CN108599856A - 基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，属于利用光学元器件进行光信号处理的光通信技术领域。包括光放大器、1×8模式光分束器、波分复用器、光纤阵列和8×1模式耦合接收器；外界光线路终端与一光放大器输入端连接，光放大器输出端通过1×8模式光分束器与波分复用器一输入端连接，外界的光网络单元与波分复用器另一输入端连接，波分复用器输出端与光纤阵列输入端连接，光纤阵列输出端与8×1模式耦合接收器输入端连接，8×1模式耦合接收器输出端通过另一光放大器与外界的光线路终端连接。通过将不同模块的功能结合起来，快速实现分光和合光，可对传输过程中衰减的光信号进行放大，实现光信号在传输过程中功率不损耗的目的。

Description

基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统

技术领域

本发明属于利用光学元器件进行光信号处理的光通信技术领域，尤其涉及一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统。

背景技术

目前，在光传送网中，各种不同原理和实现技术的光分路器被广泛的应用，不同原理和技术的光分路器具有不同的特性，适用于不同的场合，依据不同的光分束器原理，最原始的光分路器大体可分为：偏振光分路器，波长光分路器等，随着技术的发展，各种原理不同、结构不同的光分路器应运而生，在简单光分路器的基础上与其他的光学元器件结合形成独特的结构，实现特定的功能，如波导定向耦合型光分路器、光子晶体光分路器和阵列光分路器等等。

上述定向耦合型光分路器和光子晶体光分路器基本原理大致相同：将两个或多个波导平行、邻近放置形成一个定向耦合器，通过改变耦合区两个介质之间的折射率，使光场在横向发生重新分布，实现能量的重新分配；阵列分路器是将入射光束分割成阵列光束且保持总光强不变，高速并行完成光学信息处理，实现光功率的分配和多通道互联等功能。但是这些分路器结构、原理比较复杂，在工作过程中的人为可操控性低，一旦出现差错，误差将会很大，导致分路器工作效率降低，造价成本也比较昂贵。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，采用光放大器、1×8模式光分束器、波分复用器、光纤阵列和8×1模式耦合接收器等光学器件，将其功能结合起来，快速实现分光和合光，可对传输过程中衰减的光信号进行放大，实现光信号在传输过程中功率不损耗的目的，效果好，精准度高。

基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统是光分路器领域的一次技术创新，分路器核心结构采用波分复用器、光纤阵列和8×1模式光耦合，可以针对不同频率，不同时段的光信号，快速实现分光和合光，可将传输过程中衰减的光信号进行放大处理，以保证光信号在传输过程中不产生损耗。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，包括光放大器、1×8模式光分束器、波分复用器、光纤阵列和8×1模式耦合接收器；

外界的光线路终端与一光放大器输入端连接，光放大器输出端通过1×8模式光分束器与波分复用器一输入端连接，外界的光网络单元与波分复用器另一输入端连接，波分复用器输出端与光纤阵列输入端连接，光纤阵列输出端与8×1模式耦合接收器输入端连接，8×1模式耦合接收器输出端通过另一光放大器与外界的光线路终端连接。

其中，所述的光放大器，用于对通过单模光纤从外界的光线路终端输入的一定波长和能量的光信号进行放大，并将放大后的光信号传递给1×8模式光分束器。

其中，所述的1×8模式光分束器，用于将经光放大器放大后输出的光信号进行分路并传输给波分复用器进行下一步处理。

其中，所述的波分复用器，用于一方面接收经1×8模式光分束器分路后的光信号并传输给光网络单元，另一方面接收来自光网络单元的另一波长的光信号，将两种不同波长的光信号合成一束使其沿着单根光纤传输给光纤阵列。

其中，所述的光纤阵列，用于利用V形槽把来自波分复用器不同波长的光纤带安装在阵列基片上，使得光纤被精准定位，不同光纤的接合部被安装在同一块阵列基片上。

其中，所述的8×1模式耦合接收器，用于将从光纤阵列传递过来的多个不同波长的输入光信号组合成一个并从多模光纤输出，并对光信号进行隔离，使其不相互干扰，经过另一光放大器放大后传送给外界的光线路终端。

其中，所述的8×1模式耦合接收器，包括输出多模光纤，固化胶层，单条锥形输入多模波导，8条矩形输入单模波导，其中固化胶层位于输出多模光纤和单条锥形输入多模波导之间，所述单条锥形输入多模波导与8条矩形输入单模波导连接。

其中，所述输出多模光纤包括位于内部的芯层和设置在芯层外围的包层，所述包层和芯层的材料均为二氧化硅；所述8条矩形输入单模波导包括位于内部的芯层和设置在芯层外围的包层。

其中，所述的8×1模式耦合接收器参数具体设计方法，步骤如下：

步骤1、当输入光波波长为1310nm时，固化胶层内的折射率为1.462，所述输出多模光纤的包层的折射率为1.4444，所述输出多模光纤的芯层的折射率比包层的折射率高0.0123，所述输出多模光纤的芯层的直径为62.5μm，所述输出多模光纤的长度为2m；所述8条矩形输入单模波导的芯层宽度和高度均为8μm，所述8条矩形输入单模波导和单条锥形输入多模波导边缘的距离为3μm，所述8×1模式耦合接收器的长度为1cm，所述8×1模式耦合接收器的宽度为0.5cm，所述8×1模式耦合接收器的深度为2cm；若所述固化胶层的厚度为bμm，所述单条锥形输入多模波导的深度为aμm，所述8条矩形输入单模波导中的相邻两条矩形波导之间的距离为cμm，所述单条锥形输入多模波导中心上边缘与固化胶层的距离为dμm；

步骤2、8条矩形输入单模波导的8个光信号输入端口对称，在确定参数时只用计算1，2，3，4号光输入端口的相关参数，当光从1，2号端口输入时，参数a的变化范围为0～800μm，输出光的归一化功率大于0.8，当光从3，4号端口输入时，参数a的变化范围为250～700μm，输出光的归一化功率大于0.8，综合上述情况，取参数a的最优值为a＝700μm；

步骤3、光从1，2，3，4号端口输入时，当参数b和d发生变化时，输出光的功率可获得，同时也可以得到参数b和d的值；当光从1号端口输入时，输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～10μm内，参数d的变化范围为15～20μm；当光从2号端口输入时，输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～5μm内，参数d的变化范围为18～20μm；当光从3号端口输入时，在输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～10μm内，参数d的变化范围为15～20μm或者0～5μm；当光从4号端口输入时，输出光功率最大时固化胶层的厚度在0～20μm内，参数b的变化范围为0～8μm，经分析发现前两组数据有交集，后两组数据也有交集，但四组数据之间并无交集，为了得到输出光的最大功率值，取参数b和d的最优值为b＝d＝5μm；

步骤4、光从1，2，3，4号端口输入时，参数c发生变化时，光波的方向性可以确定，从而可以得到参数c的最优值：当光从1号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性大于50dB；当光从2号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性大于50dB；当光从3号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性也大于50dB；当光从4号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性依然大于50dB，综合以上四种情况，当光的方向性最好时，根据递归规律取参数c的值为12μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本光分路器系统各部件功能相互配合，一致性较好，可靠性较高，精度高。

2.核心部件8×1模式耦合接收器的结构简单，控制过程简便，易于实现。

附图说明

图1为本发明所述的基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统结构示意图：

图2为本发明所述的8×1模式耦合接收器的结构示意图。

图中：

10-光放大器；20-1×8模式光分束器；30-波分复用器；40-光纤阵列；50-8×1模式耦合接收器；

1-输出多模光纤包层；2-输出多模光纤芯层；3-单条锥形输入多模波导；4-固化胶层；5-8条矩形输入单模波导；6-8条矩形输入单模波导包层。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

如图1所示，本发明可解决光信号在传输过程中的损耗问题，提出一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，在现有的光分路器技术的基础上，进行了技术创新，采用不同光学器件，将其功能结合起来，快速实现分光和合光，同时采用两个不同的光输入接口，不仅可对同一频率、同一时段的光信号进行处理，而且可以对不同频率、不同时段的光信号进行处理，实现光信号在传输过程中没有损耗。具体结构包括光放大器、1×8模式光分束器、波分复用器、光纤阵列和8×1模式耦合接收器；

外界的光线路终端与一光放大器输入端连接，光放大器输出端通过1×8模式光分束器与波分复用器一输入端连接，外界的光网络单元与波分复用器另一输入端连接，波分复用器输出端与光纤阵列输入端连接，光纤阵列输出端与8×1模式耦合接收器输入端连接，8×1模式耦合接收器输出端通过另一光放大器与外界的光线路终端连接。

其中，所述的光放大器，用于对通过单模光纤从外界的光线路终端输入的一定波长和能量的光信号进行放大，并将放大后的光信号传递给1×8模式光分束器。

其中，所述的1×8模式光分束器，用于将经光放大器放大后输出的光信号进行分路并传输给波分复用器进行下一步处理。

其中，所述的波分复用器，用于一方面接收经1×8模式光分束器分路后的光信号并传输给光网络单元，另一方面接收来自光网络单元的另一波长的光信号，将两种不同波长的光信号合成一束使其沿着单根光纤传输给光纤阵列。

其中，所述的光纤阵列，用于利用V形槽把来自波分复用器不同波长的光纤带安装在阵列基片上，使得光纤被精准定位，不同光纤的接合部被安装在同一块阵列基片上。

其中，所述的8×1模式耦合接收器，用于将从光纤阵列传递过来的多个不同波长的输入光信号组合成一个并从多模光纤输出，并对光信号进行隔离，使其不相互干扰，经过另一光放大器放大后传送给外界的光线路终端。

如图2所示，所述的8×1模式耦合接收器，包括输出多模光纤，固化胶层，单条锥形输入多模波导，8条矩形输入单模波导，其中固化胶层位于输出多模光纤和单条锥形输入多模波导之间，所述单条锥形输入多模波导与8条矩形输入单模波导连接。

其中，所述输出多模光纤包括位于内部的芯层和设置在芯层外围的包层，所述包层和芯层的材料均为二氧化硅；所述8条矩形输入单模波导包括位于内部的芯层和设置在芯层外围的包层。

本实施例中的8×1模式耦合接收器参数具体设计方法，步骤如下：

步骤1、当输入光波波长为1310nm时，固化胶层内的折射率为1.462，所述输出多模光纤的包层的折射率为1.4444，所述输出多模光纤的芯层的折射率比包层的折射率高0.0123，所述输出多模光纤的芯层的直径为62.5μm，所述输出多模光纤的长度为2m；所述8条矩形输入单模波导的芯层宽度和高度均为8μm，所述8条矩形输入单模波导和单条锥形输入多模波导边缘的距离为3μm，所述8×1模式耦合接收器的长度为1cm，所述8×1模式耦合接收器的宽度为0.5cm，所述8×1模式耦合接收器的深度为2cm；若所述固化胶层的厚度为bμm，所述单条锥形输入多模波导的深度为aμm，所述8条矩形输入单模波导中的相邻两条矩形波导之间的距离为cμm，所述单条锥形输入多模波导中心上边缘与固化胶层的距离为dμm；

步骤2、8条矩形输入单模波导的8个光信号输入端口对称，在确定参数时只用计算1，2，3，4号光输入端口的相关参数，当光从1，2号端口输入时，参数a的变化范围为0～800μm，输出光的归一化功率大于0.8，当光从3，4号端口输入时，参数a的变化范围为250～700μm，输出光的归一化功率大于0.8，综合上述情况，取参数a的最优值为a＝700μm；

步骤3、光从1，2，3，4号端口输入时，当参数b和d发生变化时，输出光的功率可获得，同时也可以得到参数b和d的值；当光从1号端口输入时，输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～10μm内，参数d的变化范围为15～20μm；当光从2号端口输入时，输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～5μm内，参数d的变化范围为18～20μm；当光从3号端口输入时，在输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～10μm内，参数d的变化范围为15～20μm或者0～5μm；当光从4号端口输入时，输出光功率最大时固化胶层的厚度在0～20μm内，参数b的变化范围为0～8μm，经分析发现前两组数据有交集，后两组数据也有交集，但四组数据之间并无交集，为了得到输出光的最大功率值，取参数b和d的最优值为b＝d＝5μm；

步骤4、光从1，2，3，4号端口输入时，参数c发生变化时，光波的方向性可以确定，从而可以得到参数c的最优值：当光从1号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性大于50dB；当光从2号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性大于50dB；当光从3号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性也大于50dB；当光从4号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性依然大于50dB，综合以上四种情况，当光的方向性最好时，根据递归规律取参数c的值为12μm。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，例如：8×1模式耦合接收器的形态、适用场合，各种光学元器件的不同组合顺序，其他类似的光信号处理元器件等，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：包括光放大器、1×8模式光分束器、波分复用器、光纤阵列和8×1模式耦合接收器；

外界的光线路终端与一光放大器输入端连接，光放大器输出端通过1×8模式光分束器与波分复用器一输入端连接，外界的光网络单元与波分复用器另一输入端连接，波分复用器输出端与光纤阵列输入端连接，光纤阵列输出端与8×1模式耦合接收器输入端连接，8×1模式耦合接收器输出端通过另一光放大器与外界的光线路终端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：所述的光放大器，用于对通过单模光纤从外界的光线路终端输入的一定波长和能量的光信号进行放大，并将放大后的光信号传递给1×8模式光分束器。

3.根据权利要求1所述的一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：所述的1×8模式光分束器，用于将经光放大器放大后输出的光信号进行分路并传输给波分复用器进行下一步处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：所述的波分复用器，用于一方面接收经1×8模式光分束器分路后的光信号并传输给光网络单元，另一方面接收来自光网络单元的另一波长的光信号，将两种不同波长的光信号合成一束使其沿着单根光纤传输给光纤阵列。

5.根据权利要求1所述的一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：所述的光纤阵列，用于利用V形槽把来自波分复用器不同波长的光纤带安装在阵列基片上，使得光纤被精准定位，不同光纤的接合部被安装在同一块阵列基片上。

6.根据权利要求1所述的一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：所述的8×1模式耦合接收器，用于将从光纤阵列传递过来的多个不同波长的输入光信号组合成一个并从多模光纤输出，并对光信号进行隔离，使其不相互干扰，经过另一光放大器放大后传送给外界的光线路终端。

7.根据权利要求1所述的一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：所述的8×1模式耦合接收器，包括输出多模光纤，固化胶层，单条锥形输入多模波导，8条矩形输入单模波导，其中固化胶层位于输出多模光纤和单条锥形输入多模波导之间，所述单条锥形输入多模波导与8条矩形输入单模波导连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：所述输出多模光纤包括位于内部的芯层和设置在芯层外围的包层，所述包层和芯层的材料均为二氧化硅；所述8条矩形输入单模波导包括位于内部的芯层和设置在芯层外围的包层。

9.根据权利要求8所述的一种基于8×1模式耦合接收器的光分路器系统，其特征在于：所述的8×1模式耦合接收器参数具体设计方法，步骤如下：

步骤1、当输入光波波长为1310nm时，固化胶层内的折射率为1.462，所述输出多模光纤的包层的折射率为1.4444，所述输出多模光纤的芯层的折射率比包层的折射率高0.0123，所述输出多模光纤的芯层的直径为62.5μm，所述输出多模光纤的长度为2m；所述8条矩形输入单模波导的芯层宽度和高度均为8μm，所述8条矩形输入单模波导和单条锥形输入多模波导边缘的距离为3μm，所述8×1模式耦合接收器的长度为1cm，所述8×1模式耦合接收器的宽度为0.5cm，所述8×1模式耦合接收器的深度为2cm；若所述固化胶层的厚度为bμm，所述单条锥形输入多模波导的深度为aμm，所述8条矩形输入单模波导中的相邻两条矩形波导之间的距离为cμm，所述单条锥形输入多模波导中心上边缘与固化胶层的距离为dμm；

步骤2、8条矩形输入单模波导的8个光信号输入端口对称，在确定参数时只用计算1，2，3，4号光输入端口的相关参数，当光从1，2号端口输入时，参数a的变化范围为0～800μm，输出光的归一化功率大于0.8，当光从3，4号端口输入时，参数a的变化范围为250～700μm，输出光的归一化功率大于0.8，综合上述情况，取参数a的最优值为a＝700μm；

步骤3、光从1，2，3，4号端口输入时，当参数b和d发生变化时，输出光的功率可获得，同时也可以得到参数b和d的值；当光从1号端口输入时，输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～10μm内，参数d的变化范围为15～20μm；当光从2号端口输入时，输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～5μm内，参数d的变化范围为18～20μm；当光从3号端口输入时，在输出光功率最大时，固化胶层的厚度在0～10μm内，参数d的变化范围为15～20μm或者0～5μm；当光从4号端口输入时，输出光功率最大时固化胶层的厚度在0～20μm内，参数b的变化范围为0～8μm，经分析发现前两组数据有交集，后两组数据也有交集，但四组数据之间并无交集，为了得到输出光的最大功率值，取参数b和d的最优值为b＝d＝5μm；

步骤4、光从1，2，3，4号端口输入时，参数c发生变化时，光波的方向性可以确定，从而可以得到参数c的最优值：当光从1号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性大于50dB；当光从2号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性大于50dB；当光从3号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性也大于50dB；当光从4号端口输入时，其他三个端口光的方向性可以确定，当参数c变化超过10μm时，输入光的方向性依然大于50dB，综合以上四种情况，当光的方向性最好时，根据递归规律取参数c的值为12μm。