CN110462491B - 一种低串扰单芯双向光组件 - Google Patents

Abstract

一种低串扰单芯双向光组件(200)，包括一个输入输出端(201)、一个偏振分束合束器(202)、一个第一偏振反射器(203)、一个第二偏振反射器(204)、至少一个光信号发射单元(205)、一个光信号接收单元(206)和一个光阑(207)，光阑(207)包括一个透光区域(2072)和一个内部挡光区域(2071)，内部挡光区域(2071)用于阻挡偏振分束合束器(202)反射或透射至光信号接收单元(206)的串扰光信号(210)；此外，还通过提供与出射光信号(209)角度大于8度的输入输出端(201)和偏振分束合束器(202)的入射端面(2011，2021)，使在端面(2011，2021)上反射的串扰光信号(2012)偏离主通信光路传播，降低串扰光信号(210，2012)到光信号接收单元(206)的能量，有效提高光信号接收单元(206)接收到的信号的质量，实现高信噪比同波长或近波长光信号的双向传输。

Description

一种低串扰单芯双向光组件

技术领域

本发明实施例属于光通信技术领域，尤其涉及一种低串扰同波长或近波长单芯双向光组件。

背景技术

数据的高速传输是现代信息社会的基石，随着信息量的海量增长，要求在一根光纤中传输的数据容量越来越大。除了提高数据调制速率、使用更多的波长外，在一根光纤中双向传输，使用低成本的单芯双向光收发模块使光纤中的数据传输容量翻倍，是一个行之有效并在通信领域已广泛采用的方法。

另外，现代通信网对时钟同步的要求也越来越高。传统的光收发模块采用两根光纤分别进行光信号的发射和接收，实际应用中两根光纤的长度差会造成两路信号的传播时延不一致，给时钟同步造成很大困难。使用单根光纤双向传输消除了光纤长度差的影响，可以满足现阶段时钟同步的要求，进一步地，若单根光纤双向传输中使用相同或相近(波长差小于40nm)的波长，可以有效克服色散产生的残余时延，使网络的时钟同步精度大幅度提高，以满足下一代如5G网络对时钟同步的需要。

此外，使用同波长或近波长的单芯双向传输，克服了传统双波长单芯双向传输技术发明中光收发模块需要配对的难题，可使网络配置和连接更加灵活。

基于以上优点，现有技术中提出了几种同波长或近波长单芯双向光组件技术发明，如使用功分器(中国专利申请号：201110282629.6)的发明，该发明使用的元件少、成本低，但存在额外6dB的光功率损耗，且损耗的光功率容易形成串扰；美国专利7039278B1使用了光环形器发明，避免了额外光功率损耗，但体积过大，不能装配到现有单芯双向光收发模块所允许的光组件机械尺寸中。中国专利201410604190.8通过使用亚波长偏振反射器，提出了既避免额外光功率损耗，又具有小尺寸的技术发明，可在现有光组件尺寸下实现同波长或近波长单芯双向传输。

然而，现有同波长或近波长单芯双向光组件技术发明中，光信号发射单元和光信号接收单元封装在一个收发一体光组件内，本地光信号发射单元发出的出射光信号有部分会达到本地光信号接收单元形成串扰，导致信号误码率上升，这是现有的同波长或近波长单芯双向光组件发明普遍存在的问题。光串扰信号通常来源于光学界面的反射或透射，如图1所示，单芯双向光组件100由输入输出端101、光信号发射单元105、光信号接收单元106、偏振分束合束器102、第一偏振反射器103、第二偏振反射器104组成；偏振分束合束器102对角线方向含有一个功能面1022，偏振态的分束和合束在此功能面实现。入射光信号(图中未画出)通过输入输出端101输入到偏振分束合束器102，被分解为两个互相垂直的偏振态，分别传播至第一偏振反射器103和第二偏振反射器104，被反射的同时偏振态旋转90度，再通过偏振分束合束器102合波，形成同方向的单一光束被光信号接收单元106接收。光信号发射单元105发出的出射光信号108具有单一偏振态，通过第一偏振反射器103后，偏振态发生旋转，形成可透射通过偏振分束合束器102的偏振态信号109，图中所示为P光，用“|”表示其偏振态。然而由于各种原因，出射光信号109不可能具有无限的偏振消光比，总含有少量的S偏振态，用“·”表示，这部分S偏振态光信号将直接被偏振分束合束器102的功能面1022反射，从而被光信号接收单元106接收形成串扰光信号；另外，对出射光信号109的P偏振态，功能面1022也不能做到无限的消光比，也有部分光信号被反射至光信号接收单元106形成串扰，因此在功能面1022上反射形成的窜扰信号110既有P偏振也有S偏振，称为第一串扰光信号。

另外一种串扰信号的来源是，出射光信号通过功能面1022后随后在偏振分束合束器102相对输入输出端101一侧的入射端面1021产生的残余反射111，以及在输入输出端101的界面1011产生的残余反射112，这两部分反射光信号将被当作入射光信号的一部份，透射通过偏振分束合束器102以及第一偏振反射器103反射，偏振态旋转90度，再次通过偏振分束合束器102的功能面1022反射，随着入射光信号到达光信号接收单元106，形成第二串扰光信号113。

以上讨论针对了出射光信号以透射方式通过偏振分束合束器102的功能面1022而到达输入输出端101的配置方式，对于出射光信号以反射方式通过偏振分束合束器102的功能面1022的配置方式，即光发射单元105在第二偏振反射器一侧，串扰光信号的形成机理是类似的，在此种情况下，第一窜扰信号110是由出射光信号透射通过功能面1022形成。第二窜扰信号113的形成机理与前述相同，是偏振分束合束器102的入射端面1021或输入输出端101的入射端面1011上的残余反射形成的。

对于同波长应用，由于发射和接收波长相同，无法在光信号接收单元前应用波长滤波片阻挡串扰光，否则输入的入射光信号也会被阻挡；对于近波长应用，虽然可以在光信号接收单元前应用波长滤波片，但光纤两端的光收发模块必须配对使用，造成工程应用和库存管理的难题，并使网络连接丧失灵活性。

现有同波长或近波长单芯双向光组件发明，无法有效克服本地光信号发射单元发出的出射光信号对本地光信号接收单元所产生的光信号串扰问题。

发明内容

本发明实施例提供一种低串扰单芯双向光组件，旨在解决现有同波长或近波长单芯双向光组件，无法有效克服本地光信号发射单元发出的出射光信号对本地光信号接收单元所产生的光信号串扰的问题。

本发明实施例一方面提供一种低串扰单芯双向光组件，其包括一个输入输出端、一个偏振分束合束器、一个第一偏振反射器、一个第二偏振反射器、至少一个光信号发射单元、一个光信号接收单元和一个光阑，所述光阑包括一个透光区域和一个内部挡光区域；

所述输入输出端用于输入和输出光信号，所述输入输出端朝向所述偏振分束合束器的一侧包含一个第一入射端面；

所述偏振分束合束器的对角线方向包含一个功能面，用于将一束光信号分解成两束相互垂直的偏振光信号，还用于将两束相互垂直的偏振光信号合成一束光信号，所述偏振分束合束器朝向所述输入输出端的一侧包含一个第二入射端面；

所述第一偏振反射器和所述第二偏振发射器中至少有一个通过一个45度法拉第旋转器和一个亚波长光栅偏振反射器组成，所述亚波长光栅偏振反射器用于反射某一偏振态的光信号并透射与其反射的光信号的偏振态相互垂直的光信号；

所述光信号发射单元用于发射出射光信号，所述光信号发射单元包括聚焦透镜；

所述光信号接收单元用于接收入射光信号，所述光信号接收单元包括聚焦透镜；

所述输入输出端接收包含至少一个波长的入射光信号，并将所述入射光信号耦合到所述偏振分束合束器；所述入射光信号被所述偏振分束合束器分解成互相垂直的第一偏振态光信号和第二偏振态光信号；所述第一偏振态光信号经所述偏振分束合束器透射传播至所述第一偏振反射器，被所述第一偏振反射器反射回所述偏振分束合束器且偏振态变为与其初始偏振态垂直；所述第二偏振态光信号经所述偏振分束合束器反射传播至所述第二偏振反射器，被所述第二偏振反射器反射回所述偏振分束合束器且偏振态变为与其初始偏振态垂直；偏振态改变的所述第一偏振态光信号经所述偏振分束合束器反射、偏振态改变的所述第二偏振态光信号经所述偏振分束合束器透射，形成同方向的两束光信号，并经所述光阑的透光区域传播至所述光信号接收单元被接收；

所述光信号发射单元发射包含至少一个波长的出射光信号，所述出射光信号具有单一偏振态；所述光信号发射单元位于所述第一偏振反射器的一侧时，所述出射光信号依次经所述第一偏振反射器和所述偏振分束合束器透射至所述输入输出端；所述光信号发射单元位于所述第二偏振反射器的一侧时，所述出射光信号经所述第二偏振反射器透射至所述偏振分束合束器，并经所述偏振分束合束器反射至所述输入输出端被输出；

所述出射光信号经所述偏振分束合束器透射或反射至所述输入输出端时，部分出射光信号被所述偏振分束合束器的功能面反射或透射，形成第一串扰光信号，朝向所述光信号接收单元传播；

所述光阑用于限制光信号，所述光阑处于所述偏振分束合束器与光信号接收单元之间，并放置在第一串扰光信号光斑最小的位置；所述光阑的内部挡光区域大于或等于所述第一串扰光信号传播至所述光阑位置处所形成的光斑大小，用于阻挡所述第一串扰光信号，使所述第一串扰光信号不能传播至所述光信号接收单元。

在一个实施例中，所述输入输出端的第一入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于0度且小于82度，所述偏振分束合束器的第二入射端面的法线与所述入射光信号之间的角度大于0度且小于82度；

所述出射光信号经所述偏振分束合束器透射至所述输入输出端时，部分出射光信号被所述第一或第二入射端面反射，形成第二串扰光信号，所述第二串扰光信号偏离所述出射光信号的反方向传播。

在一个实施例中，所述输入输出端的第一入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于8度，所述偏振分束合束器的第二入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于8度。

在一个实施例中，所述输入输出端的第一入射端面与所述偏振分束合束器的第二入射端面通过折射率匹配胶直接粘合连接。

在一个实施例中，所述出射光信号与所述偏振分束合束器的功能面的法线之间的角度在34度到44度之间或46度到56度之间；所述光阑的内部挡光区域偏离所述透光区域的中心。

在一个实施例中，所述光阑还包含一个外部挡光区域，用于阻挡窜扰光信号和杂散光信号入射到所述光信号接收单元。

在一个实施例中，所述亚波长光栅偏振反射器包括亚波长非金属介质光栅、亚波长金属光栅或亚波长非金属介质和亚波长金属的组合光栅共三种光栅中的任一种；

或者，所述亚波长光栅偏振反射器通过在所述45度法拉第旋转器的一个通光面通过微细加工工艺形成所述三种光栅中的一种制成；

所述第一偏振反射器或所述第二偏振发射器中的至多一个通过一个1/4波片和一个反射镜组成，所述反射镜通过在所述1/4波片的一个通光面镀高反射金属膜或高反射多层介质薄膜中的任一种形成；

或者，所述第一偏振反射器或所述第二偏振发射器中的至多一个通过一个45度法拉第旋转器和一个反射镜组成，所述反射镜通过在所45度法拉第旋转器的一个通光面镀高反射金属膜或高反射多层介质薄膜中的任一种形成。

在一个实施例中，所述偏振分束合束器为多层介质薄膜型偏振分束合束器或亚波长光栅型偏振分束合束器。

在一个实施例中，所述挡光区域为光反射型或光吸收型挡光区域。

本发明实施例另一方面提供一种低串扰单芯双向光组件，其包括一个输入输出端、一个偏振分束合束器、一个第一偏振反射器、一个第二偏振反射器、至少一个光信号发射单元和一个光信号接收单元；

所述输入输出端用于输入入射光信号和输出出射光信号，所述输入输出端朝向所述偏振分束合束器的一侧包含一个第一入射端面；

所述偏振分束合束器的对角线方向包含一个功能面，用于将一束光信号分解成两束相互垂直的偏振光信号，还用于将两束相互垂直的偏振光信号合成一束光信号，所述偏振分束合束器朝向所述输入输出端的一侧包含一个第二入射端面；

所述输入输出端的第一入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于0度且小于82度，所述偏振分束合束器的第二入射端面的法线与所述入射光信号之间的角度大于0度且小于82度；

所述第一偏振反射器和所述第二偏振发射器中至少有一个通过一个45度法拉第旋转器和一个亚波长光栅偏振反射器组成，所述亚波长光栅偏振反射器用于反射某一偏振态的光信号并透射与其反射的光信号的偏振态相互垂直的光信号；

所述光信号发射单元用于发射出射光信号，所述光信号发射单元包括聚焦透镜；

所述光信号接收单元用于接收入射光信号，所述光信号接收单元包括聚焦透镜；

所述输入输出端接收包含至少一个波长入射光信号，并将所述入射光信号耦合到所述偏振分束合束器；所述入射光信号被所述偏振分束合束器分解成互相垂直的第一偏振态光信号和第二偏振态光信号；所述第一偏振态光信号经所述偏振分束合束器透射传播至所述第一偏振反射器，被所述第一偏振反射器反射回所述偏振分束合束器且偏振态变为与其初始偏振态垂直；所述第二偏振态光信号经所述偏振分束合束器反射传播至所述第二偏振反射器，被所述第二偏振反射器反射回所述偏振分束合束器且偏振态变为与其初始偏振态垂直；偏振态改变的所述第一偏振态光信号经所述偏振分束合束器反射、偏振态改变的所述第二偏振态光信号经所述偏振分束合束器透射，形成同方向的两束光信号传播至所述光信号接收单元被接收；

所述光信号发射单元发射包含至少一个波长的出射光信号，所述出射光信号具有单一偏振态；所述光信号发射单元位于所述第一偏振反射器的一侧时，所述出射光信号依次经所述第一偏振反射器和所述偏振分束合束器透射至所述输入输出端；所述光信号发射单元位于所述第二偏振反射器的一侧时，所述出射光信号经所述第二偏振反射器透射至所述偏振分束合束器，并经所述偏振分束合束器反射至所述输入输出端被输出；

所述出射光信号经所述偏振分束合束器透射或反射至所述输入输出端时，部分出射光信号被所述输入输出端的第一入射端面或所述偏振分束合束器的第二入射端面反射，形成第二串扰光信号，所述第二串扰光信号偏离所述出射光信号的反方向传播。

在一个实施例中，所述输入输出端的第一入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于8度，所述偏振分束合束器的第二入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于8度。

在一个实施例中，所述输入输出端的第一入射端面与所述偏振分束合束器的第二入射端面通过折射率匹配胶直接粘合连接。

在一个实施例中，所述出射光信号与所述偏振分束合束器的功能面的法线之间的角度在34度到44度之间或46度到56度之间。

在一个实施例中，所述亚波长光栅偏振反射器包括亚波长非金属介质光栅、亚波长金属光栅或亚波长非金属介质和亚波长金属的组合光栅共三种光栅中的任一种；

或者，所述亚波长光栅偏振反射器通过在所述45度法拉第旋转器的一个通光面通过微细加工工艺形成所述三种光栅中的一种制成；

所述第一偏振反射器或所述第二偏振发射器中的至多一个通过一个1/4波片和一个反射镜组成，所述反射镜通过在所述1/4波片的一个通光面镀高反射金属膜或高反射多层介质薄膜中的任一种形成；

或者，所述第一偏振反射器或所述第二偏振发射器中的至多一个通过一个45度法拉第旋转器和一个反射镜组成，所述反射镜通过在所45度法拉第旋转器的一个通光面镀高反射金属膜或高反射多层介质薄膜中的任一种形成。

在一个实施例中，所述偏振分束合束器为多层介质薄膜型偏振分束合束器或亚波长光栅型偏振分束合束器。

本发明实施例的一个方面通过提供一种包括一个输入输出端、一个偏振分束合束器、一个第一偏振反射器、一个第二偏振反射器、至少一个光信号发射单元、一个光信号接收单元和一个光阑的低串扰单芯双向光组件，光阑包含有用于阻挡偏振分束合束器反射或透射至光信号接收单元的串扰光信号的内部挡光区域，使串扰光信号不能到达所述光信号接收单元，有效降低光信号发射单元的出射光信号对光信号接收单元的串扰，实现高信噪比同波长或近波长光信号的单芯双向传输。

本发明实施例的另一个方面通过提供一种包括一个输入输出端、一个偏振分束合束器、一个第一偏振反射器、一个第二偏振反射器、至少一个光信号发射单元和一个光信号接收单元的低串扰单芯双向光组件，使输入输出端的入射端面法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度，并使偏振分束合束器的入射端面法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度，使偏振分束合束器的入射端面或输入输出端的入射端面反射至偏振分束合束器的串扰光信号偏离传播路径，可以有效降低光信号发射单元的出射光信号对光信号接收单元的串扰，实现高信噪比同波长或近波长光信号的单芯双向传输。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的同波长或近波长单芯双向光组件窜扰来源示意图；

图2是本发明的实施例一提供的低串扰单芯双向光组件的结构示意图；

图3和4是本发明的实施例一提供的偏振分束合束器的结构示意图；

图5和6是本发明的实施例一提供的偏振反射器的结构示意图；

图7是本发明的实施例一提供的光阑的结构示意图；

图8是本发明的实施例二提供的低串扰单芯双向光组件的结构示意图；

图9是本发明的实施例三提供的低串扰单芯双向光组件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术发明进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种低串扰单芯双向光组件200，其包括一个输入输出端201、一个偏振分束合束器202、一个第一偏振反射器203、一个第二偏振反射器204、至少一个光信号发射单元205、一个光信号接收单元206和一个光阑207，光阑207包括一个内部挡光区域2071和一个透光区域2072。

为了便于示意，本发明所有实施例附图中均采用“|”和“·”分别表示第一偏振态光信号和第二偏振态光信号的偏振方向，第一偏振态光信号和第二偏振态光信号的偏振方向相互垂直。

在本实施例中，输入输出端201用于输入和输出光信号，输入输出端201朝向偏振分束合束器202一侧包含一个第一入射端面2011。

在具体应用中，输入输出端具体可以为光纤，用于与偏振分束合束器连接，以实现光信号的传输。

在本实施例中，偏振分束合束器202的对角线方向包含一个功能面2022用于将一束光信号分解成两束相互垂直的偏振光信号，还用于将两束相互垂直的偏振光信号合成一束光信号。偏振分束合束器202朝向输入输出端201的一侧包含一个第二入射端面2021。

在一个实施例中，所述偏振分束合束器为多层介质薄膜型偏振分束合束器或亚波长光栅型偏振分束合束器。

如图3所示，示例性的示出了多层介质薄膜型偏振分束合束器，还示例性的示出了入射光信号和出射光信号经过多层介质薄膜型偏振分束合束器时的传播方向和偏振态。

如图4所示，示例性的示出了亚波长光栅型偏振分束合束器，还示例性的示出了入射光信号和出射光信号经过亚波长光栅型偏振分束合束器时的传播方向和偏振态。

图3和图4中，入射光信号301包括两个相互垂直的偏振态的光信号，不同偏振态的入射光信号分别被偏振分束合束器透射和反射，分解为沿透射路径传播的光信号302和沿反射路径传播的光信号303，光信号302被第一偏振反射器发射之后，变为偏振态与光信号302垂直的光信号304，光信号303被第二偏振反射器反射之后，变为偏振态与光信号303垂直的光信号305，光信号304和光信号305合并为同一方向的光信号306。

在本实施例中，第一偏振反射器203和第二偏振发射器204中至少有一个通过一个45度法拉第旋转器和一个亚波长光栅偏振反射器组成，亚波长光栅偏振反射器用于反射某一偏振态的光信号并透射与其反射的光信号的偏振态相互垂直的光信号。

在一个实施例中，所述亚波长光栅偏振反射器包括亚波长非金属介质光栅、亚波长金属光栅或亚波长非金属介质和亚波长金属的组合光栅共三种光栅中的任一种。

在一个实施例中，所述亚波长光栅偏振反射器通过在所述45度法拉第旋转器的一个通光面通过微细加工工艺形成所述三种光栅中的一种制成。

在一个实施例中，所述第一偏振反射器或所述第二偏振发射器中的至多一个通过一个1/4波片和一个反射镜组成，所述反射镜通过在所述1/4波片的一个通光面镀高反射金属膜或高反射多层介质薄膜中的任一种形成。

在一个实施例中，所述第一偏振反射器或所述第二偏振发射器中的至多一个通过一个45度法拉第旋转器和一个反射镜组成，所述反射镜通过在所45度法拉第旋转器的一个通光面镀高反射金属膜或高反射多层介质薄膜中的任一种形成。

如图5所示，示例性的示出了由一个1/4波片501和一个反射镜502组成的第二偏振反射器204，其中，1/4波片501的光轴与入射光信号503的偏振方向成45度角，入射光信号503在经过1/4波片501并经反射镜502反射再次经过1/4波片之后，其偏振态旋转90度变为光信号504。

在具体应用中，图5中的1/4波片501可以等效替换为一个45度法拉第旋转器，入射光信号在两次经过45度法拉第旋转器之后，其偏振态也会旋转90度。

如图6所示，示例的示出了由一个45度法拉第旋转器601和一个亚波长光栅偏振反射器602组成的第一偏振反射器203，其中，入射光信号603在经过45度法拉第旋转器601之后，偏振方向旋转45度，被亚波长光栅偏振反射器602反射，再次经过45度法拉第旋转器602之后，偏振方向再次旋转45度，变为偏振态旋转90度的光信号604。

如图6所示，与入射光信号603偏振态不同的出射光信号605经过亚波长光栅偏振反射器602时，被所述亚波长光栅偏振反射器602透射至45度法拉第旋转器601，出射光信号605的偏振方向经45法拉第旋转器601旋转45度之后，变为与入射光信号603传播方向相反、偏振态相同的光信号606，根据光路可逆原理，光信号606可以反向传播至输入输出端201。

在本实施例中，光信号发射单元205用于发射出射光信号，发射的出射光信号208具有单一的偏振态，光信号发射单元205包括聚焦透镜。

在具体应用中，光信号发射单元205具有聚光功能，用于通过聚焦透镜将其输出的出射光信号会聚到输入输出端201的第一入射端面2011，以使输入输出端201将出射光信号传播至外部光通信线路。

在本实施例中，光信号接收单元206用于接收光信号，光信号接收单元206包括聚焦透镜。

在具体应用中，光信号接收单元206具有聚光功能，用于通过聚焦透镜将入射光信号会聚到其光接收端面，以实现对入射光信号的接收功能。

如图2所示，所述偏振分束合束器包含一个功能面2022，偏振态的分束和合束通过光束在功能面2022反射和透射实现。由于出射光信号208经第一偏振反射器203后，所形成的出射光信号209的偏振消光比和功能面2022的偏振消光比是有限的，出射光信号208在该功能面产生一定的窜扰光信号朝向光信号接收单元206传播，成为第一串扰光信号210，并由于光信号发射单元205的聚焦透镜的作用，第一串扰光信号210也具有会聚特性。

在本实施例中，光阑207用于限制光信号，光阑207的位置处于偏振分束合束器202与光信号接收单元206之间，并放置在第一串扰光信号210光斑最小的位置，光阑207的内部挡光区域2071大于或等于第一串扰光信号210传播至光阑207位置处所形成的光斑大小，用于阻挡第一串扰光信号210，使第一串扰光信号210不能传播至光信号接收单元206。由于第一串扰光信号210具有汇聚特性，在光阑207处形成的光斑相对于入射光信号的光斑小很多，因此，光阑207的内部档光区域2071对入射光信号的插入损耗影响很小。

在一个实施例中，使出射光信号与偏振分束合束器202的功能面2021法线的夹角不为45度，如取34度到44度之间或46度到56度之间，使得光信号接收单元206前的第一串扰光信号210与入射光信号的夹角大于0度，并使得内部档光区域2071偏离入射光信号的中心，从而减少对入射光信号的阻挡量。

在具体应用中，光阑207和挡光区域2071的大小、形状以及设置位置可以根据实际需要进行设置，例如，光阑207的透光区域2072和内部挡光区域2071均为圆形，透光区域2072的直径范围为600微米到900微米，内部挡光区域2071的直径范围为30微米到100微米。内部挡光区域2071还可以是矩形、椭圆形、三角形等任意形状。

在一个实施例中，在光阑207的透光区域2072之外设置一个外部挡光区域2073。如图7所示，示例地示出了透光区域2072和挡光区域2071均为圆形的光阑207，光阑207的透光区域2072和挡光区域2071之外的外部挡光区域2073用于阻挡其它窜扰和杂散光信号进入光信号接收单元206。

在一个实施例中，所述挡光区域为反射型或吸收型挡光区域。

在具体应用中，反射型挡光区域可以为金属反射镜或多层介质膜反射镜，吸收型挡光区域可以通过光吸收材料制成。

在具体应用中，光信号发射单元包括发光二极管或激光器，光信号接收单元包括光电二极管或感光元器件。光信号发射单元设置于第一偏振反射器或第二偏振反射器的一侧，当光信号发射单元设置于第一或第二偏振反射器的一侧时，此侧的第一或第二偏振反射器必需是由一个45度法拉第旋转器和一个亚波长光栅偏振反射器组成，以便在反射入射光信号的同时，使光信号发射单元发出的出射光信号透射通过。

如图2所示，示例性的示出光信号发射单元205设置于第一偏振反射器203一侧。

本实施例所提供的低串扰单芯双向光组件200用于接收入射光信号、发射出射光信号和阻挡串扰信号时的工作原理分别为：

用于接收入射光信号时，输入输出端201接收包含至少一个波长的入射光信号，并将入射光信号耦合到偏振分束合束器202；入射光信号被偏振分束合束器202分解成互相垂直的第一偏振态光信号和第二偏振态光信号；第一偏振态光信号经偏振分束合束器202透射传播至第一偏振反射器203，被第一偏振反射器203反射回偏振分束合束器202且偏振态变为与其初始偏振态垂直；第二偏振态光信号经偏振分束合束器202反射传播至第二偏振反射器204，被第二偏振反射器204反射回偏振分束合束器202且偏振态变为与其初始偏振态垂直；偏振态改变的第一偏振态光信号经偏振分束合束器202反射、偏振态改变的第二偏振态光信号经偏振分束合束器202透射，形成同方向的两束光信号，并经光阑207的透光区域2072传播至光信号接收单元206被接收；

用于发射出射光信号时，光信号发射单元205发射包含至少一个波长的出射光信号，出射光信号具有单一偏振态；光信号发射单元205位于第一偏振反射器203一侧时，出射光信号依次经第一偏振反射器203和偏振分束合束器202透射至输入输出端201；光信号发射单元205位于第二偏振反射器204一侧时，出射光信号经第二偏振反射器204透射至偏振分束合束器202，并经偏振分束合束器202反射至输入输出端201被输出；

用于阻挡串扰信号时，出射光信号经偏振分束合束器202透射或反射至输入输出端201时，部分出射光信号被偏振分束合束器202的功能面2022反射或透射，形成第一串扰光信号210朝向光信号接收单元206传播，并被光阑207的内部挡光区域2071阻挡。

本实施例通过提供一种包括一个输入输出端、一个偏振分束合束器、一个第一偏振反射器、一个第二偏振反射器、至少一个光信号发射单元、一个光信号接收单元和一个光阑的低串扰单芯双向光组件，光阑设置有用于阻挡偏振分束合束器反射或透射至光信号接收单元的串扰光信号的内部挡光区域，使串扰光信号不能到达光信号接收单元，可以有效提高光信号接收单元接收到的信号的质量，实现高信噪比同波长或近波长光信号的双向传输。

实施例二

本实施例基于实施例一实现，如图8所示，本实施例提供一种低串扰单芯双向光组件300，其与图2所示的低串扰单芯双向光组件200的区别在于：输入输出端201的入射端面2011的法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度，偏振分束合束器202的入射端面2021的法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度。

在具体应用中，使输入输出端201的入射端面2011的法线与出射光信号之间的夹角大于8度且小于82度，偏振分束合束器202的入射端面2021的法线与出射光信号之间的夹角大于8度且小于82度。

在实施例一的基础上，本实施例所提供的低串扰单芯双向光组件200用于阻挡串扰信号时的工作原理还包括：

出射光信号经偏振分束合束器202透射至输入输出端201时，部分出射光信号被偏振分束合束器202的入射端面2021或输入输出端201的入射端面2011反射，形成第二串扰光信号2012，由于偏振分束合束器202的入射端面2021的法线和输入输出端201的入射端面2011的法线相对于出射光信号的角度大于8度且小于90度，使得第二串扰光信号2012偏离出射光信号的反方向大于16度的角度传播，从而不会对入射光信号造成干扰；

如图8所示，示例的示出了第二串扰光信号2012的传播路径。

在一个实施例中，输入输出端201的入射端面2011和偏振分束合束器202的入射端面2021通过折射率匹配胶直接粘合连接。

本发明实施例的一个方面通过提供一种包括一个输入输出端、一个偏振分束合束器、一个第一偏振反射器、一个第二偏振反射器、至少一个光信号发射单元、一个光信号接收单元和一个光阑的低串扰单芯双向光组件，光阑设置有用于阻挡偏振分束合束器反射或透射至光信号接收单元的串扰光信号的内部挡光区域，使串扰光信号不能到达光信号接收单元；通过使输入输出端的入射端面的法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度，并使偏振分束合束器的入射端面的法线与入射光信号之间的夹角大于0度且小于82度，使输入输出端或偏振分束合束器的入射端面反射的串扰光信号偏离传播路径，可以有效提高低串扰单芯双向光组件发射和接收的光信号的质量，实现高信噪比同波长或近波长光信号的双向传输。

实施例三

如图9所示，本实施例提供一种低串扰单芯双向光组件400，其包括一个输入输出端201、一个偏振分束合束器202、一个第一偏振反射器203、一个第二偏振反射器204、至少一个光信号发射单元205和一个光信号接收单元206，输入输出端201的入射端面2011的法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度，偏振分束合束器202的入射端面2021的法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度。

本实施例所提供的低串扰单芯双向光组件400的结构与实施例二中的低串扰单芯双向光组件300的结构类似，区别在于：不包括低串扰单芯双向光组件300中的光阑207。

在具体应用中，使输入输出端201的入射端面2011的法线与出射光信号之间的角度大于8度且小于82度，偏振分束合束器202的入射端面2021的法线与出射光信号之间的角度大于8度且小于82度。

本实施例所提供的低串扰单芯双向光组件400用于接收入射光信号、发射出射光信号和阻挡串扰光信号时的工作原理分别为：

用于接收入射光信号时，输入输出端201接收包含至少一个波长的入射光信号，并将入射光信号耦合到偏振分束合束器202；入射光信号被偏振分束合束器202分解成互相垂直的第一偏振态光信号和第二偏振态光信号；第一偏振态光信号经偏振分束合束器202透射传播至第一偏振反射器203，被第一偏振反射器203反射回偏振分束合束器202且偏振态变为与其初始偏振态垂直；第二偏振态光信号经偏振分束合束器202反射传播至第二偏振反射器204，被第二偏振反射器204反射回偏振分束合束器202且偏振态变为与其初始偏振态垂直；偏振态改变的第一偏振态光信号经偏振分束合束器202反射、偏振态改变的第二偏振态光信号经偏振分束合束器202透射，形成同方向的两束光信号，传播至光信号接收单元206被接收；

用于发射出射光信号时，光信号发射单元205发射包含至少一个波长的出射光信号，出射光信号具有单一偏振态；光信号发射单元205位于第一偏振反射器203一侧时，出射光信号依次经第一偏振反射器203和偏振分束合束器202透射至输入输出端201；光信号发射单元205位于第二偏振反射器204一侧时，出射光信号经第二偏振反射器204透射至偏振分束合束器202，并经偏振分束合束器202反射至输入输出端201被输出；

用于阻挡串扰信号时，出射光信号经偏振分束合束器202透射至输入输出端201时，部分出射光信号被偏振分束合束器202的第一入射端面2021或输入输出端201的第二入射端面2011反射，形成第二串扰光信号2012，由于偏振分束合束器202的第一入射端面2021的法线和输入输出端201的第二入射端面2011的法线相对于出射光信号的角度大于8度且小于82度，使得第二串扰光信号2012以大于16度的角度偏离出射光信号的反方向传播，不能到达光信号接收单元，从而不会对入射光信号造成干扰；

在一个实施例中，通过使出射光信号209与偏振分束合束器202的功能面2022法线的夹角不为45度，如取34度到44度之间或46度到56度之间，使得光信号接收单元206前第一串扰光信号210与入射光信号213的角度大于0度，从而使第一串扰光信号210偏离入射光信号的方向，降低第一串扰光信号210的影响。

本实施例通过提供一种包括一个输入输出端、一个偏振分束合束器、一个第一偏振反射器、一个第二偏振反射器、至少一个光信号发射单元和一个光信号接收单元的低串扰单芯双向光组件，使输入输出端的入射端面的法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度，并使偏振分束合束器的入射端面的法线与出射光信号之间的夹角大于0度且小于82度，使偏振分束合束器的入射端面或输入输出端的入射端面反射至偏振分束合束器的串扰光信号偏离传播路径，可以有效提高低串扰单芯双向光组件发射和接收的光信号的质量，实现高信噪比同波长或近波长光信号的双向传输。

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、等同替换和改进等，应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低串扰单芯双向光组件，其特征在于，包括一个输入输出端、一个偏振分束合束器、一个第一偏振反射器、一个第二偏振反射器、至少一个光信号发射单元、一个光信号接收单元和一个光阑，所述光阑包括一个透光区域和一个内部挡光区域；

所述输入输出端用于输入和输出光信号，所述输入输出端朝向所述偏振分束合束器的一侧包含一个第一入射端面；

所述偏振分束合束器的对角线方向包含一个功能面，用于将一束光信号分解成两束相互垂直的偏振光信号，还用于将两束相互垂直的偏振光信号合成一束光信号，所述偏振分束合束器朝向所述输入输出端的一侧包含一个第二入射端面；

所述第一偏振反射器和所述第二偏振反射器中至少有一个通过一个45度法拉第旋转器和一个亚波长光栅偏振反射器组成，所述亚波长光栅偏振反射器用于反射某一偏振态的光信号并透射与其反射的光信号的偏振态相互垂直的光信号；

所述光信号发射单元用于发射出射光信号，所述光信号发射单元包括聚焦透镜；

所述光信号接收单元用于接收入射光信号，所述光信号接收单元包括聚焦透镜；

所述输入输出端接收包含至少一个波长的入射光信号，并将所述入射光信号耦合到所述偏振分束合束器；所述入射光信号被所述偏振分束合束器分解成互相垂直的第一偏振态光信号和第二偏振态光信号；所述第一偏振态光信号经所述偏振分束合束器透射传播至所述第一偏振反射器，被所述第一偏振反射器反射回所述偏振分束合束器且偏振态变为与其初始偏振态垂直；所述第二偏振态光信号经所述偏振分束合束器反射传播至所述第二偏振反射器，被所述第二偏振反射器反射回所述偏振分束合束器且偏振态变为与其初始偏振态垂直；偏振态改变的所述第一偏振态光信号经所述偏振分束合束器反射、偏振态改变的所述第二偏振态光信号经所述偏振分束合束器透射，形成同方向的两束光信号，并经所述光阑的透光区域传播至所述光信号接收单元被接收；

所述光信号发射单元发射包含至少一个波长的出射光信号，所述出射光信号具有单一偏振态；所述光信号发射单元位于所述第一偏振反射器的一侧时，所述出射光信号依次经所述第一偏振反射器和所述偏振分束合束器透射至所述输入输出端；所述光信号发射单元位于所述第二偏振反射器的一侧时，所述出射光信号经所述第二偏振反射器透射至所述偏振分束合束器，并经所述偏振分束合束器反射至所述输入输出端被输出；

所述出射光信号经所述偏振分束合束器透射或反射至所述输入输出端时，由于所述出射光信号和所述偏振分束合束器的功能面不具有无限的偏振消光比，部分出射光信号被所述偏振分束合束器的功能面反射或透射，形成第一串扰光信号，朝向所述光信号接收单元传播，所述出射光信号与所述偏振分束合束器的功能面的法线之间的角度在46度到56度之间，使得所述光信号接收单元前的所述第一串扰光信号与所述入射光信号的夹角大于0度；所述光阑用于限制光信号，所述光阑处于所述偏振分束合束器与光信号接收单元之间，并放置在第一串扰光信号光斑最小的位置；所述光阑的内部挡光区域大于或等于所述第一串扰光信号传播至所述光阑位置处所形成的光斑大小，用于阻挡所述第一串扰光信号，使所述第一串扰光信号不能传播至所述光信号接收单元，所述光阑的内部挡光区域偏离所述透光区域的中心，以减少对所述入射光信号的阻挡量；所述光阑还包含一个外部挡光区域，用于阻挡其他串扰光信号和杂散光信号入射到所述光信号接收单元。

2.根据权利要求1所述的低串扰单芯双向光组件，其特征在于，所述输入输出端的第一入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于0度且小于82度，所述偏振分束合束器的第二入射端面的法线与所述入射光信号之间的角度大于0度且小于82度；

所述出射光信号经所述偏振分束合束器透射至所述输入输出端时，部分出射光信号被所述第一入射端面或所述第二入射端面反射，形成第二串扰光信号，所述第二串扰光信号偏离所述出射光信号的反方向传播。

3.根据权利要求2所述的低串扰单芯双向光组件，其特征在于，所述输入输出端的第一入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于8度，所述偏振分束合束器的第二入射端面的法线与所述出射光信号之间的角度大于8度。

4.根据权利要求2所述的低串扰单芯双向光组件，其特征在于，所述输入输出端的第一入射端面与所述偏振分束合束器的第二入射端面通过折射率匹配胶直接粘合连接。

5.根据权利要求1所述的低串扰单芯双向光组件，其特征在于，所述亚波长光栅偏振反射器包括亚波长非金属介质光栅、亚波长金属光栅或亚波长非金属介质和亚波长金属的组合光栅共三种光栅中的任一种；

或者，所述亚波长光栅偏振反射器通过在所述45度法拉第旋转器的一个通光面通过微细加工工艺形成所述三种光栅中的一种制成；

所述第一偏振反射器或所述第二偏振反射器中的至多一个通过一个1/4波片和一个反射镜组成，所述反射镜通过在所述1/4波片的一个通光面镀高反射金属膜或高反射多层介质薄膜中的任一种形成；

或者，所述第一偏振反射器或所述第二偏振反射器中的至多一个通过一个45度法拉第旋转器和一个反射镜组成，所述反射镜通过在所45度法拉第旋转器的一个通光面镀高反射金属膜或高反射多层介质薄膜中的任一种形成。

6.根据权利要求1所述的低串扰单芯双向光组件，其特征在于，所述偏振分束合束器为多层介质薄膜型偏振分束合束器或亚波长光栅型偏振分束合束器。

7.根据权利要求1所述的低串扰单芯双向光组件，其特征在于，所述挡光区域为光反射型或光吸收型挡光区域。

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