CN209496171U - 波分复用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种波分复用装置，包括半导体激光输出模块、调制器、发送端变换透镜、衍射光栅、反射镜、输出耦合镜、接收端变换透镜和光电探测器阵，其中，衍射光栅设置于所述发送端变换透镜的后焦面，所述衍射光栅作为波分复用器和解复用器；所述衍射光栅作为波分复用器时，所述衍射光栅耦合各路光束；所述衍射光栅作为解复用器时，所述衍射光栅将经过光纤传输的携带调制信号的光束进行分束。本实用新型的波分复用装置通过外腔反馈锁定了密集排列的多路波长，采用高功率半导体激光器，不需要光放大器，工作波长不受光放大器限制；使用一个衍射光栅同时作为信号输出的波分复用器和信号接收的解复用器，具有结构简单，损耗小，效率更高等优点。

Description

波分复用装置

技术领域

本实用新型涉及激光通信技术领域，具体地说，涉及一种利用光谱合束实现密集波分复用装置。

背景技术

近几年随着多媒体通信的发展和计算机技术的广泛应用,信息交流的领域范围不断扩大，网络通信容量急剧增加，因而不断增加电信网络容量变得越来越重要。波分复用技术是解决这一问题的重要手段，在现代光纤通信中得到了广泛的应用。

波分复用技术是指通过波分复用器将多路不同波长的携带调制信号的光束合束后，耦合到同一根光纤各自传输，并通过解复用器将多路光束分离，以此来进行信息传输的技术。波分复用技术最大的优势在于可以在原有单模光纤上提供更多的传输通道，充分利用光纤的带宽资源。并且具有信号传输透明，升级简单，成本低廉等优点。

波分复用按照波长间隔可以分为粗波分复用和密集波分复用。粗波分复用中波长间隔一般大于20nm，通信通道较少，是一种低成本的解决方案。密集波分复用波长间隔一般小于1.6nm，是实现高速率、大容量、长距离、高性能的通信传输重要技术。

光谱合束技术，是一种通过外腔反馈作用将多路半导体光束锁定在不同的波长，并通过光栅的衍射作用将多路光束合为一束的合束技术。光谱合束技术可以形成密集排列的多路波长，并耦合到光纤中，作为波分复用技术中的光源具有独特的优势。

波分复用器和解复用器是波分复用技术的关键部件，波分复用器的作用是将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出；反之，解波分复用器的作用是将经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长并分别输出。从原理上讲，这两种器件是互易的，即只要将波分复用器的输出和输入端反过来使用，就是解复用器。常用的波分复用器和解复用器有光栅型波分复用器，介质薄膜型复用器和阵列波导复用器等。

完整的波分复用系统应该包括两个方向的传输，即信号的输出和接收。如图1所示，当第一光信号端100向第二光信号端100’传输光信号时，多路第一光发射机101发出信号，经过第一波分复用器102合束，耦合到第一光纤103传输，传输过程中经过第一光放大器104将信号放大，然后通过第二解复用器105’将多路光信号分离，多路第二接收机106’分别收到对应的光信号。反之，当第一光信号端接收第二光信号端传输的光信号时，信号从多路第二光发射机101’发出信号，经过第二波分复用器102’合束，耦合到第二光纤103’传输，传输过程中经过第二光放大器104’将信号放大，然后通过第一解复用器105将多路光信号分离，多路第一接收机106分别收到对应的光信号。在此过程中，第一光信号端100向第二光信号端100’之间需要两个光放大器，且每个光信号端均需要一个波分复用器和一个解复用器。

目前的波分复用技术存在的问题：光纤传输过程中损耗较大，需要使用光放大器；需要使用多个波分复用器和解复用器；波分复用和解复用的过程中的损耗较大。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种波分复用装置，该波分复用使用一个衍射光栅同时作为信号输出的波分复用器和信号接收的解复用器，具有结构简单，损耗小，效率更高等优点。

本实用新型的实施例提供了一种波分复用装置，包括：

半导体激光输出模块，包括多个发光单元；

调制器，设置于所述半导体激光输出模块的出光侧，包含多个调制单元，分别对每路所述发光单元发出的光束进行调制；

发送端变换透镜，所述半导体激光输出模块设置于所述发送端变换透镜的前焦面处，所述发送端变换透镜对各路携带调制信号的光束进行聚焦；

衍射光栅，设置于所述发送端变换透镜的后焦面，所述衍射光栅作为波分复用器和解复用器；

所述衍射光栅作为波分复用器时，所述衍射光栅耦合各路光束；

所述衍射光栅作为解复用器时，所述衍射光栅将经过光纤传输的携带调制信号的光束进行分束；

反射镜，设置于所述衍射光栅的出光侧，改变经过所述衍射光栅合束后的光束的方向；

输出耦合镜，设置于所述反射镜的出光侧，所述输出耦合镜垂直于经过所述反射镜改变了方向的光束方向；

接收端变换透镜，设置于所述衍射光栅的出光侧，与所述衍射光栅的距离为1倍焦距，所述接收端变换透镜准直分束后携带调制信号的各路光束；

光电探测器阵列，设置于接收端换透镜的后焦面处，包括多个光电探测器单元，所述光电探测器单元的数量与所述半导体激光输出模块的发光单元数量相同，用于接收各路所述携带调制信号的光束。

优选地，所述波分复用装置还包括发送端光束准直组件，设置于所述半导体激光输出模块的出光侧，对各个所述发光单元发出的光束进行准直。

优选地，所述发送端光束准直组件为单个快轴准直镜、快轴准直镜和慢轴准直镜的组合或快轴准直镜和45°斜柱透镜阵列的组合中的任意一种。

优选地，所述波分复用装置还包括接收端光束准直组件，设置于所述接收端变换透镜的出光侧，所述接收端光束准直组件对各路携带调制信号的光束进行聚焦。

优选地，所述接收端光束准直组件为单个快轴准直镜、快轴准直镜和慢轴准直镜的组合或快轴准直镜和45°斜柱透镜阵列的组合中的任意一种。

优选地，所述衍射光栅在1级或-1级次的衍射效率大于90％。

优选地，所述衍射光栅为透射式光栅。

优选地，所述半导体激光输出模块为沿水平方向排列的多个半导体激光器单管、沿水平方向排列的多个半导体激光器阵列、沿竖直方向排列的多个半导体激光器阵列或半导体激光器单管二维阵列中任意一种

优选地，所述半导体激光输出模块中的每个所述发光单元的光束的快轴和慢轴方向均为单模输出。

优选地，每个所述发光单元的前端面镀有增透膜。

优选地，所述增透膜的反射率小于1％。

优选地，每个所述发光单元的后端面镀有高反膜。

优选地，所述高反膜的反射率大于95％。

优选地，所述发送端变换透镜为作用方向为慢轴的柱面正透镜。

优选地，所述柱面正透镜为单个球面柱透镜、多个球面柱透镜组成的透镜组、单个非球面柱透镜或多个非球面柱透镜组成的透镜组中的任意一种。

优选地，所述输出耦合镜为部分反射镜。

优选地，所述部分反射镜的反射率在5％至30％之间。

优选地，所述接收端变换透镜为作用方向为慢轴的柱面正透镜。

优选地，所述柱面正透镜为单个球面柱透镜、多个球面柱透镜组成的透镜组、单个非球面柱透镜、或多个非球面柱透镜组成的透镜组中的任意一种。

本实用新型提供的波分复用装置通过外腔反馈锁定了密集排列的多路波长，相较于目前已现有技术，具有以下优势：

1.采用高功率半导体激光器，不需要光放大器，工作波长不受光放大器限制；

2.使用一个衍射光栅同时作为信号输出的波分复用器和信号接收的解复用器，结构更简单。

3.利用光谱合束作为波分复用和解复用的方法，损耗较小，效率更高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1现有的波分复用系统用于信号传输和接收时的示意图；

图2为本实用新型一实施例的波分复用装置的示意图。

现有技术附图标记

100 第一光信号端

101 第一光发射机

102 第一波分复用器

103 第一光纤

104 第一光放大器

105 第一解复用器

106 第一接收机

100’ 第二光信号端

101’ 第二光发射机

102’ 第二波分复用器

103’ 第二光纤

104’ 第二光放大器

105’ 第二解复用器

106’ 第二接收机

本实用新型附图标记

1、1’ 半导体激光器阵列

1a、1b、1c 发光单元

2、2’ 调制器

3、3’ 发送端变换透镜

4、4’ 衍射光栅

5、5’ 反射镜

6、6’ 输出耦合镜

7、7’ 光纤

8、8’ 接收端变换透镜

8a、8b、8c 光电探测器阵列

9、9’ 光电探测器

10 发送端光束准直组件

10a 发送端快轴准直镜

10b 发送端慢轴准直镜

11 接收端光束准直组件

11a 接收端快轴准直镜

11b 接收端慢轴准直镜

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

为方便陈述，采用两个光信号端(第三光信号端300和第四光信号端 300’)作为一个系统，见图2中的300虚线和300’虚线框所示，每个虚线框中为一个波分复用装置。以300虚线框为例，具体地，该装置包括半导体激光输出模块1、调制器2、发送端变换透镜3、衍射光栅4、反射镜5、输出耦合镜6、接收端变换透镜8和光电探测器阵9。

半导体激光输出模块1，包括多个发光单元1a、1b和1c；发光单元的数量不限于实施例中的数量。实际上，半导体激光输出模块可以是沿水平方向排列的多个半导体激光器单管、沿水平方向排列的多个半导体激光器阵列、沿竖直方向排列的多个半导体激光器阵列或者是半导体激光器单管二维阵列。本实用新型不需要主动控制半导体激光器的波长，因此可以选用高功率的半导体激光器，在光纤传输的过程中即使有损耗，也仍然能保留一定的功率，不需要在系统中加入光放大器，工作波段也不受光放大器限制。

半导体激光输出模块1中的每个发光单元的光束的快轴和慢轴方向均为单模输出。

在一实施例中，每个发光单元的前端面采用镀膜的方法获得增透膜，或/和通过镀膜的方法获得后端面的高反膜。优选地，增透膜的反射率小于1％，高反膜的反射率大于95％。

调制器2，设置于半导体激光输出模块1的出光侧，包含多个调制单元，分别对每路发光单元发出的光束进行调制，即使各路光束分别携带调制信号。

发送端变换透镜3，设置发送端变换透镜3时，使其前焦面位于半导体激光输出模块1，发送端变换透镜3对各路携带调制信号的光束进行聚焦；发送端变换透镜可以为作用方向为慢轴的柱面正透镜，这里的柱面正透镜可以为单个球面柱透镜、多个球面柱透镜组成的透镜组、单个非球面柱透镜或多个非球面柱透镜组成的透镜组。

衍射光栅4，设置于发送端变换透镜3的后焦面，经过发送端变换透镜后的各路光束聚焦在衍射光栅4上，衍射光栅4作为波分复用器和解复用器；

衍射光栅4作为波分复用器时，衍射光栅4耦合各路光束；

反射镜5，设置于衍射光栅4的出光侧，改变经过衍射光栅4合束后的光束的方向；

输出耦合镜6，设置于反射镜的出光侧，输出耦合镜垂直于经过反射镜5改变了方向的光束方向，从输出耦合镜6出射的光束则通过光纤7传输至第四光信号端300’。在一实施例中，部分反射镜作为输出耦合镜6，部分反射镜的反射率可在5％至30％之间。

上述半导体激光输出模块1、过调制器2、发送端变换透镜3、衍射光栅4、反射镜5和输出耦合镜6可看成是第三光信号端300的发送端。

为了使半导体激光输出模块1出射的光束最大效率的耦合进入调制器2，本实用新型的一实施例的波分复用装置还包括发送端光束准直组件 10，设置于半导体激光输出模块1的出光侧，对各个发光单元发出的光束进行准直。发送端光束准直组件可以是单个快轴准直镜、快轴准直镜和 45°斜柱透镜阵列的组合，或者是图2实施例中的快轴准直镜10a和慢轴准直镜10b的组合。

第三光信号端300的接收端用于接收从第四光信号端300’的发送端，即从半导体激光输出模块1’出射的依次经过调制器2’、发送端变换透镜 3’、衍射光栅4’、反射镜5’、输出耦合镜6’和光纤7’传输的光束。

第三光信号端300的接收端包括：

衍射光栅4，此时作为解复用器，用于将经过光纤传输的携带调制信号的光束进行分束；

接收端变换透镜8，设置于衍射光栅4的出光侧，与衍射光栅4的距离为1倍焦距，接收端变换透镜8准直分束后携带调制信号的各路光束。同样地，接收端变换透镜8可以是作用方向为慢轴的柱面正透镜，柱面正透镜可以是单个球面柱透镜、多个球面柱透镜组成的透镜组、单个非球面柱透镜、或多个非球面柱透镜组成的透镜组中的任意一种。

光电探测器阵列9，设置于接收端换透镜8的后焦面处，包括多个光电探测器单元8a、8b和8c，光电探测器单元9的数量与半导体激光输出模块的发光单元数量相同，用于接收各路携带调制信号的光束。

本实用新型的一实施例的波分复用装置的接收端还可以包括接收端光束准直组件11，设置于接收端变换透镜的出光侧，接收端光束准直组件对各路携带调制信号的光束进行聚焦。接收端光束准直组件11可以是单个快轴准直镜、快轴准直镜11a和慢轴准直镜11b的组合或快轴准直镜和45°斜柱透镜阵列的组合中的任意一种。

同样地，第四光信号端300’的接收端包括接收端变换透镜8’和光电探测器阵列9’，用于接收第三光信号端300的发送端传输过来的光束，在此不再赘述。

本实用新型中，衍射光栅4即是波分复用器，也是解复用器。在一实施例中，衍射光栅4在1级或-1级次的衍射效率大于90％。优选地，衍射光栅4为透射式光栅。衍射光栅作为复用器或解复用器时，光栅的衍射效率即波分复用器的复用效率和解复用器的解复用效率，衍射效率能达到 95％。传统波分复用技术中，波分复用器和解复用器的插入损耗通常大于 50％。本实用新型使用衍射光栅作为波分复用器和解复用器，不仅简化现有技术中的结构，并且大幅提高了波分复用和解复用的效率。

综上所述，本实用新型提供了一种波分复用装置，本实用新型提供了一种波分复用装置，包括半导体激光输出模块、调制器、发送端变换透镜、衍射光栅、反射镜、输出耦合镜、接收端变换透镜和光电探测器阵，其中，衍射光栅设置于所述发送端变换透镜的后焦面，所述衍射光栅作为波分复用器和解复用器；所述衍射光栅作为波分复用器时，所述衍射光栅耦合各路光束；所述衍射光栅作为解复用器时，所述衍射光栅将经过光纤传输的携带调制信号的光束进行分束。本实用新型提供的波分复用装置通过外腔反馈锁定了密集排列的多路波长，相较于目前已现有技术，具有以下优势：

1.采用高功率半导体激光器，不需要光放大器，工作波长不受光放大器限制；

2.使用一个衍射光栅同时作为信号输出的波分复用器和信号接收的解复用器，结构更简单。

3.利用光谱合束作为波分复用和解复用的方法，损耗较小，效率更高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一、第二、第三、第四等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (19)

1.一种波分复用装置，其特征在于，包括：

半导体激光输出模块，包括多个发光单元；

调制器，设置于所述半导体激光输出模块的出光侧，包含多个调制单元，分别对每路所述发光单元发出的光束进行调制；

发送端变换透镜，所述半导体激光输出模块设置于所述发送端变换透镜的前焦面处，所述发送端变换透镜对各路携带调制信号的光束进行聚焦；

衍射光栅，设置于所述发送端变换透镜的后焦面，所述衍射光栅作为波分复用器和解复用器；

所述衍射光栅作为波分复用器时，所述衍射光栅耦合各路光束；

所述衍射光栅作为解复用器时，所述衍射光栅将经过光纤传输的携带调制信号的光束进行分束；

反射镜，设置于所述衍射光栅的出光侧，改变经过所述衍射光栅合束后的光束的方向；

输出耦合镜，设置于所述反射镜的出光侧，所述输出耦合镜垂直于经过所述反射镜改变了方向的光束方向；

接收端变换透镜，设置于所述衍射光栅的出光侧，与所述衍射光栅的距离为1倍焦距，所述接收端变换透镜准直分束后携带调制信号的各路光束；

光电探测器阵列，设置于接收端换透镜的后焦面处，包括多个光电探测器单元，所述光电探测器单元的数量与所述半导体激光输出模块的发光单元数量相同，用于接收各路所述携带调制信号的光束。

2.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：还包括发送端光束准直组件，设置于所述半导体激光输出模块的出光侧，对各个所述发光单元发出的光束进行准直。

3.根据权利要求2所述波分复用装置，其特征在于：所述发送端光束准直组件为单个快轴准直镜、快轴准直镜和慢轴准直镜的组合或快轴准直镜和45°斜柱透镜阵列的组合中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：还包括接收端光束准直组件，设置于所述接收端变换透镜的出光侧，所述接收端光束准直组件对各路携带调制信号的光束进行聚焦。

5.根据权利要求4所述波分复用装置，其特征在于：所述接收端光束准直组件为单个快轴准直镜、快轴准直镜和慢轴准直镜的组合或快轴准直镜和45°斜柱透镜阵列的组合中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：所述衍射光栅在1级或-1级次的衍射效率大于90％。

7.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：所述衍射光栅为透射式光栅。

8.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：

所述半导体激光输出模块为沿水平方向排列的多个半导体激光器单管、沿水平方向排列的多个半导体激光器阵列、沿竖直方向排列的多个半导体激光器阵列或半导体激光器单管二维阵列中任意一种。

9.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：所述半导体激光输出模块中的每个所述发光单元的光束的快轴和慢轴方向均为单模输出。

10.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：

每个所述发光单元的前端面镀有增透膜。

11.根据权利要求10所述的波分复用装置，其特征在于：所述增透膜的反射率小于1％。

12.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：

每个所述发光单元的后端面镀有高反膜。

13.根据权利要求12所述的波分复用装置，其特征在于：所述高反膜的反射率大于95％。

14.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：所述发送端变换透镜为作用方向为慢轴的柱面正透镜。

15.根据权利要求14所述的波分复用装置，其特征在于：所述柱面正透镜为单个球面柱透镜、多个球面柱透镜组成的透镜组、单个非球面柱透镜或多个非球面柱透镜组成的透镜组中的任意一种。

16.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：所述输出耦合镜为部分反射镜。

17.根据权利要求16所述的波分复用装置，其特征在于：所述部分反射镜的反射率在5％至30％之间。

18.根据权利要求1所述的波分复用装置，其特征在于：所述接收端变换透镜为作用方向为慢轴的柱面正透镜。

19.根据权利要求18所述的波分复用装置，其特征在于：所述柱面正透镜为单个球面柱透镜、多个球面柱透镜组成的透镜组、单个非球面柱透镜、或多个非球面柱透镜组成的透镜组中的任意一种。