CN113406748A - 波分复用器件及波长选择开关 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种波分复用器件及波长选择开关，用于解复用或复用N个波长的光束，该波分复用器件包括滤光单元、透镜以及光传输单元；其中，光传输单元将1束N个波长的输入光束或N束不同波长的输入光束经透镜准直后传输至滤光单元；滤光单元对准直后的1束N个波长的输入光束或准直后的N束不同波长的输入光束进行解复用或复用，以形成N束不同波长的输出光束或1束N个波长的输出光束，经透镜汇聚至光传输单元。通过本实施例提供的方案，由于在波分复用器件内增设透镜，从而降低器件在耦合至光通信系统时产生的损耗。

Description

波分复用器件及波长选择开关

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，特别涉及波分复用器件及波长选择开关。

背景技术

波分复用器件(Wavelength Division Multiplexer，简称WDM)是光通信系统中的关键器件。为了提高通信数据量，节省光纤资源，常常会在数据发送端和数据接收端使用WDM。

现有的WDM结构一般包括两种类型，其一为基于薄膜滤光片的WDM，其二为基于平面光波导(Planar Lightwave Circuit，简称PLC)的WDM。但是，上述的两种WDM均存在缺陷：

基于薄膜滤光片的WDM由平板玻璃和多个薄膜滤光片构成，受限于对薄膜滤光片进行镀膜时的镀膜工艺，当通道之间的波长差异越小，对于入射至WDM的光的入射角要求越高，器件体积相应增大。基于平面光波导(Planar Lightwave Circuit，简称PLC)的WDM利用了阵列波导光栅(Array Waveguide Grating，简称AWG)结构，其输入和输出端均需利用透镜进行耦合，这就使得其器件总损耗大大提升，降低了光通信系统的信号质量。

如何为光通信系统提供高质量的WDM成为研究重点。

发明内容

本申请提供了一种波分复用器件及波长选择开关，以用于改善光通信系统的信号质量。

第一方面，本申请提供了一种波分复用器件，用于解复用或复用N个波长的光束，该波分复用器件包括滤光单元、透镜以及光传输单元；其中，光传输单元将1束N个波长的输入光束或N束不同波长的输入光束经透镜准直后传输至滤光单元；滤光单元对准直后的1束N个波长的输入光束或准直后的N束不同波长的输入光束进行解复用或复用，以形成N束不同波长的输出光束或1束N个波长的输出光束，经透镜汇聚至光传输单元。

通过本实施例提供的方案，由于在波分复用器件内增设透镜，从而降低器件在耦合至光通信系统时产生的损耗。

在一种可能的设计中，滤光单元包括互不平行的N个滤光片；每一滤光片用于反射所述N个波长中的任一波长的光束，并透射所述N个波长中除任一波长以外的其他波长的光束；不同滤光片反射不同波长的光束。

在一种可能的设计中，所述滤光单元中的不同滤光片处于不同的旋转状态，以使经不同滤光片解复用的不同光束可经所述透镜汇聚至分布在所述光传输单元光入射面上的不同光纤中；或者，所述滤光单元中的不同滤光片处于不同的旋转状态，以使在不同滤光片对不同光束复用后经透镜汇聚至所述光传输单元光入射面中心的光纤中。

在一种可能的设计中，所述N个滤光片共线分布设置。

在一种可能的设计中，每个滤光片沿所述波分复用器件的主光轴分布设置。

在一种可能的设计中，所述滤光片沿所述透镜的光轴分布设置。

通过本实施例提供的方案，各光路互不干涉，波分复用器件在通道数量增加的情况下，也能使得器件保持在较小的体积范围内，且对于器件的入射光束没有严格要求。

在一种可能的设计中，所述光传输单元包括1个第一光纤和N个第二光纤，所述第一光纤用于同时传输N个波长的光束，所述第二光纤用于传输任意一个波长的光。

在一种可能的设计中，所述光传输单元中的任意两根光纤的光轴方向均平行设置。

在一种可能的设计中，所述N根第二光纤以第一光纤为中心均匀分布。

在一种可能的设计中，所述第一光纤与所述波分复用器件的主光轴共轴。

在一种可能的设计中，所述第一光纤和所述透镜共轴设置。

通过本实施例提供的方案，使得波分复用器件的光入射面和光出射面为同一平面，实现小体积内的密集波分复用。

在一种可能的设计中，所述透镜包括球面透镜、非球面透镜或自聚焦透镜中的一种或多种。

在一种可能的设计中，所述光传输单元的光入射面以及光出射面位于所述透镜的焦平面上。

在一种可能的设计中，所述透镜与所述波分复用器件的主光轴共轴。

在一种可能的设计中，当透镜和光传输单元贴合设置时，所述贴合面与所述透镜的光轴呈预设角度。

通过本实施例提供的方案，使得入射光束和出射光束共用透镜，进一步减小器件体积。

第二方面，本申请提供一种波长选择开关，包括用于实现上述第一方面的波分复用器件，以及控制设备；

其中，控制设备用于控制所述滤光单元，以使所述滤光单元对1束N个波长的输入光束或N束不同波长的输入光束进行解复用或复用，以形成N束不同波长的输出光束或1束N个波长的输出光束。

在一种可能的设计中，当所述滤光单元包括N个滤光片，每一滤光片用于反射所述N种波长中的任一波长的光束，并透射所述N种波长中除任一波长以外的其他波长的光束，且不同滤光片反射不同波长的光束时，

所述控制设备用于控制不同滤光片处于不同的旋转状态，以使经不同滤光片解复用的不同光束可经透镜汇聚至分布在所述光传输单元光入射面上的不同光纤中；或者，所述控制设备用于控制不同滤光片处于不同的旋转状态，以使在不同滤光片对不同光束复用后经透镜准直至所述光传输单元光入射面中心的光纤中。

可见，在以上各个方面，通过在波分复用器件内增设透镜，从而降低器件在耦合至光通信系统时产生的损耗，进而提高光通信系统的信号质量。

附图说明

图1为现有技术中的基于薄膜滤光片的波分复用器件的结构示意图；

图2为基于平面光波导的波分复用器件的结构示意图；

图3为本申请提供的一种波分复用器件的结构示意图；

图4a为本申请提供的一种6通道波分复用器件的光纤截面分布示意图；

图4b为本申请提供的一种12通道波分复用器件的光纤截面分布示意图；

图4c为本申请提供的一种18通道波分复用器件的光纤截面分布示意图；

图5a为本申请中滤光片的旋转状态的第一示意图；

图5b为本申请中滤光片的旋转状态的第二示意图；

图6a为本申请提供的滤光片在不同旋转角度下的第一光路示意图；

图6b为本申请提供的滤光片在不同旋转角度下的第二光路示意图；

图6c为本申请提供的滤光片在不同旋转角度下的第三光路示意图；

图7为本申请的滤光片在相同旋转状态下处于不同放置位置时的光路示意图；

图8a为本申请提供的滤光片在不同旋转轴下的光路截面示意图；

图8b为本申请提供的滤光片在不同旋转轴下的光路立体示意图；

图9a为本申请提供的滤光片在不同旋转状态下的光路截面示意图；

图9b为本申请提供的滤光片在不同旋转状态下的光路立体示意图；

图10a为又一波分复用器件的结构侧视示意图；

图10b为又一波分复用器件的结构俯视示意图；

图11a为一种4通道系统的光纤分布示意图；

图11b为一种4通道系统的滤光片在不同旋转状态下的示意图；

图11c为一种4通道系统的光路侧视示意图；

图11d为一种4通道系统的光路俯视示意图；

图12a为一种8通道系统的光纤分布示意图；

图12b为一种8通道系统的滤光片在不同旋转状态下的旋转轴示意图；

图12c为一种8通道系统的光路示意图；

图13为本申请提供的一种波长选择开关的结构示意图；

图14为本申请提供的一种波长选择开关中的光纤、滤光片、波长的对应关系示意图。

具体实施方式

以下，结合附图对本实施例的实施方式进行详细描述。其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

波分复用器件(Wavelength Division Multiplexer，简称WDM)是光通信系统中的关键器件，多通道收发是提高光通信系统传输速率的重要途径之一。而为了尽可能的增加传输数据量，节省光纤资源，常常会在数据发送端和数据接收端使用WDM。

现有的WDM结构一般包括两种类型，其一为基于薄膜滤光片的WDM，其二为基于平面光波导(Planar Lightwave Circuit，简称PLC)的WDM。

图1为现有技术中的基于薄膜滤光片的波分复用器件的结构示意图，如图1所示的，该结构是基于薄膜滤光片实现的，其结构中包括有平板玻璃10以及多个薄膜滤光片11至14。其中，该多个薄膜滤光片11至14上镀膜有不同的透光材料，以使薄膜滤光片11至14的镀膜层可分别用于透射波长分别为λ1至λ4的光束，反射其他波长的光束。

以解复用过程为例，当多个波长(λ1至λ4)的入射光λ经过准直后入射至波分复用器件的平板玻璃10中，首先将传输至薄膜滤光片14上，该入射光中波长为λ4的光束从薄膜滤光片14的镀膜层透射，并射出波分复用器件；该入射光中波长为λ1、λ2和λ3的光束将在薄膜滤光片14的镀膜层上发生反射，并传输至平板玻璃10的另一端面。

由于平板玻璃10和空气之间的介质差异，在该平板玻璃10的另一端面，波长为λ1、λ2和λ3的光束发生反射，以传输至薄膜滤光片13。

类似的，该入射光中波长为λ3的光束从薄膜滤光片13的镀膜层透射，并射出波分复用器件；该入射光中波长为λ1和λ2的光束将继续在薄膜滤光片13的镀膜层上发生反射，并传输至平板玻璃11的另一端面。波长为λ1和λ2的光束的透射过程，与前述类似。

最终，入射光λ将被解复用为波长为λ1、λ2、λ13和λ4的四束出射光，并分别从相应的薄膜滤光片出射，出射的光束应为准直光。

复用过程为解复用过程的逆过程，其原理和光路类似在此不进行赘述。

但是，受限于对薄膜滤光片进行镀膜时的镀膜工艺，当各薄膜滤光片所属于的通道之间的波长差异越小时，对于入射至WDM的光的入射角要求越高，即需要光线的入射角越小，器件体积相应增大，一般的，在现有的产品中，通道间隔最小的为4.5nm左右，对应的器件体积约4mm*5mm*1mm，光线入射角为8.5°。

此外，针对通道的数量来说，通道数量每增加一个，最后一个波长的光束的反射次数增加2次，这将使得整个系统的公差要求变得越来越严格。例如，对于如图1所示的4通道的器件来说，平板玻璃的两个面夹角需要小于0.2°。因此，通道数量继续增加会使得器件加工变得逐渐不可行。

图2为基于平面光波导的波分复用器件的结构示意图，如图2所示的，该结构是基于光栅实现的，其一侧为用于传输1个波长的N个端口21，另一侧为用于传输多个波长的1个端口22，其两侧端口之间通过阵列波导光栅(Array Waveguide Grating，简称AWG)23结构23、、进行连接。一般的，在解复用过程中，其1个端口22的一侧将作为光束输入端，而N个端口21的一侧将作为光束输出端；在复用过程，其N个端口21的一侧将作为光束输入端，而1个端口22的一侧将作为光束输出端。

无论哪一侧作为光束输入端或光束输出端，其均需通过透镜耦合进行耦合，即，将待输入的光束进行聚焦以通过输入端输入阵列波导光栅，以及，将输出的光束进行聚焦或准直以使输出光束可被使用。

一方面来说，阵列波导光栅自身将带来3dB的插损；另一方面，上述的耦合过程将进一步加剧整个器件带来的插损，使耦合后的总损耗到达5dB。因此，这样的结构将使得光束的耦合出现困难、插损较大导致信号质量下降。

基于上述现有结构以及现有结构带来的缺陷，亟需一种新的波分复用器件，以改善现有波分复用结构带来的种种问题。

为了改善光通信系统的信号质量，降低波分复用器件在耦合至光通信系统时的耦合难度和信号损耗，在本申请提供的波分复用器件中，包括有滤光单元、透镜以及光传输单元。与现有的波分复用器件相比，通过增设透镜，使得不在需要对从波分复用器件入射或出射的光进行准直或汇聚，而是可直接使用，从而有效避免了对于波分复用器件入射或出射的光进行多次耦合而带来的插损较大的问题。此外，无论是入射还是出射，均可通过同一透镜进行处理，且入射面和出射面位于同一平面上，这使得整个器件的体积得到了很好的压缩，便于使用。

下面将对于本申请提供的波分复用器件进行具体介绍：

图3为本申请提供的一种波分复用器件的结构示意图，如图3所示的，该波分复用器件包括滤光单元31、透镜32以及光传输单元33。

光传输单元33，用于将1束N个波长的输入光束或N束不同波长的输入光束经透镜32准直后传输至滤光单元31。

滤光单元31，用于对准直后的1束N个波长的输入光束或准直后的N束不同波长的输入光束进行解复用或复用，以形成N束不同波长的输出光束或1束N个波长的输出光束，经透镜32汇聚至光传输单元33。

具体来说，在光的复用过程中，光传输单元33会将N束不同波长的输入光束传输至透镜32，并利用透镜32对这些光束进行准直，形成N束不同波长的平行光；这些平行光将进入滤光单元31，并在滤光单元31的作用下合束形成包括有不同波长的1束平行光；该1束平行光被滤光单元31重新传输至透镜32，此时透镜32将对该束平行光进行汇聚，以形成包括有不同波长的1束汇聚光传输到光传输单元33，并从光传输单元33进行输出。

而在光的解复用过程中，光传输单元33会将1束包括有不同波长的输入光束传输至透镜32，并利用透镜32对该1束光束进行准直，形成1束包括不同波长的平行光；该平行光将进入滤光单元31，并在滤光单元31的作用下分束以分别形成N束平行光，且每束平行光对应不同波长；该N束平行光被滤光单元31重新传输至透镜32，此时透镜32将对该N束平行光分别进行汇聚，以分别形成N束汇聚光传输到光传输单元33，并从光传输单元33进行输出。

其中，滤光单元31可用于对N束不同波长的光进行合束，以得到1束包括不同波长的光，也可用于对1束包括不同波长的光进行分束，以得到N束不同波长的光，滤光单元31可用于处理的波长数量为N。

作为可选择的实施方式，透镜32包括球面透镜、非球面透镜或自聚焦透镜中的一种或多种。也就是说，透镜32可由单独类型透镜构成，也可为多种类型透镜构成，无论哪种构成形式，其均需满足透镜32在本申请中的光的准直和汇聚需求。

作为可选择的实施方式，所述光传输单元33的光入射面以及光出射面位于所述透镜32的焦平面上。具体的，为了使得光信号传输效率最大，保证尽量多的光进入光传输单元33，或从光传输单元33中出射至透镜32，在本申请中，可采用光传输单元33的光入射面以及光出射面位于所述透镜32的焦平面的方式。

可选择的实施方式，为了保证光作为路紧凑，光程较小，透镜32与波分复用器件的主光轴共轴。

同时，为了使得整个器件的布局更为紧凑，便于压缩整个器件的整体体积，在其中一种可行的实施方式中，采用无论输出光还是输入光，均通过透镜32进行处理的设置方式。换句话说，光输入方向和光输出方向可位于波分复用器件的同一侧。

在上述构思下的可选的实施方式中，光传输单元33的光入射面和光出射面可为同一端面，以通过复用端面的方式，使得布局紧凑。

具体的，可在光传输单元33的端面上设置多根光纤，并基于光的解复用或复用，使其中的部分光纤用于向透镜32传输输入光束，另一部分光纤用于接收透镜32传输输出光束。

进一步的，考虑到传输的光束中，存在单波长光束和多波长光束，光传输单元33可包括1个第一光纤331和N个第二光纤332，所述第一光纤331可用于同时传输N个波长的光束，而所述第二光纤332用于传输任意一个波长的光。

作为可选择的实施方式，所述光传输单元33中的任意两根光纤的光轴方向均平行设置。也就是说，无论是上述的第一光纤331还是第二光纤332，任意两根光纤可采用光轴互相平行的分布方式设置，以保证在共用相同端面的情况下，进入光纤的光最大化。其中，光纤的光轴方向是沿着光纤芯的中心的方向。

此外，由于光传输单元33包括1个第一光纤331和N个第二光纤332，其相互之间的分布方式可为多种。

举例来说，针对于4通道的波分复用器件来说，其需要复用或解复用4个波长的光束，因此，在光传输单元33中设置4根第二光纤332以及1根第一光纤331；又例如，针对于6通道的波分复用器件来说，其需要复用或解复用6个波长的光束，因此，在光传输单元33中设置6根第二光纤332以及1根第一光纤331。一般来说，波分复用器件的光纤数量至少为3根，其应包括1根第一光纤331和至少2根第二光纤332。

由于光纤的数量是多个，在考虑这些光纤在端面的分布时，可采用不同的分布方式，其具体可为规律分布，也可为不规律分布，其应基于实际需求。

作为可选择的实施方式，所述光传输单元33中的N根第二光纤332以第一光纤331为中心均匀分布。

举例来说，图4a为本申请提供的一种6通道波分复用器件的光纤截面分布示意图，如图4a所示的，第一光纤331处于中心部分，6根第二光纤332围绕第一光纤331设置。

图4b为本申请提供的一种12通道波分复用器件的光纤截面分布示意图，与图4a类似的是，第一光纤331处于中心部分，12根第二光纤332围绕该处于中心的第一光纤331设置。

图4c为本申请提供的一种18通道波分复用器件的光纤截面分布示意图，图4c所示的，第一光纤331处于中心部分，18根第二光纤332围绕第一光纤331设置。

与前述图4a和图4b不同的是，由于尺寸的限制，第二光纤332在围绕第一光纤331分布设置的基础上，还可分层分布，以保证整个光纤的分布面积保持尽量小。

此外，为了保证光路的紧凑，光程的最小，作为可选择的实施方式，所述第一光纤331与所述波分复用器件的主光轴共轴，和/或，所述第一光纤331和所述透镜32共轴设置。采用这样的设置将使得从第一光纤331输出的光束或输入至第一光纤331的光束的光轴与波分复用器件的主光轴，和/或，透镜32共轴。

通过采用上述的光传输单元33的结构设置，可使得整个波分复用器件的体积得到有效控制，便于加工使用，也有利于成本的控制。

与现有的波分复用器件相比，为了避免光在滤光单元31中发生多次反射而造成对入射光的角度要求以及器件精度要求严格的问题，在上述各实施方式的基础上，本申请提供的技术方案中，可互不平行的N个滤光片以构成滤光单元31。

其中的每一滤光片用于反射所述N个波长中的任一波长的光束，并透射所述N个波长中除任一波长以外的其他波长的光束；且不同滤光片反射不同波长的光束。

具体来说，与现有的薄膜滤光片类似的是，本申请所述的N个滤光片上分别涂覆或电镀有不同的反射材料，以使的不同的滤光片可对不同波长的光进行反射，而对其他波长的光进行透射。

举例来说，当利用波分复用器件，对λ1至λN的N个波长的光进行复用或解复用时，每个滤光片可分别反射一种波长的光，即滤光片1可反射波长为λ1的光，并透射λ2至λN的光，滤光片2可反射波长为λ2的光，并透射λ1以及λ3至λN的光，以此类推。

现有的基于薄膜滤光片的波分复用器件中，其薄膜滤光片一般是彼此平行分布设置的。而与现有的基于薄膜滤光片的波分复用器件完全不同的是，在本申请中，该多个滤光片是采用互不平行的分布方式的，通过这样的分布方式，能够保证各光路互不干涉(即无需像图1所示结构一样，对包括多个波长的光束进行多次反射)，避免通道数量增加而导致的光通系统加工装调公差要求变高的问题。

针对于滤光单元31中的各滤光片的空间分布上，在可选的实施方式中，该N个滤光片共线分布设置；或者，每个滤光片沿所述波分复用器件的主光轴分布设置；或者，所述滤光片沿所述透镜的光轴分布设置。

此外，为了保证光路的互不干涉，不同滤光片应处于不同的旋转状态。

也就是说，在光的解复用过程中，不同滤光片解复用的不同光束可经所述透镜32汇聚至分布在所述光传输单元33光入射面上的不同光纤中。在光的复用过程中，不同滤光片对不同光束复用后经透镜32汇聚至所述光传输单元33光入射面中心的光纤中。

上述的旋转状态是指滤光片相对于初始状态的旋转角度以及旋转方向。其中，初始状态可理解为在将滤光单元31中的各滤光片安装或设置至波分复用器件时的状态。

为了便于后续的调试，在初始状态下，各滤光片的镀膜面将与透镜/波分复用器件的主光轴的光轴垂直安放，此时，滤光片的中心轴(即垂直于镀膜面，且穿过镀膜面中心的轴)，将与将与透镜/波分复用器件的主光轴平行。

具体来说，在确定每一滤光片的旋转状态时，可将其旋转角度和旋转方向作为考虑因素，即，滤光单元31中不同滤光片将基于旋转方向沿旋转轴旋转相应的旋转角度，以处于不同的旋转状态。若使得多个滤光片互不平行，滤光单元31中的任意两个滤光片在同一时刻的旋转角度和/或旋转方向应是不同的，即任意两个滤光片在处于不同的旋转状态时，其旋转角度和/或旋转方向不同。

滤光片旋转状态中的旋转角度具体可指滤光片的中心轴与光传输单元33的光轴之间的夹角。其中，当光传输单元33采用前述的由1个第一光纤331和N个第二光纤332构成的结构时，其光轴可为该第一光纤331的光轴。

滤光片旋转状态中的旋转方向具体可指滤光片在基于旋转方向沿旋转轴旋转一定旋转角度时，其所沿旋转轴的轴向；其中，旋转轴与所述光传输单元中各光纤的光轴垂直。

图5a和图5b分别为本申请中滤光片的旋转状态的示意图，如图5a和图5b所示的，以波分复用器件的主光轴/透镜32的光轴/光传输单元33的光轴为Z轴建立直角坐标系，其中角坐标系的XY平面与透镜32所在焦平面/光传输单元33的光入射面/光传输单元33的光出射面/传输单元33的光纤的横截面平行。

其中，在图5a所示示意图中，在YZ平面，Z轴为波分复用器件的主光轴/透镜32的光轴/光传输单元33的光轴的方向，滤光片1在该旋转状态下的旋转角度为图5a所示的旋转角度1，滤光片2在该旋转状态下的旋转角度为图5a所示的旋转角度2。

在图5b所示示意图中,在XY平面内，可设置多个轴，以使每个轴的与X轴/Y轴所呈现的夹角且均与Z轴垂直(如图5b所示)。那么，该多个轴则可作为前述滤光片的旋转轴。也就是说，针对每个在初始状态下的滤光片来说，各滤光片的镀膜面均平行于XY平面；在旋转状态下，各个滤光片将以前述旋转轴中的一个轴为轴心，进行绕轴旋转，且旋转的角度为前述的旋转角度，相应的，旋转后的滤光片的镀膜面将不再平行于XY平面。

通过控制每一滤光片的旋转方向和旋转角度，能够使得每一滤光片处于不同的旋转状态，并且使得彼此处于互不平行的分布状态，从而使得滤光单元在对光束进行复用或解复用时，各光路彼此不相干，避免通道数量增加而导致的光通系统加工装调公差要求变高的问题。

为了使得滤光单元通过透镜与光传输单元进行完美配合，可对于滤光单元中的每一个滤光片的旋转状态进行精准的控制。

具体的，其滤光片在旋转状态下的旋转方向和旋转角度与所述光传输单元中各光纤在其光入射面或出射面上的分布(如图4a至图4c所示分布)相关。需要说明的是，为了保证光传输效率的最大化，下述提及的滤光片对应的汇聚点均应与光纤在光入射面或光出射面上的位置保持一致，即可认为，包括图4a至图4c在内的光纤分布可看作各滤光片对应的汇聚点在光入射面/光出射面上的分布。

针对旋转状态中的旋转角度来说，旋转角度与滤光片对应的汇聚点和光传输单元的光轴之间垂直距离相关。其中，在解复用过程中，滤光片对应的汇聚点是指经透镜汇聚后形成在所述光传输单元中的光入射面上的光点；在复用过程中，滤光片对应的汇聚点是指光束在光传输单元中的光出射面上的出射该对应光束的光点。

图6a-图6c分别为本申请提供的滤光片在不同旋转角度下的光路示意图，其中，图6a-图6c分别示出了滤光片1、滤光片2以及滤光片3在相同的旋转方向和不同旋转角度下所呈现的光路。其中，旋转角度1小于旋转角度2小于旋转角度3，相应垂直距离y1小于垂直距离y2小于垂直距离y3。

也就是说，旋转角度，与滤光片对应的汇聚点和光传输单元的光轴之间垂直距离的关系为:

y＝f×tan(2α)；

其中，所述y为滤光片对应的汇聚点和光传输单元的光轴之间垂直距离，所述f为透镜焦距，所述α为旋转角度。

因此，在实际应用时，可根据光传输单元中的光纤分布，来得到目标光纤与主光轴之间的垂直距离y以及透镜焦距f,然后基于上述关系，确定滤光片所需要旋转的旋转角度α，进而通过控制滤光片的旋转角度，以使其对应的聚光点位置能够与目标光纤的位置重合，保证光处于最大的传输效率。

在这一过程中，滤光片与透镜之间的距离无需考虑，图7为本申请的滤光片在相同旋转状态下处于不同放置位置时的光路示意图，如图7所示的，针对同一滤光片1来说，其旋转方向和旋转角度均相同，不同的是其滤光片与透镜32之间的距离。换句话说，在相同的旋转状态下，无论滤光片与透镜32之间的距离大小，其对应的汇聚点的位置是固定的。

针对旋转状态中的旋转方向来说，旋转方向对应旋转轴的轴向，与滤光片对应的汇聚点和光传输单元的光轴之间垂直距离所在的轴的方向向量垂直。

其中，在解复用过程中，滤光片对应的汇聚点是指经透镜汇聚后形成在所述光传输单元中的光入射面上的光点；在复用过程中，滤光片对应的汇聚点是指光束在光传输单元中的光出射面上的出射该对应光束的光点。

图8a和图8b分别为本申请提供的滤光片在不同旋转轴下的光路示意图，其中，图8a为光路截面示意图，图8b为图8a对应的光路立体示意图。如图8a和图8b所示的，滤光片1和滤光片2沿旋转轴1和旋转轴2分别旋转同样的旋转角度α1时，其分别形成的汇聚光将分布在以光轴上的点为圆心的圆周上。

因此，在实际应用时，可根据光传输单元中的光纤分布，来确定滤光片对应的旋转方向即旋转轴，进而通过控制滤光片的旋转轴，以使其对应的聚光点位置能够与目标光纤的位置重合，保证光处于最大的传输效率。

需要说明的是，针对旋转状态来说，在其他特性不变的情况下，改变上述的旋转角度和旋转方向中的其一特性，均能使得滤光片的旋转状态发生改变。因此，为了使得滤光片对应的汇聚点与光纤分布一一对应，可通过对旋转角度和旋转方向中的至少一个特性进行控制，以达到其一一对应的目的。

当然，在可选实施方式中，可同时对旋转角度和旋转方向进行控制，以满足波分复用器件在多通道下的使用。

具体的，图9a和图9b分别为本申请提供的滤光片在不同旋转状态下的光路示意图，其中，图9a为光路截面示意图，图9b为图9a对应的光路立体示意图。如图9a和图9b所示的，滤光片1和滤光片3沿旋转轴1和旋转轴2分别旋转同样的旋转角度α时，其分别形成的汇聚光将分布在以光轴上的点为圆心的圆周上。滤光片2和滤光片3沿同样的旋转轴2分别旋转不同的旋转角度α和β，其分别形成的汇聚光与光轴之间垂直距离不同。

通过这样的方式，能够有效使得滤光单元通过透镜与光传输单元进行完美配合，可对于滤光单元中的每一个滤光片的旋转状态进行精准的控制，也有利于其在光通信系统中的良好应用。

在其他可选实施例中，为了进一步解决光束在波分复用器件中传输时可能产生的光束串扰问题，还可对于透镜32与光传输单元31之间的结合关系进行改进。

一般的光传输单元31需要设置在透镜32的焦平面上，而基于透镜32的类型的不同，其可能出现与光传输单元31贴合设置的情况。例如，当透镜32为球面镜时，其透镜32存在出现与光传输单元31贴合设置的情况。

这样的设置关系将使得光束在从光传输单元31射入透镜32时，或从透镜32射入光传输单元31时发生光束的串扰，使得部分光束被反射，影响光束质量。为了解决这一问题，图10a和图10b分别为又一波分复用器件的结构示意图，其中，图10a为侧视图，图10b为俯视图。如图10a和图10b所示的，当透镜和光传输单元贴合设置时，所述贴合面与所述透镜的光轴呈预设角度的设置。

以下提供了几种不同通道的波分复用器件的实例：

实例1：4通道系统

图11a为一种4通道系统的光纤分布示意图，其中，包括多个波长的光束将在位于中央的第一光纤进行传输，而单个波长的光束将在位于外侧的第二光纤中进行传输。

图11b为一种4通道系统的滤光片在不同旋转状态下的示意图，如图11a所示的，在初始状态下，各滤光片均与xy平面平行，而在旋转状态下，各滤光片将分别以左侧旋转轴所示的4个旋转轴为轴，进行旋转，以得到最后的旋转状态，与图11a所示的光纤分布中每个光纤的位置匹配。

图11c和图11d分别为一种4通道系统的光路示意图，图11c为光路侧视图，图11d为光路俯视图。如图11c和图11d所示的，滤光片1可用于反射波长为λ1的光束，投射波长为λ2、λ3和λ4的光束，滤光片2可用于反射波长为λ2的光束，投射波长为λ1、λ3和λ4的光束，滤光片3可用于反射波长为λ3的光束，投射波长为λ1、λ2和λ4的光束，滤光片4可用于反射波长为λ4的光束，投射波长为λ1、λ2和λ3的光束。利用图11b所示的旋转状态，可使得滤光片1-4将同一束包括多个波长的光进行分束，以使不同波长的光出射至不同光纤；或，将从不同光纤入射的不同波长的光进行合束，以形成包括多个波长的光并出射至同一光纤。

实例2：8通道系统

图12a为一种8通道系统的光纤分布示意图，其中，包括多个波长的光束将在位于中央的第一光纤进行传输，而单个波长的光束将在位于外侧的第二光纤中进行传输。图12b为一种8通道系统的滤光片在不同旋转状态下的旋转轴示意图，如图12b所示的，各滤光片的旋转轴均平行于xy平面。图12c为一种8通道系统的光路示意图，图12c为光路侧视图。其具体实现方式与前述类似，在此不进行赘述。

实例3：基于前述波分复用器件的波长选择开关

图13为本申请提供的一种波长选择开关的结构示意图，如图13所示的，该波长选择开关，其特征在于，包括前述任一项所述的波分复用器件300，以及控制设备400。

其中，控制设备400用于控制波分复用器件300中的滤光单元31，以使所述滤光单元31对1束N个波长的输入光束或N束不同波长的输入光束进行解复用或复用，以形成N束不同波长的输出光束或1束N个波长的输出光束。

具体来说，控制设备400用于控制滤光单元31中滤光片的旋转状态。

当所述滤光单元31包括N个滤光片，每一滤光片用于反射所述N种波长中的任一波长的光束，并透射所述N种波长中除任一波长以外的其他波长的光束，且不同滤光片反射不同波长的光束时，控制设备400用于控制不同滤光片处于不同的旋转状态，以使经不同滤光片解复用的不同光束可经透镜32汇聚至分布在所述光传输单元31光入射面上的不同光纤中；或者，所述控制设备400用于控制不同滤光片处于不同的旋转状态，以使在不同滤光片对不同光束复用后经透镜32准直至所述光传输单元31光入射面中心的光纤中。

其中，控制设备400具体可为机械电子系统，其可与通过预设的控制程序，使滤光片处于不同的旋转状态。

在实际应用时，微控制设备400在控制N个滤光片的旋转状态时是可基于实际需求进行状态切换的。

例如，绕旋转轴1旋转角度α1为旋转状态1，绕轴N旋转角度αN为旋转状态N，而每一旋转状态应对应光传输单元33中的其中一根第二光纤332。图14为本申请提供的一种波长选择开关中的光纤、滤光片、波长的对应关系示意图，如图14所示的，在控制设备400的控制下，针对某一滤光片来说，其可被控制旋转至旋转状态1，也可被控制旋转至旋转状态N，从而对应相应的第二光纤332。此外，由于每个滤光片反射一个固定的波长，因此每根光纤对应的波长可任意切换。

因此，本申请提供的波长选择开关可实现使用控制设备对滤光片的旋转方向和旋转角度进行控制，以实现各光纤传输的波长动态切换，从而实现开关功能，构成一种新型开关器件。

以上所述仅为本发明技术方案的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡根据本发明的揭露，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (25)

1.一种波分复用器件，其特征在于，用于解复用或复用N个波长的光束，所述波分复用器件包括滤光单元、透镜以及光传输单元；

其中，

所述光传输单元，用于将1束N个波长的输入光束或N束不同波长的输入光束经透镜准直后传输至所述滤光单元；

所述滤光单元，用于对准直后的1束N个波长的输入光束或准直后的N束不同波长的输入光束进行解复用或复用，以形成N束不同波长的输出光束或1束N个波长的输出光束，经所述透镜汇聚至所述光传输单元。

2.根据权利要求1所述的波分复用器件，其特征在于，所述滤光单元包括互不平行的N个滤光片；

每一滤光片用于反射所述N个波长中的任一波长的光束，并透射所述N个波长中除任一波长以外的其他波长的光束；

不同滤光片反射不同波长的光束。

3.根据权利要求2所述的波分复用器件，其特征在于，所述滤光单元中的不同滤光片处于不同的旋转状态，以使经不同滤光片解复用的不同光束可经所述透镜汇聚至分布在所述光传输单元光入射面上的不同光纤中；

或者，所述滤光单元中的不同滤光片处于不同的旋转状态，以使在不同滤光片对不同光束复用后经透镜汇聚至所述光传输单元光入射面中心的光纤中。

4.根据权利要求3所述的波分复用器件，其特征在于，所述旋转状态包括旋转角度以及旋转方向，不同滤光片基于旋转方向沿旋转轴旋转相应的旋转角度，以处于不同的旋转状态。

5.根据权利要求3所述的波分复用器件，其特征在于，

所述滤光片在旋转状态下的旋转方向和旋转角度与所述光传输单元中各光纤在其光入射面或出射面上的分布相关。

6.根据权利要求3所述的波分复用器件，其特征在于，任意两个滤光片在处于不同的旋转状态时，其旋转角度和/或旋转方向不同。

7.根据权利要求3-6任一项所述的波分复用器件，其特征在于，

所述旋转角度，是指所述滤光片的中心轴与所述光传输单元的光轴之间的夹角。

8.根据权利要求7所述的波分复用器件，其特征在于，所述旋转角度，与滤光片对应的汇聚点和光传输单元的光轴之间垂直距离相关；其中，滤光片对应的汇聚点是指滤光片在解复用时经透镜汇聚后形成在所述光传输单元中的光入射面上的光点，或，指滤光片在复用对应光束时在所述光传输单元中的光出射面上的出射该对应光束的光点。

9.根据权利要求8所述的波分复用器件，其特征在于，所述旋转角度，与滤光片对应的汇聚点和光传输单元的光轴之间垂直距离的关系为；

y＝f×tan(2α)；

其中，所述y为滤光片对应的汇聚点和光传输单元的光轴之间垂直距离，所述f为透镜焦距，所述α为旋转角度。

10.根据权利要求3-6任一项所述的波分复用器件，其特征在于，

所述旋转方向，是指滤光片在基于旋转方向沿旋转轴旋转一定旋转角度时，其所沿旋转轴的轴向；其中，旋转轴与所述光传输单元中各光纤的光轴垂直。

11.根据权利要求10所述的波分复用器件，其特征在于，

所述旋转方向对应旋转轴的轴向，与滤光片对应的汇聚点和光传输单元的光轴之间垂直距离所在的轴的方向向量垂直；

其中，滤光片对应的汇聚点是指滤光片在解复用时经透镜汇聚后形成在所述光传输单元中的光入射面上的光点，或，指滤光片在复用对应光束时在所述光传输单元中的光出射面上的出射该对应光束的光点。

12.根据权利要求2-11任一项所述的波分复用器件，其特征在于，所述N个滤光片共线分布设置。

13.根据权利要求2-11任一项所述的波分复用器件，其特征在于，每个滤光片沿所述波分复用器件的主光轴分布设置。

14.根据权利要求2-11任一项所述的波分复用器件，其特征在于，所述滤光片沿所述透镜的轴分布设置。

15.根据权利要求1-14任一项所述的波分复用器件，其特征在于，所述光传输单元包括1个第一光纤和N个第二光纤，所述第一光纤用于同时传输N个波长的光束，所述第二光纤用于传输任意一个波长的光。

16.根据权利要求15所述的波分复用器件，其特征在于，所述光传输单元中的任意两根光纤的光轴方向均平行设置。

17.根据权利要求15所述的波分复用器件，其特征在于，所述N根第二光纤以第一光纤为中心均匀分布。

18.根据权利要求15所述的波分复用器件，其特征在于，所述第一光纤与所述波分复用器件的主光轴共轴。

19.根据权利要求15所述的波分复用器件，其特征在于，所述第一光纤和所述透镜共轴设置。

20.根据权利要求1-19任一项所述的波分复用器件，其特征在于，所述透镜包括球面透镜、非球面透镜或自聚焦透镜中的一种或多种。

21.根据权利要求1-19任一项所述的波分复用器件，其特征在于，所述光传输单元的光入射面以及光出射面位于所述透镜的焦平面上。

22.根据权利要求1-19任一项所述的波分复用器件，其特征在于，所述透镜与所述波分复用器件的主光轴共轴。

23.根据权利要求1-22任一项所述的波分复用器件，其特征在于，当透镜和光传输单元贴合设置时，所述贴合面与所述透镜的光轴呈预设角度。

24.一种波长选择开关，其特征在于，包括权利要求1-22任一项所述的波分复用器件，以及控制设备；

其中，控制设备用于控制所述滤光单元，以使所述滤光单元对1束N个波长的输入光束或N束不同波长的输入光束进行解复用或复用，以形成N束不同波长的输出光束或1束N个波长的输出光束。

25.根据权利要求24所述的波长选择开关，其特征在于，当所述滤光单元包括N个滤光片，每一滤光片用于反射所述N种波长中的任一波长的光束，并透射所述N种波长中除任一波长以外的其他波长的光束，且不同滤光片反射不同波长的光束时，

所述控制设备用于控制不同滤光片处于不同的旋转状态，以使经不同滤光片解复用的不同光束可经透镜汇聚至分布在所述光传输单元光入射面上的不同光纤中；或者，所述控制设备用于控制不同滤光片处于不同的旋转状态，以使在不同滤光片对不同光束复用后经透镜准直至所述光传输单元光入射面中心的光纤中。

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