CN107505676A - 一种多路光纤同步自动耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤光路耦合技术领域，尤其是一种多路光纤同步自动耦合装置，它包括用于对输出光波的波长进行选择的光栅滤波器、用于对光栅滤波器输出的光波进行自动耦合的自动耦合器、与自动耦合器相匹配并实现对光路自动调整的控制装置、用于将自动耦合器输出的光转换成平行光的多芯光纤准直器和用于将多芯光纤准直器输出的平行光聚焦到多芯光纤中的透镜，其中自动耦合器包括集成在PCB板上的光分束器、光合束器和若干组两两相对布置并各自排布呈阶梯式结构的棱镜与MEMS反射镜；本发明结构紧凑、成本低廉、损耗小，便于稳固地集成在PCB板上，实现了高速光组件与多芯光纤进行效率地自动同步耦合，并确保了光路同步耦合的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光路耦合技术领域，尤其是一种多路光纤同步自动耦合装置。
背景技术
当前，作为光通信领域的核心部件，光模块中光学集成元件与光纤的耦合效果极大地影响着光信号强度及信号的质量，进而成为影响信息传输的关键因素之一。
目前,光模块中光学器件与传输光纤实现光路耦合的方法分为有源耦合和无源耦合两种。有源耦合方法的过程为:将作为光源的激光器固定在PCB板上，然后控制激光器发光，使用耦合器调整来改变作为光传输路径器件来使用的光学透镜模块的空间位置，并检测通过该模块耦合到光纤中的光强，当光纤发出的光强达到最大值时，确定此时的透镜位置为最佳耦合位置。无源耦合方法的过程为:首先固定激光器，然后用两个摄像机分别对激光器和光学透镜模块摄影，将影像传输到PC机中，调整透镜的位置，当两个影像的圆心重合时，确定此时的透镜位置为最佳耦合位置。
如果采用有源耦合方式，需要使用专用耦合器，而如果采用无源耦合方式，需要使用两个摄像机，导致耦合时所用设备价格较高，工序较多。随着高速率集成器件的发展，多芯光纤使用越来越多。有源耦合方法主要是通过探测器接收的光强判断是否耦合效率最高，该方法比较适用于多路光纤同时耦合，但构成光路的激光器、光学透镜模块及光纤之间缺少高强度的机械固定和调整，极容易造成光学透镜模块偏离耦合位置，从而导致光路耦合效果变差。
发明内容
本发明的目的就是要解决当前光学器件与传输光纤实现光路耦合时，采用无源耦合方式存在设备成本高、工序较多的问题，采用有源耦合方式时，光学器件难以机械固定及调整，从而导致光路耦合效果较差的问题，为此提供一种多路光纤同步自动耦合装置。
本发明的具体方案是：一种多路光纤同步自动耦合装置，其特征是：包括如下结构：
-用于对输出光波的波长进行选择的光栅滤波器；
-用于对光栅滤波器输出的光波进行自动耦合的自动耦合器，自动耦合器包括集成在PCB板上同轴布置的光分束器与光合束器及若干组两两相对布置并各自排布呈阶梯式结构的棱镜与MEMS反射镜；光分束器根据波长将从光栅滤波器输送过来的光波分解成多路光线，多路光线在通过光合束器后依次投射到各个棱镜上，各个棱镜分别将折射的光线投射到与其相对布置的MEMS反射镜的表面；每个MEMS反射镜内置用于调节其镜面倾斜角度的微型马达，在PCB板上集成有用于向每个微型马达提供电能的MEMS电极；每路光线经过MEMS反射镜的调整后，反射光通过棱镜的折射回返至光合束器，光合束器将多路反射光合束成一束光，并通过光分束器输出；
-用于对MEMS反射镜的镜面角度进行自动调整的控制装置，控制装置包括安装在每个MEMS反射镜一侧的微型光探测器和控制器，微型光探测器用于对MEMS反射镜上反射光的光线强度进行检测，并将检测数据传输至控制器，控制器实时通过微型马达对相应的MEMS反射镜的镜面角度进行调整，以确保每个MEMS反射镜上反射光的光线强度均达到最大值；
-用于将从光分束器输出的光转换成平行光的多芯光纤准直器；
-用于将多芯光纤准直器输出的平行光聚焦到多芯光纤中的透镜。
本发明中所述光栅滤波器输出的波长范围为1310nm～1610nm。
本发明中所述控制器为带有储存功能和高精度电压驱动电路的微处理器系统。
本发明中所述自动耦合器耦合的波长范围为1310nm～1610nm；所述MEMS反射镜镜面的旋转角度为0.1°～10°；所述棱镜与MEMS反射镜排布呈八字型结构，并且每组相对布置的棱镜与MEMS反射镜之间的垂直间距为5mm～50mm。
本发明中所述多芯光纤准直器的最大直径为200μm,芯数为2-28芯。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明结构紧凑、成本低廉，便于稳固地集成在PCB板上，确保了较高的机械强度，并且在工作时耗电量小；
(2)本发明大幅度优化了光纤的光路结构，通过控制装置对每条反射光路进行自动调整，实现了高速光组件与多芯光纤进行效率地自动同步耦合，并确保了光路同步耦合的稳定性和可靠性；
(3)本发明制作方便，损耗小，耦合特性好，具备探测信号强、信噪比高、线宽窄、灵敏度高等优点。
附图说明
图1是本发明的控制结构框图；
图2是本发明中自动耦合器的结构示意图。
图中：1—光栅滤波器，2—自动耦合器，201—PCB板，202—光分束器，203—光合束器，204—棱镜，205—MEMS反射镜，206—MEMS电极,3—微型马达，4—微型光探测器，5—多芯光纤准直器，6—透镜，7—微处理器，8—电压驱动电路。
具体实施方式
参见图1-2，一种多路光纤同步自动耦合装置，包括如下结构：
-用于对输出光波的波长进行选择的光栅滤波器1；
-用于对光栅滤波器1输出的光波进行自动耦合的自动耦合器2，自动耦合器2包括集成在PCB板201上的同轴布置的光分束器202与光合束器203及若干组两两相对布置并各自排布呈阶梯式结构的棱镜204与MEMS反射镜205，棱镜204与MEMS反射镜205排布呈八字型结构，并且每组相对布置的棱镜204与MEMS反射镜205之间的垂直间距为5mm～50mm；光分束器202根据波长将从光栅滤波器1输送过来的光波分解成多路光线，多路光线在通过光合束器203后依次投射到各个棱镜204上，各个棱镜204分别将折射的光线投射到与其相对布置的MEMS反射镜205的表面；每个MEMS反射镜205内置用于调节其镜面倾斜角度的微型马达3，其中MEMS反射镜205镜面的旋转角度为0.1°～10°，在PCB板201上集成有用于向每个微型马达3提供电能的MEMS电极206；每路光线经过MEMS反射镜205的调整后，反射光通过棱镜204的折射回返至光合束器203，光合束器203将多路反射光合束成一束光，并通过光分束器202输出；
-用于对MEMS反射镜205的镜面角度进行自动调整的控制装置，控制装置包括安装在每个MEMS反射镜205一侧的微型光探测器4和控制器，微型光探测器4用于对MEMS反射镜205上反射光的光线强度进行检测，并将检测数据传输至控制器，控制器实时通过微型马达3对相应的MEMS反射镜205的镜面角度进行调整，以确保每个MEMS反射镜205上反射光的光线强度均达到最大值，从而达到最大的耦合效率；
-用于将从光分束器202输出的光转换成平行光的多芯光纤准直器5；
-用于将多芯光纤准直器5输出的平行光聚焦到多芯光纤中的透镜6。
本实施例中所述光栅滤波器1输出的波长范围为1310nm～1610nm。
本实施例中所述控制器选用带有储存功能的微处理器7，微处理器7通过高精度电压驱动电路8控制微型马达3的运行动态。
本实施例中所述自动耦合器2耦合的波长选用1310nm或1610nm，优选为1550nm,以波长为1550nm光束数据为例，慢轴束腰直径为95μm，发散角半角10°（99%的能量），其光束参量积约为8.3x10-3 mrad；快轴束腰直径1.5μm，发散角半角39°（99%的能量），光束参量积约为0.51x10-3 mrad。经Matlab软件仿真，理论上200μm/0.22NA的多芯光纤中可以耦合28条光束。
本实施例中所述多芯光纤准直器的最大直径为200μm,芯数为2-28芯。
Claims (5)
1.一种多路光纤同步自动耦合装置，其特征是：包括如下结构：
-用于对输出光波的波长进行选择的光栅滤波器；
-用于对光栅滤波器输出的光波进行自动耦合的自动耦合器，自动耦合器包括集成在PCB板上同轴布置的光分束器与光合束器及若干组两两相对布置并各自排布呈阶梯式结构的棱镜与MEMS反射镜；光分束器根据波长将从光栅滤波器输送过来的光波分解成多路光线，多路光线在通过光合束器后依次投射到各个棱镜上，各个棱镜分别将折射的光线投射到与其相对布置的MEMS反射镜的表面；每个MEMS反射镜内置用于调节其镜面倾斜角度的微型马达，在PCB板上集成有用于向每个微型马达提供电能的MEMS电极；每路光线经过MEMS反射镜的调整后，反射光通过棱镜的折射回返至光合束器，光合束器将多路反射光合束成一束光，并通过光分束器输出；
-用于对MEMS反射镜的镜面角度进行自动调整的控制装置，控制装置包括安装在每个MEMS反射镜一侧的微型光探测器和控制器，微型光探测器用于对MEMS反射镜上反射光的光线强度进行检测，并将检测数据传输至控制器，控制器实时通过微型马达对相应的MEMS反射镜的镜面角度进行调整，以确保每个MEMS反射镜上反射光的光线强度均达到最大值；
-用于将从光分束器输出的光转换成平行光的多芯光纤准直器；
-用于将多芯光纤准直器输出的平行光聚焦到多芯光纤中的透镜。
2.根据权利要求1所述的一种多路光纤同步自动耦合装置，其特征是：所述光栅滤波器输出的波长范围为1310nm～1610nm。
3.根据权利要求1所述的一种多路光纤同步自动耦合装置，其特征是：所述控制器为带有储存功能和高精度电压驱动电路的微处理器系统。
4.根据权利要求1所述的一种多路光纤同步自动耦合装置，其特征是：所述自动耦合器耦合的波长范围为1310nm～1610nm；所述MEMS反射镜镜面的旋转角度为0.1°～10°；所述棱镜与MEMS反射镜排布呈八字型结构，并且每组相对布置的棱镜与MEMS反射镜之间的垂直间距为5mm～50mm。
5.根据权利要求1所述的一种多路光纤同步自动耦合装置，其特征是：所述多芯光纤准直器的最大直径为200μm,芯数为2-28芯。
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