CN201886169U - 复用/解复用双功能波分复用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复用/解复用双功能的波分复用器件，包括用于多波长传输的双光纤头1，用于单波长传输的双光纤头5、9，用于多波长传输的C透镜2，用于单波长传输的C透镜4、8，薄膜干涉滤波片3、7，其还包括凹面镜6。本实用新型结构紧凑、同时兼备合波和分波双重功能。

Description

复用/解复用双功能波分复用装置

技术领域

本实用新型属于光纤传输系统中的波分复用/解复用领域；是关于一种共用滤波片，输出和输入光都采用双光纤尾纤，用一系列凹面镜实现光线重新聚焦，复用和解复用双重功能集成在一个器件上的新型小型化波分复用器。

背景技术

现有技术中，波分复用器是一种分波(或合波)器件，它能将光源、光纤、集成电流和其他光波导中的光波信号有选择地进行分离或耦合。根据工作原理和所用材料，波分复用器件主要有薄膜干涉型、平面波导型(AWG)、光纤光栅型、光纤熔融级联马赫-泽德尔干涉仪以及衍射光栅型等。

目前，一般薄膜干涉型波分复用器件如图1所示，Collimator0～4为准直器，Substrate为基板，采用自聚焦透镜和单光纤尾纤组合形成准直器，一次只能实现复用或者解复用中的一种功能。而在一些特殊场合，如光放大器等模块中，需要分波和合波两种功能的器件，这就需要两个波分复用器，无疑增加了成本，且占用了很多空间。本发明的特点是将复用和解复用双重功能集成在一个器件上，占用空间小，成本低。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种结构紧凑、同时兼备合波和分波双重功能的复用/解复用双功能波分复用装置。

本实用新型的技术方案是：复用/解复用双功能波分复用装置，包括用于多波长传输的第一双光纤头，用于单波长传播的第二、第三双光纤头，用于多波长传输的第一C透镜，用于单波长传输的第二、第三C透镜，第一、第二薄膜干涉滤波片，其还包括凹面镜；由第一双光纤头的解复用端入射波长分别为λ₁和λ₂的信号光，经第一C透镜聚焦准直，信号光入射到第一薄膜干涉滤波片上，波长为λ₁的信号光透过第一薄膜干涉滤波片，经第二C透镜接收并耦合到第二双光纤头的下端传出；而波长为λ₂的信号光则经第一薄膜干涉滤波片反射，再经凹面镜反射，然后进入第二薄膜干涉滤波片并透射，接着进入第三C透镜，最后经由第三双光纤头上端射出，从而完成解复用功能；第二双光纤头的上端和第三双光纤头的下端，分别入射波长为λ₁和λ₂的信号光，其中波长为λ₂的信号光通过第三C透镜聚焦准直，再经第二薄膜干涉滤波片透射，然后通过凹面镜反射到第一薄膜干涉滤波片的高反面上，反射入第一C透镜，最后通过第一双光纤头的下端出射；而波长为λ₁的信号光通过第二C透镜聚焦准直，然后透过第一薄膜干涉滤波片到达第一C透镜，最后通过第一双光纤头的下端出射，从而完成复用功能。

本实用新型的优点：成本低、结构紧凑、同时兼备复用和解复用双重功能。

附图说明

图1是目前常见WDM(波分复用装置)结构示意图。

图2a和图2b是本实用新型的一个典型案例。

图3是凹面镜原理。

图4是凹面镜的聚焦示意图。

图5是Zemax模拟凹面镜聚焦。

图6常规Filter(滤波片)的通透特性。

图7是本实用新型单通道Filter的通透特性。

图8是本实用新型Filter的通透特性。

图9是本实用新型N通道的典型案例。

图中，双光纤头：1、5、9、10、14、18、22、26、27、31、35、39、43、47、51、56；C透镜：2、4、8、11、13、17、21、25、28、30、34、38、42、46、50、55；薄膜干涉滤波片：3、7、12、16、20、24、29、33、37、41、45、49、54；凹面镜：6、15、19、23、32、36、40、44、48、52、53。

具体实施方式

本实用新型的目的是以较低的成本和适宜的插损，为波分复用系统提供一种全新的解决方案。具体的说，就是能够在一个器件里，利用滤波片的薄膜干涉和凹面镜的聚焦作用，实现复用和解复用双重功能。

如图2a所示，复用/解复用双功能波分复用装置，包括双光纤头1，双光纤头5、9，C透镜2，C透镜4、8，隔离度高的薄膜干涉滤波片3、7，其还包括凹面镜6；由双光纤头1的解复用端入射波长分别为λ₁和λ₂的信号光，经C透镜2聚焦准直，信号光入射到薄膜干涉滤波片3上，波长为λ₁的信号光透过薄膜干涉滤波片3，经C透镜4接收并耦合到双光纤头5的下端传出；而波长为λ₂的信号光则经薄膜干涉滤波片3反射，再经凹面镜6反射，然后进入薄膜干涉滤波片7并透射，接着进入C透镜8，最后经由双光纤头9上端射出，从而完成解复用功能；双光纤头5的上端和双光纤头9的下端，分别入射波长为λ₁和λ₂的信号光，其中波长为λ₂的信号光通过C透镜8聚焦准直，再经薄膜干涉滤波片7透射，然后通过凹面镜6反射到薄膜干涉滤波片3的高反面上，反射入C透镜2，最后通过双光纤头1的下端出射；而波长为λ₁的信号光通过C透镜4聚焦准直，然后透过薄膜干涉滤波片3到达C透镜2，最后通过双光纤头1的下端出射，从而完成复用功能。其中的双光纤头的一条尾纤功能为复用，另一条功能为解复用，输入和输出两束光线共用一个滤波片。

C透镜2到第一个薄膜干涉滤波片3的距离等于其像方焦点到端面的距离。

复用/解复用N个波长，则从上至下排列N个薄膜干涉滤波片、(N-1)个凹透镜、(N+1)个C透镜和(N+1)个双光纤头。其中N≥2，是自然数。

图2b是4波长复用/解复用双功能波分复用装置的实施例示意图，图9是N波长复用/解复用双功能波分复用装置的实施例示意图。

其中凹面镜6具有聚焦光束的作用。当孔径角很小时，光纤在光轴附近很小的区域内，这个区域称为近轴区，近轴区内的光学成为近轴光线，我们可以得到凹面镜的物像位置关系如图3所示。凹面镜的位置关系可由下式表示：

$\frac{1}{l^{\′}}-\frac{1}{l}=\frac{2}{R}$

式中l′和l分别为像点和物点距球面顶点O的距离，R为凹面镜的曲率半径。当有一定夹角θ₁的两束光线入射凹面镜时，如图4所示，设两束光线的入射点为A，两束光线分别入射到凹面镜的B和C点，出射汇聚点为D。可认为四个因素决定了经凹面镜反射后的两束光线的夹角θ₂：

1.两入射光线的中心轴线和凹面镜的基准轴的夹角α；

2.两入射光线的夹角θ₁；

3.凹面镜的半径R；

4.点A到球面顶点O的距离L₁。

当夹角θ₁很小的时候，可以得出

${\mathrm{\θ}}_2=\mathrm{\π}-2\·\arccos \left(L_1\frac{\sqrt{2-2\cos {\mathrm{\θ}}_1}}{2R}\right)$

图2a中，一旦经凹面镜6反射后两束光线的夹角θ₂确定，那么C透镜8的焦距F和双纤端间距1便确定，满足关系：

l＝F·tanθ₂

若要使所有C透镜的规格一致，可使θ₁＝θ₂，如图4，那么只需选择合适的凹面镜半径R、两光线焦点A到凹面镜球面顶点O的距离L₁，便可实现。图5为选择适当α、θ₁、R、和L₁后，用ZEMAX模拟的一个案例。

C透镜2的焦距由滤波片3通带宽度容许范围内的角度偏差决定。经由C透镜2出射光的夹角，受出射光斑大小及滤波片3通带宽度容许范围内的角度偏差的限制(视具体情况而定)，不可太小。C透镜的焦距由下面公式决定：

$F=\frac{r}{N-1}$

式中r为C透镜的端面半径，N为C透镜的折射率。

常规滤波片的通透特性如图6所示，而本实用新型的滤波片由于入射角度的两重性会带来中心波长偏差λ_C-offset，所以通带宽带会在常规通带宽度上加上λ_C-offset，见图7，这就要求滤波片的λ_C-offset小，以此来满足相邻信道隔离度的要求。图中passband表示通带，d表示1/2通带宽度。

Claims (3)

1.复用/解复用双功能波分复用装置，包括用于多波长传输的第一双光纤头(1)，用于单波长传播的第二、第三双光纤头(5、9)，用于多波长传输的第一C透镜(2)，用于单波长传输的第二、第三C透镜(4、8)，第一、第二薄膜干涉滤波片(3、7)，其特征在于：其还包括凹面镜(6)；由第一双光纤头(1)的解复用端入射波长分别为λ₁和λ₂的信号光，经第一C透镜(2)聚焦准直，信号光入射到第一薄膜干涉滤波片(3)上，波长为λ₁的信号光透过第一薄膜干涉滤波片(3)，经第二C透镜(4)接收并耦合到第二双光纤头(5)的下端传出；而波长为λ₂的信号光则经第一薄膜干涉滤波片(3)反射，再经凹面镜(6)反射，然后进入第二薄膜干涉滤波片(7)并透射，接着进入第三C透镜(8)，最后经由第三双光纤头(9)上端射出，从而完成解复用功能；第二双光纤头(5)的上端和第三双光纤头(9)的下端，分别入射波长为λ₁和λ₂的信号光，其中波长为λ₂的信号光通过第三C透镜(8)聚焦准直，再经第二薄膜干涉滤波片(7)透射，然后通过凹面镜(6)反射到第一薄膜干涉滤波片(3)的高反面上，反射入第一C透镜(2)，最后通过第一双光纤头(1)的下端出射；而波长为λ₁的信号光通过第二C透镜(4)聚焦准直，然后透过第一薄膜干涉滤波片(3)到达第一C透镜(2)，最后通过第一双光纤头(1)的下端出射，从而完成复用功能。

2.如权利要求1所述的复用/解复用双功能波分复用装置，其特征是：第一C透镜(2)到第一薄膜干涉滤波片(3)的距离等于其像方焦点到端面的距离。

3.如权利要求1所述的复用/解复用双功能波分复用装置，其特征在于：复用/解复用N个波长，则从上至下排列N个薄膜干涉滤波片、(N-1)个凹透镜、(N+1)个C透镜和(N+1)个双光纤头。 

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