤124，125，126之间。在本实施例的情形下，光滤波器141和光滤波器143，144，145的薄膜直接形成在第一透镜31的两个端面上并集成为带滤波器的透镜。顺便提及的是，如图5所示，光滤波器143，144，145的薄膜形成为仅覆盖第一透镜31端面上的一部分(例如，四分之一部分)以便仅对分别耦合至光纤124，125，126的光通量起作用。光滤波器142的薄膜也直接形成在第二透镜32的端面上以构成带滤波器的透镜。光滤波器152是光滤波器芯片。

这里，属于第一组的光滤波器141传输λ1，λ2，λ3并反射λ4。尽管光滤波器141设计成所传输的具有波长λ1，λ2，λ3的光通量获得关于反射光通量的等于或大于40dB的隔离，由于在波长为λ4的反射光中残留有λ1，λ2，λ3的反射成分，因此，隔离大约是12dB。

此外，光滤波器142传输λ1并至少反射λ2。不特别规定其关于λ3，λ4的特性。由于光滤波器142设置成使得光滤波器141，152的传输光通量入射其上，因此λ3，λ4的光通量由光滤波器141，152反射并几乎不到达光滤波器142，从而不会造成问题。传输光或反射光的隔离类似于光滤波器141的隔离。

此外，光滤波器芯片152传输λ1，λ2并至少反射λ3。不特别规定其关于λ4的特性。这是因为光滤波器芯片152设置成使得光滤波器141的传输光入射其上，从而λ4的光由光滤波器141反射并几乎不会到达光滤波器芯片152，因此不会造成问题。传输光或反射光的隔离类似于光滤波器141的隔离。

同时，属于第二组的光滤波器143反射λ1，λ2，λ3并传输λ4。光滤波器的特性可以比光滤波器141，142的特性稍差一些，传输光的隔离可以设为低于30dB。此外，光滤波器144至少反射λ1，λ2并传输λ3。类似于上述原因不特别规定其关于λ4的特性。其隔离特性设成类似于光滤波器143的隔离特性。光滤波器145至少反射λ1并传输λ2。类似于上述原因不特别规定其关于λ3，λ4的特性。其隔离特性设成类似于光滤波器143的隔离特性。

在具有波长λ1至λ4的从光纤123入射的各光信号中，信号λ4(1310nm)由作为长波传输型光滤波器(LWPF)的光滤波器141反射并入射在与光纤123完全相反地排列的光纤124上。尽管反射光包括具有大约-12dB的波长为λ1至λ3的残留光通量，然而这些光通量由光滤波器143移除，所述光滤波器143是选择性地形成在第一透镜31反面上、从而以大约-28dB的隔离阻断光纤124的端面的带通光滤波器(BPF)，从而可以保证等于或大于35dB的隔离。

4芯光纤尾段的外包层和带滤波器的透镜通过环氧树脂粘结剂固定在一起，在光路中留下小的空隙。

在传输通过光滤波器141的光通量中，波长为λ3(1490nm)的光通量由光滤波器芯片152(LWPF)反射并再次传输通过光滤波器141，然后传输通过光滤波器144(BPF)，以便耦合至光纤125。信号两次传输经过光滤波器141，从而可以保证关于具有波长λ4(1310nm)的光有充分大的隔离。此外，波长为λ2(1550nm)和λ1(1625nm)的残留反射光通量由光滤波器144清除，可保证等于或大于35dB的隔离。

在传输通过光滤波器芯片152的光束中，波长为λ2(1550nm)的光通量由光滤波器142(LWPF)反射并再次传输通过光滤波器152，141以及传输通过光滤波器145(BPF)，以便耦合至光纤126。由于信号两次传输经过光滤波器141，142，能够保证关于波长为λ4(1310nm)和λ3(1490nm)的光通量的充分大的隔离。此外，波长为λ1(1625nm)的残留反射光由光滤波器145清除，并保证等于或大于35dB的隔离。

为了对准并把光滤波器芯片152的反射光通量耦合至光纤125，光滤波器芯片由真空吸附夹具保持并对准，使得反射光通量的耦合至光纤125的损耗减到最低，然后固定到透镜31(带滤波器的透镜)上，其外包层已经通过环氧粘结剂60与光滤波器141连起来，而在光路中留下小的空隙。

接下来，调整形成有光滤波器142的第二透镜32(带滤波器的透镜)的光轴角度，然后把第二透镜固定到带滤波器的透镜的外围部分，所述透镜已通过环氧粘结剂60和光滤波器芯片152粘在一起而类似地在光路中留下小的空隙。此外，为了使第二透镜32相对于第一透镜31的倾斜尽可能小，通过事先把形成有滤波器142的第二透镜32的端面角度相对于透镜光轴倾斜2度，来进行抛光处理。

此外，充分衰减传输通过光滤波器141，152和142的在λ2至λ4波长范围内的光通量的一部分，以形成具有等于或大于35dB的隔离的波长为λ1(1625nm)的信号光通量。对准单芯光纤尾段22，使得光通量以最小损耗耦合至光纤127，且第二透镜32(带滤波器的透镜)和单芯光纤尾段22通过环氧粘结剂固定起来，而在光路中留下小的空隙。

所有这些部分都固定起来，然后包在金属管内部，金属管填充有机硅树脂。金属管的两端都由保护光纤的端帽密封起来，从而完成将波分复用光耦合器安装到管型封装。

此外，在本实施例的情形下，用于三种波长的波分复用光耦合器也可以通过省略了如图5中的断线所示部分的单芯光纤准直仪的结构而被构成。然而，也就没有了形成有光滤波器142的透镜，因此必须利用光滤波器芯片分别对准耦合器。

在上述例子中，传输通过光纤127的波长可以是除1550nm以外的其他波长。此外，可以通过使用带通滤波器构造各个光滤波器。自然，所使用的波长不局限于上述例子中的4种波长。例如，各波长可以在1260至1360nm，1460至1530nm，1530至1625nm的波长范围内选择。

此外，并不是必须在透镜31的端面上形成光滤波器143，144，145。其中所有的或任意一个都可以形成在三芯光纤尾段121的端面上，即，光纤的端面上。

尽管任何上述关于波分复用光耦合器的实施例中都给出了关于用来分离波长复用光的光信号分离器的功能的说明，通过多路复用3至4种波长的光信号也可以采用具有完全相同的结构的光耦合器作为耦合到一段光纤上的光复用器。在这种情形下，上述说明中的输入光纤成为输出光纤，且各输出光纤成为用于入射光的输入光纤。

此外，上述实施例中的波分复用光耦合器具有输出3至4种波长至不同端口的功能。然而，通过选择光滤波器的特性，类似地可以实现例如用于输出同时具有波长1310nm和1490nm的信号至第一端口和1550nm的信号至第二端口的光耦合器，或者用于即使是输入三种波长的信号时也只把两种波长1310nm和1490nm的信号分别输出至不同端口的光耦合器等等。

此外，本发明的波分复用光耦合器可以不仅集成到OLT，ONU，还可以不同地应用到其他光电(O/E)或电光(E/O)装置中。

Claims (15)

1.一种波分复用光耦合器，包括：

输入光纤，用于从其端面射出多种波长复用的光通量；

第一透镜，具有第一面和第二面，从输入光纤射出的光通量输入至该第一面，并且转换成平行光通量的光通量从该第二面射出；

第一光滤波器组，包括多个光滤波器，预定波长范围的光传输经过该多个光滤波器，且该多个光滤波器分别沿着平行光通量前进的方向对准，以便以关于第一透镜光轴的彼此不同的角度固定在第一透镜第二面的一侧，使得包括在平行光通量中的预定波长范围的光通量分别以预定方向反射；

一系列输出光纤，其端面设置在这样的位置：在这些位置上由第一光滤波器组的各光滤波器处理的平行光通量分别通过输入至第二面并从第一透镜第一面射出而聚焦；

用于传输预定波长范围的第二光滤波器组设置在第一透镜第一面和一系列输出光纤的各端面之间，用于耦合由第一光滤波器组的各光滤波器反射的光通量；

具有第三面和第四面的第二透镜，传输经过第一光滤波器组的所有光滤波器的光通量从该第三面输入，并且光通量从该第四面射出；以及

至少一个另外的光纤，其端面设置在耦合聚焦从第二透镜的第四面射出的光通量的位置上。

2.根据权利要求1所述的波分复用光耦合器，其中，第一透镜是具有对应于第一面的第一端面和对应于第二面的第二端面的梯度指数棒形透镜，且其中输入光纤和一系列输出光纤以这样的方式被保持：即，使得其光轴彼此平行。

3.根据权利要求2所述的波分复用光耦合器，其中，第一光滤波器组中的设置在最靠近第一透镜第二端面的一侧处的光滤波器与第一透镜的第二端面紧密接触。

4.根据权利要求3所述的波分复用光耦合器，其中，与第一透镜的第二端面紧密接触的光滤波器由直接形成在第一透镜端面上的介电多层膜构成。

5.根据权利要求2所述的波分复用光耦合器，其中，属于第二光滤波器组的光滤波器的至少一部分是介电多层膜并直接形成在第一透镜第一端面的一部分上，该第一透镜第一端面位于与属于第一光滤波器组的光滤波器紧密接触的第一透镜端面的相反侧。

6.根据权利要求2所述的波分复用光耦合器，其中，第二光滤波器组的光滤波器的至少一部分是介电多层膜且直接形成在各输出光纤的端面上。

7.根据权利要求2所述的波分复用光耦合器，其中，输入光纤和一系列输出光纤由保持构件保持，该保持构件具有沿其纵向的多个细小的平行通孔。

8.根据权利要求1所述的波分复用光耦合器，其中，第二透镜是具有对应于第三面的第三端面和对应于第四面的第四端面的梯度指数棒形透镜，且第一光滤波器组中的设置在最靠近第二透镜第三端面的一侧处的光滤波器与第二透镜的第三端面紧密接触。

9.根据权利要求8所述的波分复用光耦合器，其中，与第二透镜第三端面紧密接触的光滤波器是介电多层膜并直接形成在第二透镜的第三端面上。

10.根据权利要求8所述的波分复用光耦合器，其中，所述至少一个另外的光纤由保持构件保持，该保持构件具有沿其纵向的细小通孔。

11.一种波分复用光耦合器，包括：

输入光纤，用于从其端面射出多种波长复用的光通量；

具有第一面和第二面的第一透镜，从输入光纤射出的光通量输入该第一面并且转换成平行光通量的光通量从该第二面射出；第一，第二和第三输出光纤，其中两个平行于输入光纤设置，用于复用/分离三种波长；

用于传输具有第一和第二波长的光通量并反射具有第三波长的光通量的第一光滤波器直接形成在相应于第一透镜第二面的第二端面上；

第二光滤波器，用于传输具有第一波长的光通量并反射至少具有第二波长的光通量，使得固定在第一透镜的第二端面上的第二光滤波器的光入射面相对于第一透镜光轴以不同的角度与第一光滤波器紧密接触；

其中，第二输出光纤的端面设置在这样的位置：即，在该位置上由第二光滤波器反射的具有第二波长的光通量由第一透镜通过第一光滤波器聚焦；

第三输出光纤的端面设置在这样的位置：即在该位置上由第一光滤波器反射的具有第三波长的光通量通过第一透镜聚焦；

用于传输具有第三波长的光通量以及反射具有第一和第二波长的光通量的第三光滤波器直接形成在第三输出光纤的端面和与第三输出光纤的端面相对的相应于第一透镜第一面的第一端面中的至少一端面之上；

用于传输具有第二波长的光通量并反射具有第一波长的光通量的第四光滤波器直接形成在第二输出光纤的端面和与第二输出光纤的端面相对的第一透镜的第一端面中的至少一个端面之上；

具有第三面和第四面的第二透镜，其中，第二透镜被设置为第三面邻近第一透镜的第二面，并且其中第二透镜聚焦具有第一波长的光线；

其中，第一输出光纤的端面设置在所述第四面上并处于这样的位置：即，在该位置上传输通过第一和第二光滤波器的具有第一波长的光通量通过第二透镜聚焦。

12.根据权利要求11所述的波分复用光耦合器，其中，位于第一透镜相对一侧的第二透镜的第三端面以关于第二透镜光轴的预定角度设置，且第二光滤波器直接形成在第二透镜的第三端面上。

13.根据权利要求11所述的波分复用光耦合器，其中，三种波长分别选自波长范围1260至1360nm，1480至1500nm以及1550至1560nm。

14.一种波分复用光耦合器，包括：

输入光纤，用于从其端面射出多种波长复用的光通量；

第一、第二、第三和第四输出光纤，用于复用/分离四种波长，其中三个与输入光纤平行设置；

第一透镜，使得其中用于传输具有第一、第二和第三波长的光通量并反射具有第四波长的光通量的第一光滤波器与第一透镜的第二端面紧密接触；

第二透镜，使得其中用于传输具有第一波长的光通量并反射至少具有第二波长的光通量的第二光滤波器与第二透镜的第三端面接触；

设置在具有第一和第二光滤波器的第一和第二透镜的端面之间的光滤波器芯片，光滤波器芯片传输具有第一和第二波长的光通量并反射至少具有第三波长的光通量；

其中，各光滤波器的光入射面分别以关于第一透镜光轴的彼此不同的角度设置；

其中，第四输出光纤的端面设置在这样的位置：即，在该位置上由第一光滤波器反射的具有第四波长的光通量通过第一透镜聚焦；

用于传输具有第四波长的光通量并反射具有第一、第二和第三波长的光通量的第四光滤波器直接形成在第四输出光纤的端面和与第四输出光纤的端面相对的第一透镜的第一端面中的至少一个端面之上；

第二输出光纤设置在这样的位置：即，在该位置上由第二光滤波器反射的具有第二波长的光通量传输经过光滤波器芯片和第一光滤波器并通过第一透镜聚焦；

用于传输具有第二波长的光通量并反射具有第一波长的光通量的第六光滤波器直接形成在第二输出光纤的端面和与第二输出光纤的端面相对的第一透镜的第一端面中的至少一个端面之上；

第三输出光纤设置在这样的位置：即，在该位置上由光滤波器芯片反射的具有第三波长的光通量传输经过第一光滤波器并通过第一透镜聚焦；

用于传输具有第三波长的光通量并反射具有第一和第二波长的光通量的第五光滤波器直接形成在第三输出光纤的端面和与第三输出光纤的端面相对的第一透镜的第一端面中的至少一个端面之上；并且

其中，第一输出光纤的端面设置在这样的位置：即，在该位置上传输经过第一、第二和第三光滤波器的具有第一波长的光通量通过第二透镜聚焦。

15.根据权利要求14所述的波分复用光耦合器，其中，用于带滤波器的第一和第二透镜的光滤波器是介电多层膜且至少其中任意一个直接形成在相应透镜的相应端面上。

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