CN113253391B - 一种基于光纤阵列的5g前传波分复用模块及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块及其组装方法，包括从右往左依次设置的光纤阵列，透镜，第一、二波分复用膜片，反射片。第一、二波分复用膜片和反射片依次叠加粘贴固定于透镜上，透镜和光纤阵列通过胶水连接固定。其特征在于根据光学系统透镜成像球差原理，采用基于光纤阵列，波分复用膜片和反射片叠加粘贴于单透镜的结构，来实现多波长波分复用解复用的功能。因此，本发明提出的基于光纤阵列的5G前传波分复用模块具有灵活配置，结构非常紧凑，体积超小，成本低等优势，适用于有限的基站空间，便于5G网络机房和基站中光模块的应用。

Description

一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块及其组装方法

技术领域

本发明涉及光纤通讯技术领域，尤其涉及光纤通讯技术领域的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块及其组装方法。

背景技术

由于光纤通讯发展迅速，随着传输容量需求的提升，直接要求最大利用光纤的宽度。光波分复用技术是将各路不同光波长的光调制信号按光波长复用到一根光纤中传输，也可将同一光纤中同时传输的多波长光调制信号分解为个别波长分别输出，是提高光纤通信容量最有效方案之一。因此在当前的光通讯网络中得到了广泛的应用。随着光纤网络的应用越来越普及，尤其是当前5G网络的快速实施，以及点对点的数据传输，特别是5G中传和前传节点的大量布设。

为满足当前热门的5G前传网络需求，5G前传方案中从基站到机房，只布置一次光纤，基站设备可以是6波也可以是12波，然后根据业务开展的需要选用相应的几个波长。基站和机房都需要通过分合波模块将来自光模块的不同波长的光复用到一光纤中，将来自光纤中的不同波长的光分波到各个光模块如图1。目前提出的5G前传方案的典型应用是采用前6波的CWDM方案，波长相隔20nm，波长分别为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。

前传有5G单独组网，也有和4G混合组网。混合组网的时候，实际上一个基站有4G信号，也有5G信号，4G一个基站6个波长，5G也需要6个波长。为了未来更方便的基站兼容模式，在4G和5G混合组网的时候，就需要12个波长。综合考虑重用成熟产业链，成本可控，满足10KM链路预算和5G前传网络部署的迫切性，建议推动O波段WDM技术。MWDM重用低成本25G波分产业链，快速满足5G前传12波需求。中国移动提出的创新型Open-WDM/MWDM方案，可以是非等距波长+等距/非等距滤波系统，MWDM方案的提出，基于现有的六个通道的CWDM 20nm通道波长间隔的基础上，一种解决方案是上调和下调3.5nm波长偏移，每个通道传输CW-3.5nm和CW+3.5nm的两个波长信号，形成波长间隔非等距的12波信号波分复用模块如图2。

相应地，中国电信和中国联通，采用前6波的CWDM：1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm和后6波的CWDM：1471nm、1491nm、1511nm、1531nm、1551nm、1571nm。

目前普通调准直器结构的分合波模块，如果光纤头是1.0mm，准直器做到外径1.4mm，再加上适当的调试空间，通道间隔至少要到1.8～2.0mm。如图3所示，以常规三端口WDM器件为例，模块大概要做到11*20mm的大小，体积较大。

如图4所示，现有的另一种三个器件级联的常规三端口WDM器件，由于光纤盘盒时，光纤的曲率半径不小于40mm，因此三个器件盘盒下来的三端口WDM器件模块大小为45*50mm，这样的体积太大了，且成本更高，远远满足不了现在有限基站空间的需求。

因此，在现有4G基站基本填满的情况下要增加5G设备，现有的普通调准直器结构以及级联方案结构的分合波模块难以满足需求。需要更小体积，配置灵活的波分复用模块。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有灵活配置，结构非常紧凑，体积超小，成本低等优势，适用于有限的基站空间，便于5G网络机房和基站中光模块的应用的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块。

本发明的技术方案在于：一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，包括依次设置的光纤阵列，透镜，多个波分复用膜片，反射片；所述多个波分复用膜片和反射片依次叠加且固定于透镜的第一侧面上，透镜和光纤阵列连接并固定；

光纤阵列中的其中一根光纤用于输入包括多个波长的光，所述的多个波长的光经过透镜后，根据光学系统透镜成像球差原理，分别聚焦于不同的位置，所述多个波分复用膜片和反射片分别对应于聚焦后所述多个不同的位置，然后分别经过对应的多个波分复用膜片和反射片反射后从光纤阵列的其他光纤中输出。

进一步的，所述的多个波分复用膜片和反射片依次叠加粘贴固定于透镜上，或者通过玻璃管先套在透镜上，再将多个波分复用膜片和反射片贴在玻璃管面上；

所述透镜和光纤阵列通过胶水或激光焊接连接并固定。

进一步的，所述的光纤阵列是多纤光纤头。

进一步的，所述的透镜为自聚焦透镜或球透镜。

进一步的，所述的波分复用膜片一面镀波分复用膜，波分复用膜面朝光纤阵列，另一面镀增透膜。

进一步的，所述的波分复用膜片的波分复用膜是边带膜系，不需要镀成窄带。

进一步的，所述的光纤阵列的光纤与所述多个波分复用膜片和反射片一一对应。

进一步的，所述的光纤阵列的光纤包括第一～四光纤；或者更多光纤用于功能扩展；

所述多个波分复用膜片和反射片包括第一～第四波分复用膜片，以及第一反射片；或者包括更多波分复用膜用于功能扩展。

进一步的，当将第一光纤中作为光输入端口，其余光纤作为输出端口时，该模块用于分光；

当将第一光纤中作为光输出端口，其余光纤作为输入端口时，该模块用于合光。

根据本发明的另一方面，提出一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块的组装方法，包括以下步骤：

1)先用胶水将多个波分复用膜片中的第一波分复用膜片居中贴在透镜上；

2)光纤阵列的第一光纤进光，调节光纤阵列和透镜的角度与位置，使得发出的光束经透镜在第一波分复用膜片反射后由第四光纤接收；监控第四光纤接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将光纤阵列和透镜粘贴连接固定；实现相应通道的输入输出；

3)光纤阵列和透镜固定后，光纤阵列的第一光纤进光，调节第二波分复用膜片的位置和角度，使得发出的光束经透镜和第一波分复用膜片，在第二波分复用膜片反射后由第三光纤接收；监控第三光纤接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将第二波分复用膜片和第一波分复用膜片粘贴固定；实现相应通道的输入输出；

4)由光纤阵列的第一光纤进光，调节反射片的位置和角度，使得发出的光束经透镜、第一波分复用膜片和第二波分复用膜片，在反射片反射后由第二光纤接收；监控第二光纤接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将反射片和第二波分复用膜片粘贴固定；实现相应通道的输入输出。

有益效果：

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

(1)根据光学系统透镜成像球差原理，采用基于光纤阵列，波分复用膜片和反射片叠加粘贴于单透镜的结构，来实现多波长波分复用解复用的功能，具有灵活配置，结构紧凑，体积小，成本低等优势，减少了模块体积，更适用于有限的基站空间。例如，如图3所示，以现有技术中常规三端口WDM器件为例，模块大概要做到11*20mm的大小，体积较大。而采用本发明提出的光波分复用模块，能做

的超小尺寸。

(2)波分复用膜片叠加使用，光束经过多重透射，透射隔离度更高，波分复用膜片不用设计很高的透射隔离度，大大降低了波分复用膜片的镀膜难度，同时降低了成本。

附图说明

图1为本发明在5G网络中的应用的示意图；

图2为当前4G和5G混合组网时中国移动所需要的12波长列表图；

图3为现有技术中普通调准直器结构的分合波模块结构示意图；

图4为现有技术中器件级联结构的分合波模块结构示意图；

图5为光学系统透镜成像球差原理示意图；

图6为本发明的实施例一的示意图；

图7为本发明的实施例二的示意图；

图8为本发明的实施例三的示意图；

图9为本发明的实施例四的示意图。

图中：11-第一光纤，12-第二光纤，13-第三光纤，14-第四光纤，15-第五光纤，16-第六光纤，17-第七光纤，21-第一光纤阵列，22-第二光纤阵列，31-第一透镜，32-第二透镜，33-第三透镜，41-第一波分复用膜片，42-第二波分复用膜片，43-第三波分复用膜片，44-第四波分复用膜片，45-第五波分复用膜片，51-第一反射片，52-第二反射片，61-玻璃管。

具体实施方式

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方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一：

参考图6，根据本发明实施例一的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，包括从右往左依次设置的第一光纤阵列21，第一透镜31，第一波分复用膜片41，第二波分复用膜片42，第一反射片51。第一光纤阵列21包含第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13和第四光纤14。实施例一中第一透镜31为自聚焦透镜。其中第一波分复用膜片41、第二波分复用膜片42和第一反射片51依次叠加粘贴固定于第一透镜31上，第一透镜31和第一光纤阵列21通过胶水连接固定，固定位置为a1，a2。第一波分复用膜片41和第二波分复用膜片42分别选择性反射需要的波长，而对其他波长的光进行透射。

工作原理：参见图5，根据光学系统透镜成像球差原理，光纤阵列中，光纤间距大的光束的聚焦点比光纤间距小的光束的聚焦点离透镜近一些，因此第一光纤11与第四光纤14，第一光纤11与第三光纤13，第一光纤11与第二光纤12的光束的聚焦点依次是A,B,C。因此根据各个光纤需要输入输出的光束波长，在聚焦点处匹配相应的波分复用膜片，光纤和波分复用膜片一一对应。第四光纤14对应于第一波分复用膜片41，第三光纤13对应于第二波分复用膜片42，第二光纤12对应于第一反射片51。第一波分复用膜片41放置于第一光纤11与第四光纤14的聚焦点A处，第二波分复用膜片42放置于第一光纤11与第三光纤13的聚焦点B处，第一反射片51放置于第一光纤11与第二光纤12的聚焦点C处。

系统光束从第一光纤阵列21的第一光纤11输入。光束入射经过第一透镜31到达第一波分复用膜片41，经第一波分复用膜片41反射和透射后分成反射光束和透射光束两束光束。反射光束由第四光纤14输出。透射光束到达第二波分复用膜片42，符合第二波分复用膜片42反射波长的光束由第三光纤13输出。其余波长光束透射后到达第一反射片51，由第一反射片51反射后由第二光纤12输出。

本实施例一中，根据光学系统透镜成像球差原理，采用基于光纤阵列，波分复用膜片和反射片叠加粘贴于单透镜的结构，来实现多波长波分复用解复用的功能，具有灵活配置，结构紧凑，体积小，成本低等优势，减少了模块体积，更适用于有限的基站空间。波分复用膜片叠加使用，光束经过多重透射，透射隔离度更高，波分复用膜片不用设计很高的透射隔离度，大大降低了波分复用膜片的镀膜难度，同时降低了成本。

根据本发明的实施例一，本发明中的光波分复用模块的体积能做到

的超小尺寸，相对于传统技术中的模块，极大的减小了模块体积。

实施例二：

参见图7，根据本发明的实施例二的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，包括从右往左依次设置的第一光纤阵列21，第二透镜32，第一波分复用膜片41，第二波分复用膜片42，第一反射片51，玻璃管61。第一光纤阵列21包含第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13和第四光纤14。实施例二中第二透镜32为球透镜。由于第二透镜32是球透镜，因此第一波分复用膜片41不能直接和第二透镜32粘贴，需将玻璃管61先套在第二透镜32上，再将第一波分复用膜片41贴在玻璃管61面上。第二波分复用膜片42和第一反射片51依次叠加粘贴固定于第一波分复用膜片41上，第二透镜32和第一光纤阵列21通过胶水连接固定，固定位置为b1，b2。第一波分复用膜片41和第二波分复用膜片42分别选择性反射需要的波长，而对其他波长的光进行透射。

工作原理：参见图5，根据光学系统透镜成像球差原理，光纤阵列中，光纤间距大的光束的聚焦点比光纤间距小的光束的聚焦点离透镜近一些，因此第一光纤11与第四光纤14，第一光纤11与第三光纤13，第一光纤11与第二光纤12的光束的聚焦点依次是A,B,C。因此根据各个光纤需要输入输出的光束波长，在聚焦点处匹配相应的波分服用膜片，光纤和波分复用膜片一一对应。第四光纤14对应于第一波分复用膜片41，第三光纤13对应于第二波分复用膜片42，第二光纤12对应于第一反射片51。第一波分复用膜片41放置于第一光纤11与第四光纤14的聚焦点A处，第二波分复用膜片42放置于第一光纤11与第三光纤13的聚焦点B处，第一反射片51放置于第一光纤11与第二光纤12的聚焦点C处。

系统光束从第一光纤阵列21的第一光纤11输入。光束入射经过第二透镜32到达第一波分复用膜片41，经第一波分复用膜片41反射和透射后分成反射光束和透射光束两束光束。反射光束由第四光纤14输出。透射光束到达第二波分复用膜片42，符合第二波分复用膜片42反射波长的光束由第三光纤13输出。其余波长光束透射后到达第一反射片51，由第一反射片51反射后由第二光纤12输出。

根据本发明的此实施例二，由于透镜为球透镜，焦距可以灵活设计来匹配波分复用膜片的入射角度。

实施例三：

参见图8，根据本发明实施例三的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，包括从右往左依次设置的第二光纤阵列22，第三透镜33，第一波分复用膜片41，第二波分复用膜片42，第三波分复用膜片43，第四波分复用膜片44，第五波分复用膜片45，第二反射片52。第二光纤阵列22包含第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13、第四光纤14、第五光纤15、第六光纤16和第七光纤17。实施例三中第三透镜33为自聚焦透镜。其中第一、二、三、四、五波分复用膜片和第二反射片52依次叠加粘贴固定于第三透镜33上，第三透镜33和第二光纤阵列22通过胶水连接固定，固定位置为c1，c2。第一、二、三、四、五波分复用膜片分别选择性反射需要的波长，而对其他波长的光进行透射。

工作原理：参见图5，根据光学系统透镜成像球差原理，光纤阵列中，光纤间距大的光束的聚焦点比光纤间距小的光束的聚焦点离透镜近一些，因此根据各个光纤需要输入输出的光束波长，在聚焦点处匹配相应的波分服用膜片，光纤和波分复用膜片一一对应。第七光纤17对应于第一波分复用膜片41，第六光纤16对应于第二波分复用膜片42，第五光纤15对应于第三波分复用膜片43，第四光纤14对应于第四波分复用膜片44，第三光纤13对应于第五波分复用膜片45，第二光纤12对应于第二反射片52。第一、二、三、四、五波分复用膜片和第二反射片52与第三透镜33的位置由近及远。

系统光束从第一光纤阵列21的第一光纤11输入。光束入射经过第三透镜33到达第一波分复用膜片41，经第一波分复用膜片41反射和透射后分成反射光束和透射光束两束光束。反射光束由第七光纤17输出。透射光束到达第二波分复用膜片42，符合第二波分复用膜片42反射波长的光束由第六光纤16输出。透射光束到达第三波分复用膜片43，符合第三波分复用膜片43反射波长的光束由第五光纤15输出。透射光束到达第四波分复用膜片44，符合第四波分复用膜片44反射波长的光束由第四光纤14输出。透射光束到达第五波分复用膜片45，符合第五波分复用膜片45反射波长的光束由第三光纤13输出。其余波长光束透射后到达第二反射片52，由第二反射片52反射后由第二光纤12输出。

根据本实施例三，能实现更多的波长分合波。

进一步的，本实施例中的第四光纤14或第七光纤17可以为升级端，后续光纤传输系统需要升级使用更多的波长，就可以通过升级端来实现。

实施例四：

参考图9，上述实施例一至实施例三，可根据客户使用要求，通过多个模块级连的结构来增加模块通道数量。图9中仅显示了三个模块的级联，也可以更多模块的级联。

上述实施例的组装方法参照如下：一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)先用胶水将第一波分复用膜片41居中贴在透镜上；

2)光纤阵列的第一光纤11进光，调节光纤阵列和透镜的角度与位置，使得发出的光束经透镜在第一波分复用膜片41反射后由第四光纤14接收。监控第四光纤14接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将光纤阵列和透镜粘贴连接固定；实现相应通道的输入输出。

3)光纤阵列和透镜固定后，光纤阵列的第一光纤11进光，调节第二波分复用膜片42的位置和角度，使得发出的光束经透镜和第一波分复用膜片41，在第二波分复用膜片42反射后由第三光纤13接收。监控第三光纤13接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将第二波分复用膜片42和第一波分复用膜片41粘贴固定；实现相应通道的输入输出。

4)由光纤阵列的第一光纤11进光，调节反射片的位置和角度，使得发出的光束经透镜、第一波分复用膜片41和第二波分复用膜片42，在反射片反射后由第二光纤12接收。监控第二光纤12接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将反射片和第二波分复用膜片42粘贴固定；实现相应通道的输入输出。

上述实施例一至实施例四，由于光路可逆原理，本模块还可以实现多波长光束的合波功能，也可以是其他任意数量比例的光输入输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的彩光波分复用模块并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，其特征在于：包括依次设置的光纤阵列，透镜，多个波分复用膜片，反射片；所述多个波分复用膜片和反射片依次叠加且固定于透镜的第一侧面上，透镜和光纤阵列连接并固定；波分复用膜片叠加使用，光束经过多重透射，透射隔离度更高；

所述的光纤阵列是多纤光纤头；

所述的波分复用膜片的波分复用膜是边带膜系，不需要镀成窄带；

所述的光纤阵列的光纤与所述多个波分复用膜片和反射片一一对应；

光纤阵列中的其中一根光纤用于输入包括多个波长的光，所述的多个波长的光经过透镜后，根据光学系统透镜成像球差原理，分别聚焦于不同的位置，所述多个波分复用膜片和反射片分别对应于聚焦后所述多个不同的位置，然后分别经过对应的多个波分复用膜片和反射片反射后从光纤阵列的其他光纤中输出；

所述的光纤阵列的光纤包括第一～四光纤；所述多个波分复用膜片和反射片包括第一～第四波分复用膜片，以及第一反射片。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，其特征在于：所述的多个波分复用膜片和反射片依次叠加粘贴固定于透镜上，或者通过玻璃管先套在透镜上，再将多个波分复用膜片和反射片贴在玻璃管面上；

所述透镜和光纤阵列通过胶水或激光焊接连接并固定。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，其特征在于：所述的透镜为自聚焦透镜或球透镜。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，其特征在于：所述的波分复用膜片一面镀波分复用膜，波分复用膜面朝光纤阵列，另一面镀增透膜。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，其特征在于：所述的光纤阵列的光纤包括更多光纤用于功能扩展；

所述多个波分复用膜片和反射片包括第一～第四波分复用膜片，以及第一反射片；或者包括更多波分复用膜用于功能扩展。

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块，其特征在于：当将第一光纤中作为光输入端口，其余光纤作为输出端口时，该模块用于分光；

当将第一光纤中作为光输出端口，其余光纤作为输入端口时，该模块用于合光。

7.一种如权利要求1-6任一所述的一种基于光纤阵列的5G前传波分复用模块的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)先用胶水将多个波分复用膜片中的第一波分复用膜片居中贴在透镜上；

2)光纤阵列的第一光纤进光，调节光纤阵列和透镜的角度与位置，使得发出的光束经透镜在第一波分复用膜片反射后由第四光纤接收；监控第四光纤接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将光纤阵列和透镜粘贴连接固定；实现相应通道的输入输出；

3)光纤阵列和透镜固定后，光纤阵列的第一光纤进光，调节第二波分复用膜片的位置和角度，使得发出的光束经透镜和第一波分复用膜片，在第二波分复用膜片反射后由第三光纤接收；监控第三光纤接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将第二波分复用膜片和第一波分复用膜片粘贴固定；实现相应通道的输入输出；

4)由光纤阵列的第一光纤进光，调节反射片的位置和角度，使得发出的光束经透镜、第一波分复用膜片和第二波分复用膜片，在反射片反射后由第二光纤接收；监控第二光纤接收到的反射光指标，达到指标要求时用胶水将反射片和第二波分复用膜片粘贴固定；实现相应通道的输入输出。

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