CN111142191A - 一种透光镜组和波分复用器 - Google Patents

Abstract

本申请适用于光通信技术领域，提供了一种透光镜组和波分复用器，透光镜组包括主透光镜、多个从透光镜和多个反射滤光片；主透光镜包括用于供复用光入射的第一侧面、与第一侧面呈钝角连接且用于供解复用光出射的第二侧面，以及与第一侧面相对且用于供复用光出射的第三侧面，第三侧面的复用光出射位置设置有反射滤光片；从透光镜沿第三侧面的复用光出射方向依次设置，从透光镜包括面对第三侧面的第一表面和背对第三侧面的第二表面，且第一表面或者第二表面设置有反射滤光片。所有的从透光镜可以使用相同的方法和流程进行加工制造；且从透光镜的数量可以根据通道数进行增减，便于对透光镜组进行重新设计，降低了透光镜组的设计制造成本。

Description

一种透光镜组和波分复用器

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，特别涉及一种透光镜组和波分复用器。

背景技术

波分复用器(Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM)利用光的波分复用原理，发送端用复用器件将不同波长的光载波汇合到一根光纤进行传输，在接收端用解复用器件将各波长光载波分离开来，再由光接收机作进一步处理，可以在链路的发射端将不同波长的光信号耦合至单根光纤进行传输，在链路的接收端也相应地将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。

传统的波分复用器包括一入射光耦合器、多个出射光聚焦器以及一分光元件，该分光元件往往包括多个相互独立的滤光片和多个反射棱镜，每一滤光片与一反射棱镜对应，并借由反射棱镜将光信号传输入指定出射光聚焦器，通过多组滤光片和反射棱镜的作用，起到波分复用的目的。这些方案中不可避免地需要大量形状不同、功能各异的精密的光学元件，由于对光学元件的形状参数和品质有很高的要求，在设计、制造和工艺改善过程中需要对各个光学元件进行品质把控，无形间很大程度上提高了波分复用器的生产成本。

发明内容

本申请的目的在于提供一种透光镜组，旨在解决传统的波分复用器需要在设计和工艺改善过程中投入大量成本的技术问题。

本申请是这样实现的，一种透光镜组，包括主透光镜、多个从透光镜和多个反射滤光片；所述主透光镜包括用于供复用光入射的第一侧面、与所述第一侧面呈钝角连接且用于供解复用光出射的第二侧面，以及与所述第一侧面相对且用于供复用光出射的第三侧面，所述第三侧面的复用光出射位置设置有反射滤光片；所述从透光镜沿所述第三侧面的复用光出射方向依次设置，所述从透光镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面面对所述第三侧面，所述第二表面背对所述第三侧面，且所述第一表面或者第二表面设置有所述反射滤光片。

在本申请的一个实施例中，所述主透光镜的第三侧面和所述从透光镜的第一表面或第二表面设置有凹槽，所述凹槽用于容置所述反射滤光片。

在本申请的一个实施例中，所述凹槽包括底面和台阶面，所述底面包括平面部和相对所述平面部倾斜的倾斜部，所述台阶面和所述倾斜部处于同一平面，所述倾斜部和所述台阶面用于架设所述反射滤光片，所述平面部与对应的第一表面或第二表面平行。

在本申请的一个实施例中，所述台阶面与所述平面部之间的夹角在5°～15°的范围内。

在本申请的一个实施例中，所述从透光镜的第一表面包括入光部和出光部，后一级所述从透光镜的所述入光部对准前一级的所述反射滤光片，后一级所述透光镜的所述出光部避让前一级所述透光镜的所述第二表面设置。

在本申请的一个实施例中，所述主透光镜还包括用于供解复用光入射的第五侧面，所述第五侧面平行于所述第二侧面设置，所述从透光镜的出光部平行于所述主透光镜第二侧面设置，且所述出光部垂直于解复用光的传输方向。

在本申请的一个实施例中，所述透光镜组还包括正对所述第一侧面设置的复用光耦合镜，和正对所述第二侧面设置的解复用光耦合镜。

在本申请的一个实施例中，所述复用光耦合镜与所述主透光镜一体成型；和/或所述解复用光耦合镜与所述主透光镜一体成型。

本申请的另一目的在于提供一种包括了如上所述的透光镜组的波分复用器。

在本申请的一个实施例中，所述波分复用器还包括外壳，所述外壳的形状与所述透光镜组对应，且所述外壳上与所述复用光耦合镜和所述解复用光耦合镜对应的位置设置有光纤接口。

实施本申请的一种透光镜组，至少具有以下有益效果：

将用于波分复用器的透光镜组分为主透光镜和从透光镜，波分复用光从主透光镜的第一侧面入射，依次经过主透光镜第三侧面上贴设的反射滤光片，以及从透光镜上的第二表面上贴设的反射滤光片后实现其解复用，并从主透光镜的第二侧面出射，所有从透光镜的形状可以是相同的，这样，在设计、工艺改善和加工制造透光镜组的过程中，所有的从透光镜可以使用相同的方法和流程进行加工制造；且从透光镜的数量可以根据波分复用的通道数进行增减，便于根据实际需要对透光镜组进行重新设计，最终降低了波分复用器在设计、工艺改善和生产制造过程中的所需成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请的一个实施例提供的透光镜组的外观示意图；

图2是本申请的一个实施例提供的透光镜组的爆炸示意图；

图3是本申请的一个实施例提供的波分复用器的剖面示意图；

图4是图3中A处的局部放大示意图；

图5是本申请的一个实施例提供的透光镜组和波分复用器的工作原理示意图；

图6是本申请的一个实施例提供的主透光镜的剖面示意图；

图7是本申请的一个实施例提供的从透光镜的剖面示意图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

1-主透光镜；11-第一侧面；12-第二侧面；13-第三侧面；14-第四侧面；15-第五侧面；2-从透光镜；20-凹槽；201-第一表面；2011-入光部；2012-出光部；202-第二表面；203-台阶面；204-底面；2041-倾斜部；2042-平面部；21-第一从透光镜；22-第二从透光镜；23-第三从透光镜；3-反射滤光片；31-第一反射滤光片；32-第二反射滤光片；33-第三反射滤光片；34-第四反射滤光片；41-复用光耦合镜；42-解复用光耦合镜；5-外壳。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图2、图6和图7，本实施例提供了一种透光镜组，包括主透光镜1、多个形状相同的从透光镜2和多个反射滤光片3；主透光镜1包括用于供复用光入射的第一侧面11、与第一侧面11呈钝角连接且用于供解复用光出射的第二侧面12，以及与第一侧面11相对且用于供复用光出射的第三侧面13，第三侧面13的复用光出射位置设置有反射滤光片3；从透光镜2沿复用光从第三侧面13出射的方向依次设置，包括的第一表面201和第二表面202，第一表面201面对第三侧面13，第二表面202背对第三侧面13，且第一表面201或者第二表面202设置有反射滤光片3。

具体而言，本实施例提供的透光镜组是这样工作的：

请参阅图5，光纤中的波分复用光经解耦合后照射向主透光镜1的第一侧面11，并被第一侧面11折射向第三侧面13上的反射滤光片3，反射滤光片3的作用在于对特定波长的光线进行镜面反射，而其他波长的光线能够通过反射滤光片3继续向前传播，这样即可把特定波长的光从波分复用光中抽取出来；剩下的光照射向从透光镜2，并在从透光镜2的第二表面202设置的反射滤光片3处再次分离出另一特定波长的解复用光；这样，在主透光镜1和从透光镜2上设置的多个反射滤光片3的共同作用下，波分复用光中的光线经过多次具有波长选择性的反射，最终不同波长的光从第二侧面12的不同位置射出，并被耦合进入不同的光纤，实现波分解复用。

应当理解，本申请中的透光镜组用作解波分解复用的同时，由于光路的可逆性原理，透光镜组同样可以用作波分复用，即本实施例提供的透光镜组可以用来将第一侧面11正对的光纤中的波分复用光解复用的同时，同样也可以用来将从第二侧面12射入的不同波长的光信号复用至第一侧面11正对的光纤中。为避免赘述，以下仅对各实施例提供的透光镜组解复用的原理进行说明，不再对其复用原理进行描述，但下述功能描述并不用以限制本申请。

实施本实施例提供的透光镜组，至少能够达到以下有益技术效果：

将用于波分复用器的透光镜组分为主透光镜1和从透光镜2，波分复用光从主透光镜1的第一侧面11入射，依次经过主透光镜1第三侧面13上贴设的反射滤光片3，以及从透光镜2上的第二表面202上贴设的反射滤光片3后实现其解复用，并从主透光镜1的第二侧面12出射，所有从透光镜2的形状可以是相同的，这样，在设计、工艺改善和加工制造透光镜组的过程中，所有的从透光镜2可以使用相同的方法和流程进行加工制造；且从透光镜2的数量可以根据波分复用的通道数进行增减，便于根据实际需要对透光镜组进行重新设计，最终降低了波分复用器在设计、工艺改善和生产制造过程中的所需成本。

请参阅图6，作为本实施例的一个优选方案，主透光镜1还包括用于校准透光镜组的位置与姿态的第四侧面14，第四侧面14用于贴合抵接在外壳5侧面，或者抵接在支架上，在安装过程中只需要通过第四侧面14与外壳5或者支架的配合实现主透光镜1的固定，反射滤光片3贴设在主透光镜1的第三侧面13，这样反射滤光片3的位置与姿态也随之被固定，这样的设计能极大地方便透光镜组的安装工作，提高了透光镜组的良品率。

请参阅图4、图6和图7，在本申请的一个实施例中，主透光镜1的第三侧面13和从透光镜2的第一表面201或者第二表面202均设置有凹槽20，凹槽20用于容置反射滤光片3。这样，加工制造透光镜组的过程中，可以先将反射滤光片3贴设在凹槽20中，再将从透光镜2依次沿波分复用光的光路设置在第三侧面13，便于定位反射滤光片3且防止反射滤光片3丢失的同时，从透光镜2可以贴设安装于主透光镜1的第三侧面13或者另一从透光镜2的第二表面202上，从而简化透光镜组的加工制造。

请参阅图1，图3和图5，作为本实施例的一个优选方案，第一表面201与第二表面202均平行于第三侧面13，这样只需通过主透光镜1和从透光镜2之间的相互贴合，即可确定各个从透光镜2及各反射滤光片3正确安装时的位置与姿态，可以简化透光镜组的组装工作，不必对各个从透光镜2的角度进行调试。

请参阅图4、图6和图7，在本申请的一个实施例中，凹槽20包括底面204和台阶面203，底面204包括平面部2042和相对平面部倾斜的倾斜部2041，台阶面203和倾斜部2041处于同一平面，倾斜部2041和台阶面203用于架设反射滤光片2，平面部2042与对应的第一表面201或第二表面202平行。倾斜部2041和台阶面203处于同一平面，反射滤光片3架设在倾斜部2041和台阶面203上，这样，反射滤光片3和平面部2042之间有一部分被架空，可以使得波分复用光是从空气射向反射滤光片3的，而非是由主透光镜1或者从透光镜2射向反射滤光片3的，能够提高反射滤光片3对特定波段的光线的反射率，在全波段的光能损失不变的情况下，提高该特定波段的解复用光的信号强度。

请参阅图5，作为本实施例的一个具体方案，倾斜部2041和台阶面203架设反射滤光片3，且经反射滤光片3解波分复用的光反射至主透光镜1的第二侧面12上相应的出光位置。

请参阅图4、图6和图7，在本申请的一个实施例中，倾斜部2041和台阶面203与平面部2041之间的夹角在5°～15°的范围内，这样可以避免夹角过大导致的解波分复用的过程中，光线在各个光学表界面处发生过多的反射，影响透光镜组出光的信号强度；同时透光镜组有足够的空间用于布置光路，便于进一步设置入光部2011和出光部2012，可以减少解复用光需要经过的光学表界面数量，以及解复用光在非空气介质中传播的长度，进而减少了光强度的损失，提高出光的信号强度。作为本实施例的一个具体方案，倾斜部2041和台阶面203与平面部2041之间的夹角为8°或者13.5°。

请参阅图1、图3至图5，在本申请的一个实施例中，从透光镜2的第一表面201包括入光部2011和出光部2012，后一级从透光镜2的入光部2011对准前一级的反射滤光片3，后一级透光镜的出光部2012避让前一级透光镜的第二表面202设置，这样可以减少后一级透光镜分出的解复用光需要经过的光学表界面数量，也减少了解复用光在非空气介质中传播的长度，进而减少了光强度的损失。

请参阅图1至图5，比如，作为本实施例的一个具体方案，透光镜组包括在正对第三侧面13的一侧依次设置的第一从透光镜21、第二从透光镜22和第三从透光镜23，这时第一从透光镜21为第二从透光镜22的前一级透光镜，第二从透光镜22为第三从透光镜23的前一级透光镜；第三从透光镜23为第二从透光镜22的后一级透光镜，第二从透光镜22为第一从透光镜21的后一级透光镜。

请参阅图4、图5和图7，第一从透光镜21、第二从透光镜22和第三从透光镜23的第一表面201分为入光部2011和出光部2012，主透光镜1的反射滤光片3正对第一从透光镜21的入光部2011，主透光镜1的第三侧面13避让第一从透光镜21的出光部2012设置；第一从透光镜21的反射滤光片3正对第二从透光镜22的入光部2011，第二从透光镜22的出光部2012避让第一从透光镜21的第二表面202；第二从透光镜22的反射滤光片3正对第三从透光镜23的入光部2011，第三从透光镜23的出光部2012避让第二从透光镜22的第二表面202。

请参阅图5，第一从透光镜21、第二从透光镜22和第三从透光镜23的反射滤光片3处反射的光线，会分别从第一从透光镜21、第二从透光镜22和第三从透光镜23的出光部2012出射，进入主透光镜1后从主透光镜1的第二侧面12出光。

这样，后级的从透光镜2反射的解复用光不必再次经过前级的从透光镜2或者主透光镜1的反射滤光片3，也不必再次经过前级的从透光镜2，而是直接进入主透光镜1，减少了其经过的光学表界面的数量和在非空气介质中传播的距离，进而减少了光强度的损失，这对于透光镜数量较多的情形下，提高解复用光的光强度具有十分重要的意义。

作为本实施例的一个优选的方案，最后一级从透光镜2上的反射滤光片3可以替换为用于反射所有波长的光的反光片。反射滤光片3的作用在于镜面反射特定波段的光线，同时透过其他波段的光线，光线依次穿过主透光镜1、多个从透光镜2以及多个反射滤光片3，不可避免地存在衰减，尤其在反射滤光片3上存在较大幅度的光能衰减，在最后一级的从透光镜2上采用反光片代替反射滤光片3，能够提高对最后一个波段的光线的反射率，提高该波段的信号从透光镜2组出射时的信号强度。

请参阅图6，在本申请的一个实施例中，主透光镜1还包括用于供解复用光入射的第五侧面15，第五侧面15平行于第二侧面12设置，从透光镜2的出光部2012平行于主透光镜1第二侧面12设置。这样做的意义在于，解复用光在经过从透光镜2的出光部2012时、从第五侧面15入射主透光镜1时，以及从第二侧面12出射主透光镜1时，都是以0°的入射角穿过各个光学表界面的，能够最大程度上减小解复用光在各个光学表界面上的光能损失，提高主透光镜1输出的解复用光的信号强度。

请参阅图1、图3、图5和图6，在本申请的一个实施例中，透光镜组还包括正对第一侧面11设置的复用光耦合镜41，和正对第二侧面12设置的解复用光耦合镜42。复用光耦合镜41的作用在于将入射光纤中的复用光转化为平行光线，解复用光耦合镜42的作用在于将入射光纤中的解复用后的平行光线聚焦至出射光纤中。

请参阅图5，具体的，复用光耦合镜41用于耦合入射光纤中的复用光并将其引导至第一侧面11；解复用光耦合镜42用于将解耦合并分解后的解复用光耦合进入出射光纤，其数量等于波分复用光的通道数，解复用光耦合镜42正对解复用光从第二侧面12出射的位置设置。

请参阅图1、图3、图5和图6，在本申请的一个实施例中，复用光耦合镜41与主透光镜1一体成型；和/或解复用光耦合镜42与主透光镜1一体成型。

复用光耦合镜41和/或解复用光耦合镜42与主透光镜1一体成型的意义在于：其一，通过设置模具形状，一次铸模成型即可完成主透光镜1与复用光耦合镜41和/或解复用光耦合镜42的制造，大大简化了透光镜组的制造和安装流程，降低了其生产成本；其二，复用光耦合镜41和/或解复用光耦合镜42与主透光镜1的一体成型减少了整个透光镜组的表界面数量，避免了光在主透光镜1与复用光耦合镜41和/或解复用光耦合镜42之间的表界面处发生的反射，减少了光能的损失，提高了透光镜组输出端的信号强度。

请参阅图1、图3、图5和图6，作为本实施例的一个优选方案，复用光耦合镜41和解复用光耦合镜42与主透光镜1一体成型。在复用光从第一侧面11入射的位置，以及每个通道的解复用光从第二侧面12出射的位置对应设置与主透光镜1一体成型的球冠状凸起，每个球冠状凸起即作为一个复用光耦合镜41或解复用光耦合镜42，解复用光耦合镜42的数量可以根据波分复用的通道数增减。

本申请的另一目的在于提供一种包括了如上所述的透光镜组的波分复用器。

请参阅图3至图5，在本申请的一个实施例中，波分复用器还包括外壳5，外壳5的形状与透光镜组对应，且外壳5上与复用光耦合镜41和解复用光耦合镜42对应的位置设置有光纤接口。

下面以一个具体的实施例说明本申请提供的透光镜组的工作方式和技术效果：

请参阅图3至图7，在本实施例中，透光镜组，包括主透光镜1，第一从透光镜21、第二从透光镜22和第三从透光镜23；主透光镜1包括用于供复用光入射的第一侧面11、用于供解复用光出射的第二侧面12，以及用于供复用光出射的第三侧面13，第三侧面13设有凹槽20；从透光镜2沿复用光从第三侧面13出射的方向依次设置，包括平行于第三侧面13的第一表面201和第二表面202，第一表面201正对第三侧面13，第二表面202背对第三侧面13且设有凹槽20；透光镜组还包括分别设置于第三侧面13的凹槽20中、第一从透光镜21的凹槽20中、第二从透光镜22的凹槽20中和第三从透光镜23的凹槽20中的第一反射滤光片31、第二反射滤光片32、第三反射滤光片33和第四反射滤光片34。波分复用光从第一侧面11入射，在透光镜组的引导下依次经过第一反射滤光片31、第二反射滤光片32、第三反射滤光片33和第四反射滤光片34，被分为四束解复用光，进一步在透光镜组的引导下射向第二侧面12对应的出光位置；主透光镜1和各个从透光镜2贴合在一起，便于组装；各个从透光镜2形状相同，降低了生产、工艺和制造的成本。

请参阅图4、图6和图7，在本实施例中，凹槽20包括底面204和台阶面203，台阶面203凸出底面204且倾斜于第二表面202设置，底面204包括与第二表面202平行的平面部2042和与台阶面203处于同一平面的倾斜部2041，倾斜部2041和台阶面203用于架设反射滤光片3，平面部2042和反射滤光片3之间形成空气层，提高了反射滤光片3相对应的波长的反射光信号强度。

在本实施例中，倾斜部2041和台阶面203与第二表面202之间的夹角为8°或者13.5°。

请参阅图4、图5和图7，在本实施例中，从透光镜2的第一表面201包括入光部2011和出光部2012，后一级从透光镜2的入光部2011对准前一级的反射滤光片3，后一级透光镜的出光部2012避让前一级透光镜的第二表面202设置。在本申请的一个实施例中，主透光镜1还包括用于供解复用光入射的第五侧面15，第五侧面15平行于第二侧面12设置，从透光镜2的出光部2012平行于主透光镜1第二侧面12设置，且出光部2012垂直于解复用光的传输方向，反射后的解复用光垂直经过各光学表界面，且减小了在玻璃介质中的光程，最大限度减小了在表界面处的光能损耗。

请参阅图1、图3、图5和图6，在本实施例中，透光镜组还包括正对第一侧面11设置的复用光耦合镜41，和正对第二侧面12设置的解复用光耦合镜42；复用光耦合镜41与主透光镜1一体成型；和/或解复用光耦合镜42与主透光镜1一体成型，减少了主透光镜1的设计、工艺与制造成本，且减少了光路上的光学表界面数量，提高了输出的光信号强度。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透光镜组，其特征在于，包括主透光镜、多个从透光镜和多个反射滤光片；所述主透光镜包括用于供复用光入射的第一侧面、与所述第一侧面呈钝角连接且用于供解复用光出射的第二侧面，以及与所述第一侧面相对且用于供复用光出射的第三侧面，所述第三侧面的复用光出射位置设置有反射滤光片；所述从透光镜沿所述第三侧面的复用光出射方向依次设置，所述从透光镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面面对所述第三侧面，所述第二表面背对所述第三侧面，且所述第一表面或者第二表面设置有所述反射滤光片。

2.如权利要求1所述的透光镜组，其特征在于，所述主透光镜的第三侧面和所述从透光镜的第一表面或第二表面设置有凹槽，所述凹槽用于容置所述反射滤光片。

3.如权利要求2所述的透光镜组，其特征在于，所述凹槽包括底面和台阶面，所述底面包括平面部和相对所述平面部倾斜的倾斜部，所述台阶面和所述倾斜部处于同一平面，所述倾斜部和所述台阶面用于架设所述反射滤光片，所述平面部与对应的第一表面或第二表面平行。

4.如权利要求3所述的透光镜组，其特征在于，所述台阶面与所述平面部之间的夹角在5°～15°的范围内。

5.如权利要求1所述的透光镜组，其特征在于，所述从透光镜的第一表面包括入光部和出光部，后一级所述从透光镜的所述入光部对准前一级的所述反射滤光片，后一级所述透光镜的所述出光部避让前一级所述透光镜的所述第二表面设置。

6.如权利要求5所述的透光镜组，其特征在于，所述主透光镜还包括用于供解复用光入射的第五侧面，所述第五侧面平行于所述第二侧面设置，所述从透光镜的出光部平行于所述主透光镜第二侧面设置，且所述出光部垂直于解复用光的传输方向。

7.如权利要求1所述的透光镜组，其特征在于，所述透光镜组还包括正对所述第一侧面设置的复用光耦合镜，和正对所述第二侧面设置的解复用光耦合镜。

8.如权利要求7所述的透光镜组，其特征在于，所述复用光耦合镜与所述主透光镜一体成型；和/或所述解复用光耦合镜与所述主透光镜一体成型。

9.一种波分复用器，其特征在于，所述波分复用器包括如权利要求1-8任一项所述的透光镜组。

10.如权利要求9所述的波分复用器，其特征在于，所述波分复用器还包括外壳，所述外壳的形状与所述透光镜组对应，且所述外壳上与所述复用光耦合镜和所述解复用光耦合镜对应的位置设置有光纤接口。

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