CN100414333C - 一种单纤三向分波/合波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤通讯领域中用于分波/合波元器件领域，目的在于克服现有技术的缺点，提高一种具有消偏振截止的低偏振相关损耗的单纤三向分波/合波器。结构特点为设有光纤接口、1310nm波段发送器接口、1490nm波段接收器接口和1550nm波段接收器接口；内安装有45度TTR滤光片和45度TRR滤光片，TTR滤光片反射方向正对1550nm波段接收器接口，TRR滤光片反射方向正对1490nm波段接收器接口；在1490nm波段接收器接口内侧安装有0度RTR滤光片，在1550nm波段接收器接口内侧安装有0度RRT滤光片，创造点在于TTR滤光片的镀膜结构为：G(半耦合层 反射层 间隔层 反射层 半耦合层)sA，具有消偏振截至效果。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通讯领域中用于分波/合波元器件领域，更具体的说是一种具有消偏振截止的低偏振相关损耗的单纤三向分波/合波器。
背景技术
光纤到户(FTTH)是最先进的网络通讯技术，将促进国家生产力的巨大发展，是国家信息化程度和竞争力的体现，是发展先进文化的需要，FTTH终将到来。FTTH所基于的无源光网络(PON)技术作为成本最低且功能最全面的接入方法，定位于1.5Mb/s和155Mb/s之间的带宽提供(而ADSL最大带宽是8Mb/s)，在用户端集成传输音频、数据、视频信号，是覆盖″最后一公里″的最终解决方案。
随着用户端视频点播、电子商务、端对端等新型业务的兴起，则必然要求在用户端进行集成的音频、视频、数据传输。单纤三向技术是在无源光网络(PON)的光接入网(OAN)实现音频、视频、数据集成传输的一个主要技术之一，是目前国际上正在开发的光通讯技术热点。重点是一个光接入网单纤的三向分波合波，现有技术中光信号从光线路终端(OLT)传送到光网络终端(ONT)，其中1490nm波段承载数据信号，1550nm承载有线电视信号，1310nm承载上行反馈信号，要求在光网络终端(ONT)内对这三个波段实现分波合波。
通用的技术是用光学薄膜实现无源光网络的波分复用。通过滤光片来实现不同波长的光线的分离，光接入网系统的接收模块要求某些滤光片的光线入射角度是45度。而斜入射会造成S偏振光和P偏振光的特性产生分离，造成自然光从通带位置到截止位置这一段曲线不平滑、不陡峭。特别是对第1片的三分波滤光片，在45°大角度入射时截止位置边缘的1540nm与通带位置边缘的1500nm仅相距40nm，滤光片的光谱特性除了要满足光接入网系统对插损、隔离度等要求外，还要特别要求透过率曲线非常陡，所以制作难度十分高。目前国际上只有几家公司能提供PON滤波器产品，但多存在偏振相关损耗较大和不稳定的问题；经测试分析，主要原因是45度TTR滤光片没有完全解决偏振截止位置分离的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提高一种具有消偏振截止的低偏振相关损耗的单纤三向分波/合波器。
本发明通过以下技术方案实现其发明目的。
本发明公开了一种单纤三向分波/合波器，结构特点为在单纤三向分波/合波器上设有光纤接口、1310nm波段发送器接口、1490nm波段接收器接口和1550nm波段接收器接口；在光纤接口和1310nm波段发送器接口之间安装有45度TTR滤光片和45度TRR滤光片，45度TTR滤光片反射方向正对1550nm波段接收器接口，45度TRR滤光片反射方向正对1490nm波段接收器接口；在1490nm波段接收器接口内侧安装有0度RTR滤光片，在1550nm波段接收器接口内侧安装有0度RRT滤光片，本发明的创造点在于所述45度TTR滤光片的镀膜结构为：G(半耦合层反射层间隔层反射层半耦合层)sA，其中G代表基片，A代表空气，s代表镀膜周期。改良了膜系结构的TTR滤光片是一种能满足透过率曲线非常陡峭、插损低，消除偏振影响的滤光片。克服了在大角度入射下S分量与P分量截止位置不重合的偏振截止分离问题，消除了偏振分离影响，满足了光接入网单纤三向系统的要求。
在具体的镀膜中，本发明所述45度TTR滤光片的具体镀膜结构为：
前层：G I2.65H 1.65L 1.28H 0.39L 0.8H 1.63L 1.55H 1.64L 0.31H L 1.62H0.5L(0.5LH4L0.5L)^31 0.39L 1.57H 0.9L 0.17H 1.86L 1.61H 2.17L 2.36H 2.08L0.44H 1.83LIA，
后层G I0.43L 2.88H 2.05L 3.12H 1.45L 0.74H 0.8L 1.27H 2.03LIA，
其中H代表高折射率材料，L代表低折射率材料，镀膜结构设计的中心波长λ0＝986nm，所述高折射率材料的折射率nh＝2.135，材料为Ta2O5，低折射率材料的折射率nl＝1.456，材料为SiO2。
其他的三片滤光片也采用了不同于现有技术的膜系设计：
所述45度TRR滤光片的具体镀膜结构为：
前层：GI 2H1.5L(2HL)^132H1.4L1.6H0.8L IA，
后层：GI 0.4H1.6L IA，
镀膜结构设计的中心波长λ0＝1130nm，材料与45度TTR滤光片相同。
0度RTR滤光片的具体镀膜结构为：
前层：
GIH4LHLHLH2LHLHL(HLH4LHLHL)^4HLH2LHLHLH4L0.636H0.703H IA
后层：GI H L IA，
镀膜结构设计的中心波长λ0＝1460nm，材料与45度TTR滤光片相同。
0度RRT滤光片(8)的具体镀膜结构为：
前层：GI 0.36H 1.18L 1.16H 1.21L(0.5H L 0.5H)^22L H L 2H IA
后层：GI 2H 2L H 3.5L IA
镀膜结构设计的中心波长λ0＝1358nm，材料与45度TTR滤光片相同。
本发明器件能够很好地在接入网光纤到家这一段实现上行传输1490nm、1550nm波段的光信息，并下行传输1310nm波段光波作为反馈信息，将可广泛应用于光接入网建设中铺开的光线路终端、光网络终端中。
附图说明
图1为无源光网络的系统结构示意图；
图2为单纤三向分波/合波器的结构示意图；
图3为45TTR滤光片的消偏振截止设计曲线；
图4为0度RTR滤光片0度入射光谱设计曲线；
图5为0度RRT滤光片0度入射光谱设计曲线；
图6为45度TRR滤光片45度入射光谱设计曲线；
图7A为45度TTR45度入射下的偏振光透射测量曲线；
图7B为0度RTR0度入射透射测量曲线；
图7C为0度RRT0度入射透射测量曲线；
图7D为45度TRR45度入射透射测量曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发民做进一步的说明。
FTTH所基于的无源光网络(PON)技术作为成本最低且功能最全面的接入方法，定位于1.5Mb/s和155Mb/s之间的带宽提供(而ADSL最大带宽是8Mb/s)，在用户端集成传输音频、数据、视频信号，是覆盖″最后一公里″的最终解决方案。图1是PON的示意图。光纤到户后，PON将对用户提供集成的音频、视频、数据输出，PON要对1550nm、1490nm、1310nm的波段实现分波/合波。其中的一种分波/合波器的示意图如图2所示，在单纤三向分波/合波器上设有光纤接口1、1310nm波段发送器接口2、1490nm波段接收器接口3和1550nm波段接收器接口4；在光纤接口1和1310nm波段发送器接口2之间安装有45度TTR滤光片5和45度TRR滤光片6，45度TTR滤光片5反射方向正对1550nm波段接收器接口4，45度TRR滤光片6反射方向正对1490nm波段接收器接口3；在1490nm波段接收器接口3内侧安装有0度RTR滤光片7，在1550nm波段接收器接口4内侧安装有0度RRT滤光片8。
下表是各款滤光片的光谱特性要求：
| 滤光片型号 | 光谱特性 |
| 45度TTR | 45度入射，1490±10nm/1310±50nm，高透；1550±10nm，高反； |
| 0度RTR | 0度入射，1490±10nm，高透；1310±50nm/1550±10nm，高反； |
| 0度RRT | 0度入射，1550±10nm，高透；1490±10nm/1310±50nm，高反； |
| 45度TRR | 45度入射，1310±50nm，高透；1490±10nm/1550±10nm，高反； |
以下结合图1和图2说明光信号的传送过程。
如图1所示1490nm波段承载数据信号，1550nm波段承载有线电视信号，1310nm波段承载上行反馈信号，光信号从光线路终端(OLT)传送到光网络终端(ONT)，要求在光网络终端(ONT)通过波分复用器对这三个波段实现分波合波，由光分配网络(ODN)传送到光网络终端(ONT)再通过波分复用器对这三个波段实现分波合波，其中波分复用器的核心就是本发明所述的单纤三向分波/合波器。如图2所示，以光网络终端(ONT)的波分复用器为例，1490nm波段和1550nm波段的光信号由光纤从光纤接口1引入，光信号在45度TTR滤光片5上1550nm波段被反射，由安装在1550nm波段接收器接口4上的接收器接收。1490nm波段的信号透过45度TTR滤光片5继续传播，由45度TRR滤光片6反射进入安装在1490nm波段接收器接口3上的接收器接收。1310nm波段由安装在1310nm波段发送器接口2上的发送器发送，依次透过45度TRR滤光片6和45度TTR滤光片5进入光纤。在1490nm波段接收器接口3内侧安装0度RTR滤光片7和在1550nm波段接收器接口4内侧安装0度RRT滤光片8能够进一步过滤干扰信号，提高信噪比。
在现有技术中，当光线斜入射时，由于光学薄膜膜系的p偏振态等效折射率ηp与s偏振态的等效折射率ηs不同，光学干涉薄膜滤光片便产生偏振效应。在很多种情况下，特别是在一些光通信波分复用系统和液晶投影显示系统里，这种偏振效应是必须消除和减少的。如图2中的45度TTR滤光片5，由于入射角度很大，P光和S光在通带向截止过渡的波段(1500-1540nm)发生很大的分离，造成S光和P光所合成的自然光在1500-1540nm波段的透射曲线不平滑、不陡峭。
为克服以上缺点，本发明对45度TTR滤光片5采用全新的镀膜层结构。其具体结构如下：
前层：G I2.65H 1.65L 1.28H 0.39L 0.8H 1.63L 1.55H 1.64L 0.31H L 1.62H0.5L(0.5LH4L0.5L)^310.39L 1.57H 0.9L 0.17H 1.86L 1.61H 2.17L 2.36H 2.08L0.44H 1.83LIA，
后层G I0.43L 2.88H 2.05L 3.12H 1.45L 0.74H 0.8L 1.27H 2.03LIA，
其中H代表高折射率材料，采用Ta2O5，折射率nh＝2.135；L代表低折射率材料，采用SiO2，折射率nl＝1.456，镀膜结构设计的中心波长λ0＝986nm。图3为45TTR滤光片5的消偏振截止设计曲线，图7A为在莱宝机器上进行镀制，将制备后的滤光片曲线用分光光度计进行测试，对比两幅图可以看出测试曲线十分接近理论曲线，并且在1500-1540nm波段的透射曲线平滑、陡峭。
本发明还进一步改良
0度RTR滤光片7的具体镀膜结构为：
前层：
GIH4LHLHLH2LHLHL(HLH4LHLHL)^4HLH2LHLHLH4L0.636H0.703H IA
后层：GI H L IA，
材料与45度TTR滤光片5相同，镀膜结构设计的中心波长λ0＝1460nm。
0度RRT滤光片8的具体镀膜结构为：
前层：GI 0.36H 1.18L 1.16H 1.21L(0.5H L 0.5H)^22L H L 2H IA
后层：GI 2H 2L H 3.5L IA
材料与45度TTR滤光片5相同，镀膜结构设计的中心波长λ0＝1358nm。
45度TRR滤光片6的镀膜结构为：
前层：GI 2H1.5L(2HL)^132H1.4L1.6H0.8L IA，
后层：GI 0.4H1.6L IA，
材料与45度TTR滤光片5相同，镀膜结构设计的中心波长λ0＝1130nm。
此三片滤光片的理论设计曲线分别如图4、5、6所示，在莱宝机器上进行镀制之后分光光度计进行测试的曲线如图7B、7C、7D所示，可以看出镀膜的效果十分接近理论值。
本发明进一步对分波/合波器进行测试，4个分波/合波器样品的隔离度、偏振相关损耗测试结果如下表。
经过测试，可以看出本发明研制的分波/合波器偏振相关损耗小于0.15dB。分波/合波器也具有高的信道隔离度、高的响应度。
Claims (6)
1. 一种单纤三向分波/波器，在单纤三向分波/合波器上设有光纤接口(1)、1310nm波段发送器接口(2)、1490nm波段接收器接口(3)和1550nm波段接收器接口(4)；在光纤接口(1)和1310nm波段发送器接口(2)之间安装有45度TTR滤光片(5)和45度TRR滤光片(6)，45度TTR滤光片(5)反射方向正对1550nm波段接收器接口(4)，45度TRR滤光片(6)反射方向正对1490nm波段接收器接口(3)；在1490nm波段接收器接口(3)内侧安装有0度RTR滤光片(7)，在1550nm波段接收器接口(4)内侧安装有0度RRT滤光片(8)，其特征是所述45度TTR滤光片(5)的镀膜结构为：
G(半耦合层反射层间隔层反射层半耦合层)sA，
其中G代表基片，A代表空气，s代表镀膜周期；
所述45度TTR滤光片(5)的具体镀膜结构为：
前层：G |2.65H 1.65L 1.28H 0.39L 0.8H 1.63L 1.55H 1.64L 0.31H L 1.62H0.5L(0.5LH4L0.5L)＾310.39L 1.57H 0.9L 0.17H 1.86L 1.61H 2.17L 2.36H 2.08L0.44H 1.83L|A，
后层G |0.43L 2.88H 2.05L 3.12H 1.45L 0.74H 0.8L 1.27H 2.03L|A，
其中H代表高折射率材料，L代表低折射率材料，镀膜结构设计的中心波长λ0＝986nm。
2. 根据权利要求1所述的单纤三向分波/合波器，其特征是所述高折射率材料的折射率nh＝2.135，低折射率材料的折射率nl＝1.456。
3. 根据权利要求2所述的单纤三向分波/合波器，其特征是所述高折射率材料为Ta2O5，低折射材料为SiO2。
4. 根据权利要求2或3所述的单纤三向分波/合波器，其特征是所述45度TRR滤光片(6)的具体镀膜结构为：
前层：G|2H1.5L(2HL)＾132H1.4L1.6H0.8L |A，
后层：G|0.4H1.6L|A，
其中H代表高折射率材料，L代表低折射率材料，镀膜结构设计的中心波长λ0＝1130nm。
5. 根据权利要求2或3所述的单纤三向分波/合波器，其特征是所述0度RTR滤光片(7)的具体镀膜结构为：
前层：
G|H4LHLHLH2LHLHL(HLH4LHLHL)＾4HLH2LHLHLH4L0.636H0.703H|A
后层：G|HL|A，
其中H代表高折射率材料，L代表低折射率材料，镀膜结构设计的中心波长λ0＝1460nm。
6. 根据权利要求2或3所述的单纤三向分波/合波器，其特征是所述0度RRT滤光片(8)的具体镀膜结构为：
前层：G|0.36H 1.18L 1.16H 1.21L(0.5H L 0.5H)＾22L H L 2H|A
后层：G|2H 2L H 3.5L|A
其中H代表高折射率材料，L代表低折射率材料，镀膜结构设计的中心波长λ0＝1358nm。
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