CN110441864A - 一种光波分复用器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光波分复用器，其使得各通道之间串扰信噪降低、隔离度好，且温度和波长相关插损小、制造成本低，且整合成可传输多波长单通道光路，实现光信号远距离传输的稳定性和可靠性。其包括第一偏振合束结构、第二偏振合束结构、第三偏振合束结构、起偏器，所述第一偏振合束结构、第二偏振合束结构、第三偏振合束结构均包括有两个入射部分、一个射出部分，所述第一偏振合束结构的两个入射部分分别接收第一光信号通道、第二光信号通道的对应光束，所述第二偏振合束结构的两个入射部分分别接收第三光信号通道、第四光信号通道的对应光束，所述起偏器的前部入射位置分别布置有第一偏振合束结构、第二偏振合合束结构。
Description
技术领域
本发明涉及光分复用器的技术领域，具体为一种光波分复用器。
背景技术
光分复用器是应用于多波长、通道串扰低、定向传输的光纤通信系统中。具体应用于光通信器件，如100G CWDM、400G CWDM\DWDM\LAN-WDM等的高速光模块中。
现有技术中，光模块中波分复用主要为如下两种结构方案：
1 Zigzag MUX方案、见图1，将多个薄膜滤波片组合在玻璃块侧边，利用薄膜滤波片对不同波长的透过率和反射率不同，在公共端口实现4种不同波长光合并。目前，虽然制备Zigzag工艺已经比较成熟，但介质薄膜加工复杂，此方案适应于波数较少，光路可逆，各光通道光程不同，输出光功率差异性大。
2阵列波导光栅AWG方案、见图2，不同波长光信号通过输入波导入射，然后通过输入星型耦合器1’，进入到阵列波导2’，最后光信号由输出星型耦合器3’合成一束光波，通过输出波导输出。阵列波导PLC虽然制造简单可实现多波长传输，但AWG光功率损耗大，各通道之间存在串扰信噪隔离度大，温度影响敏感。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种光波分复用器，其使得各通道之间串扰信噪降低、隔离度好，且温度和波长相关插损小、制造成本低，且整合成可传输多波长单通道光路，实现光信号远距离传输的稳定性和可靠性。
一种光波分复用器，其特征在于：其包括第一偏振合束结构、第二偏振合束结构、第三偏振合束结构、起偏器，所述第一偏振合束结构、第二偏振合束结构、第三偏振合束结构均包括有两个入射部分、一个射出部分，所述第一偏振合束结构的两个入射部分分别接收第一光信号通道、第二光信号通道的对应光束，所述第二偏振合束结构的两个入射部分分别接收第三光信号通道、第四光信号通道的对应光束，所述起偏器的前部入射位置分别布置有第一偏振合束结构、第二偏振合合束结构，所述第一偏振合束结构的第一射出部分的第一合束光单元、第二偏振合束结构的第二射出部分的第二合束光单元别朝向所述起偏器的入射端面，所述起偏器的后方布置有第三偏振合束结构，所述起偏器的射出端面的两个合束光单元分别朝向所述第三偏振合束结构的两个入射部分布置，所述第三偏振合束结构射出部分将四束光合成一束输出。
其进一步特征在于：
所述第一偏振合束结构具体包括第一半波片、第一平行平板、第一反射棱镜、第一偏振合束器，所述第一偏振合束器的第一入射位置设置有第一平行平板，沿着所述第一平行平板的上方或下方布置有第一半波片，所述第一半波片的后部设置有第一反射棱镜，所述第一平行板用于接收通过第二光信号通道射出第二光信号，所述第一半波片用于接收通过第一光信号通道射出第一光信号，所述第一反射棱镜将通过第一半波片偏振旋转后的第一光信号反射到所述第一偏振合束器的第二入射位置，所述第一偏振合束器的射出部分即为第一偏振合束结构的射出部分，其将两束变化的偏振方向正交的线偏振光合成一束；
所述第二偏振合束结构具体包括第二半波片、第二平行平板、第二反射棱镜、第二偏振合束器，所述第二偏振合束器的第一入射位置设置有第二平行平板，沿着所述第二平行平板的上方或下方布置有第二半波片，所述第二半波片的后部设置有第二反射棱镜，所述第二平行板用于接收通过第三光信号通道射出第三光信号，所述第二半波片用于接收通过第四光信号通道射出第四光信号，所述第二反射棱镜将通过第二半波片偏振旋转后的第四光信号反射到所述第二偏振合束器的第二入射位置，所述第二偏振合束器的射出部分即为第二偏振合束结构的射出部分，其将两束变化的偏振方向正交的线偏振光合成一束；
所述第三偏振合束结构具体包括第三半波片、第四半波片、第三反射棱镜、第三偏振合束器，所述第三偏振合束器的第一入射位置设置有第四半波片，沿着所述第四半波片的上方或下方布置有第三半波片，所述第三半波片的后部设置有第三反射棱镜，所述第三半波片、第四半波片分别用于接收通过第一偏振合束结构、第二偏振合束结构合束形成的合束光信号，所述第三反射棱镜将通过第三半波片偏振旋转后的合束光信号反射到所述第三偏振合束器的第二入射位置，所述第三偏振合束器的射出部分即为第三偏振合束结构的射出部分，其将两束偏振方向为正交的合光光束，变换为同一种偏振态的合光光束，然后输出相互正交的偏振态光束、合成一束光输出，从而实现将四束光合成一束；
所述第一半波片、第二半波片具体为45°半波片；
所述第三半波片、第四半波片具体为22.5°半波片，所述第三半波片、第四半波片为不同晶体主截面的半波片；
所述起偏器具体为45°起偏器；
所述第一半波片、第一平行平板两者沿着一条和光束通道所平行的平面成角的直线上、下位置布置，所述第一半波片的厚度和第一平行平板的厚度相同；
所述第二半波片、第二平行平板两者沿着一条和光束通道所平行的平面成角的直线上、下位置布置，所述第二半波片的厚度和第二平行平板的厚度相同；
所有的光学器件都不平行或垂直于光束通道所平行的平面布置，使得所有的光学器件有倾斜角，减小光信号在光学器件端面回损。
采用上述技术方案后，其通过第一偏振合束结构、第二偏振合束结构采用用偏振的方法进行合波，同传统的光波分复用的区别在于此方案稳定性高，不受波长和温度的影响，可用于CWDM、DWDM和LAN-WDM的四束光合波；之后将两束偏振方向为正交的合光光束，变换为同一种偏振态的合光光束，然后输出相互正交的偏振态光束、合成一束光输出，从而实现将四束光合成一束；其使得各通道之间串扰信噪降低、隔离度好，且温度和波长相关插损小、制造成本低，且整合成可传输多波长单通道光路，实现光信号远距离传输的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为现有技术的Zigzag MUX结构图；
图2为现有技术的阵列波导光栅AWG结构图；
图3为本发明的整体结构具体实施例示意图(包括工作原理)；
图4为本发明的第一偏振合束结构的具体实施例示意图(包括工作原理)；
图5为本发明的第二偏振合束结构的具体实施例示意图(包括工作原理)；
图6为本发明的第三偏振合束结构的具体实施例示意图(包括工作原理)；
图7为具体实施例中第三偏振合束结构的不同光轴的22.5°半波片工作原理图；
图中序号所对应的名称如下：
输入星型耦合器1’、阵列波导2’、输出星型耦合器3’
第一偏振合束结构1、第一半波片11、第一平行平板12、第一反射棱镜13、第一偏振合束器14、第二偏振合束结构2、第二半波片22、第二平行平板21、第二反射棱镜23、第二偏振合束器24、起偏器3、第三偏振合束结构4、第三半波片41、第四半波片42、第三反射棱镜43、第三偏振合束器44、第一光信号通道CH1、第二光信号通道CH2、第三光信号通道CH3、第四光信号通道CH4。
具体实施方式
一种光波分复用器，见图3-图7：其包括第一偏振合束结构1、第二偏振合束结构2、起偏器3、第三偏振合束结构4，第一偏振合束结构1、第二偏振合束结构2、第三偏振合束结构4均包括有两个入射部分、一个射出部分，第一偏振合束结构1的两个入射部分分别接收第一光信号通道CH1、第二光信号通道CH2的对应光束，第二偏振合束结构2的两个入射部分分别接收第三光信号通道CH3、第四光信号通道CH4的对应光束，起偏器3的前部入射位置分别布置有第一偏振合束结构、第二偏振合合束结构，第一偏振合束结构1的第一射出部分的第一合束光单元、第二偏振合束结构2的第二射出部分的第二合束光单元别朝向起偏器3的入射端面，起偏器3的后方布置有第三偏振合束结构4，起偏器3的射出端面的两个合束光单元分别朝向第三偏振合束结构4的两个入射部分布置，第三偏振合束结构4射出部分将四束光合成一束输出。
第一偏振合束结构1具体包括第一半波片11、第一平行平板12、第一反射棱镜13、第一偏振合束器14，第一偏振合束器14的第一入射位置设置有第一平行平板12，沿着第一平行平板12的上方或下方布置有第一半波片11，第一半波片11的后部设置有第一反射棱镜13，第一平行板12用于接收通过第二光信号通道CH2射出第二光信号，第一半波片11用于接收通过第一光信号通道CH1射出第一光信号，第一反射棱镜13将通过第一半波片11偏振旋转后的第一光信号反射到第一偏振合束器14的第二入射位置，第一偏振合束器14的射出部分即为第一偏振合束结构1的射出部分，其将两束变化的偏振方向正交的线偏振光合成一束；
第二偏振合束结构2具体包括第二半波片22、第二平行平板21、第二反射棱镜23、第二偏振合束器24，第二偏振合束器24的第一入射位置设置有第二平行平板21，沿着第二平行平板21的上方或下方布置有第二半波片22，第二半波片22的后部设置有第二反射棱镜23，第二平行板21用于接收通过第三光信号通道CH3射出第三光信号，第二半波片22用于接收通过第四光信号通道CH4射出第四光信号，第二反射棱镜23将通过第二半波片22偏振旋转后的第四光信号反射到第二偏振合束器24的第二入射位置，第二偏振合束器24的射出部分即为第二偏振合束结构2的射出部分，其将两束变化的偏振方向正交的线偏振光合成一束；
第三偏振合束结构4具体包括第三半波片41、第四半波片42、第三反射棱镜43、第三偏振合束器44，第三偏振合束器44的第一入射位置设置有第四半波片42，沿着第四半波片42的上方或下方布置有第三半波片41，第三半波片41的后部设置有第三反射棱镜43，第三半波片41、第四半波片42分别用于接收通过第一偏振合束结构1、第二偏振合束结构2合束形成的合束光信号，第三反射棱镜43将通过第三半波片41偏振旋转后的合束光信号反射到第三偏振合束器44的第二入射位置，第三偏振合束器44的射出部分即为第三偏振合束结构4的射出部分，其将两束偏振方向为正交的合光光束，变换为同一种偏振态的合光光束，然后输出相互正交的偏振态光束、合成一束光输出，从而实现将四束光合成一束；
第一半波片11、第二半波片22具体为45°半波片；
第三半波片41、第四半波片42具体为22.5°半波片，第三半波片、第四半波片为不同晶体主截面的半波片；
第一半波片11、第一平行平板12两者沿着一条和光束通道所平行的平面成角的直线上、下位置布置，第一半波片11的厚度和第一平行平板12的厚度相同；
第二半波片22、第二平行平板21两者沿着一条和光束通道所平行的平面成角的直线上、下位置布置，第二半波片22的厚度和第二平行平板21的厚度相同；
所有的光学器件都不平行或垂直于光束通道所平行的平面布置，使得所有的光学器件有倾斜角，减小光信号在光学器件端面回损。
具体实施例，见图3-图7，第一偏振合束结构1位于第二偏振合束结构2的上方布置，第一偏振合束结构1的第一半波片11位于第一平行平板12的上方布置，第二偏振合束结构2的第二半波片22位于第二平行平板21的下方布置，第三偏振合束结构4的第四半波片42的位于第三半波片41的下方布置。
其工作原理如下：
第一光信号通道CH1的光信号通过第一半波片11，偏振方向旋转90°，由第一反射棱镜13反射到第一偏振合束器14上，第二光信号通道CH2的光信号通过第一平行平板12射入第一偏振合束器14的第一入射位置，第一偏振合束器14将两束变化的偏振方向正交的线偏振光合成一束；
第四光信号通道CH4的光信号通过第二半波片22，偏振方向旋转90°，由第二反射棱镜23反射到第二偏振合束器24上，第三光信号通道CH3的光信号通过第二平行平板21射入第二偏振合束器24的第一入射位置，第二偏振合束器24将两束变化的偏振方向正交的线偏振光合成一束；
使用起偏器3，将两束光起偏为45°偏振方向的两束光；
将起偏器的3束输出的光信号，利用第三半波片41，顺时针旋转45°，偏振方向变化为平行于Y方向，如图7(a)所示，同时利用第四°半波片42，将另一书光信号逆时针旋转45°，偏振方向变化为垂直于Y方向，如图7(b)所示。第三反射棱镜43用于反射第三半波片41输出光信号，传输到第三偏振合束器44上，同时和第四半波片42输出光信号、合成偏振方向正交的偏振方向一束输出光。
其有益效果如下：
1.采用偏振的方法进行合波，同传统的光波分复用的区别在于此方案稳定性高，不受波长和温度的影响，可用于CWDM、DWDM和LAN-WDM的四束光合波。
2.减小光路光程差，其第一偏振合束结构、第二偏振合束结构，光单元入射位置都是由平行平板、45°半波片组成，并且平行平板45°、半波片同相同厚度，从而减小光路光程差；
3.实现光分复用系统器件少，利用起偏器、22.5°半波片、反射棱镜、偏振合束器所组成的第三偏振合束结构，将两束偏振方向为正交的合光光束，变换为同一种偏振态的合光光束，然后输出相互正交的偏振态光束、合成一束光输出，从而实现将四束光合成一束。
4.减小光信号在光学器件端面回损，设计所有光学器件有一定的倾斜角。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种光波分复用器，其特征在于：其包括第一偏振合束结构、第二偏振合束结构、第三偏振合束结构、起偏器，所述第一偏振合束结构、第二偏振合束结构、第三偏振合束结构均包括有两个入射部分、一个射出部分，所述第一偏振合束结构的两个入射部分分别接收第一光信号通道、第二光信号通道的对应光束，所述第二偏振合束结构的两个入射部分分别接收第三光信号通道、第四光信号通道的对应光束，所述起偏器的前部入射位置分别布置有第一偏振合束结构、第二偏振合合束结构，所述第一偏振合束结构的第一射出部分的第一合束光单元、第二偏振合束结构的第二射出部分的第二合束光单元别朝向所述起偏器的入射端面，所述起偏器的后方布置有第三偏振合束结构，所述起偏器的射出端面的两个合束光单元分别朝向所述第三偏振合束结构的两个入射部分布置，所述第三偏振合束结构射出部分将四束光合成一束输出。
2.如权利要求1所述的一种光波分复用器，其特征在于：所述第一偏振合束结构具体包括第一半波片、第一平行平板、第一反射棱镜、第一偏振合束器，所述第一偏振合束器的第一入射位置设置有第一平行平板，沿着所述第一平行平板的上方或下方布置有第一半波片，所述第一半波片的后部设置有第一反射棱镜，所述第一平行板用于接收通过第二光信号通道射出第二光信号，所述第一半波片用于接收通过第一光信号通道射出第一光信号，所述第一反射棱镜将通过第一半波片偏振旋转后的第一光信号反射到所述第一偏振合束器的第二入射位置，所述第一偏振合束器的射出部分即为第一偏振合束结构的射出部分。
3.如权利要求2所述的一种光波分复用器，其特征在于：所述第二偏振合束结构具体包括第二半波片、第二平行平板、第二反射棱镜、第二偏振合束器，所述第二偏振合束器的第一入射位置设置有第二平行平板，沿着所述第二平行平板的上方或下方布置有第二半波片，所述第二半波片的后部设置有第二反射棱镜，所述第二平行板用于接收通过第三光信号通道射出第三光信号，所述第二半波片用于接收通过第四光信号通道射出第四光信号，所述第二反射棱镜将通过第二半波片偏振旋转后的第四光信号反射到所述第二偏振合束器的第二入射位置，所述第二偏振合束器的射出部分即为第二偏振合束结构的射出部分。
4.如权利要求3所述的一种光波分复用器，其特征在于：所述第三偏振合束结构具体包括第三半波片、第四半波片、第三反射棱镜、第三偏振合束器，所述第三偏振合束器的第一入射位置设置有第四半波片，沿着所述第四半波片的上方或下方布置有第三半波片，所述第三半波片的后部设置有第三反射棱镜，所述第三半波片、第四半波片分别用于接收通过第一偏振合束结构、第二偏振合束结构合束形成的合束光信号，所述第三反射棱镜将通过第三半波片偏振旋转后的合束光信号反射到所述第三偏振合束器的第二入射位置，所述第三偏振合束器的射出部分即为第三偏振合束结构的射出部分。
5.如权利要求3所述的一种光波分复用器，其特征在于：所述第一半波片、第二半波片具体为45°半波片。
6.如权利要求4所述的一种光波分复用器，其特征在于：所述第三半波片、第四半波片具体为22.5°半波片，所述第三半波片、第四半波片为不同晶体主截面的半波片。
7.如权利要求1所述的一种光波分复用器，其特征在于：所述起偏器具体为45°起偏器。
8.如权利要求2所述的一种光波分复用器，其特征在于：所述第一半波片、第一平行平板两者沿着一条和光束通道所平行的平面成角的直线上、下位置布置，所述第一半波片的厚度和第一平行平板的厚度相同。
9.如权利要求3所述的一种光波分复用器，其特征在于：所述第二半波片、第二平行平板两者沿着一条和光束通道所平行的平面成角的直线上、下位置布置，所述第二半波片的厚度和第二平行平板的厚度相同。
10.如权利要求4所述的一种光波分复用器，其特征在于：所有的光学器件都不平行或垂直于光束通道所平行的平面布置。
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