CN113917612B - 一种光环行器与波分复用器的组合器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光环行器与波分复用器的组合器件，其包括光环行器芯、波分复用膜片、准直器等。该组合器件采用自由空间设计，结构新颖、布局紧凑，具有高性能、低成本和小尺寸等优点。

Description

一种光环行器与波分复用器的组合器件
技术领域
本发明涉及光通讯器件技术领域，尤其涉及一种光环行器与波分复用器的组合器件。
背景技术
随着高速光网络和数据中心的蓬勃发展，光通信设备要求光模块需同时具备高传输速率、小尺寸和低成本的特点。光环行器因具有沿特定方向传送信号光的功能，被广泛应用于光模块中，可通过共用公共端发送和接收信号光来实现单纤双向的功能，从而提高集成度并降低成本。同时在光模块中加入波分复用器来增加光收发波长信道数量可以进一步提升光模块的传输速率。在目前高速光收发模块的应用需求场景下，通过采用将传统光环行器和波分复用器进行光纤器件级联的方式在尺寸、性能和成本上均已很难满足要求，因此需要一种高集成度结构和封装形式的光环行器与波分复用器的组合器件。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种具有高性能、低成本和小尺寸的光环行器与波分复用器的组合器件。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种光环行器与波分复用器的组合器件，其包括光环行器芯、第一波分复用膜片、第二波分复用膜片、第一反射镜、第二反射镜、第一发射准直器、第二发射准直器、第一接收准直器、第二接收准直器和公共端准直器；
所述光环行器芯依序包括左偏振分束器、法拉第旋转片、半波片和镀有高反膜的右偏振分束器；所述法拉第旋转片与半波片构成磁光非互易元件；
所述公共端准直器位于光环行器芯的一侧，用于接收从光环行器芯的左偏振分束器射出的信号光和将公共端的信号光发射入光环行器芯的左偏振分束器内；
所述第一发射准直器、第二发射准直器、第一接收准直器和第二接收准直器分别位于光环行器芯的另一侧；
所述第二波分复用膜片置于第一发射准直器和光环行器芯之间，第一发射端的信号光从第一发射准直器发射，经过第二波分复用膜片后进入光环行器芯的左偏振分束器内；
所述第二反射镜位于第二发射准直器的输出端一侧，第二发射端的信号光从第二发射准直器发射，经过第二反射镜后到达第二波分复用膜片并与第一发射端的信号光从合束；
所述第一波分复用膜片置于第一接收准直器输入端的一侧，从光环行器芯的右偏振分束器出射的信号光部分透过第一波分复用膜片内后进入第一接收准直器内；
所述第一反射镜置于第二接收准直器输入端的一侧，从第一波分复用膜片反射的部分信号光经过第一反射镜反射后进入第二接收准直器内。
所述法拉第旋转片的旋转角为45°，半波片的光轴设计为22.5°或67.5°。
所述公共端准直器替换为光口组件，光口组件内部包含内置光纤的陶瓷插芯和准直透镜。
所述光口组件与壳体的外侧固定连接，所述光环行器芯、第一波分复用膜片、第二波分复用膜片、第一反射镜、第二反射镜、第一发射准直器、第二发射准直器、第一接收准直器、第二接收准直器分别组装于壳体内部。
一种光环行器与波分复用器的组合器件，其包括光环行器芯、波分复用膜片、反射镜、发射准直器、第一接收准直器、第二接收准直器和公共端准直器；所述光环行器芯依序包括左偏振分束器、法拉第旋转片、半波片和右偏振分束器；所述法拉第旋转片与半波片构成磁光非互易元件；
所述公共端准直器、发射准直器、第一接收准直器和第二接收准直器分别位于光环行器芯的右偏振分束器的一侧；
所述公共端准直器用于接收从光环行器芯的左偏振分束器射出的信号光和将公共端的信号光发射入光环行器芯的左偏振分束器内；
发射端的信号光从发射准直器发射后进入光环行器芯的右偏振分束器内；
所述波分复用膜片置于第一接收准直器和光环行器芯之间，从光环行器芯的右偏振分束器出射的部分信号光透过波分复用膜片内后进入第一接收准直器内；
所述反射镜位于第二接收准直器的输入端一侧，从波分复用膜片反射的部分信号光经过反射镜反射后进入第二接收准直器内。
所述法拉第旋转片的旋转角为45°，磁块为法拉第旋转片提供所需磁场，半波片的光轴设计为22.5°或67.5°。
所述公共端准直器连接有光口组件，光口组件内部包含内置光纤的陶瓷插芯。
所述光环行器芯、波分复用膜片、反射镜、发射准直器、第一接收准直器、第二接收准直器和磁块分别组装于壳体内部。
本发明通过自由空间设计，将光环行器芯、波分复用器(WDM)膜片、准直器、光口组件等巧妙地集成到一起，使其具有高性能、低成本和小尺寸的优点，实现了可以满足高速光收发模块应用的光环行器与波分复用器的组合器件。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为集成光环行器和波分复用器组合器件的单纤双向光收发模块结构框图；
图2为发明实施例1: 基于光纤准直器的光环行器与波分复用器的组合器件；
图3为发明实施例2: 基于光口组件的光环行器与波分复用器的组合器件；
图4为发明实施例3: 基于光纤准直器的单端出纤的光环行器与波分复用器的组合器件；
图5为发明实施例4: 基于光口组件的单端出纤的光环行器与波分复用器的组合器件。
具体实施方式
图1为集成光环行器和波分复用器组合器件的单纤双向光收发模块结构框图（实线框内），其中本发明所述的组合器件即实现虚线框内光环行器与波分复用器的组合功能。
实施例1
如图2所示，本发明实施例1为基于光纤准直器的光环行器与波分复用器的组合器件，该实施例组合器件包括光环行器芯、第一波分复用膜片150、第二波分复用膜片151、第一反射镜152、第二反射镜153、第一发射准直器160、第二发射准直器161、第一接收准直器180、第二接收准直器181和公共端准直器170；
光环行器芯依序包括左偏振分束器110、法拉第旋转片120、半波片130和镀有高反膜143的右偏振分束器140；法拉第旋转片120与半波片130构成磁光非互易元件；
公共端准直器170位于光环行器芯的一侧，用于接收从光环行器芯的左偏振分束器110射出的信号光和将公共端的信号光发射入光环行器芯的左偏振分束器110内；
第一发射准直器160、第二发射准直器161、第一接收准直器180和第二接收准直器181分别位于光环行器芯的另一侧；
第二波分复用膜片151置于第一发射准直器160和光环行器芯之间，第一发射端的信号光从第一发射准直器160发射，经过第二波分复用膜片151后进入光环行器芯的左偏振分束器110内；
第二反射镜153位于第二发射准直器161的输出端一侧，第二发射端的信号光从第二发射准直器161发射，经过第二反射镜153后到达第二波分复用膜片151并与第一发射端的信号光从合束；
第一波分复用膜片150置于第一接收准直器180输入端的一侧，从光环行器芯的右偏振分束器140出射的信号光部分透过第一波分复用膜片内150后进入第一接收准直器180内；
第一反射镜152置于第二接收准直器181输入端的一侧，从第一波分复用膜片150反射的部分信号光经过第一反射镜152反射后进入第二接收准直器181内。
法拉第旋转片120的旋转角为45°，半波片130的光轴设计为22.5°或67.5°；法拉第旋转片120与半波片130构成磁光非互易元件，即光束从一侧通过时偏振方向旋转90°，从另一侧通过时偏振方向保持不变。第一波分复用(WDM)膜片150与第二波分复用(WDM)膜片151的规格相同，该膜片可以透过一个波段或几个波长(如四个波长λ1, λ2, λ3, λ4)，并反射另外一个波段或另外几个波长(如另外四个波长λ5, λ6, λ7, λ8)。
第一发射端(Tx1)的信号光(如包含四个波长λ1, λ2, λ3, λ4的信号光)进入第一发射准直器160将光束准直，透射通过第二波分复用(WDM)膜片151后进入光环行器芯的通道1(Port1)，经左偏振分束器110的直角三棱镜112的右侧入射，经直角三棱镜112与平行块111的界面后分成两个偏振方向相互垂直的光束，依次经过法拉第旋转片120和半波片130后偏振方向旋转90°，经右偏振分束器140后合并成单一光束，入射到高反膜143；经高反膜143反射的光束经右偏振分束器140直角三棱镜141和平行块142的界面后分成两个偏振方向相互垂直的光束，依次经过半波片130和法拉第旋转片120后偏振方向保持不变，经左偏振分束器110后合并成单一光束，再经由光环行器芯通道2(Port2)出射并耦合到公共端准直器170后从公共端(Com)输出。
第二发射端(Tx2)的信号光(如包含四个波长λ5, λ6, λ7, λ8的信号光)进入第二发射准直器161将光束准直，通过第二反射镜153反射后到达第二波分复用(WDM)膜片151，经第二波分复用(WDM)膜片151反射后在光环行器芯的通道1(Port1)处与第一发射端(Tx1)的信号光合束，然后从左偏振分束器110的直角三棱镜112的右侧入射，经直角三棱镜112与平行块111的界面后分成两个偏振方向相互垂直的光束，依次经过法拉第旋转片120和半波片130后偏振方向旋转90°，经右偏振分束器140后合并成单一光束，入射到高反膜143，经高反膜143反射的光束经右偏振分束器140直角三棱镜141和平行块142的界面后分成两个偏振方向相互垂直的光束，依次经过半波片130和法拉第旋转片120后偏振方向保持不变，经左偏振分束器110后合并成单一光束，再经由光环行器芯通道2(Port2)出射并耦合到公共端准直器170后从公共端(Com)输出。
公共端(Com)的信号光(如包含八个波长λ1, λ2, λ3, λ4，λ5, λ6, λ7, λ8的信号光)进入公共端准直器170将光束准直，然后到达光环行器芯的通道2(Port2), 经左偏振分束器110的平行块111的左侧入射，经直角三棱镜112与平行块111的界面后分成两个偏振方向相互垂直的光束，依次经过法拉第旋转片120和半波片130后偏振方向旋转90°，然后经右偏振分束器140后合并成单一光束并从光环行器芯通道3(Port3)出射，部分信号光(如包含四个波长λ1, λ2, λ3, λ4的信号光)经过第一波分复用(WDM)膜片150透射后耦合到第一接收准直器180后从第一接收端(Rx1)输出, 另一部分信号 (如包含另外四个波长λ5, λ6, λ7, λ8的信号光)经过第一波分复用(WDM)膜片150反射后到达第一反射镜152，再经152反射后耦合到第二接收准直器181后从第二接收端(Rx2)输出。
实施例2
如图3所示，本发明实施例2为基于光口组件的光环行器与波分复用器的组合器件，结构和原理与实施例1基本相同（结构包括光环行器芯、第一波分复用膜片250、第二波分复用膜片251、第一反射镜252、第二反射镜253、第一发射准直器260、第二发射准直器261、第一接收准直器280、第二接收准直器281和光口组件270；光环行器芯依序包括左偏振分束器210、法拉第旋转片220、半波片230和镀有高反膜243的右偏振分束器240，左偏振分束器210由直角三棱镜212与平行块211组成，右偏振分束器240由直角三棱镜241与平行块242组成），差别只是将实施例1中的公共端准直器换成了光口组件270，光口组件270内部包含内置光纤的陶瓷插芯和准直透镜，与准直器功能相同可准直或会聚信号光，且具备插拔功能。光口组件270与壳体290通过胶粘接或激光焊接或其它方式组装到一起，其余光学元件均组装到壳体290内部。
实施例3
如图4所示，本发明实施例3为基于光纤准直器的单端出纤的光环行器与波分复用器的组合器件，该实施例的组合器件包括光环行器芯、波分复用膜片350、反射镜352、发射准直器360、第一接收准直器380、第二接收准直器381和公共端准直器370；光环行器芯依序包括左偏振分束器310、法拉第旋转片320、半波片330和右偏振分束器340；
左偏振分束器310由直角三棱镜312与平行块311组成，右偏振分束器340由平行块341与平行块342组成。
法拉第旋转片320的旋转角为45°，磁块391为法拉第旋转片320提供所需磁场，半波片330的光轴设计为22.5°或67.5°；法拉第旋转片320与半波片330构成磁光非互易元件，即光束从一侧通过时偏振方向旋转90°，从另一侧通过时偏振方向保持不变。波分复用(WDM)膜片350可以透过一个波段或几个波长(如四个波长λ1, λ2, λ3, λ4)，并反射另外一个波段或另外几个波长(如另外四个波长λ5, λ6, λ7, λ8)。
公共端准直器370、发射准直器360、第一接收准直器380和第二接收准直器381分别位于光环行器芯的右偏振分束器340的一侧；
公共端准直器370用于接收从光环行器芯的左偏振分束器310射出的信号光和将公共端的信号光发射入光环行器芯的左偏振分束器310内；
发射端的信号光从发射准直器360发射后进入光环行器芯的右偏振分束器340内；
波分复用膜片350置于第一接收准直器380和光环行器芯之间，从光环行器芯的右偏振分束器340出射的部分信号光透过波分复用膜片350内后进入第一接收准直器380内；
反射镜352位于第二接收准直器381的输入端一侧，从波分复用膜片350反射的部分信号光经过反射镜352反射后进入第二接收准直器381内。
发射端(Tx)的信号光(如包含八个波长λ1, λ2, λ3, λ4，λ5, λ6, λ7, λ8的信号光)进入准直器360将光束准直，透射通过波分复用(WDM)膜片350后进入光环行器芯的通道1(Port1)，从右偏振分束器340的平行块342的右侧入射，经平行块341与平行块342的界面后分成两个偏振方向相互垂直的光束，依次经过半波片330和法拉第旋转片320后偏振方向保持不变，经左偏振分束器310后合并成单一光束，再经由光环行器芯通道2(Port2)出射并耦合到准直器370后从公共端(Com)输出。
公共端(Com)的信号光(如包含八个波长λ1, λ2, λ3, λ4，λ5, λ6, λ7, λ8的信号光)进入准直器370将光束准直，然后到达光环行器芯的通道2(Port2), 然后经左偏振分束器310的直角三棱镜312的右侧入射，经直角三棱镜312与平行块311的界面后分成两个偏振方向相互垂直的光束，依次经过法拉第旋转片320和半波片330后偏振方向旋转90°，经右偏振分束器340后合并成单一光束并从光环行器芯通道3(Port3)出射，部分信号光(如包含四个波长λ1, λ2, λ3, λ4的信号光)经过波分复用(WDM)膜片350透射后耦合到第一接收准直器380后从第一接收端(Rx1)输出, 另一部分信号 (如包含另外四个波长λ5, λ6, λ7, λ8的信号光)经过波分复用(WDM)膜片350反射后到达反射镜352，再经352反射后耦合到第二接收准直器381后从第二接收端(Rx2)输出。
实施例4
如图5所示，本发明实施例4为基于光口组件的单端出纤的光环行器与波分复用器的组合器件，结构和原理与图4(实施例3)基本相同（构包括光环行器芯、波分复用膜片450、反射镜451、发射准直器460、第一接收准直器480、第二接收准直器481和公共端准直器470；光环行器芯依序包括左偏振分束器410、法拉第旋转片420、半波片430和右偏振分束器440，左偏振分束器410由直角三棱镜412与平行块411组成，右偏振分束器440由平行块441与平行块442组成），差别只是在公共端准直器470外连接了一个具有插拔功能的光口组件471，光口组件471内部包含内置光纤的陶瓷插芯,除了光口组件471在壳体490外，其余元件均组装到壳体490内部。

Claims (8)

1.一种光环行器与波分复用器的组合器件，其特征在于：其包括光环行器芯、第一波分复用膜片、第二波分复用膜片、第一反射镜、第二反射镜、第一发射准直器、第二发射准直器、第一接收准直器、第二接收准直器和公共端准直器；
所述光环行器芯依序包括左偏振分束器、法拉第旋转片、半波片和镀有高反膜的右偏振分束器；所述法拉第旋转片与半波片构成磁光非互易元件；
所述公共端准直器位于光环行器芯的一侧，用于接收从光环行器芯的左偏振分束器射出的信号光和将公共端的信号光发射入光环行器芯的左偏振分束器内；
所述第一发射准直器、第二发射准直器、第一接收准直器和第二接收准直器分别位于光环行器芯的另一侧；
所述第二波分复用膜片置于第一发射准直器和光环行器芯之间，第一发射端的信号光从第一发射准直器发射，经过第二波分复用膜片后进入光环行器芯的左偏振分束器内；
所述第二反射镜位于第二发射准直器的输出端一侧，第二发射端的信号光从第二发射准直器发射，经过第二反射镜后到达第二波分复用膜片并与第一发射端的信号光从合束；
所述第一波分复用膜片置于第一接收准直器输入端的一侧，从光环行器芯的右偏振分束器出射的信号光部分透过第一波分复用膜片内后进入第一接收准直器内；
所述第一反射镜置于第二接收准直器输入端的一侧，从第一波分复用膜片反射的部分信号光经过第一反射镜反射后进入第二接收准直器内。
2.根据权利要求1所述的一种光环行器与波分复用器的组合器件，其特征在于：所述法拉第旋转片的旋转角为45°，半波片的光轴设计为22.5°或67.5°。
3.根据权利要求1所述的一种光环行器与波分复用器的组合器件，其特征在于：所述公共端准直器替换为光口组件，光口组件内部包含内置光纤的陶瓷插芯和准直透镜。
4.根据权利要求3所述的一种光环行器与波分复用器的组合器件，其特征在于：所述光口组件与壳体的外侧固定连接，所述光环行器芯、第一波分复用膜片、第二波分复用膜片、第一反射镜、第二反射镜、第一发射准直器、第二发射准直器、第一接收准直器、第二接收准直器分别组装于壳体内部。
5.一种光环行器与波分复用器的组合器件，其特征在于：其包括光环行器芯、波分复用膜片、反射镜、发射准直器、第一接收准直器、第二接收准直器和公共端准直器；所述光环行器芯依序包括左偏振分束器、法拉第旋转片、半波片和右偏振分束器；所述法拉第旋转片与半波片构成磁光非互易元件；
所述公共端准直器、发射准直器、第一接收准直器和第二接收准直器分别位于光环行器芯的右偏振分束器的一侧；
所述公共端准直器用于接收从光环行器芯的左偏振分束器射出的信号光和将公共端的信号光发射入光环行器芯的左偏振分束器内；
发射端的信号光从发射准直器发射后进入光环行器芯的右偏振分束器内；
所述波分复用膜片置于第一接收准直器和光环行器芯之间，从光环行器芯的右偏振分束器出射的部分信号光透过波分复用膜片内后进入第一接收准直器内；
所述反射镜位于第二接收准直器的输入端一侧，从波分复用膜片反射的部分信号光经过反射镜反射后进入第二接收准直器内。
6.根据权利要求5所述的一种光环行器与波分复用器的组合器件，其特征在于：所述法拉第旋转片的旋转角为45°，磁块为法拉第旋转片提供所需磁场，半波片的光轴设计为22.5°或67.5°。
7.根据权利要求5所述的一种光环行器与波分复用器的组合器件，其特征在于：所述公共端准直器连接有光口组件，光口组件内部包含内置光纤的陶瓷插芯。
8.根据权利要求6所述的一种光环行器与波分复用器的组合器件，其特征在于：所述光环行器芯、波分复用膜片、反射镜、发射准直器、第一接收准直器、第二接收准直器和磁块分别组装于壳体内部。
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