CN1215670C - 一种粗波分复用器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光纤通信用提高单根光纤通信容量的粗波分复用器，它包括有一个由N个光纤耦合器组成的基本结构，每个光纤耦合器按波长将输入的光信号分为两路，这两路光信号分别被送到下一级的光纤耦合器上，形成N+1个通道；在每个输出光信号的通道上分别串接一个滤波器，增加通道带宽和隔离度，具有低成本、插入损耗均匀一致、通道带宽大和隔离度高等优点。

Description

一种粗波分复用器

技术领域  本发明涉及一种用于光纤通信用的多波长波分复用器，更具体的说，这是一种提高单根光纤通信容量的粗波分复用器。

背景技术  光波分复用器(WDM)是对光波波长进行分离与合成的光无源器件，在最早的光通迅中，一条光纤仅设计给一个特定波长的光传递，采用WDM技术后，一条光纤可以传递多个波长讯号，在相同的铺设成本下，光纤的使用率提高，目前波长密度较高的DWDM技术己经广泛应用于长距离高速光通信系统中如国家主干网、海底光缆通信系统上，但DWDM技术复杂、成本高，不适合应用于城域网和接入网中。

目前使用的无源光网络(PON)接入网系统，采用单波长分时方式，由于要协调多终端的同步，通带带宽小，而且价格昂贵。

粗波分复用(波长密度较低的CWDM)多波长传输方案，大大地扩展了接入带宽，而且能同时传输不同格式的信号。它有以下几种制造方法：一种是采用薄膜滤光片，以气相沉积的原理，将所需膜层镀在薄平板玻璃上，当光线通过不同种的滤波片后，不同的波长便被分别滤出，达到分波的效果，这种方式生产的CWDM对光难度较大，工艺把握困难，还需要准直镜，成本高：另一种采用阵列波导光栅，是在硅片上沉积二氧化硅膜层，续以微影制程及反应式离子蚀刻法定义出数组波导，再加上保护层制成，这种技术能一次分出较多通道，不过波导易受温度等环境的影响，需加温度控制系统，制作成本高；还有的采用光纤光栅，利用紫外线照射光纤，使得光纤纤芯的折射率分布成周期性变化，在满足布拉格光栅条件的波长上全反射，而其余波长却全部通过，是一种全光纤陷波滤波器，这种方法的缺点是制作复杂、成本高：中国专利公报公开了一种熔锥型高密度波分复用器，专利号96116575，包括有若干个1*2或2*2的多窗波分复用器，它们按窗口中心波长间隔周期倍率依次波分级联构成1*N通道的波分复用器，提出利用光纤耦合器实现密集波分复用的设想，但一般工艺制作的光纤耦合器不能实现多个波长分割的目的，这种结构的波分复用器一直未能实现。

目前制作光耦合器可以有多种方法，大致可分为分立光学元件组合型、平面波导型、全光纤型等类。其中全光纤型中的光纤熔融拉锥法制作单模光纤耦合器制作工艺相当成熟，而且在成本上具有明显的优势，因而成为当前制作光耦合器的主要方法。熔融拉锥法就是将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在高温下加热熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，实现传输光功率耦合的一种方法。但普通的单模光纤和熔融拉锥法只能制作分光耦合器和两个波长的WDM器件，不能制作满足多个波长的耦合器。

发明内容  本发明的目的是提供一种制作简单、成本低、通道带宽大、隔离度高的粗波分复用器。

本发明的粗波分复用器的结构如下：它包括有一个由N个光纤耦合器组成的基本结构，每个光纤耦合器按波长将输入的光信号分为两路，这两路光信号分别被送到下一级的光纤耦合器上，形成N+1个通道；在每个输出光信号的通道上分别串接一个滤波器，增加通道带宽和隔离度。

所述的滤波器可以为采用强耦合模式熔融拉锥法制作的两根光纤纤芯非常靠近的光纤耦合器。

制作光纤耦合器的两根光纤为折射率逐渐增加型内包层单模光纤。

所述的滤波器也可为两端口结构的薄膜滤光片，一端输入已按波长分离的光信号，另外一端通过薄膜滤光片增加通道带宽和隔离度。

本发明的粗波分复用器采用光纤耦合器串接方式，可大大降低成本，成本只是现有薄膜器件的几分之一，光插入损耗低且各通道的插入损耗均匀一致，串接的薄膜滤光片或光纤耦合器增加了通道带宽和隔离度，薄膜滤光片或光纤耦合器的制造工艺简单，成本低，有良好的环境稳定性。

附图说明  下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的描述。

图1是四通道粗波分复用器的基本结构示意图；

图2是串接光纤耦合器的四通道粗波分复用器结构示意图；

图3是串接薄膜滤光片的四通道粗波分复用器结构示意图；

图4是折射率逐渐增加型单模光纤折射率的分布示意图；

图5是强耦合模式耦合区截面形状示意图；

图6是用于四通道CWDM的光纤耦合器的耦合比与波长的关系示意图；

图7是四通道CWDM合波器的结构示意图。

具体实施方式  本发明包括有一个由N个光纤耦合器组成的基木结构，每个光纤耦合器按波长将输入的光信号分为两路，这两路光信号分别被送到下一级的光纤耦合器上，形成N+1个通道；在每个输出光信号的通道上分别串接一个滤波器，增加通道带宽和隔离度。

图1是一个四通道粗波分复用器的基本结构，它由C1、C2、C3三个光纤耦合器组成，有四路不同波长的光信号λ1、λ2、λ3、λ4通过同一根光纤送到光纤耦合器C1，C1将其按波长分成λ1、λ3和λ2、λ4两路，然后这两路光信号分别送到光纤耦合器C2和C3，C2按波长又分为λ1、λ2两路，C3按波长又分为λ3、λ4两路，因此从一根光纤传输的四路不同波长的光信号通过这三个光纤耦合器就已按波长分别传输到了四根光纤中。

如图2所示，N个光纤耦合器组成的基本结构形成的N+1个通道中，每个输出光信号的通道上分别串接采用强耦合模式熔融拉锥法制作的两根光纤纤芯非常靠近的光纤耦合器，用于增加通道带宽和隔离度。采用强耦合模式可以增加光纤耦合器的耦合振荡周期，实现多个波长分割。

制作光纤耦合器的两根光纤为折射率逐渐增加型内包层单模光纤。这种光纤制作的光纤耦合器对波长的敏感性增加，使较小波长间隔的信号光具有较大的耦合率差别，从而将光信号按波长分开。

如图3所示，它是在基本结构的基础上每路输出的后边再串接一个两端口结构的薄膜滤光片。图中F1、F2、F3、F4是分别以λ1、λ2、λ3、λ4为中心波长的窄带带通两端口结构的薄膜滤光片，这些薄膜滤光片作用是增加通道带宽和隔离度，两端口结构的薄膜滤光片一端输入已按波长分离的光信号，另外一端通过薄膜滤光片增加通道带宽和隔离度。

相应地八通道粗波分复用器基本结构由七个光纤耦合器组成，基本结构的分波器串接上八个光纤耦合器可以提高通道带宽和隔离度，串接上八个窄带带通两端口结构的薄膜滤光片也可以增加通道带宽和隔离度。

本发明还包括一种制备光纤耦合器方法，包括以下几个步骤，

a、选用折射率逐渐增加型内包层的光纤，作为耦合材料；

b、将选用的耦合材料采用强耦合模式，熔融拉锥使其成为纤芯非常靠近的波导，并使下一级光纤耦合器的中心波长间隔周期为上一级光纤耦合器的两倍；

c、封装，将熔融拉锥的光纤材料封装。

在上述方法中，如图4所示结构，选作的耦合材料为折射率逐渐增加型内包层的光纤且截止波长接近但小于工作波长。图中n1是纤芯的折射率，其直径为2a；n2是内包层的折射率，其直径为2a’，n3是外包层的折射率，其直径延伸到无限远。

如图5所示，强耦合材料形成的纤芯非常靠近的波导截面为圆形或椭圆形。

在上述方法中，熔融拉锥法就是将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在高温下加热熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，如图6所示关系，本发明制得的光纤耦合器C1满足波长为λ1、λ3的光信号耦合比为最大值，而波长为λ2、λ4的光信号耦合比为最小值，即此时只有λ1、λ3的光信号在该光纤中传输，而λ2、λ4的光信号则在另一根光纤中传输，实现了多个波长的分波合波。C2、C3的耦合比与波长的关系也应满足图6所示关系。

本发明采用三次封装将熔融拉锥的光纤材料进行封装。

图7为一个用上述制备方法做出的光纤耦合器组成的四通道CWDM合波器示意图，它由C1、C2、C3三个光纤耦合器组成。C2的作用是对λ1、λ3两种波长的光进行合波；C3的作用是对λ2、λ4两种波长的光进行合波；C1的作用是将λ1、λ3和λ2、λ4四种波长的光进行合波。这样在四根光纤中分别传输的不同波长的光信号通过这三个光纤耦合器后就已合成到一根光纤中传输。

对用于八通道粗波分复用器的光纤耦合器拉锥控制原理基本相同，只是需要考虑的8种不同波长光信号的分波和合波，所以需要制作的光纤耦合器数量更多。

Claims (6)

1、一种粗波分复用器，包括有一个由N个光纤耦合器组成的基本结构，每个光纤耦合器按波长将输入的光信号分为两路，这两路光信号分别被送到下一级的光纤耦合器上，形成N+1个信道；其特征在于：在每个输出光信号的通道上分别串接一个滤波器，增加通道的带宽和隔离度。

2、根据权利要求1所述的一种粗波分复用器，其特征在于：所述的滤波器为采用强耦合模式熔融拉锥法制作的两根光纤纤芯非常靠近的光纤耦合器。

3、根据权利要求2所述的一种粗波分复用器，其特征在于：制作光纤耦合器的两根光纤为折射率逐渐增加型内包层单模光纤。

4、据权利要求1所述的一种粗波分复用器，其特征在于：所述的滤波器为两端口结构的薄膜滤光片，一端输入已按波长分离的光信号，另外一端通过薄膜滤光片增加通道带宽和隔离度。

5、根据权利要求3的述一种粗波分复用器，其特征在于：所述内层单模光纤其截止波长接近但小于工作波长。

6、根据权利要求2所述的一种粗波分复用器，其特征在于：所述两根光纤纤芯非常靠近的光纤耦合器的波导截面为圆形或椭圆形。

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