CN1373377A - 光具座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种构造改进的光具座,其中,光学元件的失准容差随着光程的缩短而增强。光具座包括:基底,以预定的间隙放置在基底上的输入和输出光纤,输入和输出光纤的远端“之”字形,用于引导输入及输出光束;输入及输出元件,布置在每个输入及输出光纤的远端,用于聚集和/或分散输入及输出光束;和多个微反射镜,用于接收来自光学输入元件的输入光束并把接收到的输入光束反射到预定通道。光具座中光程被缩短,因而光学元件的失准容差增大而使装配成本降低。本发明中的光具座具有低插入损耗和最大的耦合效率。

Description

光具座

                         技术领域

本发明涉及一种光具座(optical bench)，更具体的说，是涉及一种结构被改进的光具座，其中光程被缩短，光学元件的失准容限加大。

                         背景技术

目前，随着光通信网传送数据量的增加，光通信系统的数据传送方式变为波分复用传送方式(WDM)。由于这种波分复用传送系统WDM需要网络间的连接，所以光交叉连结器，即光具座成为波分复用传送系统的必要元件。

在传统的光具座中，如图1所示，多个微反射镜40分布在基底10上而成为一矩阵，还分布有每个都用于传送光信号到微反射镜40上的多个输入光纤20和每个都用于接收并传送从微反射镜40上反射的光信号的多个输出光纤50。在微反射镜40与输入光纤20和输出光纤50之间布置多个光学输入和输出元件30和60，用于会聚和/或发散入射光束。

输入光纤和输出光纤20和50以预定的间距平行放置在第一V形槽25中，并且光学输入和输出元件30和60放置在与第一V形槽25相连接的第二V形槽35内。输入和输出光纤20和50分别与光学输入和输出元件30和60沿一条直线对齐。输入和输出光纤20和50、光学输入和输出元件30和60以及微反射角40与光轴对齐。

对于具有上述结构的光具座，从光源(未示出)发出的光束进入输入光纤20，进而又进入光学元件30，并被预定的微反射镜40反射。被微反射镜40反射的光束通过光输出元件60和输出光纤50输出。

通过把微反射镜40定位成平放或垂直放在基底10上，入射束的光路可改向到预想的输出通道。具体地说，当微反射镜40定位成垂直放在基底10上时，入射束被微反射镜40反射。当微反射镜40定位成平放在基底10上时，入射束直线穿行。

在通过改变光路来传送光信号到预定通道的过程中，如上所述，当例如经输入光纤20和光学输入元件30从输入通道ch_1接收到的输入光信号经过S’到达距离光输入元件30最近的微反射镜40，被微反射镜40反射，并经光路S’、光学输出元件60a、输出光纤50a以及输出通道ch(N+1)被输出时，形成最短的光路。在这种情况下，形成的最短光路是2S’。

同时，当经输入光纤20’和光学输入元件30’从输入通道chN接收到的光学信号到达到达距离光输入元素30’最远的微反射器40’，经过光路L’被微反射镜40’反射，并经光程L’进入输出光通道ch_(N+M)时，形成最大的光程。在此，M指输出通道的数量，N指输入通道的数量。假设M同N相等，最大光程2L’可表示为方程(1)，方程式中，利用单位光程S’和介于每个光学元件30(60)之间的通道间距P’：

2L’＝2(S’+(N-1)P’)                   (1)

在方程(1)中，N指输出通道的数量。M指输入通道的数量，在此，N与M相等。由于V形槽的构造特征，光输入与输出元件30和60与V形槽35不能完全符合，所以通道间距P’大于每个光学元件的直径D。因此，光学元件的直径越大，通道间距P’越大，最大光程2L’也越大。

图3表示在光输入及输出元件30和60的直径分别为0.3mm和1mm、并且单位光程S’等于1mm时的每个N×N通道结构的最大光程2L’。对于这个最大光程的计算，通道间距P’通常情况下比光学元件的直径(D)大66％。

在图3中，最大光程2L’的长度明显的随着通道N的数量的增加而显著加大。举例来说，对于一个128×128的通道结构，当光学输入及输出元件30和60的直径为1mm时，光信号应传播400倍于光输入及输出元件直径(D)的距离。由于光程变长，光程的校准会变的困难。因此，为了保持光效性，应当把微反射镜反射角度的偏差、以及光学元件同光纤或光学元件与微反射镜间的准直误差都应该被精确的控制到最小。结果是，由于装配成本的提高，生产成本也随之增加。

                         发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有改进结构的光具座，在光具座中，光纤和光学元件布置成交错的形式以缩短最大光程，并且对光纤或微反射镜的失准容限也增大。

为实现本发明的目标，提供一种光具座，包括：基底；以其间预定的间隙放置在基底上的输入和输出光纤，在输入和输出光纤的远端形成“之”字形，用于引导输入及输出光束；输入及输出元件，布置在每个输入及输出光纤的远端，用于聚集和/或分散输入及输出光束；以及多个微反射镜，用于接收来自光学输入元件的输入光束并把接收到的输入光束反射到预定通道。

优选地是，光具座满足P≤D，其P代表通道间距，而D代表光学输入及输出元件的直径。

优选地是，输入光纤和光学输入元件，或输出光纤和光纤输出元件放置在不同的平面上。

优选地是，输入和输出光纤以及光学输入和输出元件布置成多层，并且每一层交替分布。

                         附图说明

通过参考附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变的更明显。

图1表示传统光具座的结构；

图2表示沿图1中线II-II和II’-II’的截面；

图3表示通道的数量相对最大光程长度的关系曲线；

图4表示根据本发明优选实施例的光具座构造；

图5表示沿图4中线V-V和V’-V’截取的截面。

图6对比性地示出传统光具座与本发明的光具座中，相对通道的数量的最大光程长度的变化；

图7表示根据发明的对于16×16通道构造的光具座的插入损耗曲线；

图8表示常规的对于16×16通道构造的传统光具座插入损耗曲线图。

                         具体实施方式

如图4所示，根据本发明优选实施例的光具座包括一个基底100；以预定的间隙分布在基底100上的输入和输出光纤120a、120b、150a和150b，分别用于引导输入及输出光束；输入及输出元件130a、130b、160a和160b，以交错的形式布置在基底上，与输入和输出光纤120a、120b、150a和150b连接；以及多个以矩阵形式分布在基底上的多个微反射镜140，用于把从光学输入元件130a和130b输入的光束反射到预定通道。

在具有如上构造的光具座中，从光源(未示出)发出的光束进入输入光纤120a和120b，随即又进入光学输入元件130a和130b，并被微反射镜140反射。被微反射镜140反射出的光束通过光学输出元件160a和160b及输出光纤150a和150b被输出。光学输入及输出元件130a、130b、160a及160b可以是用于会聚或发散入射光束的元件，比如，球面透镜，绿色透镜或准直透镜。

参考图5，输入和输出光纤120a，120b，150a和150b被放在第一个V型槽125中，而光学输入和输出元件130a，130b，160a和160b被放在第二个V型槽135中。微反射镜140相对于光学输入和输出元件130a，130b，160a及160b倾斜45度角，并直立在基底100上以把入射光束反射到光学输出元件160a和160b。或者，可以调节微反射镜140来改变光程，使微反射镜平放在基底10上，并使入射光束直线通过。

输入和输出光纤120a，120b，150a及150b以预定的间隙安放在第一个V型槽125里，使得偶数输入和输出光纤120b和150b的远端比奇数输入和输出光纤120a和120b的远端更接近基底100的边缘，并以奇数和偶数输入和输出光纤120a，120b，150a及150b的远端形成“之”字形，并在每个偶数输入和输出光纤120b和150b远端前面，相邻的奇数输入和输出光纤120a和150a之间留出空间G。奇数输入和输出光学元件130a和160a布置在奇数输入和输出光纤120a和150a的远端，而偶数输入及输出光学元件130a和160a放置在空间G里。可以理解的是偶数光纤和光学元件同奇数光纤和光学元件的布置是可以互换的。

空间G的设计使得利用了由于第二V型槽135同第一V型槽125宽度的不同而形成的不必要空间，其中第二V形槽135用于光学输入和输出元件130a，130b，160a及160b，而第一V形槽用于输入和输出光纤120a，120b，150a和150b。尤其是，如图1所示，当光学输入和输出元件30和60沿一条直线布置时，就形成了相应于第一V型槽25同第二V型槽35之间宽度差的不必要空间Q。结果，光程随着空间Q的变大而变长。本发明中的光具座用不必要的空间Q作为光学元件的空间，因此使得光程达到最小。

或者，交错布置的输入和输出光纤120a，120b，150a和150b与光学输入和输出元件130a，130b，160a和160b可以形成一个多层结构以进一步有效缩短光程。在这种情况下，介于各层之间的光纤和光学元件的布置就可以互相替换。

下面将描述本发明光具座中的最小光程和最大光程。在图4中，S″代表一单位光程，它是奇数光学输入和输出元件130a、160a与相应的最近的微反射镜之间的最短光程。“L”代表对应于奇数光学输入和输出元件130a，160a与相应的间距最远的微反射镜之间的距离的光程，“T”代表光学输入和输出元件130a、160a的长度，“P”代表对应于每个光纤之间距离的通道间距。

当经输入通道ch_1输入的入射光束通过一奇数光学元件130a和光程S，被距奇数光输入元件130a最近的微反射镜140反射、并经光路S和输出通道ch_(N+1)输出时，形成最小光程。在这种情况下，最小光程对应于2S。

当经输入通道ch_N输入的入射光束通过偶数光学元件130b和对应于每个光学元件的长度T的距离以及光路L、被距偶数光学输入元件130b最远的微反射镜140’反射、并经光路L、距离T以及输出通道ch_(N+M)输出时，形成本发明光具座的最大光路。在此，M指输出通道的数量，N指输入通道的数量。假设M同N相等，最大光程(2(T+L))可表示为以下公式(2)：

2(T+L)＝2((T+S)+(N-1)P)                   (2)

N指输出光学元件的数量，其与输入光学元件的数量M相等。输入和输出光学元件130a，130b，160a和160b的长度T约为几微米，因此光程增加的长度T几乎可以忽略不计。通道间距P小于或等于光学输入和输出元件130a，130b，160a和160b的直径D。这是因为临近的光学输入和输出元件130a，130b，160a和160b由于它们以交错地形式布置而有一个重叠的部分。即，通道间距P与光学元件的直径D之间满足下列关系：

P≤D                                   (3)

图6比较性地表示对于传统光具座和本发明光具座相对通道的数量与最大光程长度的变化，传统光具座中的光纤和光学元件沿一直线放置，而本发明中的光纤和光学元件以交错形式布置，届时单位光程S为1mm，光学输入和输出元件130a，130b，160a和160b的长度T为3mm，而直径为1mm时。如图6所示，对于一个128×128通道构造，本发明的最大光程比传统的光具座的最大光程短大约200mm。通道的数量越大，本发明与现有技术中的最大光程长度的差别也越大。

另外，虽然在上述实施例中光纤和光学元件交错形式布置在相同平面上，但光纤和光学元件也可以放置成多层或以交错的形式布置在不同平面上。当需要把输入光纤120a和120b、输出光纤150a和150b，或输入和输出光学元件130a，130b，160a和160b放在不同平面上时，光程可以通过交错形式地安放光纤与光学元件而被缩短。

图7是本发明光具座的插入损耗曲线图，其中，当微反射镜放置成适于16×16通道构造时，输入和输出光纤以及光学输入输出元件呈交错形式布置。输入线路I(T)和输出线路J(R)中光束的插入损耗以dB测量。最大插入损耗(Max)是3.197dB，最小插入损耗(Min)是2.312dB。平均最大插入损耗(Ave)为2.552，标准偏差(SD)为0.196时。

图8是传统光具座对于16×16的通道结构的输入线路I(T)和输出线路J(R)的插入损耗曲线图，其中输入和输出光纤以及光学输入输出元件沿一条直线放置。总插入损耗比图7中本发明的光具座的插入损耗要大。在传统的光具座中，最大插入损耗(Max)是5.721dB，大于本发明的光具座，最小插入损耗(Min)是2.329dB。传统光具座平均插入损耗为3.094dB，标准偏差(SD)为0.859。平均插入损耗(Ave)和标准偏差(SD)都比本发明中光具座的数据大。

从这个结果可以证明，本发明中的光具座的光程可以被适当缩短，同时插入损耗也被降低。

如上所述，在本发明中的光具座中，输入和输出光纤与光学输入输出元件以交错形式布置，使得光具座的总体容积可以随着最佳的空间利用而被降低。除此之外，光程缩短，因而光学元件的误差容限增大而使装配成本降低。本发明中的光具座具有低插入损耗和最大的耦合效率。

虽然根据优选实施例展示和描述了本发明，但本领域的技术人员应该知道，在不背离权利要求限定的本发明的精髓和范围的前提下，可以做各种形式和细节上的变化。

Claims (4)

1.一种光具座，包括：

基底；

以预定的间隙放置在基底上的输入和输出光纤，输入和输出光纤的远端形成“之”字形，用于引导输入及输出光束；

输入及输出元件，布置在每个输入及输出光纤的远端，用于聚集和/或分散输入及输出光束；以及

多个微反射镜，用于接收来自光学输入元件的输入光束并把接收到的输入光束反射到预定通道。

2.如权利要求1所述的光具座，满足关系P≤D，其中P代表通道间距，而D代表光学输入及输出元件的直径。

3.如权利要求1或2所述的光具座，其特征在于，输入光纤和光学输入元件，或输出光纤和光纤输出元件布置在不同的平面上。

4.如权利要求1或2所述的光具座，其特征在于，输入和输出光纤以及光学输入和输出元件布置成多层，并且每一层交替分布。

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