CN108551372B - 一种多波长空间错位分合波模块 - Google Patents

一种多波长空间错位分合波模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多波长空间错位分合波模块，包括合波端与分波端，在合波端与分波端之间设有分合波光学组件，分波端由若干个线阵排列的端口构成，所述分合波光学组件包括分合波滤片组件、反射镜组件；分合波滤片组件由若干线阵排列的分合波滤片组成，反射镜组件包括位于分合波滤片组件与分波端之间的若干错位设置的后反射镜，后反射镜在分合波滤片组件与分波端之间形成分合波通道，使得不同波长光束能够分别在对应的分合波滤片与分波端的端口之间耦合；用于分波时，分波端的端口为光电二级管；用于合波时，分波端的端口为激光二极管；即用于分波又用于合波时，分波端的一些端口为光电二极管，另一些端口为激光二极管。

Description

一种多波长空间错位分合波模块
技术领域
本发明涉及光纤通讯技术领域，尤其涉及光纤通讯技术领域中的分合波模块。
背景技术
由于光纤通讯发展迅速，随着单根光纤传输容量需求的提升，如视频影像等在虚拟现实(VR)和增强现实(AR)中的实时传输，直接要求最大利用光纤的宽度。波分复用(WDM)技术是用于提高传输容量的关键技术之一。WDM系统对各波长彼此不同的多个光信号进行多路复用。近几年，要求光学模块的WDM化，例如，作为用于具有结合从多个光源发出的不同波长的光信号而进行波长多路复用的光发射组件的光学模块的TOSA,已知的有将四个容纳LD(激光二极管)的CAN封装件向相同方向排成一列而配置的TOSA。另一方面，近几年，要求光收发两用机等光学模块的进一步的小型化。例如，要求与对应于40～100GbE连接的光纤的收发两用机规格即QSFP+(QuadSmallForm-factorPluggablePlus)对应的小型光收发两用机，尤其要求WDM用的小型光收发两用机。在QSFP标准中，是对光信号波长为1270nm，1290nm，1310nm和1330nm的四个波长进行合波和分波利用。
当前正在批量实用的LAN-WDM标准，对分别具有每个波长为25Gbps的传输速度且波长间隔为800GHz的四个光信号进行多路复用，以实现100Gbps的传输容量。相应的光信号的波长为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.14nm。LAN-WDM中规定的光收发器具有遵循CFP(100G可插拔式)多源协议(MSA)的外部尺寸。然而，非常需要进一步减小光收发器的尺寸以及成本，以便在通信设备中高密度地安装光收发器。
在进一步高速率传输模块标准中，有波长间隔约为800GHz的8个波长的复用，每个波长负责50Gbps的传输速率，一共实现400Gbps的传输容量。更进一步的在讨论的标准中，有10个波长和16个波长的复用协议。
目前，现有的一种多波长分波的光学模块如图1所示，λ1λ2λ3λ4波长光信号经过波分复用膜片64，λ1λ2λ3波长光信号从波分复用膜片64透射至波分复用膜片63，λ4波长光信号被波分复用膜片64分波滤出；λ1λ2波长光信号从波分复用模块63透射至波分复用模块62，λ3波长光信号被波分复用膜片63分波滤出；λ1波长光信号从波分复用模块62透射至波分复用模块61，λ2波长光信号被波分复用膜片62分波滤出；λ1波长光信号被波分复用膜片61分波滤出。
目前，现有的一种多波长合波的光学模块如图2所示，λ1波长光信号经波分复用膜片61反射后，到达波分复用膜片62；波分复用膜片62复用λ2波长光信号和λ1波长光信号，为λ1λ2波长光信号；波分复用膜片63复用λ3波长光信号和λ1λ2波长光信号，为λ1λ2λ3波长光信号；波分复用膜片64复用λ4波长光信号和λ1λ2λ3波长光信号，为λ1λ2λ3λ4波长光信号，最后将四个光信号复用在一起。由于四个不同波长光信号的激光芯片是单独封装在各自的二极管里，且应用时是在同个平面放置的，以至于造成整体占用的空间较大，最终完成的合波器件的体积就会比较大。
发明内容
本发明提供一种多波长空间错位分合波模块，其两个组合在一起的空间错位分合波模块，构成一个结构紧凑的完整的收发光学模块。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种多波长空间错位分合波模块，包括合波端与分波端，在合波端与分波端之间设有分合波光学组件，分波端由若干个线阵排列的端口构成，所述分合波光学组件包括分合波滤片组件、反射镜组件；分合波滤片组件由若干线阵排列的分合波滤片组成，反射镜组件包括位于分合波滤片组件与分波端之间的若干错位设置的后反射镜，后反射镜在分合波滤片组件与分波端之间形成分合波通道，使得不同波长光束能够分别在对应的分合波滤片与分波端的端口之间耦合；
用于分波时，分波端的端口为光电二级管；
用于合波时，分波端的端口为激光二极管；
即用于分波又用于合波时，分波端的一些端口为光电二极管，另一些端口为激光二极管。
作为一种优选技术方案，反射镜组件还包括位于合波端与分合波滤片组件之间的前反射镜；前反射镜在合波端与分合波滤片组件之间形成分合波通道，光束在空气中的入射角为13°～13.5°，在玻璃体中的入射角是8°～9°。
作为一种优选技术方案，还包括壳体，所述壳体的两端分别设有合波端和分波端，分合波光学组件设置在壳体内；壳体上设有用于嵌入另一个分合波模块的凹陷；所述分合波光学组件还包括侧移棱镜，分合波滤片与合波端位于不同平面，侧移棱镜位于分合波滤片与合波端之间，实现合波端与分合波滤片之间的耦合。
作为一种优选技术方案，所述分波端的端口之间的线阵距离是不同波长光束从分波滤片入射或透射时之间线阵距离的两倍。
作为一种优选技术方案，用于分波时，分合波模块的合波端与侧移棱镜之间设有相应通道的隔离器。
一种多波长空间错位光学模块，由用于分波的分合波模块和用于合波的分合波模块相互嵌合重叠构成。
一种多波长空间错位光学模块，由两个即用于分波又用于合波的分合波模块相互嵌合重叠构成。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明，每个分合波模块结构独立光电二极管、激光二极管的耦合调试过程在空间上都是其它方向无干涉的一维线阵分布，配合分合波滤片、侧移棱镜和反射镜的空间平面分布，能够用简单工艺，以更低的成本，更高的耦合效率，实现超小空间的多波长分合波。
本发明，可以通过后反射镜的设置，在宽度上进行扩展，宽度越宽，分波端相邻端口之间的干扰越小，使得电学性能越小。
本发明，对光束在空气、在玻璃体中的入射角进行设计，使得夹角扩大，这样可以减少设备的长度，节约空间。
附图说明
图1现有的一种多波长分波的光学模块原理示意图。
图2现有的一种多波长合波的光学模块原理示意图。
图3为光学模块的结构示意图。
图4为分合波模块的结构示意图。
图5为实施例1中分合波模块分波的光学原理图。
图6为实施例1中分合波模块合波的光学原理图。
图7为侧移棱镜的光学原理图。
图8为光学模块的效果图。
图9和图10为本发明与现有技术区别的效果说明图。
其中，附图标记如下所示：
10-分合波模块，101-合波端，102-分波端，1021-光电二极管，1022-激光二极管，103-侧移棱镜，104-第一级分合波滤片，105-第二级分合波滤片，106-第三级分合波滤片，107-第四级分合波滤片，108-前反射镜，109-后反射镜a，110-后反射镜b，111-后反射镜c，112-后反射镜d。
具体实施方式
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种多波长空间错位分合波光学模块，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图3所示，一种多波长空间错位光学模块，用于波分复用，由用于分波的分合波模块10和用于合波的分合波模块10嵌合重叠构成。
如图4所示，所述分合波模块10包括壳体、分别设置在壳体两端的合波端101与分波端102、位于壳体内的分合波光学组件。壳体上设有可以嵌入另一个分合波模块10的凹陷。
所述分波端102设有若干线阵排列的端口，用于分波时，分波端102的端口为光电二极管1021，用于合波时，分波端102的端口为激光二极管1022。本实施例中，以分波端102设有4个端口为例。
分合波光学组件包括侧移棱镜103、分合波滤片组件、反射镜组件。
为了减少光学模块的厚度，使得用于分波的分合波模块10和用于合波的分合波模块10相互嵌合，因此，壳体的厚度不均匀，因此分合波滤片组件与合波端101不在同一平面上，为了让合波端101与分合波滤片组件之间耦合，在分合波滤片组件与合波端101之间设有偏移棱镜。
由于分波端102有4个端口，因此分合波滤片组件包括线性排列的四个分合波滤片，分别为第一级分合波滤片104、第二级分合波滤片105、第三级分合波滤片106和第四级分合波滤片107。
第一级分合波滤片104与偏移棱镜相对，实现偏移棱镜与分合波滤片之间的耦合。由于分合波滤片组件为线性阵列，因此，在分合波滤片组件与偏移棱镜之间还设有前反射镜108。
为了扩展分波端102线阵距离，所述分合波滤片组件与分波端102之间还设有若干空间错位的后反射镜，分别为后反射镜a109、后反射镜b110、后反射镜c111和后反射镜d112。前反射镜108与后反射镜构成上述反射镜组件。
后反射镜a109和后反射镜c111分别与第二级分合波滤片105、第四级分合波滤片107相对，在后反射镜c111上方设有与后反射镜a109相对设置的后反射镜b110；在后反射镜b110的上方设有与后反射镜c111相对设置的后反射镜d112。第一级分合波滤片104、第三级分合波滤片106与对应的分波端102的端口耦合，第二级分合波滤片105通过后反射镜a109、后反射镜b110与其对应的分波端102的端口耦合，第四级分合波滤片107通过后反射镜c111、后反射镜d112与其对应的分波端102的端口耦合。
如图5所示，当分合波模块10用作分波功能使用时，合波端101输入λ1λ2λ3λ4四个不同波长的平行多波长复用光束，平行光束经过侧移棱镜103，射入分合波滤片组件与反射镜组件后，分成单独四束光束λ1、λ2、λ3、λ4，其中λ2、λ4光束再分别经过后反射镜a109与后反射镜b110、后反射镜c111与后反射镜d112反射以侧移到相应位置，汇聚到分波端102的光电二极管1021，转化成电信号。
如图6所示，当分合波模块10用作合波功能使用时，分波端102的四个激光二极管1022将电信号分别转化为λ1、λ2、λ3、λ4波长光信号。λ1、λ2、λ3、λ4波长光束在前反射镜108和分合波滤片的作用下被复用，通过侧移棱镜103，将复用的光束从合波端101输出。
还需要值得说明的是，为了减少光学模块的长度，本实施例中，光束在在空气中的入射角是13°～13.5°，在玻璃里的入射角是8°～9°。
本实施例中的光学模块，两个分合波模块10紧密地结合在一起，利用了空间位置，光电二极管1021和激光二极管1022皆为一维线性排列，通过后反射镜可以扩展相邻光电二极管1021或激光二极管1022之间的间距；充分利用二极管之间的间隙，进行自由度比较大的耦合调试，彼此之间没有过多的干涉，并且每个二极管都可以实现四个方向的激光焊接(指每个二极管在模块壳体平面的+/-45°和+/-135°的四个方向)。而当两个独立的分合波模块10，紧密结合在一起时，所有的二极管在整个模块上是二维排列，这样就充分利用了紧密的空间。
现有技术如图9所示，本发明入图10所示,以13°入射角和0.75mm通道间隔为实例,说明玻璃基片结构和空气隙结构,在左右方向上,也就是从输入输出端口,到二极管之间的距离变化情况。图9，根据折射原理和反射原理，空气中13°的入射角，在折射率为1.446的玻璃基片中的折射角为8.95°，也就是两倍反射角为17.89°。那么由0.75mm通道间隔决定的左右方向上的长度是2.51mm；图10，由于都是在空气中传播，两倍反射角为26°，那么由0.75mm通道间隔决定的左右方向上的长度是1.71mm。可见两种情况下，左右方向上的长度差异是0.80mm，这个0.80mm已经比0.75mm的通道间隔大了，在整体器件的结构上，能够产生明显的布局优势。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，由于合波的作用与分波不同，当用于合波时，第四级分合波滤片107可以取消。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，当用于合波时，侧移棱镜103与第一级分合波滤片104之间设有相应通道的隔离器。
实施例4
一种多波长空间错位光学模块，由两个即用于分波又用于合波的分合波模块10相互嵌合重叠构成。即用于分波又用于合波时，分波端102的两个端口为光电二极管1021，另外两个端口为激光二极管1022。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多波长空间错位分合波模块，包括合波端与分波端，在合波端与分波端之间设有分合波光学组件，分波端由若干个线阵排列的端口构成，其特征在于，所述分合波光学组件包括分合波滤片组件、反射镜组件；分合波滤片组件由若干线阵排列的分合波滤片组成，反射镜组件包括位于分合波滤片组件与分波端之间的若干错位设置的后反射镜，后反射镜使得分合波滤片组件与分波端之间形成分合波通道，使得不同波长光束能够分别在对应的分合波滤片与分波端的端口之间耦合；
用于分波时，分波端的端口为光电二极 管；
用于合波时，分波端的端口为激光二极管；
既 用于分波又用于合波时，分波端的一些端口为光电二极管，另一些端口为激光二极管；
为了减少光学模块的厚度，使得用于分波的分合波模块和用于合波的分合波模块相互嵌合，还包括壳体，所述壳体的两端分别设有合波端和分波端，分合波光学组件设置在壳体内；壳体上设有用于嵌入另一个分合波模块的凹陷；壳体的厚度不均匀，分合波滤片与合波端位于不同平面，侧移棱镜位于分合波滤片与合波端之间，实现合波端与分合波滤片之间的耦合。
2.根据权利要求1所述的多波长空间错位分合波模块，其特征在于，反射镜组件还包括位于合波端与分合波滤片组件之间的前反射镜；前反射镜使得合波端与分合波滤片组件之间形成分合波通道，光束在空气中的入射角为13°～13.5°，在玻璃体中的入射角是8°～9°。
3.根据权利要求1所述的多波长空间错位分合波模块，其特征在于，所述分波端的端口之间的线阵距离是不同波长光束从分波滤片入射或透射时之间线阵距离的两倍。
4.根据权利要求1所述的多波长空间错位分合波模块，其特征在于，用于分波时，分合波模块的合波端与侧移棱镜之间设有相应通道的隔离器。
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