CN102183825B - 一种模式耦合光组件 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光通信领域，提供了一种模式耦合光组件，包括准直器阵列、非球透镜以及光电探测器，所述准直器阵列将每一路光纤发射出来的光信号准直成平行光，所述非球透镜将准直后的平行光汇聚到光电探测器上。所述准直器阵列须满足其出射光束的横截面小于非球透镜的通光孔径，且经过非球透镜汇聚后其汇聚角度需满足光电探测器的数值孔径。在本发明的实施例中，该模式耦合光组件将多路由光节点传输来的光信号以低光功率损耗的方式耦合到光缆终端设备的光接收组件的光电探测器上，避免了光耦合器带来的附加损耗，提高了光纤传输网络中的光功率预算，从而有助于无源光纤网络增大分光比，增加传输距离。
Description
技术领域
本发明属于光通信领域，尤其涉及一种模式耦合光组件。
背景技术
目前，FTTx所用的无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）架构，是通过光无源器件——光耦合器（Coupler or PLC），将多路由光节点 (Optical Network Unit，ONU)传输来的光信号耦合到一根光纤传输，然后再耦合到光缆终端设备 (Optical Line Terminal，OLT)，请参阅图1。
通过光无源器件——光耦合器实现将多路由ONU传输来的光信号耦合到一根光纤传输，耦合时光功率损耗很严重，4路合1路损耗约7dB的光功率，8路合1路损耗约10dB的光功率，其光功率损耗PL与ONU数量N的关系是：PL=3*Log2（N）+1dB。而在ONU端用于光信号发射的激光器发射光功率有限，为+2——+7dBm，而OLT用于光信号接收的光电探测器的灵敏度也有限，为-36——-28dBm，由于光信号在光纤中传输一定的距离或将其分成多路信号，都会使光信号衰弱，即光纤链路上的光功率损耗，尤其是光耦合器耦合带来的附加损耗，会严重限制光信号的传输距离或者一个OLT能分的ONU的数量。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种模式耦合光组件。
本发明实施例是这样实现的，一种模式耦合光组件，包括准直器阵列、非球透镜以及光电探测器，
所述准直器阵列将每一路光纤发射出来的光信号准直成平行光，所述非球透镜将准直后的平行光汇聚到光电探测器上，
所述准直器阵列须满足其出射光束的整体横截面小于非球透镜的通光孔径，且经过非球透镜汇聚后其汇聚角度需满足光电探测器的数值孔径，
所述准直器阵列与非球透镜的组合须满足每一路出射的准直高斯光束经非球透镜变换后其束腰半径小于光电探测器有效面积的半径。
进一步地，所述模式耦合光组件还包括波分复用滤光片、透镜阵列以及激光器阵列，
所述准直器阵列输出的平行光经过所述波分复用滤光片反射，再经非球透镜耦合至光电探测器；
所述激光器阵列发射的光信号经所述透镜阵列准直，经过波分复用滤光片透射，再经过准直器阵列的耦合进入到光纤，传输到远端。
进一步地，所述模式耦合光组件还包括波分复用滤光片、透镜、分光片组以及激光器阵列，
所述准直器阵列输出的平行光经过所述波分复用滤光片反射，再经非球透镜耦合至光电探测器；
所述激光器阵列发射的光信号经透镜准直，再经过分光片组进行分光，再经波分复用滤光片透射，再经过准直器阵列的耦合进入到光纤，传输到远端。
进一步地，所述分光片组包括四个分光片，第一个分光片的分光比例（R:T）为3:1，第二个分光片的分光比例（R:T）为1:2，第三个分光片的分光比例（R:T）为1:1，第四个分光片的分光比例（R:T）为1:0。
在本发明的实施例中，该模式耦合光组件将多路由光节点传输来的光信号以低光功率损耗的方式耦合到光缆终端设备的光接收组件的光电探测器上，避免了光耦合器带来的附加损耗，提高了光纤传输网络中的光功率预算，从而有助于无源光纤网络增大分光比，增加传输距离。
附图说明
图1是现有技术提供的无源光纤网络的架构图；
图2是本发明第一实施例提供的模式耦合光组件的光路原理图；
图3是本发明第二实施例提供的模式耦合光组件的光路原理图；
图4是本发明第三实施例提供的模式耦合光组件的光路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了本发明第一实施例提供的模式耦合光组件的光路原理，该模式耦合光组件包括准直器阵列11、非球透镜12以及光电探测器13。所述准直器阵列11将每一路光纤10发射出来的光信号准直成平行光，所述非球透镜12将准直后的平行光汇聚到光电探测器13上。
在本实施例中，将光耦合器与光接收组件封装在一起。具体实现如下：先通过准直器阵列11（一个透镜阵列）将从每一路光纤10发射出来的光信号准直成平行光，再通过一个合适的非球透镜12将所有的准直光一起汇聚到光电探测器13上。由于光电探测器13有较大的光敏面以及较大的数值孔径，能使每一路到光电探测器13的光损耗都很小。例如：4合1小于1dB，8合1和16合1小于2dB，从而使光信号可以传输的更远。而准直器阵列的阵列排布方式可以任意，但必须满足其出射光束的横截面小于非球透镜12的通光孔径，且经过非球透镜12汇聚后其汇聚角度需满足光电探测器13的数值孔径，且每一路出射的准直光束的光斑大小要与非球透镜12的参数匹配好，以使每一路光束经非球透镜12聚焦后，其光斑大小小于光电探测器13的光敏面大小。
图3示出了本发明第二实施例提供的模式耦合光组件的光路原理，该实施例是在第一实施例的基础上，将光耦合器与光发射、光接收组件封装在一起。
也即是该模式耦合光组件除包括准直器阵列11、非球透镜12以及光电探测器13外，该模式耦合光组件还包括波分复用滤光片14、透镜阵列15以及激光器阵列16。
该准直器阵列11输出的平行光经过所述波分复用滤光片14反射，再经非球透镜12耦合至光电探测器13。所述激光器阵列16发射的光信号经所述透镜阵列15准直，经过波分复用滤光片14透射，再经过准直器阵列11的耦合进入到光纤10，传输到远端。光纤端10为N通道的准直器阵列11。光接收组件采用非球透镜12将所有的光信号耦合至光电探测器13。而光发射组件采用N个激光器阵列16，并通过一组N通道的透镜阵列15准直，经过波分复用（WDM）滤光片14透射，耦合至N通道的准直器阵列11，并通过光纤10传输至远端。
图4示出了本发明第三实施例提供的模式耦合光组件的光路原理，该实施例在第一实施例的基础上，将光耦合器与光发射、光接收组件封装在一起。
也即是该模式耦合光组件除包括准直器阵列11、非球透镜12以及光电探测器13外，该模式耦合光组件还包括波分复用滤光片14、透镜18、分光片组17以及激光器19。该准直器阵列11输出的平行光经过所述波分复用滤光片14反射，再经非球透镜12耦合至光电探测器13。所述激光器19发射的光信号经透镜18准直，再经过分光片组17进行分光，再经波分复用滤光片14透射，再经过准直器阵列11的耦合进入到光纤10，传输到远端。
光纤10端为N通道的准直器阵列11。光接收组件采用非球透镜12将所有的光信号耦合至光电探测器13。
在本实施例中，该分光片组17包括四个分光片，第一个分光片的分光比例（R:T）为3:1，第二个分光片的分光比例（R:T）为1:2，第三个分光片的分光比例（R:T）为1:1，第四个分光片的分光比例（R:T）为1:0。
在本发明的实施例中，该模式耦合光组件将多路由光节点传输来的光信号以低光功率损耗的方式耦合到光缆终端设备的光接收组件的光电探测器上，避免了光耦合器带来的附加损耗，提高了光纤传输网络中的光功率预算，从而有助于无源光纤网络增大分光比，增加传输距离。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种模式耦合光组件，其特征在于，包括准直器阵列、非球透镜以及光电探测器，所述模式耦合光组件还包括波分复用滤光片、透镜阵列以及激光器阵列，
所述准直器阵列将每一路光纤发射出来的光信号准直成平行光，所述准直器阵列输出的平行光经过所述波分复用滤光片反射，再经非球透镜耦合至光电探测器；
所述激光器阵列发射的光信号经所述透镜阵列准直，经过波分复用滤光片透射，再经过准直器阵列的耦合进入到光纤，传输到远端，
所述准直器阵列须满足其出射光束的整体横截面小于非球透镜的通光孔径，且经过非球透镜汇聚后其汇聚角度需满足光电探测器的数值孔径，
所述准直器阵列与非球透镜的组合须满足每一路出射的准直高斯光束经非球透镜变换后其束腰半径小于光电探测器有效面积的半径。
2. 一种模式耦合光组件，其特征在于，包括准直器阵列、非球透镜以及光电探测器，所述模式耦合光组件还包括波分复用滤光片、透镜、分光片组以及激光器阵列，
所述准直器阵列将每一路光纤发射出来的光信号准直成平行光，所述准直器阵列输出的平行光经过所述波分复用滤光片反射，再经非球透镜耦合至光电探测器；
所述激光器阵列发射的光信号经透镜准直，再经过分光片组进行分光，再经波分复用滤光片透射，再经过准直器阵列的耦合进入到光纤，传输到远端，
所述准直器阵列须满足其出射光束的整体横截面小于非球透镜的通光孔径，且经过非球透镜汇聚后其汇聚角度需满足光电探测器的数值孔径，
所述准直器阵列与非球透镜的组合须满足每一路出射的准直高斯光束经非球透镜变换后其束腰半径小于光电探测器有效面积的半径。
3. 根据权利要求2所述的模式耦合光组件，其特征在于，所述分光片组包括四个分光片，第一个分光片的分光比例为3:1，第二个分光片的分光比例为1:2，第三个分光片的分光比例为1:1，第四个分光片的分光比例为1:0。
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