CN110058362A - 一种基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，属于光纤通信技术领域。所述单纤双向收发器件包括：激光发射器、激光探测器、光纤组件以及五边形棱镜，五边形棱镜包括分别与上述各部件对应设置的第一侧面、第二侧面、第三侧面以及对光束进行全反射的第四侧面，第一侧面上设置滤波片；本发明在光路中加入五边形棱镜，使入射光在进入滤波片之前的光路改变，从而改变入射光的入射角度(5°～30°)，使得系统的偏振相关损耗减少；与此同时，合适设计第一侧面Ⅰ与第四侧面Ⅳ之间的夹角β，使得第二束输出光与入射光垂直，符合光收发器的标准。本发明在保证尺寸的前提下，使得该结构产品的各项指标达到要求，提升收发器的功能。

Description

一种基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件。

背景技术

随着5G时代的来临，极大的数据传输量迫使无源光模块向着更低能耗、更高效率的方向发展。光收发器作为信号传输的转换单元，且具有较高的安全性与稳定性，其在光网络的组建中是不可或缺的。BIDI光模块是一种单纤双向光收发模块，利用WDM技术，发射和接收两个不同方向的中心波长，实现光信号在一根光纤上的双向传输。其结构主要分为光发射模块、光接收模块以及波分复用模块。

现有的常规BIDI模块包括金属外壳、45°滤波片、光纤组件、橡胶保护套、0°滤波片、激光发射器、激光探测器，该结构及类似结构能满足通信波段信号的单纤双向收发，作为接受器时，信号光被光线组件接收在经过45°滤波片时，符合滤波片波长限制的信号透过，不符合的被反射，经过0°滤波片透射被激光探测器接收；作为发射器时，由激光发射器发射的光经过45°滤波片透射后作为输出光。由于入射光经过滤波片的入射角过大(45°)会导致接收光有很大的偏振相关损耗，导致激光器和探测器指标不能达到要求。

申请号为201310608621.3的发明专利文献公开了一种基于三片滤波片的收发器，三个滤波片固定在滤波片支架上，其中：第一滤波片为发射端玻片，与垂直方向夹角为10°～15°；第二滤波片为接收端玻片，按水平方向设置，第三滤波片为全反射玻片，与水平方向夹角为30°～35°。该结构：通过合理设计滤波片支架和控制三个滤波片的空间相对位置，以及调整工艺，保证该结构产品的激光器和探测器的指标都能达到要求，使入射光入射角度达到10°～15°，但由于三片玻璃均固定在金属支架上，该结构难以再改变入射角度，间且可选择角度范围较小；另外，金属支架和玻璃元件因线膨胀系数不同，在高温和低温时会带来较大的应变，从而影响系统地可靠性。

因此，如何改进上述结构使得入射光的入射角度的可选择范围扩大，同时保证该结构产品的各项指标达到要求是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，通过核心部件五边形棱镜形状的合理设计，改变入射光的入射角度，扩大入射角度的可选择范围，同时保证收发器件各项指标达到要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，包括：

光纤组件，用于光传导；

激光发射器，用于发射光束，与所述光纤组件对应设置；

激光探测器，用于接收光束；

五边形棱镜，设置于光纤组件与激光发射器之间光路上，包括分别与激光发射器、激光探测器、光纤组件对应设置的第一侧面、第二侧面、第三侧面以及对光束进行全反射的第四侧面，所述第一侧面上设置滤波片；

作为接收器时，信号光被光纤组件接收从第三侧面进入五边形棱镜，经第一侧面上的滤波片透射符合波长限制的光，不符合波长限制的其余光被反射，再通过第四侧面全反射，从第二侧面射出，被激光探测器接收；

作为发射器时，由激光发射器发射的光从第一侧面进入五边形棱镜，从第三侧面射出，经光纤组件传导作为输出光。

如图1所示，本发明对于五边形棱镜角度设计原理如下：

1、入射光和两个出射光的方向可以任意选定，优选的，进入第三侧面Ⅲ的入射光与从第一侧面Ⅰ出射的出射光方向平行，与从第二侧面Ⅱ出射的出射光方向垂直。

2、α角度为第一侧面Ⅰ出射的出射光与滤光片法线的夹角，也是光在滤波片上的投射角度，可以为5°～30°之间，优选角度8°～15°。角度选择的依据是基于光在分界面的反射和折射规律遵从菲涅耳公式，考虑到光通过滤波片后透射和反射的光的偏振相关损耗角度要小于30度，考虑回波对入射激光器的影响角度要大于5度。

3、第三侧面Ⅲ和第一侧面Ⅰ方向的选择：第三侧面Ⅲ方向取决于入射光的角度δ的选择，通常δ≥8°；第一侧面Ⅰ方向取决于出射光的角度ɑ，通常ɑ≥8°。优选的，第三侧面Ⅲ和第一侧面方向平行。

4、β角为第一侧面Ⅰ与第四侧面Ⅳ之间的夹角。β角度的选择和入射光和从第二侧面Ⅱ出射的出射光的角度θ、第二侧面Ⅱ和第三侧面Ⅲ的夹角β2以及入射光与第三侧面Ⅲ法线的夹角δ有关。

特别的：

(1)取δ＝5°，θ＝β2＝90°，有β＝45.8°；

(2)取δ＝8°，θ＝β2＝90°，有β＝46.2°；

(3)取δ＝15°，θ＝β2＝90°，有β＝47.5°；

作为优选，所述第一侧面与第三侧面平行。

所述激光发射器和光纤组件按水平方向布置，光束沿水平方向射出。作为优选，所述滤波片采用胶接方式固定在五边形棱镜的第一侧面，其与垂直方向的夹角为5°～30°。

作为优选，所述第一侧面、第二侧面和第三侧面上涂有增透膜。所述滤波片通过胶接的方式固定在第一侧面上。

作为优选，所述第四侧面上涂有反射膜或粘接有反射镜。

作为优选，光纤组件与五边形棱镜之间的光路上设置第一透镜，激光探测器与五边形棱镜之间的光路上设置第二透镜。

所述第一透镜和第二透镜分别对进入光纤以及激光探测器的光进行汇聚。

作为优选，所述激光发射器与五边形棱镜之间的光路上依次设有准直透镜和光隔离器。所述准直透镜采用折返透镜，对激光发射器发射的光进行准直，所述光隔离器只允许激光发射通过，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器的隔离，提高光波传输效率。

作为优选，所述单纤双向收发器件还包括金属壳体，所述激光发射器、激光探测器、光纤组件均安装固定于金属壳体内，五边形棱镜通过金属块固定在金属壳体腔壁上，所述第一透镜、第二透镜和准直透镜均通过透镜管座固定在金属壳体腔壁上。

本发明具备的有益效果：

本发明在光路中加入五边形棱镜，通过合理设计五边形棱镜的形状，使入射光在进入滤波片之前的光路改变，从而改变入射光的入射角度(5°～30°)，使得系统的偏振相关损耗减少；与此同时，合适设计第一侧面Ⅰ与第四侧面Ⅳ之间的夹角β，使得第二束输出光与入射光垂直，符合光收发器的标准。本发明在保证尺寸的前提下，使得该结构产品的各项指标达到要求，提升收发器的功能。

附图说明

图1为本发明五边形棱镜角度设计原理图。

图2为实施例1中单纤双向收发器件的结构示意图。

图3为图2中五边形棱镜的结构示意图。

图4为实施例2中单纤双向收发器件的结构示意图。

图5为图4中五边形棱镜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图2所示，一种基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，包括金属壳体1以及固定安装在金属壳体1上的激光发射器2、光纤组件3和激光探测器4，激光发射器2和光纤组件3按水平方向布置，激光探测器4垂直于激光发射器2和光纤组件3之间的光路设置。

在激光发射器2和光纤组件3之间的光路上依次设置有准直透镜5、光隔离器6、五边形棱镜7、第一透镜8。在五边形棱镜7和激光探测器4之间设置第二透镜9。五边形棱镜7通过金属块与金属壳体1固定连接，各透镜放置于相应的透镜管座并胶接固定在金属壳体1内。

如图3所示，五边形棱镜7包括分别与激光发射器1、激光探测器4、光纤组件3对应设置的第一侧面Ⅰ、第二侧面Ⅱ、第三侧面Ⅲ以及对光束进行全反射的第四侧面Ⅳ。五边形棱镜7的第一侧面Ⅰ与第三侧面Ⅲ平行，且分别与第二侧面Ⅱ垂直，材料选择折射率n＝1.5的玻璃。第一侧面Ⅰ、第二侧面Ⅱ、第三侧面Ⅲ涂有增透膜，第四侧面Ⅳ为反射膜(也可用反射镜替代)。

五边形棱镜的第一侧面Ⅰ上设置滤波片10，滤波片10采用胶接方式固定在五边形棱镜第一侧面Ⅰ上。本实施例设计：经过滤波片10的入射光的入射角α＝8°，五边形棱镜的第四侧面Ⅳ相对于第一侧面Ⅰ倾角β＝46.2°；分别经过第一透镜8与第二透镜9的光束互相垂直。

本实施例提供的单纤双向收发器件作为接收器时，信号光被光纤组件3接收经过第一透镜8进入五边形棱镜7，信号光经过滤波片10时，符合滤波片10波长限制的信号透过，不符合的被反射，经过五边形棱镜7第四侧面Ⅳ的反射膜的反射，最终从五边形棱镜7的第二侧面Ⅱ射出经过第二透镜9汇聚被激光探测器4接收；

作为发射器时，由激光发射器2发射的光经过准直透镜5和光隔离器6，准直后的平行光经过五边形棱镜7后，由第一透镜8汇聚成像在光纤平面，作为输出光。

实施例2

为进一步减少分光光路的结构尺寸给出新的设计方案，如图4和图5所示。

本实施例的单纤双向收发器的部件组成同实施例1，其中五边形棱镜的形状设计为：五边形棱镜7的第一侧面Ⅰ与第三侧面Ⅲ平行，且分别与第二侧面Ⅱ垂直，材料选择折射率n＝1.5的玻璃。经过滤波片10的入射光的入射角α＝15°，五边形棱镜7的第四侧面Ⅳ相对于第一侧面Ⅰ倾角β＝47.5°；分别经过第一透镜8与第二透镜9的光束互相垂直。

本实施例提供的单纤双向收发器件作为接收器时，信号光被光纤组件3接收经过第一透镜8进入五边形棱镜7，信号光经过滤波片10时，符合滤波片10波长限制的信号透过，不符合的被反射，经过五边形棱镜7第四侧面Ⅳ的反射膜的反射，最终从五边形棱镜7的第二侧面Ⅱ射出经过第二透镜9汇聚被激光探测器4接收；

作为发射器时，由激光发射器2发射的光经过准直透镜5和光隔离器6，准直后的平行光经过五边形棱镜7后，由第一透镜8汇聚成像在光纤平面，作为输出光。

Claims (9)

1.一种基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，包括：

光纤组件，用于光传导；

激光发射器，用于发射光束，与所述光纤组件对应设置；

激光探测器，用于接收光束；

五边形棱镜，设置于光纤组件与激光发射器之间光路上，包括分别与激光发射器、激光探测器、光纤组件对应设置的第一侧面、第二侧面、第三侧面以及对光束进行全反射的第四侧面，所述第一侧面上设置滤波片；

作为接收器时，信号光被光纤组件接收从第三侧面进入五边形棱镜，经第一侧面上的滤波片透射符合波长限制的光，不符合波长限制的其余光被反射，再通过第四侧面全反射，从第二侧面射出，被激光探测器接收；

作为发射器时，由激光发射器发射的光从第一侧面进入五边形棱镜，从第三侧面射出，经光纤组件传导作为输出光。

2.如权利要求1所述的基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，所述第一侧面与第三侧面平行。

3.如权利要求1所述的基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，所述滤波片采用胶接方式固定在五边形棱镜的第一侧面，其与垂直方向的夹角为5°～30°。

4.如权利要求1所述的基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，第一侧面与第四侧面之间的夹角β与入射光和从第二侧面出射的出射光之间的夹角θ、第二侧面和第三侧面的夹角β2以及入射光与第三侧面法线的夹角δ有关，当θ＝β2＝90°，则δ＝8°，β＝46.2°；或δ＝5°，β＝45.8°；或δ＝15°，β＝47.5°。

5.如权利要求1所述的基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，所述第一侧面、第二侧面和第三侧面上涂有增透膜。

6.如权利要求1所述的基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，所述第四侧面上涂有反射膜或粘接有反射镜。

7.如权利要求1所述的基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，光纤组件与五边形棱镜之间的光路上设置第一透镜，激光探测器与五边形棱镜之间的光路上设置第二透镜。

8.如权利要求1或7所述的基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，所述激光发射器与五边形棱镜之间的光路上依次设有准直透镜和光隔离器。

9.如权利要求8所述的基于五边形棱镜和干涉滤光片的单纤双向收发器件，其特征在于，还包括金属壳体，所述激光发射器、激光探测器、光纤组件均安装固定于金属壳体内，五边形棱镜通过金属块固定在金属壳体腔壁上，所述第一透镜、第二透镜和准直透镜均通过透镜管座固定在金属壳体腔壁上。