CN101080660B - 集成的光学复用器和分用器 - Google Patents

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Abstract

本发明给出光学复用器和分用器。在一个实施例中，是给出一种设备。该设备包括第一激光二极管对、第二激光二极管对、耦合在第一和第二激光二极管对之间的偏振旋转器、和输出端口。第一和第二激光二极管对包括：第一激光二极管，偏振光束分束器，第一四分之一波片，滤波器；第二四分之一波片，和第二激光二极管。第一和第二激光二极管对耦合到偏振旋转器每一激光二极管对的偏振光束分束器上。在一个实施例中，该设备能在操作上，使从第一和第二激光二极管发射的不同光信号复用。在另一个实施例中，给出的该设备能在操作上，使有多个不同频道的输入光束分用。

Description

集成的光学复用器和分用器
交叉参考相关申请
本申请要求2994年2月5日提交的美国临时申请序号No.60/542,323(U.S.Provisional Application Serial No.60/542,323)的优先权。
技术领域
本发明涉及光学复用器和分用器。
背景技术
光学复用器可以用于把多个光信号组合，以便基本上同时通过例如单根光纤发送。例如，一种复用器是波分复用器，它把许多各有不同波长的光信号，组合成单一的光信号。相反，光学分用器可以用于把复用的信号分开为许多个别的光信号，例如有不同波长的光信号。
常规的封装可以用于复用器或分用器装置。例如，TO-18封装可以结合复用器使用，而TO-46封装可以用于分用器。一般地说，复用器中的激光二极管，或分用器中的光电检测器，占据封装中相当大的空间。结果是，要求把一些或所有其他使信号复用或使信号分用的光学部件，置于封装的外部。
发明内容
本发明给出光学复用器和分用器。一般而言，在一个方面，本说明书给出一种设备。该设备包括第一激光二极管对、第二激光二极管对、耦合在第一和第二激光二极管对之间的偏振旋转器、和输出端口。该第一和第二激光二极管对包括：第一激光二极管，偏振光束分束器，第一四分之一波片，滤波器；第二四分之一波片，和第二激光二极管。该第一和第二激光二极管对及偏振旋转器，耦合在每一激光二极管对的偏振光束分束器上。
效果良好的实施例，可以包括一个或多个如下特性。该设备能在操作上，使从第一和第二激光二极管发射的不同光信号复用。该第一和第二激光二极管对，还可以包括与每一激光二极管耦合，能在操作上使光准直的透镜。该第一和第二激光二极管对，还可以包括用于接收输入的一个或多个电子引脚。该设备可以包含在单个封装内。
一般说，在一个方面，本说明书提供一种设备。该设备包括第一输入模块，该第一输入模块又包括：激光二极管、偏振光束分束器、四分之一波片、滤波器、和四分之三波片。该设备还包括：与第一输入模块的偏振光束分束器串联耦合的末级输入模块、和输出端口。
效果良好的实施例可以包括一个或多个如下特性。该末级输入模块可以包括激光二极管和反射器。该设备还可以包括第二输入模块，串联耦合在第一输入模块的偏振光束分束器及末级输入模块的反射器之间。该第二输入模块可以包括：第二激光二极管、第二偏振光束分束器、第二四分之一波片、第二滤波器、和第二四分之三波片。该设备还可以包括第三输入模块，串联耦合在第二输入模块的偏振光束分束器及末级输入模块的反射器之间。该第三输入模块可以包括：第三激光二极管、第三偏振光束分束器、第三四分之一波片、第三滤波器、和第三四分之三波片。该设备还可以包括一个或多个附加的输入模块，串联耦合在第三输入模块及末级输入模块之间。该设备能在操作上，使从多个激光二极管发射的不同光信号复用，且该设备能包含在单个封装内。
一般说，在一个方面，本说明书提供一种设备。该设备包括：输入模块、第一光电检测器对、和与第一光电检测器对耦合的第二光电检测器对。该第一和第二光电检测器对包括：第一光电检测器、第一滤波器、第一四分之一波片、偏振光束分束器、第二四分之一波片、第二滤波器、和第二光电检测器。该第一和第二光电检测器对，通过每一光电检测器对的偏振光束分束器耦合。
效果良好的实施例可以包括一个或多个如下特性。该设备能在操作上，使有多个不同频道的输入光束分用。该输入模块包括：输入端口、偏振光束移位器(displacer)、和偏振旋转器。该设备还可以包括与每一光电检测器耦合的会聚透镜。该设备还可以包括一个或多个附加的光电检测器对，放在每一附加光电检测器对的偏振光束分束器上，在光学上与第一和第二光电检测器对串联耦合。该设备能包含在单个封装内。
一般来说，在一个方面，本说明书提供一种设备。该设备包括：输入模块、第一光电检测器模块、和末级光电检测器模块。该第一光电检测器模块包括：光电检测器、滤波器、第一四分之一波片、偏振光束分束器、第二四分之一波片、和反射镜。该末级光电检测器模块，光学上与第一光电检测器模块的偏振光束分束器串联耦合。
效果良好的实施例可以包括一个或多个如下特性。该设备能在操作上，使有多个不同频道的输入光束分用。该末级光电检测器模块可以包括：反射器、滤波器、和光电检测器器。该反射器可以是直角棱镜。该设备还可以包括第二光电检测器模块，串联耦合在第一光电检测器模块及末级光电检测器模块之间。该第二光电检测器模块可以包括：光电检测器、滤波器、第一四分之一波片、偏振光束分束器、第二四分之一波片、和反射镜。该第二光电检测器模块的偏振光束分束器，可以在光学上与第一光电检测器模块的偏振光束分束器耦合。该设备还可以包括第三光电检测器模块，串联耦合在第二光电检测器模块及末级光电检测器模块之间。该第三光电检测器模块可以包括：光电检测器、滤波器、第一四分之一波片、偏振光束分束器、第二四分之一波片、和反射镜。该第三光电检测器模块的偏振光束分束器，光学上串联耦合在第二光电检测器模块及末级光电检测器模块的反射器之间。该输入模块可以包括：输入端口、偏振光束移位器、和偏振旋转器。该设备能包含在单个封装内。
本发明的实施，能够实现一个或多个如下优点。一种把许多激光二极管与其他复用器光学部件，集成在单个封装内的复用器。同样，一种把许多光电检测器与其他分用器光学部件，集成在单个封装内的分用器。该复用器或分用器能够在大小上小型化并有低的插入损耗。借助小型化的大小，能够更容易实现对准，而该复用器或分用器的封装，能够装入其他应用的封装中，诸如Xenpak或X2封装中。此外，该复用器或分用器的输入或输出电引脚，能够放在同一平面，增加把复用器或分用器连到印刷电路板的简易性。复用器或分用器还能在复用器或分用器封装的同一侧，提供输入或输出的电引脚。
在标准的TO-18激光二极管封装基础上，复用器可以有小型化的大小。该小型化的大小能够使激光二极管与输出端口之间的距离成为最小。另外，复用器或分用器的输出，能够放在这样的位置，使复用器易于安装在客户的系统上。同样，在标准的TO-46光电检测器封装基础上，分用器可以有小型化的大小。该小型化的大小能够使光电检测器与输入端口之间的距离成为最小，可以得到改进的对准。
在下面的附图及说明中，进一步阐明本发明的一个或多个实施例。本发明的其他特性和优点，从该说明、附图、和权利要求书中将变得显而易见。
附图说明
图1画出单个封装内的一种集成的光学复用器。
图2A-2D画出光束通过图1集成光学复用器的路径。
图3画出单个封装内的一种集成的光学复用器。
图4A-4D画出光束通过图3集成光学复用器的路径。
图5画出单个封装内的一种集成的光学分用器。
图6画出单个封装内的一种集成的光学分用器。
在各个图中，相同的参考数字和符号表示相同的单元。
具体实施方式
本文给出单个封装内的集成光学复用器或分用器。图1画出一种集成的光学复用器的一个实施例。在一个实施例中，复用器100是四频道复用器，它包括四个激光二极管101、102、103、和104，以及输出端口105。在一个实施例中，激光二极管的封装，可以是标准的TO-18封装。在另一个实施例中，各激光二极管101-104包括一个或多个电引脚(如：电引脚120)，用于接收电输入信号。在一个实施例中，各激光二极管301-304在同一平面中。在一个实施例中，包括激光二极管的复用器封装尺寸，基本上是15mm×16mm。复用器100还包括第一激光二极管对115、第二激光二极管对116、和偏振旋转器110。偏振旋转器110位于第一和第二激光二极管对115和116之间。第一激光二极管对115包括激光二极管101和102、偏振光束分束器106、第一四分之一波片107、滤波器108、和第二四分之一波片109。第二激光二极管对116包括激光二极管103、偏振光束分束器111、第一四分之一波片112、滤波器113、第二四分之一波片114、和激光二极管104。
偏振光束分束器106，在光学上耦合到激光二极管101、第一四分之一波片107、输出端口105、和经过偏振旋转器110到第二激光二极管对116。滤波器108光学上耦合在第一和第二四分之一波片107和109之间。第二四分之一波片109还在光学上与激光二极管102耦合。在一个替代的实施例中，偏振光束分束器106、第一四分之一波片107、滤波器108、和第二四分之一波片109的放置可以颠倒。
偏振光束分束器111在光学上耦合到激光二极管103、第一四分之一波片112、和偏振旋转器110。偏振旋转器110在操作上使光的偏振旋转90度。在一个实施例中，偏振旋转器110是半波片。偏振旋转器110在光学上耦合到第一激光二极管对115的偏振光束分束器106和第二激光二极管对116的偏振光束分束器111。滤波器113光学上耦合在第一和第二四分之一波片112和114之间。第二四分之一波片114也在光学上与激光二极管104耦合。如同第一激光二极管对115，偏振光束分束器111、第一四分之一波片1112、滤波器113、和第二四分之一波片114的放置可以颠倒。
复用器100的操作
在一个实施例中，复用器100使四种波长λ1、λ2、λ3、和λ4的光信号复用。图2A-2D画出光从各输入激光二极管101-104到复用器100的输出端口105的路径。图2A画出第一波长λ1的光束210通过复用器100的路径。光束210是激光二极管101以水平偏振发射的(即作为o光束)。光束210通过偏振光束分束器106，到达四分之一波片107。四分之一波片107使光束210的偏振，从水平线偏振旋转大致45度，变为圆偏振光。然后，光束210入射第一滤波器108。第一滤波器108的构造，能使波长λ2的光束通过，同时反射波长λ1的光束。在一个实施例中，该滤波器的构造是反射除λ1以外其他波长的光束。因此，第一滤波器108把波长λ1的光束210反射回去，通过四分之一波片107。四分之一波片107再次使光束210的偏振旋转大致45度，从圆偏振变为垂直线偏振(即e光束)。然后，偏振光束分束器106把该垂直偏振光束210向输出端口105反射。
图2B画出第二波长λ2的光束215通过复用器100的路径。光束215是激光二极管102以水平偏振发射的。光束215通过四分之一波片109。四分之一波片109使光束215的偏振旋转，从水平线线偏振变为圆偏振。然后，光束215通过第一滤波器108。如上所述，第一滤波器108的构造，使波长λ2的光束通过，同时反射一种或多种其他波长。光束215在通过第一滤波器108之后，通过四分之一波片107。四分之一波片107使光束215的偏振旋转，从圆偏振变为垂直线偏振。然后，该垂直偏振光束215被偏振光束分束器106向输出端口105反射。
图2C画出第三波长λ3的光束220通过复用器100的路径。光束220是激光二极管103以水平偏振发射的。光束220通过偏振光束分束器111，到达四分之一波片112。四分之一波片112使光束220的偏振旋转，从水平线线偏振变为圆偏振。然后，光束220入射第二滤波器113。第二滤波器113的构造，能使波长λ4的光束通过该滤波器，同时反射一种或多种，包括λ3的其他波长的光束。因此，第二滤波器113把波长λ3的光束220反射回去，通过四分之一波片112。四分之一波片112再次使光束220的偏振旋转，从圆偏振变为垂直线偏振。光束220被偏振光束分束器111反射，通过偏振旋转器110。然后，偏振旋转器110使光束220的偏振旋转大致90°。然后，水平偏振的光束220通过偏振光束分束器106，到达输出端口105。
图2D画出波长λ4的第四光束225通过复用器100的路径。光束225是激光二极管104以水平偏振发射的。光束225通过四分之一波片114。四分之一波片114使光束225的偏振旋转，从水平线线偏振变为圆偏振。然后，光束225通过第二滤波器113。如上所述，第二滤波器113的构造，可使波长λ4的光束通过，同时反射一种或多种其他波长的光束。然后，光束225通过四分之一波片112。四分之一波片112使光束225的偏振旋转，从圆偏振变为垂直线偏振。然后，光束225被偏振光束分束器111向偏振旋转器110反射。偏振旋转器110使光束225的偏振旋转大致90度。然后，水平偏振的光束225通过偏振光束分束器106，到达输出端口105。光束210、215、220、和225在输出端口105组合，形成复用的光束。
在一个实施例中，复用器100包括使激光二极管101-104发射的光束准直的球透镜(未画出)。在另一个实施例中，输出端口105通过一个或多个准直器输出复用的光束。
复用器300
图3画出单个封装内集成光学复用器的另一个实施例。复用器300包括激光二极管301、302、303、和304，以及固定在单个封装内的输出端口305。在一个实施例中，激光二极管的封装，可以是标准的TO-18封装。在另一个实施例中，各激光二极管301-304包括一个或多个电引脚(如：电引脚345)，用于接收电输入信号。在一个实施例中，各激光二极管301-304在同一平面中。
在一个实施例中，复用器300包括四个输入模块325、330、335、和340。各输入模块325-340在光学上与输出端口305耦合。第一输入模块325包括：第一激光二极管301、第一偏振光束分束器306、第一四分之一波片307、第一滤波器308、和第一四分之三波片309。第二输入模块330包括：第二激光二极管302、第二偏振光束分束器310、第二四分之一波片311、第二滤波器312、和第二四分之三波片313。第三输入模块335包括：第三激光二极管303、第三偏振光束分束器314、第三四分之一波片315、第三滤波器316、和第三四分之三波片317。末级输入模块350包括：第四激光二极管304和反射器318。在一个实施例中，反射器318是直角棱镜。
第一激光二极管301在光学上与第一偏振光束分束器306耦合。第一偏振光束分束器306在光学上与输出端口305及第一四分之一波片307耦合。第一四分之一波片307在光学上与第一滤波器308耦合。第一滤波器308在光学上与第一四分之三波片309耦合。第一四分之三波片309在光学上与第二输入模块330耦合。
第二激光二极管302在光学上与第二偏振光束分束器310耦合。第二偏振光束分束器310在光学上与第一输入模块325及第二四分之一波片311耦合。第二四分之一波片311在光学上与第二滤波器312耦合。第二滤波器312在光学上与第二四分之三波片313耦合。第二四分之三波片313在光学上与第三输入模块335耦合。
第三激光二极管313在光学上与第三偏振光束分束器314耦合。第三偏振光束分束器314在光学上与第二输入模块330及第三四分之一波片315耦合。第三四分之一波片315在光学上与第三滤波器316耦合。第三滤波器316在光学上与第三四分之三波片317耦合。第三四分之三波片317在光学上与末级输入模块340耦合。第四激光二极管304在光学上与反射器318耦合。反射器318在光学上与第三输入模块335耦合。
复用器300的操作
图4A-4D画出光通过集成的光学复用器300的路径。在一个实施例中，复用器300使波长为λ1、λ2、λ3、和λ4的四束光束复用。图4A画出波长λ1的光束410通过复用器300的路径。光束410是激光二极管301以垂直偏振发射的(即作为e光束)。光束410被偏振光束分束器306反射，到达四分之一波片307。四分之一波片307使光束410的偏振旋转，从垂直线偏振变为圆偏振。然后，光束410入射第一滤波器308。第一滤波器308的构造，要能反射波长λ1的光束，同时让其他波长(如：所有其他波长或选定的波长)的光束通过。因此，第一滤波器308把光束410反射回去，通过四分之一波片307。四分之一波片307使光束410的偏振旋转，从圆偏振变为水平线偏振(即o光束)。然后，水平偏振的光束410通过偏振光束分束器306，到达输出端口305。
图4B画出波长λ2的光束415通过复用器300的路径。光束415是激光二极管302以垂直偏振发射的。光束415被偏振光束分束器310反射，到达四分之一波片311。四分之一波片311使光束415的偏振旋转，从垂直线线偏振变为圆偏振(例如使偏振旋转大致45度)。然后，光束415入射第二滤波器312。第二滤波器312的构造，能使波长λ2的光束反射，同时让其他波长(如：所有其他波长或选定的波长)的光束通过。因此，第二滤波器312把波长λ2的光束415反射回去，通过四分之一波片311。四分之一波片311再次使光束415的偏振旋转大致45度，从圆偏振变为水平线偏振。光束415通过偏振光束分束器310，到达四分之三波片309。四分之三波片309使光束415的偏振旋转大致135度，从水平线偏振变为圆偏振。然后，光束415通过第一滤波器308并到达四分之一波片307。如上面的讨论，第一滤波器308能使λ1以外的波长通过。四分之一波片307使光束415的偏振再旋转45度，从圆偏振变为水平线偏振。然后，水平偏振的光束415通过偏振光束分束器306，到达输出端口305。
图4C画出波长λ3的第三光束420通过复用器300的路径。光束420是激光二极管303以垂直偏振发射的。然后，光束420被偏振光束分束器314反射，到达四分之一波片315。四分之一波片315使光束420的偏振旋转大致45度，从垂直线线偏振变为圆偏振。然后，光束420入射第三滤波器316。第三滤波器316的构造，能使波长λ3的光束反射，同时让一种或多种其他波长的光束通过该滤波器。因此，第三滤波器316把波长λ3的光束420反射回去，通过四分之一波片315。四分之一波片315再次使光束420的偏振旋转，从圆偏振变为水平线偏振。然后，光束420通过偏振光束分束器314，到达四分之三波片313。四分之三波片313使光束420的偏振旋转大致135度，从水平线偏振变为圆偏振。然后，光束420通过第二滤波器312并到达四分之一波片311。四分之一波片311使光束420的偏振再旋转大致45度，从圆偏振变为水平线偏振。然后，水平偏振的光束420通过偏振光束分束器310，到达四分之三波片309。四分之三波片309使光束420的偏振旋转大致135度，从水平线偏振变为圆偏振。然后，光束420通过第一滤波器308并到达四分之一波片307。四分之一波片307使光束420的偏振旋转，从圆偏振变为水平线偏振。然后，水平线偏振的光束420通过偏振光束分束器306，到达输出端口305。
图4D画出波长λ4的第四光束425通过复用器300的路径。光束425是激光二极管304以水平偏振向反射器318发射的。光束425被反射器318向四分之三波片317反射。在一个实施例中，反射器以大致90度角反射光束。在一个另外的实施例中，反射器318可以取消，而激光二极管304在光学上与四分之三波片317对准。
四分之三波片317使光束425的偏振旋转大致135度，从水平线偏振变为圆偏振。然后，光束425通过第三滤波器316，到达四分之一波片315。四分之一波片315使光束425的偏振再旋转大致45度，从圆偏振变为水平线偏振。光束425通过偏振光束分束器314，到达四分之三波片313。四分之三波片313使光束425的偏振旋转，从水平线偏振变为圆偏振。然后，光束425通过第二滤波器312并到达四分之一波片311。四分之一波片311使光束425的偏振再旋转45度，从圆偏振变为水平线偏振。光束425具有水平线偏振并通过偏振光束分束器310，到达四分之三波片309。四分之三波片309使光束425的偏振旋转，从水平线偏振变为圆偏振。然后，光束425通过第一滤波器308并到达四分之一波片307。四分之一波片307使光束425的偏振旋转，从圆偏振变为水平线偏振。水平线偏振的光束425通过偏振光束分束器306，到达输出端口305。
虽然复用器100和300各作为四频道的复用器画出，但在替代的实施例中，可以复用任何数量的频道。例如，在输出端口(如：输出端口305)和有反射器的末级输入模块(如：末级模块340)之间，可以级联另外的输入模块(如：输入模块325)组，以容纳另外频道的复用。同样，在复用器100中，可以添加多组激光二极管对(如：激光二极管对115)，各组之间以偏振旋转器在光学上耦合。另外，可以复用较少的频道。例如，复用器在封装中可以有较少的输入模块或激光二极管对。或者，可以启动少于全部激光二极管的激光二极管，提供有较少频道的复用信号。
分用器500
图5画出集成的光学分用器500的一个实施例。分用器500包括：输入模块530、第一光电检测器对535、和第二光电检测器对540。在一个实施例中，第一和第二光电检测器对530和535放在同一封装内。在一个实施例中，该封装的尺寸基本上是15mm×16mm。输入模块530包括：输入端口505、准直透镜506、偏振光束移位器507(如：双折射晶体)、和偏振旋转器508(如：半波片)。第一光电检测器对535包括：第一光电检测器501、第一会聚透镜512、第一滤波器511、第一四分之一波片510、第一偏振光束分束器509、第二四分之一波片513、第二滤波器514、第二会聚透镜515、和第二光电检测器502。第二光电检测器对540包括：第三光电检测器503、第三会聚透镜519、第三滤波器518、第三四分之一波片517、第二偏振光束分束器516、第四滤波器520、第四会聚透镜521、和第四光电检测器504。在一个实施例中，各光电检测器501-504包括一个或多个电引脚输出(如：电引脚560)。在另一个实施例中，各光电检测器的电输出，可以位于分用器封装的同一平面上。
输入模块530的输入端口505，在光学上与准直透镜506耦合。准直透镜506在光学上与偏振光束移位器507耦合。偏振旋转器光学上耦合在偏振光束移位器507的一部分与第一光电检测器对535之间。
第一光电检测器512在光学上与第一会聚透镜512耦合。第一滤波器511在光学上耦合在第一会聚透镜512与第一四分之一波片510之间。第一偏振光束分束器509在光学上耦合在第一四分之一波片510与第二四分之一波片513之间。该第一偏振光束分束器还在光学上耦合到输入模块530及第二光电检测器对540。第二滤波器514在光学上与第二四分之一波片513及第二会聚透镜515耦合。第二光电检测器502在光学上与第二会聚透镜515耦合。
第三光电检测器503在光学上与第三会聚透镜519耦合。第三滤波器518在光学上耦合在第三会聚透镜519及第三四分之一波片517之间。第二偏振光束分束器516在光学上耦合在第三四分之一波片517和第四滤波器520之间。第二偏振光束分束器516还与第一光电检测器对535耦合。第四会聚透镜521在光学上耦合在第四滤波器520和第四光电检测器504之间。
分用器500的操作
在一个实施例中，分用器500使包括波长λ1、λ2、λ3、和λ4四个频道的光束545分用。光束545通过输入端口505进入分用器500。在输入端口505中，光束545被准直透镜506准直。然后，偏振光束移位器507把光束545分为垂直偏振(如：e光束)的第一光束550，和水平偏振(如：o光束)的第二光束555。然后，第二光束555通过偏振旋转器508。偏振旋转器508使第二光束555的偏振，从水平偏振改变为垂直偏振。第一光束550不通过偏振旋转器508。在一个实施例中，该两光束550及555基本上平行地从输入模块530出射。
垂直偏振并包括波长λ1-λ4的第一和第二光束550及555，进入第一光电检测器对535，然后被第一偏振光束分束器509反射。然后，第一和第二光束550及555通过第一四分之一波片510。第一四分之一波片510使第一和第二光束550及555的偏振旋转大致45度，从垂直线偏振变为圆偏振。然后，第一和第二光束550及555入射第一滤波器511。
第一滤波器511的构造，能使波长λ1的光信号通过，但反射其他波长的光信号。因此，第一和第二光束550及555中波长λ1的分量，通过第一滤波器511并到达第一会聚透镜512。第一会聚透镜512把第一和第二光束550及555中波长λ1的分量，会聚在第一光电检测器501上的有效区。
第一和第二光束550及555中包含波长λ2-λ4的各分量，被第一滤波器511反射回去，通过第一四分之一波片510。第一四分之一波片510使第一和第二光束550及555的偏振又旋转大致45度，从圆偏振变为水平线偏振。水平线偏振的第一和第二光束550及555，通过第一偏振光束分束器509，到达第二四分之一波片513。第二四分之一波片513使第一和第二光束550及555的偏振旋转，从水平线偏振变为圆偏振。然后，第一和第二光束550及555入射第二滤波器513。第二滤波器513的构造，能使波长λ2的光信号通过该滤波器，同时反射其他波长的光信号。因此，第一和第二光束550及555中波长λ2的分量通过滤波器513，并到达第二会聚透镜515。然后，第二会聚透镜515把第一和第二光束550及555中波长λ2的分量，会聚在第二光电检测器502上的有效区。
第一和第二光束550及555中包含波长λ3和λ4的分量，被第二滤波器514反射回去，通过第二四分之一波片513。第二四分之一波片513使第一和第二光束550及555的偏振旋转，从圆偏振变为垂直线偏振。然后，垂直线偏振的第一和第二光束550及555，被第一偏振光束分束器509反射，到达第二光电检测器对540的第二偏振光束分束器516。第一和第二光束550及555被第二偏振光束分束器516反射，通过第三四分之一波片517。第三四分之一波片517使第一和第二光束550及555的偏振旋转大致45度，从垂直线偏振变为圆偏振。然后，第一和第二光束550及555入射第三滤波器518。第三滤波器518的构造，能使波长λ3的光信号通过该滤波器，同时反射其他波长的光信号。因此，第一和第二光束550及555中波长λ3的分量通过第三滤波器518，并到达第三会聚透镜519。然后，第三会聚透镜519把第一和第二光束550及555中波长λ3的分量，会聚在第三光电检测器503上的有效区。
第一和第二光束550及555中包含波长λ4的分量，被第三滤波器518反射回去，通过第三四分之一波片517。第三四分之一波片517使第一和第二光束550及555的偏振又旋转大致45度，从圆偏振变为水平线偏振。然后，波长λ4的第一和第二光束550及555，通过第二偏振光束分束器516，并入射第四滤波器520。第四滤波器520的构造，能使波长λ4的光信号通过，同时反射其他波长的光信号。因此，波长λ4的第一和第二光束550及555，通过第四滤波器520，并到达第四会聚透镜521。然后，会聚透镜521把第一和第二光束550及555中波长λ4的分量，会聚在第四光电检测器504上的有效区。
分用器能够用透镜(未画出)在输入端口中把光准直和会聚，并送至一个或多个光电检测器，得到低的插入损耗。在另一个实施例中，光电检测器能够例如通过焊接，与印刷电路板相连。接收的光信号能够转换为电信号，并通过电引脚从光电检测器输出。输出的电信号可以发送到印刷电路板或其他电子装置。
分用器600
图6画出集成的光学分用器的另一个实施例。分用器600包含：输入模块630；三个光电检测器模块635、640、和645；和末级光电检测器模块650。在一个实施例中，三个光电检测器模块635、640、和645，以及末级光电检测器模块650都置于单个封装内。在另一个实施例中，包括四个光电检测器模块635-650的一个封装的尺寸，基本上是27mm×9mm。
输入模块630包含：输入端口605、准直透镜606、偏振光束移位器607(如：双折射晶体)、和偏振旋转器608(如：半波片)。第一光电检测器模块635包括：第一光电检测器601、第一会聚透镜612、第一滤波器611、第一四分之一波片610、第一偏振光束分束器609、第二四分之一波片613、和反射器，例如第一反射镜614。
同样，第二光电检测器模块640包含：第二光电检测器602、第二会聚透镜618、第二滤波器617、第三四分之一波片616、第二偏振光束分束器615、第四个四分之一波片619、和第二反射镜620。第三光电检测器模块645包括：第三光电检测器603、第三会聚透镜624、第三滤波器623、第五个四分之一波片622、第三偏振光束分束器621、第六个四分之一波片625、和第三反射镜626。末级光电检测器模块650包括：第四光电检测器604、第四会聚透镜629、第四滤波器628、和反射器627。在一个实施例中，反射器可以是直角棱镜。在一个实施例中，各光电检测器601-604包括一个或多个电引脚输出(如：电引脚660)。在另一个实施例中，各光电检测器的电输出可以位于分用器600封装的同一平面内并在同一侧。
输入模块630的输入端口605，在光学上与准直透镜606耦合。准直透镜606在光学上与偏振光束移位器607耦合。偏振旋转器608在光学上耦合在偏振光束移位器607的一部分和第一光电检测器对635之间。
第一光电检测器601在光学上与第一会聚透镜612耦合。第一滤波器611在光学上耦合在第一会聚透镜612和第一四分之一波片610之间。第一偏振光束分束器609在光学上耦合在第一四分之一波片610和第二四分之一波片613之间。第一偏振光束分束器609还在光学上与输入模块630及第二光电检测器模块640耦合。第一反射镜614在光学上与第二四分之一波片613耦合。
第二和第三光电检测器模块640和645各部件的位置，类似于第一光电检测器模块635。第二光电检测器602在光学上与第二会聚透镜618耦合。第二滤波器617在光学上耦合在第二会聚透镜618和第三四分之一波片616之间。第二偏振光束分束器615在光学上耦合在第三四分之一波片616和第四个四分之一波片619之间。第二偏振光束分束器615还在光学上与第一光电检测器模块635及第三光电检测器模块645耦合。第二反射镜620在光学上与第四个四分之一波片619耦合。
第三光电检测器603在光学上与第三会聚透镜624耦合。第三滤波器623在光学上耦合在第三会聚透镜624和第五个四分之一波片622之间。第三偏振光束分束器621在光学上耦合在第五个四分之一波片622和第六个四分之一波片625之间。第三偏振光束分束器621还在光学上与第二光电检测器模块640及末级光电检测器模块650耦合。第三反射镜626在光学上与第六个四分之一波片625耦合。
第四光电检测器604在光学上与第四会聚透镜629耦合。第四滤波器628在光学上耦合在第四会聚透镜629和反射器627之间。反射器627还在光学上与第三光电检测器模块645耦合。
分用器600的操作
在一个实施例中，分用器600使包括波长λ1、λ2、λ3、和λ4四个频道的光束655分用。光束655通过输入模块630的输入端口605进入分用器600。在输入端口605中，光束655被准直透镜606准直。然后，偏振光束移位器607把光束655分为垂直偏振(如：e光束)的第一光束657，和水平偏振(如：o光束)的第二光束659。然后，第二光束659通过偏振旋转器608。偏振旋转器608使第二光束659的偏振，从水平偏振改变为垂直偏振。
包括波长λ1-λ4的垂直偏振的第一和第二光束657和659，进入第一光电检测器模块635，并被第一偏振光束分束器609反射。然后，第一和第二光束657和659通过第一四分之一波片610。第一四分之一波片610使第一和第二光束657和659的偏振旋转大致45度，从垂直线偏振变为圆偏振。然后，第一和第二光束657和659入射第一滤波器611。第一滤波器611的构造，能使波长λ1的光束通过该滤波器，但反射其他波长的光信号。因此，第一和第二光束657和659中波长λ1的分量通过第一滤波器611，到达第一会聚透镜612。第一会聚透镜612把第一和第二光束657和659中波长λ1的分量，会聚在第一光电检测器601上的有效区。
第一和第二光束657和659中波长λ2-λ4的分量，被第一滤波器611反射回去，通过第一四分之一波片610。第一四分之一波片610使第一和第二光束657和659的偏振又旋转大致45度，从圆偏振变为水平线偏振。波长λ2-λ4的第一和第二光束657和659由于是水平偏振，所以通过第一偏振光束分束器609，到达第二四分之一波片613。第二四分之一波片613使第一和第二光束657和659的偏振旋转，从水平线偏振变为圆偏振。然后，第一和第二光束657和659被第一反射镜614反射回去，通过第二四分之一波片613，该第二四分之一波片613再次使偏振旋转，从圆偏振变为垂直线偏振。然后，垂直偏振的第一和第二光束657和659被第一偏振光束分束器609反射，到达第二偏振光束分束器615。
第一和第二光束657和659被第二偏振光束分束器615反射，到达第三四分之一波片616。第三四分之一波片616使第一和第二光束657和659的偏振旋转，从垂直线偏振变为圆偏振。然后，第一和第二光束657和659入射第二滤波器617。第二滤波器617的构造，能使波长λ2的光信号通过该滤波器，同时反射其他波长的光信号。因此，第一和第二光束657和659中波长λ2的分量，通过第二滤波器617，并到达第二会聚透镜618。第二会聚透镜618把第一和第二光束657和659中波长λ2的分量，会聚在第二光电检测器602上的有效区。
第一和第二光束657和659中波长λ3和λ4的分量，被第二滤波器617反射回去，通过第三四分之一波片616。第三四分之一波片616使第一和第二光束657和659的偏振旋转，从圆偏振变为水平线偏振。然后，水平偏振的第一和第二光束657和659，通过第二偏振光束分束器615，到达第四个四分之一波片619。第四个四分之一波片619使第一和第二光束657和659的偏振旋转，从水平线偏振变为圆偏振。然后，第一和第二光束657和659被第二反射镜620反射回去，通过第四个四分之一波片619，该第四个四分之一波片619再次使偏振旋转，从圆偏振变为垂直线偏振。然后，垂直偏振的第一和第二光束657和659，被第二偏振光束分束器615反射，到达第三偏振光束分束器621。
第一和第二光束657和659被第三偏振光束分束器621反射，通过第五个四分之一波片622。第五个四分之一波片622使第一和第二光束657和659的偏振旋转，从垂直线偏振变为圆偏振。然后，第一和第二光束657和659入射第三滤波器623。第三滤波器623的构造，能使波长λ3的光信号通过该滤波器，同时反射其他波长的光信号。因此，第一和第二光束657和659中波长λ3的分量，通过第三滤波器623，并到达第三会聚透镜624。第三会聚透镜624使第一和第二光束657和659中波长λ3的分量，会聚在第三光电检测器603上的有效区。
第一和第二光束657和659中波长λ4的分量，被第三滤波器623反射回去，通过第五个四分之一波片622。第五个四分之一波片622使第一和第二光束657和659的偏振旋转，从圆偏振变为水平线偏振。水平线偏振的第一和第二光束657和659，通过第三偏振光束分束器621，到达第六个四分之一波片625。第六个四分之一波片625使第一和第二光束657和659的偏振旋转，从水平线偏振变为圆偏振。
然后，第一和第二光束557和559被第三反射镜626反射回去，通过第六个四分之一波片625，该第六个四分之一波片625再次使该偏振旋转，从圆偏振变为垂直线偏振。然后，垂直偏振的第一和第二光束557和559，被第三偏振光束分束器621反射，到达反射器627。在一个实施例中，反射器627可以是以大致90度角反射入射光的直角棱镜。反射器627把第一和第二光束557和559反射到第四滤波器628。在一个替代的实施例中，可以取消反射器627，而使激光二极管304在光学上与第四滤波器628对准。
第四滤波器628的构造，能让波长λ4的光信号通过该滤波器，同时反射其他波长的光信号。因此，第一和第二光束557和559中波长λ4的分量，通过第四滤波器628，到达第四会聚透镜629。然后，第四会聚透镜629把波长λ4的第一和第二光束557和559，会聚在第四光电检测器604上的有效区。
虽然分用器500和600各作为四频道分用器画出，但在替代的实施例中，可以分用任何数量的频道。例如，可以添加另外的部件组(如：光电检测器对、或光电检测器模块)，以容纳附加频道的复用。另外，在分用器的封装中提供较少的基本部件组，或提供包括较少波长频道的光信号输入，可以用相同结构复用较少的频道。
本发明已经公开了一种在单个封装内的集成的光学复用器或分用器。该种复用器把激光二极管和复用器的其他光学部件，集成在单个封装内。该种分用器把光电检测器和分用器的其他光学部件，集成在单个封装内。虽然本发明已经按照所示实施例说明，但本领域熟练人员将容易认识，这些实施例中可以有各种变化，且这些变化是在下面权利要求书精神和范围之内。因此，本领域熟练人员可以作出许多不偏离后面权利要求精神和范围的修改。

Claims (26)

1.一种光学复用器，包括：
第一激光二极管对；
第二激光二极管对；
在第一和第二激光二极管对之间耦合的偏振旋转器；和
耦合到第一激光二极管对的输出端口；
其中的第一和第二激光二极管对各自包括：
第一激光二极管；
偏振光束分束器；
第一四分之一波片；
第二四分之一波片；
在第一四分之一波片与第二四分之一波片之间耦合的滤波器；和
第二激光二极管，其中偏振光束分束器、第一四分之一波片、第二四分之一波片以及滤波器位于第一激光二极管与第二激光二极管之间；且
其中的第一和第二激光二极管对与偏振旋转器，在每一激光二极管对的偏振光束分束器处耦合。
2.按照权利要求1的光学复用器，其中该光学复用器能在操作上，使从第一和第二激光二极管发射的分别的光信号复用。
3.按照权利要求1的光学复用器，该第一和第二激光二极管对还包括：
与每一激光二极管耦合，能在操作上使光准直的透镜。
4.按照权利要求1的光学复用器，该第一和第二激光二极管对还包括：
用于接收输入信号的一个或多个电子引脚。
5.按照权利要求1的光学复用器，其中该光学复用器包含在单个封装内。
6.一种光学复用器，包括：
第一输入模块，包含：
激光二极管；
四分之一波片；
在激光二极管与四分之一波片之间耦合的偏振光束分束器；
四分之三波片；和
在四分之一波片与四分之三波片之间耦合的滤波器；
末级输入模块，光学地耦合至第一输入模块的四分之三波片；和
输出端口，其中第一输入模块耦合在输出端口与末级输入模块之间。
7.按照权利要求6的光学复用器，该末级输入模块包括：
反射器；和
耦合到反射器的最末激光二极管。
8.按照权利要求7的光学复用器，还包括：
第二输入模块，光学地耦合在第一输入模块的四分之三波片及末级输入模块的反射器之间，该第二输入模块包含：
第二激光二极管；
第二四分之一波片；
在第二激光二极管与第二四分之一波片之间耦合的第二偏振光束分束器；
第二四分之三波片；和
在第二四分之一波片与第二四分之三波片之间耦合的第二滤波器。
9.按照权利要求8的光学复用器，还包括：
第三输入模块，光学地耦合在第二输入模块的第二四分之三波片及末级输入模块的反射器之间，该第三输入模块包含：
第三激光二极管；
第三四分之一波片；
在第三激光二极管与第三四分之一波片之间耦合的第三偏振光束分束器；
第三四分之三波片；和
在第三四分之一波片与第三四分之三波片之间耦合的第三滤波器。
10.按照权利要求9的光学复用器，还包括：
一个或多个附加的输入模块，串联耦合在第三输入模块及末级输入模块之间。
11.按照权利要求6的光学复用器，其中该光学复用器能在操作上，使从多个激光二极管发射的分别的光信号复用。
12.按照权利要求6的光学复用器，其中该光学复用器包含在单个封装内。
13.一种光学分用器，包括：
输入模块，用于将具有多个分别的频道的复用光束耦合到多个光电检测器对；
光学地耦合到输入模块的第一光电检测器对；和
与第一光电检测器对耦合的第二光电检测器对；
其中的第一和第二光电检测器对各自包含：
第一光电检测器；
第一滤波器；
第一四分之一波片；
偏振光束分束器；
第二四分之一波片；
第二滤波器；和
第二光电检测器，
其中，偏振光束分束器耦合在第一四分之一波片与第二四分之一波片之间，第一滤波器耦合在第一四分之一波片与第一光电检测器之间，并且第二滤波器耦合在第二四分之一波片与第二光电检测器之间；且
其中的第一和第二光电检测器对，通过每一光电检测器对的偏振光束分束器耦合。
14.按照权利要求13的光学分用器，其中该光学分用器能在操作上，使有多个分别的频道的输入光束分用。
15.按照权利要求13的光学分用器，该输入模块包括：
偏振光束移位器；
耦合到偏振光束移位器的输入端口；和
在偏振光束移位器的一部分与第一激光二极管对之间耦合的偏振旋转器。
16.按照权利要求13的光学分用器，还包括：
与每一光电检测器耦合的会聚透镜。
17.按照权利要求13的光学分用器，还包括：
一个或多个附加光电检测器对，在每一附加光电检测器对的偏振光束分束器处，与第一和第二光电检测器对在光学上串联耦合。
18.按照权利要求13的光学分用器，其中该设备包含在单个封装内。
19.一种光学分用器，包括：
输入模块，用于将具有多个分别的频道的复用光束耦合到一个或多个光电检测器，该输入模块光学地耦合到第一光电检测器模块，该第一光电检测器模块，包含：
光电检测器；
滤波器；
第一四分之一波片；
偏振光束分束器；
第二四分之一波片；和
反射镜，
其中，滤波器光学地耦合在光电检测器与第一四分之一波片之间，偏振光束分束器光学地耦合在第一四分之一波片与第二四分之一波片之间，并且第二四分之一波片光学地耦合在偏振光束分束器与反射镜之间；以及
末级光电检测器模块，在光学上与第一光电检测器模块的偏振光束分束器串联耦合。
20.按照权利要求19的光学分用器，其中该光学分用器能在操作上，使有多个分别的频道的输入光束分用。
21.按照权利要求19的光学分用器，该末级光电检测器模块包括：
反射器；
末级滤波器；和
末级光电检测器，
其中，末级滤波器光学地耦合在末级光电检测器与反射器之间。
22.按照权利要求21的光学分用器，其中的反射器是直角棱镜。
23.按照权利要求21的光学分用器，还包括：
第二光电检测器模块，串联耦合在第一光电检测器模块及末级光电检测器模块之间，该第二光电检测器模块包含：
第二光电检测器；
第二滤波器；
第三四分之一波片；
第二偏振光束分束器；
第四四分之一波片；和
第二反射镜，
其中，第二滤波器光学地耦合在第二光电检测器与第三四分之一波片之间，第二偏振光束分束器光学地耦合在第三四分之一波片与第四四分之一波片之间，并且第四四分之一波片光学地耦合在第二偏振光束分束器与第二反射镜之间，并且
其中，第二光电检测器模块的偏振光束分束器，在光学上与第一光电检测器模块的偏振光束分束器耦合。
24.按照权利要求23的光学分用器，还包括：
第三光电检测器模块，串联耦合在第二光电检测器模块及末级光电检测器模块之间，该第三光电检测器模块包含：
第三光电检测器；
第三滤波器；
第五四分之一波片；
第三偏振光束分束器；
第六四分之一波片；和
第三反射镜，
其中，第三滤波器光学地耦合在第三光电检测器与第五四分之一波片之间，第三偏振光束分束器光学地耦合在第五四分之一波片与第六四分之一波片之间，并且第六四分之一波片光学地耦合在第三偏振光束分束器与第三反射镜之间，
其中，第三光电检测器模块的偏振光束分束器，在光学上串联耦合在第二光电检测器模块的偏振光束分束器及末级光电检测器模块的反射器之间。
25.按照权利要求19的光学分用器，该输入模块包括：
偏振光束移位器；
光学地耦合到偏振光束移位器的输入端口；和
偏振旋转器，其光学地耦合到偏振光束移位器的一部分并且耦合到第一光电检测器模块。
26.按照权利要求19的光学分用器，其中该光学分用器包含在单个封装内。
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