CN115469403B - 具有隔离功能的滤光分光器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有隔离功能的滤光分光器件，包括双线准直器，双线准直器内设置有入射光纤与第一出射光纤；在入射光纤的出射端一侧设置有滤光分光组件，从入射光纤出射的第一波长的光信号被滤光分光组件反射，从入射光纤出射的第二波长的光信号经过滤光分光组件后一部分被反射至第一出射光纤；在滤光分光组件远离双线准直器的一侧设置有隔离组件，从入射光纤出射的第二波长的光信号经过滤光分光组件后的另一部分入射至隔离组件；在隔离组件远离滤光分光组件的一侧设置有单线准直器，单线准直器设置有第二出射光纤，经过隔离组件的光信号从第二出射光纤出射。本发明结构简单，使用的光学元件少，有利于器件的小型化。

Description

具有隔离功能的滤光分光器件

技术领域

本发明涉及一种光学器件，尤其涉及一种具有隔离功能的滤光分光器件。

背景技术

随着光纤通信技术的发展，光学器件体积小型化、功能多样化成为光学器件的发展趋势。在一些光纤系统中，需要光学器件具有滤波、分光、光学隔离等功能，因此，具有多种光学性能的混合光学器件应运而生。

例如，公开号为CN1419143A的中国发明专利申请公开了一种光路混合器件，其将波分复用器、光隔离器和分光耦合器三种功能集成在一个器件中，在光路传输方向依次包括在输出端面上粘贴有WDM滤波片的第一双光纤准直器，由两个双折射晶体楔角片与一个法拉第旋光晶体组成的wedge型隔离器、截面为六边形的分光棱镜以及第二双光纤准直器，wedge型隔离器和分光棱镜可以夹装在两个玻璃片之间，一起装入永磁体材料制成的磁环中。但是，这种光学器件所使用的元件较多，且结构复杂，尤其使用截面为六边形的分光棱镜等元件，导致封装难度大，生产成本较高。

又例如，现有的另一种小型光学器件包括有光纤头，光纤头内设置有至少三根光纤，多根光纤均延伸至光纤头的第一端外；光纤头的第二端设置有准直透镜，准直透镜远离光纤头的一端设置有第一反射透射膜，第一反射透射膜远离准直透镜的一侧设置有反射器件。并且，在靠近反射器件的一侧设置有楔角片，光电探测器设置在楔角片的一侧。楔角片具有单向隔离的功能，即光信号从特定的光纤入射后，才能够经过楔角片并入射到光电探测器，从其他光纤入射的信号无法经过楔角片后入射到光电探测器，但仍可以从其他光纤中出射。因此，这种光学器件的光学隔离作用仅仅是针对光电探测器而言，对于各光纤而言，该光学器件实际上并没有实现光学隔离。对于需要对不同光纤传输的信号进行隔离的场景，该光学器件并不适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对不同光纤传输的信号有效隔离、且能够对不同波长信号进行分光的具有隔离功能的滤光分光器件。

为了实现上述的目的，本发明提供的具有隔离功能的滤光分光器件包括双线准直器，双线准直器内设置有入射光纤与第一出射光纤；在入射光纤的出射端一侧设置有滤光分光组件，从入射光纤出射的第一波长的光信号被滤光分光组件反射，从入射光纤出射的第二波长的光信号经过滤光分光组件后一部分被反射至第一出射光纤；在滤光分光组件远离双线准直器的一侧设置有隔离组件，从入射光纤出射的第二波长的光信号经过滤光分光组件后的另一部分入射至隔离组件；在隔离组件远离滤光分光组件的一侧设置有单线准直器，单线准直器设置有第二出射光纤，经过隔离组件的光信号从第二出射光纤出射。

由上述方案可见，隔离组件设置在双线准直器与单线准直器之间，光信号从入射光纤入射后，可以经过隔离组件并从第二出射光纤出射，但从第二出射光纤入射的光信号则不能够通过隔离组件，也就无法从入射光纤出射，从而保证光信号的单向传输。

另外，滤光分光组件能够对从入射光纤入射的光信号进行滤光、分光处理，使得只有特定波长的光信号能够进入到滤光分光组件内，且特定波长获得光信号的一部分光信号从第一出射光纤出射，另一部分光信号从第二出射光纤出射，满足需要进行滤光、分光的场景使用。

一个优选的方案是，滤光分光组件包括楔角片，楔角片靠近双线准直器的表面上镀有滤光膜，楔角片靠近隔离组件的表面上镀有分光膜。

由此可见，在楔角片的两个表面上分别镀上滤光膜以及分光膜，使得滤光分光组件仅包含一个光学元件，有利于光学器件的小型化。

进一步的方案是，楔角片靠近双线准直器的表面与双线准直器的轴线之间的夹角不等于楔角片靠近隔离组件的表面与双线准直器的轴线之间的夹角。

由此可见，相对于双线准直器的轴线，楔角片的两个表面的夹角不相等，例如，设置有滤光膜的表面垂直于双线准直器的轴线，有利于光信号的反射，通过调节入射光纤的角度，可以使得反射的光信号按照预定的光路进行反射，例如反射至环境中，并不会反射到入射光纤或者第一出射光纤，满足特定场景下的使用需求。

可选的方案是，滤光分光组件包括相邻设置的滤光片以及分光片，滤光片设置在靠近双线准直器的一侧，分光片设置在靠近隔离组件的一侧。

可见，使用滤波片以及分光片这两种常见的器件组合形成滤光分光器件，使得光学器件的结构简单，生产成本低。

更进一步的方案是，隔离组件包括法拉第旋光片，法拉第旋光片的径向外侧设置有磁环。

由于法拉第旋光片是常见的光学隔离组件，对光信号具有良好的单向隔离功能，性能稳定，采用法拉第旋光装置作为隔离组件，有利于提升光学器件的性能稳定性。

更进一步的方案是，隔离组件包括二个以上的子隔离组件，多个子隔离组件沿光路依次设置。

可见，对于光信号隔离性能要求较高的场景，使用多个子隔离组件能够对光信号进行有效的隔离，提升光信号的光学隔离性能。

进一步的方案是，多个子隔离组件的结构相同。优选的，每一子隔离组件均为法拉第旋光装置。

这样，每一个子隔离组件均有一定的隔离性能，满足光信号隔离性能要求较高的场景使用。

进一步的方案是，隔离组件的通光方向为自滤光分光组件向单线准直器。

对于特定方向的光信号隔离需求，通过设置满足特定光信号传输方向的隔离组件，可以确保广信的传输方向与预设的方向一致。

进一步的方案是，入射光纤为普通光纤、扩束光纤或高功率光纤中的一种，和/或第一出射光纤为普通光纤、扩束光纤或高功率光纤中的一种，和/或第二出射光纤为普通光纤、扩束光纤或高功率光纤中的一种。

由此可见，可以根据实际使用需求，入射光纤、第一出射光纤、第二出射光纤可以选用不同类型的光纤，光学器件的使用场景更加广泛。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图。

图2是本发明第二实施例的结构示意图。

图3是本发明第三实施例的结构示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的具有隔离功能的滤光分光器件能够对输入的光信号进行滤光、分光，并且能够实现光学隔离的功能，例如，只允许特定波长的光信号出射，并且通过分光作用，使得多个出射光纤上能够获得预设功率的光信号。另外，隔离组件能够避免从出射光纤入射的光信号错误的入射到不期望的光纤上。

第一实施例：

参见图1，本实施例具有双线准直器11、作为滤光分光组件的楔角片15、隔离组件20以及单线准直器25，其中，双线准直器11内设置有两根光纤，分别是入射光纤12以及第一出射光纤13，单线准直器25内设置有一根光纤，即第二出射光纤26。光信号可以从入射光纤12入射到光学器件内，并且可以从第一出射光纤13或者第二出射光纤26出射。

本实施例中，入射光纤12可以是普通光纤、扩束光纤或高功率光纤中的一种。楔角片15设置在双线准直器11的一侧，具体的，设置在入射光纤12的光信号出射端的一侧，从入射光纤12出射的光信号可以入射到楔角片15上。楔角片15靠近双线准直器11的表面为第一表面16，楔角片15靠近隔离组件20的表面为第二表面17，第一表面16与双线准直器11的轴线之间的夹角不等于第二表面17与双线准直器11的轴线之间的夹角，因此，第一表面16与第二表面17并不是相互平行的设置，而是具有一定的夹角。

在第一表面16上镀有一层滤光膜，优选的，滤光膜只允许特定波长的光信号通过，例如，波长为λ1的光信号可以穿过滤光膜并入射到楔角片15内，而波长为λ2的光信号不能通过滤光膜，因此不能够入射到楔角片15。波长为λ2的光信号被滤光膜反射，通过设置第一出射光纤13的位置，使得反射的光信号不能够入射到第一出射光纤13。

入射到楔角片15的光信号入射到第二表面17，在第二表面17上镀有一层分光膜，分光膜可以将入射的光信号按照一定的比例进行分光，例如一部分光信号能够穿过分光膜并继续传输，入射到隔离组件20，另一部分光信号则被反光膜反射，通过设置第一出射光纤13的位置，使得经过分光膜而被反射的光信号入射到第一出射光纤13。

隔离组件20为法拉第旋光装置，其具有法拉第旋光片21，在法拉第旋光片21的径向外侧设置有磁环22。光信号只能够单向的穿过法拉第旋光片21，例如只能够从靠近楔角片15的一端穿过隔离组件20并且入射到单线准直器25，不能够从单线准直器25的一端经过法拉第旋光片21入射到楔角片15。本实施例中，第一出射光纤13、第二出射光纤26均可以是普通光纤、扩束光纤或高功率光纤，可以根据实际情况选择合适的光纤。

从图1可见，包含有多个波长的光信号L1入射到入射光纤12，例如光信号L1包含有波长为λ1的光信号以及波长为λ2的光信号，光信号L1入射到楔角片15的第一表面16后，在滤光膜的作用下，波长为λ1的光信号穿过滤光膜并入射到楔角片15内，形成光信号L3，因此，光信号L3为仅仅包含波长为λ1的光信号。而波长为λ2的光信号则因为不能够穿过滤光膜而被反射，形成光信号L2，但由于第一出射光纤13并不在光信号L2的光路上，因此，光信号L2并不会入射到第一出射光纤13，即波长为λ2的光信号将耗散在环境中。

光信号L3在楔角片15内传播，并入射到第二表面17的分光膜上，在分光膜的作用下，一部分光信号被反射形成光信号L4，光信号L4入射到第一出射光纤13上。因此，第一出射光纤13所接收到的光信号L4的波长为λ1。入射到第二表面17的另一部分光信号将穿过分光膜并形成光信号L5，入射到隔离组件20，光信号L5的波长也是λ1。由于隔离组件20的通光方向是自楔角片15到单线准直器25，因此，光信号L5可以穿过隔离组件20并形成光信号L6，光信号L6将入射到单线准直器25的第二出射光纤26，从第二出射光纤26出射的光信号的波长也是λ1。

可见，包含波长为λ1和λ2的光信号L1入射到光学器件后，从第一出射光纤13出射的光信号的波长为λ1，从而第二出射光纤26出射的光信号的波长也是λ1。此外，通过设置合适的分光膜，可以调节从第一出射光纤13、第二出射光纤26的光信号的能量，例如分光膜的透射、反射比是50:50，也可以是99:1。从第一出射光纤13、第二出射光纤26出射的光信号可以用于对光功率的监测、波长的监控等。

由于隔离组件20的存在，从第二出射光纤26入射的光信号将无法穿过隔离组件20，因此，即使第二出射光纤26产生回光信号，也不能够穿过隔离组件20入射到入射光纤12，从而避免入射光纤12接收到回光信号而导致入射端器件的损坏。

本实施例中，滤光分光组件仅仅包括一个楔角片15，在楔角片15的两个相对的表面上分别镀上滤光膜以及分光膜，可以实现滤光分光组件的小型化，使得光学器件所使用的光学元件数量较少，从而降低整个光学器件的组装难度。并且，由于光学元件的数量较少，光学器件的结构简单，能够降低其生产工艺的难度，进而降低光学器件的生产成本。

第二实施例：

参见图2，本实施例具有双线准直器31、作为滤光分光组件的楔角片35、隔离组件40以及单线准直器48，其中，双线准直器31内设置有两根光纤，分别是入射光纤32以及第一出射光纤33，单线准直器48内设置有一根光纤，即第二出射光纤49。光信号可以从入射光纤32入射到光学器件内，并且可以从第一出射光纤33或者第二出射光纤49出射。

与第一实施例不同的是，本实施例的隔离组件40包括两个子隔离组件，分别是子隔离组件41和子隔离组件45，其中，两个子隔离组件41、45的结构相同，例如子隔离组件41和子隔离组件45均采用法拉第旋光装置，子隔离组件41包括法拉第旋光片42以及位于法拉第旋光片42径向外侧的磁环43，子隔离组件45包括法拉第旋光片46以及位于法拉第旋光片46径向外侧的磁环47。当然，两个字隔离组件41、45也可以共用一个磁环，即设置一个长度较长的磁环，子隔离组件41的法拉第旋光片42、子隔离组件45的法拉第旋光片46均设置在该磁环中。

本实施例设置两个子隔离组件41、45，且两个子隔离组件41、45沿光路依次设置，即光信号从楔角片35出射后，依次经过两个子隔离组件41、45后再入射到单线准直器48的第二出射光纤49，可以提高对光信号的隔离性能，尤其适用于对隔离性能要求较高的场合。

第三实施例：

参见图3，本实施例具有双线准直器51、滤光分光组件、隔离组件60以及单线准直器65，其中，双线准直器51内设置有两根光纤，分别是入射光纤52以及第一出射光纤53，单线准直器65内设置有一根光纤，即第二出射光纤66。光信号可以从入射光纤52入射到光学器件内，并且可以从第一出射光纤53或者第二出射光纤66出射。

本实施例的滤光分光组件包括相邻设置的滤光片55以及分光片57，滤光片55设置在靠近双线准直器51的一侧，分光片57设置在靠近隔离组件60的一侧。另外，入射光纤52可以是普通光纤、扩束光纤或高功率光纤中的一种。

滤光片55可以对光信号进行滤光，例如只允许特定波长的光信号通过，如波长为λ1的光信号可以穿过滤光片55，而波长为λ2的光信号不能通过滤光片55，因此不能够入射到分光片57。波长为λ2的光信号被滤光片55反射，通过设置第一出射光纤53的位置，使得反射的光信号不能够入射到第一出射光纤53。

分光片57可以将入射的光信号按照一定的比例进行分光，例如一部分光信号能够穿过分光片57并继续传输，入射到隔离组件60，另一部分光信号则被分光片57反射，通过设置第一出射光纤53的位置，使得经过分光片57而被反射的光信号入射到第一出射光纤53。

隔离组件60为法拉第旋光装置，其具有法拉第旋光片61，在法拉第旋光片61的径向外侧设置有磁环62。光信号只能够单向的穿过法拉第旋光片61，例如只能够从靠近分光片57的一端穿过隔离组件60并且入射到单线准直器65，不能够从单线准直器65的一端经过法拉第旋光片61入射到分光片57。本实施例中，第一出射光纤53、第二出射光纤66均可以是普通光纤、扩束光纤或高功率光纤，可以根据实际情况选择合适的光纤。

从图3可见，包含有多个波长的光信号L11入射到入射光纤52，例如光信号L11包含有波长为λ1的光信号以及波长为λ2的光信号，光信号L11入射到滤光片55后，在滤光片55的作用下，波长为λ1的光信号穿过滤光片55并入射到分光片57，形成光信号L13，因此，光信号L13为仅仅包含波长为λ1的光信号。而波长为λ2的光信号则因为不能够穿过滤光片55而被反射，形成光信号L12，但由于第一出射光纤53并不在光信号L12的光路上，因此，光信号L12并不会入射到第一出射光纤53，即波长为λ2的光信号将耗散在环境中。

光信号L13入射到分光片57，在分光片57的作用下，一部分光信号被反射形成光信号L14，光信号L14入射到第一出射光纤53上。因此，第一出射光纤53所接收到的光信号L14的波长为λ1。入射到分光片57另一部分光信号将穿过分光片57并形成光信号L15，入射到隔离组件60，光信号L15的波长也是λ1。由于隔离组件60的通光方向是自分光片57到单线准直器65，因此，光信号L15可以穿过隔离组件60并形成光信号L16，光信号L16将入射到单线准直器65的第二出射光纤66，从第二出射光纤66出射的光信号的波长也是λ1。

本发明可以光学器件集成了滤光、分光以及隔离的功能，且使用的光学元件较少，尤其是将滤光、分光的功能通过一个楔角片实现，有利于光学器件的小型化。此外，由于所使用的光学元件数量较少，组装工艺简单，可以降低其生产难度，生产成本较低。

当然，上述方案仅是本发明优选的实施方式，实际应用时还有更多的改变，例如，隔离组件中子隔离组件的数量的改变，或者，滤光分光组件的具体结构的改变等，这样变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：包括

双线准直器，所述双线准直器内设置有入射光纤与第一出射光纤；

在所述入射光纤的出射端一侧设置有滤光分光组件，从所述入射光纤出射的第一波长的光信号被所述滤光分光组件反射，从所述入射光纤出射的第二波长的光信号经过所述滤光分光组件后一部分被反射至所述第一出射光纤；

在所述滤光分光组件远离所述双线准直器的一侧设置有隔离组件，从所述入射光纤出射的第二波长的光信号经过所述滤光分光组件后的另一部分入射至所述隔离组件；

在所述隔离组件远离所述滤光分光组件的一侧设置有单线准直器，所述单线准直器设置有第二出射光纤，经过所述隔离组件的光信号从所述第二出射光纤出射。

2.根据权利要求1所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

所述滤光分光组件包括楔角片，所述楔角片靠近所述双线准直器的表面上镀有滤光膜，所述楔角片靠近所述隔离组件的表面上镀有分光膜。

3.根据权利要求2所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

所述楔角片靠近所述双线准直器的表面与所述双线准直器的轴线之间的夹角不等于所述楔角片靠近所述隔离组件的表面与所述双线准直器的轴线之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

所述滤光分光组件包括相邻设置的滤光片以及分光片，所述滤光片设置在靠近所述双线准直器的一侧，所述分光片设置在靠近所述隔离组件的一侧。

5.根据权利要求1至4任一项所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

所述隔离组件包括法拉第旋光片，所述法拉第旋光片的径向外侧设置有磁环。

6.根据权利要求1至4任一项所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

所述隔离组件包括二个以上的子隔离组件，多个所述子隔离组件沿光路依次设置。

7.根据权利要求6所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

多个所述子隔离组件的结构相同。

8.根据权利要求7所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

每一所述子隔离组件均为法拉第旋光装置。

9.根据权利要求1至4任一项所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

所述隔离组件的通光方向为自所述滤光分光组件向所述单线准直器。

10.根据权利要求1至4任一项所述的具有隔离功能的滤光分光器件，其特征在于：

所述入射光纤为普通光纤、扩束光纤或高功率光纤中的一种，和/或

所述第一出射光纤为普通光纤、扩束光纤或高功率光纤中的一种，和/或

所述第二出射光纤为普通光纤、扩束光纤或高功率光纤中的一种。