CN108333688A - 用于自由空间光传播的波分复用解复用光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明专利提供了一种用于自由空间光传播的波分复用解复用光器件，包括第一棱镜、第二棱镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜及光波导，所述第一棱镜用于全反波长为λ1的光束，所述第二棱镜，用于全反波长为λ1的光束，透射λ2的光束，所述第一透镜，实现出射光的扩束准直和入射光的汇聚，所述第二透镜，用于汇聚激光器发射出的波长为λ1光束，并将其耦合进棱镜1中，所述第三透镜，用于将第二棱镜射出的波长为λ2光束，照射的探测器芯片中，所述光波导，用于光路的传输。采用棱镜和透镜组合的平面光波导，通过棱镜的在三维空间的转折，可以实现波分复用解复用光组件的小型化，具有低成本、高可靠性、可批量化、易互换性。

Description

用于自由空间光传播的波分复用解复用光器件
技术领域
本发明涉及通讯领域，特别是涉及用于自由空间光传播的波分复用解复用光器件。
背景技术
自由空间光通信(Free Space Optics，FSO)，是一种通过激光不需要光纤而是以直接以空气为介质，实现点对点间的数据信息的传输技术。自由空间激光通信的原理是：受调制的信号通过激光器驱动电路使激光器发光，激光通过光学组件镜头发射出去，由大气信道传输到另一端的激光通信设备的光学组件接收镜头上，光学接收镜头将收集到的光信号汇聚到光电探测器上，将光信号转换成电信号，再将电信号放大，处理。光学组件发射镜头的作用是压缩光束发射角，对光束进行准直和扩束；光学组件接收镜头的作用是将从远处传来的已被调制的光束汇聚到光电探测器的有效控测面上。由于高速光电探测器的有效接收面大小普遍比较小，尺寸在几十微米左右甚至更小，灵敏度也较低，因此需要光学组件接收镜头将接收到的光束聚焦成较小的光斑以让光电探测器接收到最多的信号。
通常的空间光通信系统中，采用采用光学镜头及其组合实现光路的传输，该类光学镜头及其组合仅可满足单自由空间光通信发射模块或接收模块的单向光学的传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、高可靠性、可批量化、易互换性的用于自由空间光传播的波分复用解复用光器件。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：用于自由空间光传播的波分复用解复用光器件，包括第一棱镜、第二棱镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜及光波导，所述第一棱镜用于全反波长为λ1的光束，所述第二棱镜，用于全反波长为λ1的光束，透射λ2的光束，所述第一透镜，实现出射光的扩束准直和入射光的汇聚，所述第二透镜，用于汇聚激光器发射出的波长为λ1光束，并将其耦合进棱镜1中，所述第三透镜，用于将第二棱镜射出的波长为λ2光束，照射的探测器芯片中，所述光波导，用于光路的传输。
进一步的，所述第一棱镜为平行四边形，所述第二棱镜为直角梯形，所述第一棱镜的右面与所述第二棱镜的斜面贴合。
进一步的，所述第一透镜位于所述第一棱镜的顶部，所述第二透镜位于所述第一棱镜的底部，所述第三透镜位于第二棱镜的底部，所述光波导位于所述第一棱镜、第二棱镜内，所述光波导为h型，所述光波导的顶部与第一透镜连接，所述光波导的底部分别与第二透镜、第三透镜连接。
进一步的，光发射路径为激光从光口c处耦合进入光波导，路径为光口c到光口b到光口a，由光口a处出射，经过透镜后变成平行光束输出，光接收路径为平行光束通过透镜汇聚由光口a进入光波导，经光口d处光束输出。
一种制造波分复用解复用光器件的方法，包括如下步骤：将第一棱镜和第二棱镜的机械位置进行定位并胶接一起；所述第一棱镜和第二棱镜合件采用飞秒激光直写凹陷包层大模场光波导技术制备光波导制备h型的光波导；对上述合件进行研磨和抛光；将第一透镜、第二透镜及第三透镜与光波导进行耦合对准，并胶粘在一起；对光波导组件的波分复用解复用特性进行测试，并测试并差损、回损等光学特性。
与现有技术相比，本发明用于自由空间光传播的波分复用解复用光器件的有益效果是：采用棱镜和透镜组合的平面光波导，通过棱镜的在三维空间的转折，可以实现波分复用解复用光组件的小型化，具有低成本、高可靠性、可批量化、易互换性。
附图说明
图1是波分复用解复用光器件的结构示意图。
图2是波分复用解复用光器件的使用示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图2，波分复用解复用光器件包括第一棱镜1、第二棱镜2、第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5及光波导7。第一棱镜1为平行四边形，第二棱镜2为直角梯形，第一棱镜1的右面与第二棱镜2的斜面贴合。第一透镜3位于第一棱镜1的顶部，第二透镜4位于第一棱镜1的底部，第三透镜5位于第二棱镜2的底部。光波导7位于第一棱镜1、第二棱镜2内，光波导7为h型，光波导7的顶部与第一透镜3连接，光波导7的底部分别与第二透镜4、第三透镜5连接。
第一棱镜1，用于全反波长为λ1的光束。
第二棱镜2，用于全反波长为λ1的光束，透射λ2的光束。
第一透镜3，实现出射光的扩束准直和入射光的汇聚。
第二透镜4，用于汇聚激光器发射出的波长为λ1光束，并将其耦合进棱镜1中。
第三透镜5，用于将第二棱镜2射出的波长为λ2光束，照射的探测器芯片中。
光波导7，用于光路的传输。
光发射路径：激光λ1从光口c处耦合进入光波导(路径为c-b-a)，由光口a处出射，经过透镜后变成平行光束输出。光接收路径：平行光束通过透镜汇聚由光口a进入光波导，经光口d处光束输出。对于平面光波导A，第一棱镜1的面Ⅰ为45°反射面，镀全反膜后，波长λ1反射效率＞98％，第二棱镜2的面Ⅱ为45°反射面，要求镀滤波膜。λ1光波，反射效率＞98％，能够透射Λ2光波，透射效率＞98％；对于平面光波导B，第一棱镜1的面Ⅰ为45°反射面，镀全反膜后，波长λ2反射效率＞98％，第二棱镜2的面Ⅱ为45°反射面，要求镀滤波膜。λ2光波，反射效率＞98％，能够透射λ1光波，透射效率＞98％，第三透镜5为平凸透镜，能够实现出射光的扩束准直和入射光的汇聚。
本发明采用棱镜和透镜组合的平面光波导，通过棱镜的在三维空间的转折，可以实现波分复用解复用光组件的小型化，具有低成本、高可靠性、可批量化、易互换性。
由于波分复用解复用结构光波导组件设计，实现自由空间光电模块光电信号收发传输一体的功能，解决以往光链路传输中单发或单收信号的问题。
可广泛应用于军事、航天航空、电信、数据通信、超算中心、工业等领域中。
本发明的波分复用解复用光器件的制造步骤如下：
将所述的将第一棱镜1和第二棱镜2的机械位置进行定位并胶接一起；
第一棱镜1和第二棱镜2合件采用飞秒激光直写凹陷包层大模场光波导技术制备光波导制备h型的光波导7；
对上述合件进行研磨和抛光；
将第一透镜3、第二透镜4及第三透镜5与光波导7进行耦合对准，并胶粘在一起；
对光波导组件的波分复用解复用特性进行测试，并测试并差损、回损等光学特性。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.用于自由空间光传播的波分复用解复用光器件，其特征在于：包括第一棱镜(1)、第二棱镜(2)、第一透镜(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)及光波导(7)，所述第一棱镜(1)用于全反波长为λ1的光束，所述第二棱镜(2)，用于全反波长为λ1的光束，透射λ2的光束，所述第一透镜(3)，实现出射光的扩束准直和入射光的汇聚，所述第二透镜(4)，用于汇聚激光器发射出的波长为λ1光束，并将其耦合进棱镜1中，所述第三透镜(5)，用于将第二棱镜(2)射出的波长为λ2光束，照射的探测器芯片中，所述光波导(7)，用于光路的传输。
2.根据权利要求1所述的波分复用解复用光器件，其特征在于：所述第一棱镜(1)为平行四边形，所述第二棱镜(2)为直角梯形，所述第一棱镜(1)的右面与所述第二棱镜(2)的斜面贴合。
3.根据权利要求1所述的波分复用解复用光器件，其特征在于：所述第一透镜(3)位于所述第一棱镜(1)的顶部，所述第二透镜(4)位于所述第一棱镜(1)的底部，所述第三透镜(5)位于第二棱镜(2)的底部，所述光波导(7)位于所述第一棱镜(1)、第二棱镜(2)内，所述光波导(7)为h型，所述光波导(7)的顶部与第一透镜(3)连接，所述光波导(7)的底部分别与第二透镜(4)、第三透镜(5)连接。
4.根据权利要求1所述的波分复用解复用光器件，其特征在于：光发射路径为激光从光口c处耦合进入光波导，路径为光口c到光口b到光口a，由光口a处出射，经过透镜后变成平行光束输出，光接收路径为平行光束通过透镜汇聚由光口a进入光波导，经光口d处光束输出。
5.一种制造权利要求1所述的波分复用解复用光器件的方法，包括如下步骤：将第一棱镜(1)和第二棱镜(2)的机械位置进行定位并胶接一起；所述第一棱镜(1)和第二棱镜(2)合件采用飞秒激光直写凹陷包层大模场光波导技术制备光波导制备h型的光波导(7)；对上述合件进行研磨和抛光；将第一透镜(3)、第二透镜(4)及第三透镜(5)与光波导(7)进行耦合对准，并胶粘在一起；对光波导组件的波分复用解复用特性进行测试，并测试并差损、回损等光学特性。
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