CN212379608U - 一种光纤无源器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光纤无源器件，属于通信技术领域。本光纤无源器件包括：第一玻璃管；光处理装置，光处理装置位于第一玻璃管内；两个透镜，两个透镜位于第一玻璃管的两端内，第一玻璃管内至少设有一个用于与透镜粘接的第一粘胶层，光处理装置位于两个透镜之间，光处理装置与两个透镜之间的光路位置设有第二粘胶层；两个光纤头，两个光纤头分别位于第一玻璃管的两端，并通过第三粘胶层分别与两个透镜的外侧面粘接，第三粘胶层位于光纤头与透镜的光路位置。本光纤无源器件结构简单，避免了市场上流行方案的准直器产生的光模场失配的缺点，光信号损耗低，温度变化时光信号损耗低，能够保证光纤无源器件的环境可靠性，同时制造成本低。

Description

一种光纤无源器件

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种光纤无源器件。

背景技术

光纤通信技术是以光波为信号载体，以光导玻璃纤维为传输媒质的一种通信方式，在现代通信网中起着举足轻重的作用。光纤与以往的铜导线相比，具有损耗低、频带宽、无电磁感应等传输特点，因此，广泛地应用于数字传输方式和图像通信方式中。这两种通信方式在今后电话业务的发展中是不可缺少的。光纤通信具有一系列优异的特性，因此，光纤通信技术在80年代初投入商用以来发展速度之快，应用面之广是通信史上罕见的，可以说这种新兴技术，是世界新技术革命的重要标志，又是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。光纤无源器件是光纤通讯网络中必不可少的重要器件，也是一种不必借助外部的任何光或电的能量，由自身能够完成某种光学功能的光纤器件。其中，有大量带透镜的光纤无源器件在光纤通讯网络中被使用，如光波分复用器、光纤隔离器、光开关、光衰减器、偏振光复合器、偏振光分离器、光纤环形器、光滤波器、光选择开关、光谐振腔、光交叉波分复用器、微型波分复用模块等等，这些光纤器件的原理都是从光纤出来的光通过透镜后被扩束成为准直光，然后准直光可以运行较长距离不发散，经过光信号处理部件，如滤波片、隔离器芯等的处理后从另外的透镜再次进入光纤。目前市场上所有带透镜的光纤无源器件都是使用另外的支撑件，撑住光纤、透镜和光信号处理部件，然后通过连接支撑件的办法而将光纤、透镜、光信号处理部件固定在恰当的相对位置，从而实现这个光纤无源器件的功能。这里面有三个问题：1)支撑件的要求比较高，多数内径公差都要求在5微米以下，这给光纤无源器件带来很高的成本。2)这种结构还有个重大缺点就是温度变化的情况下损耗变大，那是因为结构复杂，在环境温度发生变化时，各个部件的热胀冷缩差异会导致整个结构片微微偏离最佳位置，这样会导致通过它的信号损耗增加，行业的技术术语称之为温度稳定性差。3)这种结构的组装顺序是先使用光纤头和透镜做成类似手电筒的光准直器，把光从点光源扩展成平行光柱，需要先后分别完成左右两个准直器，因为是分别制作的，这一对准直器发出的光的模场是不同的，这两个模场不同的准直器组成整个光器件的时候光信号损耗不是整个器件的最低损耗。

另外，在这个结构下，光纤、透镜的、光信号处理部件等所有光通过的部件都需要在光的入射面和出射面上镀上抗反射膜。使用抗反射膜的原因是所有的光在通过不同通光介质的交界面时，一定会产生反射现象，造成光能量的损失。能量损失的大小取决于通过的两个介质的折射率差值。典型地，光纤、透镜和玻璃的折射率比较接近于1.5，而空气的折射率是1，这样的折射率差值会产生约4％的反射。光通过一个典型的光纤无源器件最少需要经过十多个不同介质的交界面，如果不把抗反射膜镀在这些交界面上，光通过这些光纤无源器件后只剩下约60％的能量了。另外，反射回去的40％能量会对和光纤无源器件相连接的网络中的激光器产生致命性影响，所以，在目前市场流行结构中，抗反射膜是必须的，这给光纤无源器件带来了另外的成本。

此外，由于结构复杂、连接处众多，容易出现可以透过水汽的漏点，现有结构的光纤无源器件的环境可靠性很差，很难通过行业的环境可靠性标准测试。除少数欧美企业可以制造高可靠性的、高成本，同时也是每个光学面都需要镀抗反射膜的光纤无源器件外，其他大多数企业都无法生产制造可以100％通过环境可靠性测试的光纤无源器件，尤其是高温高湿测试条件下(需要经过85摄氏度伴随85％的湿度耐受500小时或者1000小时)。

补充：环境可靠性测试是指光纤无源器件在特殊恶劣的工作环境下进行的测试，用来评估光纤无源器件的正常工作寿命。每个光纤无源器件企业都必须要通过一系列实验验证产品的环境可靠性。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种光纤无源器件，它的结构简单，光信号损耗低，温漂低，能够保证光纤无源器件的环境可靠性，同时制造成本低。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种光纤无源器件，包括：

第一玻璃管；

光处理装置，所述光处理装置位于所述第一玻璃管内；

两个透镜，两个所述透镜位于所述第一玻璃管的两端内，所述第一玻璃管内至少设有一个用于与所述透镜粘接的第一粘胶层，所述光处理装置位于两个所述透镜之间，所述光处理装置与两个所述透镜之间的光路位置设有第二粘胶层，两个所述透镜的内侧面分别与所述光处理装置的两端通过所述第二粘胶层粘接；

两个光纤头，两个所述光纤头分别位于所述第一玻璃管的两端，并通过第三粘胶层分别与两个所述透镜的外侧面粘接，所述第三粘胶层位于所述光纤头与所述透镜的光路位置。

本实用新型的有益效果是：

(1)通过第一粘胶层能够增加抗水汽入侵的能力，从而能够提高环境可靠性；

(2)本光纤无源器件中的透镜、光处理装置以及光纤不需要镀抗反射膜，通过第二粘胶层和第三粘胶层代替抗反射膜，降低了制造成本，同时保持了可靠性；

(3)本光纤无源器件简单易组装，使得制造使用的工时低，效率高；本光纤无源器件结构稳定性高，温度变化情况下损耗变化低；

(4)由于整个光路是一次调成固定的，不存在先做准直器再将两个准直器对准的说法，避免了准直器光模场的失配，故整个光器件的光路损耗小。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述第一玻璃管与两个所述透镜分别通过所述第一粘胶层粘接固定。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一粘胶层粘接更牢固，能够增加抗水汽入侵的能力，从而能够提高环境可靠性。

进一步，所述第一玻璃管与其中一个所述透镜通过所述第一粘胶层粘接固定。

采用上述进一步方案的有益效果是：以第一玻璃管和第一胶层为主体的结构稳定。

进一步，所述光纤头包括光纤玻璃毛细管和光纤，所述光纤玻璃毛细管的一端与对应所述透镜的外侧面通过所述第三粘胶层粘接，所述光纤置于对应所述光纤玻璃毛细管内，所述光纤在所述光纤玻璃毛细管的支撑下与对应所述透镜连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：对光纤进行保护和支撑，同时因为这种粘接方式是将两个部件直接粘接的，比现在流行的结构零件更少，在环境温度产生变化的时候更稳定。

进一步，所述光处理装置上可以套设有第二玻璃管，所述第二玻璃管的两端通过所述第二粘胶层与两个所述透镜粘接固定。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第二玻璃管将光处理装置包围起来，能够增加光处理装置与透镜连接的结构稳定性，同时也能够增加结构的灵活性，同时也增加抗水性。

进一步，所述光处理装置为对光进行能量合并和分拆的光耦合器、对波长合并和拆分的波分复用器、保证光单向传输的光隔离器、转换光传输方向的光环形器、对光能量进行减少的光衰减器、对偏振光进行合成的偏振复合器、对光按偏振方向分开的光偏振分光器或对光进行阻断和开通的光开关。

采用上述进一步方案的有益效果是：应用范围广，太小的光处理装置也可以放入这个结构中，通常光处理装置越小成本也越低，所以还会带来成本下降。

进一步，还包括第三管，所述第一玻璃管设在所述第三管内，所述第一玻璃管的外壁与所述第三管的内壁固定连接，所述第三管的两端封闭。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第三管能够对第一玻璃管、透镜以及光处理装置再次保护，使得环境可靠性更好。

进一步，两根所述光纤上还固定设有保护层。

采用上述进一步方案的有益效果是：隔绝从光纤涂敷层里面渗透过来的水汽。

进一步，所述保护层为塑料管或防水胶。

采用上述进一步方案的有益效果是：保护效果好，成本低，增加水汽环境下的可靠性。

进一步，所述第二粘胶层和所述第三粘胶层与所述透镜的折射率相同。

采用上述进一步方案的有益效果是：使得光可以在折射率相近的介质中传输，这样可以避免使用抗反射膜，在不使用抗反射膜的情况下也能获得90％以上的通光率，从而降低成本，提高可靠性。

进一步，所述透镜为非球面透镜、球透镜、C-透镜或渐变折射率透镜。

采用上述进一步方案的有益效果是：不同的光纤无源器件可以选用不同的透镜来获得最好的通光效率。

总之，本结构具备低光信号损耗、低成本、低温度漂移、高防水性、高可靠性、高灵活性的特点。

附图说明

图1为本实用新型光纤无源器件的实施例1的一种结构示意图；

图2为本实用新型光纤无源器件的实施例1的另一种结构示意图；

图3为本实用新型光纤无源器件的实施例2的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、光纤，2、第一玻璃管，4、第二玻璃管，5、光处理装置，6、透镜，7、第一粘胶层，8、第三管，9、第二粘胶层，10、光纤玻璃毛细管，12、保护层，14、第三粘胶层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例

如图1和图2所示，本实施例提供一种光纤无源器件，包括：第一玻璃管2，光处理装置5，两个透镜6和两个光纤头。

光处理装置5位于第一玻璃管2内。两个透镜6分别位于第一玻璃管2的两端内，第一玻璃管2内设有至少一个用于与透镜6粘接的第一粘胶层7，光处理装置5位于两个透镜6之间，光处理装置5与两个透镜6均设有第二粘胶层9，两个透镜6的一侧面通过第二粘胶层9分别与光处理装置5的两端粘接固定，第二粘胶层9位于透镜6与光处理装置5的光路位置，通过第一玻璃管2将光处理装置5和两个透镜6包围起来，通过第一玻璃管2将两个透镜6以及光处理装置5罩住并且提供支撑，可以增加两个透镜6与光处理装置5三者之间的连接强度，同时通过第一粘胶层7可以增加对三者之间的抗水汽入侵的能力。从而更能够提高环境可靠性。

光纤头包括光纤玻璃毛细管10和透镜6。两根光纤玻璃毛细管10分别位于第一玻璃管2的两端，两根光纤玻璃毛细管10的一端设有第三粘胶层14，两根光纤玻璃毛细管10的一端通过第三粘胶层14与对应透镜6的另一侧面粘接固定，两根光纤1分别置于对应光纤玻璃毛细管10内，两个光纤1被光纤玻璃毛细管10夹持后分别与两个透镜6连接，第三粘胶层14位于光纤1与透镜6之间的光路位置。制造该产品时，我们通过改变光纤1和透镜6的相对位置，确保通过光纤1进入该光纤无源器件的光在该光纤无源器件中损耗最低。使得光纤1能够经透镜6输入或输出。能够将光纤1中的点光源分散开形成平行光，从而利于光处理装置5对光源进行处理。平行光被光处理装置5处理后，或者透射过去由右边的透镜6将平行光汇聚后进入到右边的光纤1中，或者反射回来，再又左边的透镜6将平行光汇聚到左边的光纤1中。一个典型的波分复用光纤器件包含上述反射和透射。

优选地，本实施例中，第一玻璃管2与两个透镜6之间均设有第一粘胶层7，两个透镜6通过对应第一粘胶层7与第一玻璃管2粘接固定。需要说明的是，也可以第一玻璃管2与其中一个透镜6之间设有第一粘胶层7，一个透镜6通过第一粘胶层7与第一玻璃管2粘接固定，粘接同样牢固，具体可根据实际情况生产。

本光纤无源器件中的透镜6、光处理装置5以及光纤玻璃毛细管1通光面不需要镀抗反射膜，通过第二粘胶层和第三粘胶层代替抗反射膜，降低了企业的生产成本，在不镀抗反射膜的情况下依然具有良好的通光率，同时可靠性强。

为减少光的回程反射，通常还将光纤1和光纤玻璃毛细管10以及透镜6的一边磨成6度到8度。

透镜6与对应光纤玻璃毛细管10之间设有第三粘胶层14，光纤玻璃毛细管10的一端通过第三粘胶层14与对应透镜6粘接。

可选的，光处理装置5上套设有第二玻璃管4，第二玻璃管4套设在光处理装置5外，第二玻璃管4的两端同样通过第二粘胶层9与两个透镜6粘接固定。其中第二玻璃管4的直径小于第一玻璃管2的直径。通过第二玻璃管4将光处理装置5包围起来，能够增加光处理装置5与透镜6之间的结构稳定性，同时也能够增加结构的灵活性。

优选地，本实施例中，光处理装置5为对光进行能量合并和分拆的光耦合器、对波长合并和拆分的波分复用器、保证光单向传输的光隔离器、转换光传输方向的光环形器、对光能量进行减少的光衰减器、对偏振光进行合成的偏振复合器、对光按偏振方向分开的光偏振分光器或对光进行阻断和开通的光开关。以多个波分复用器为核心的波分复用器模块可以把不同波长的光合并到一个光纤1里，也可以把同一根光纤1里不同的光分开到很多光纤1里，可以实现在一根光纤1上同时传输几十个波长的光，可以成数十倍地提高光纤1的传输能力。光隔离器可以用于保护光源，确保光源不受自身发出的光弹回的干扰。光处理部件5可为一个，也可以为两个或者三个，甚至是光处理部件5组都行。光处理部件5可以是多种多样的，只要能够放置在两个透镜6之间都可以使用。

可选地，本实施例中，还包括第三管8，第一玻璃管2设在第三管8内，第一玻璃管2的外壁与第三管8的内壁固定连接，第三管8的两端封闭，两根光纤分别通过第三管8的两端穿出。通过第三管8能够对第一玻璃管2、透镜6以及光处理部件5再次保护，使得环境可靠性的性能更好。

优选地，本实施例中，第二粘胶层9和第三粘胶层14与透镜6的折射率相同，同时第一粘胶层7、第二粘胶层9和第三粘胶层14的粘接强度高，可适用环氧树脂胶，当然也可以用其他已知的与透镜折射率相近的胶黏剂，通过胶来顶替了折射率为1.0的空气，使得光可以在折射率相近的介质中传输，这样可以避免使用抗反射膜，在不使用抗反射膜的情况下也能获得90％以上的通光率。

优选地，本实施例中，两根光纤1上还固定设有保护层12，通过保护层12能够对光纤1进行保护，同时隔绝从光纤涂敷层里渗透过来的水汽。其中保护层12位于第三管8内。

优选地，本实施例中，保护层12为塑料管或防水胶，其中塑料管套设在光纤1上，防水胶包覆在光纤1上。

优选地，本实施例中，透镜6为非球面透镜6、球透镜6、C-透镜6或渐变折射率透镜6。透镜6的基本材质都是玻璃类的，其表面有三种形状：球面、非球面以及平面。不同的光纤无源器件可以选用不同的透镜6来获得最好的通光效率。

优选地，其中第一玻璃管2、第二玻璃管4以及光纤玻璃毛细管10也可以用陶瓷材料代替。

关于光纤无源器件，因为是光信号传输，因此需要精密的将各部件调节组装起来，从而避免产生误差。

其中，评价光无源器件的可靠性是依据光纤无源器件样品的性能在高温、低温、高低温循环、冲击、振动、高温老化、湿度、盐雾等环境条件下的变化状况。根据相关标准要求的各种环境条件下，光无源器件的各项光学技术指标的变化越小，其可靠性越高。

本光纤无源器件由于各个部件直接与第一玻璃管粘接或者自身与自身粘接，等于自身成了自身的支撑件，这样就不需要现有结构中的支撑件，从而省掉大部分外围的支撑件，减少了材料成本，同时也减少了将功能部件和支撑件粘接这道工艺步骤，相当于减少了人工成本，而且还增加了温度变动下器件的稳定性。此外，由于避免了两个不同准直器之间的模场差异，整个器件的光损耗也更低。另外各功能部件不再需要镀上抗反射膜，减少镀膜工序，降低成本，同时也减少了抗反射膜在环境可靠性实验中被损坏的可能性，提高可靠性。最后，本光纤无源器件结构稳定性高，环境可靠性高。

总之，本结构具备低光信号损耗、低成本、低温度漂移、高防水性、高可靠性、高灵活性的特点。

实施例2

如图3所示，实施例2与实施例1的区别在于，可以增加光处理装置5的尺寸，取消第二玻璃管，可以增大光处理装置5的尺寸，让它小于或者等于第一玻璃管的内径，这样可以不再使用第二玻璃管，而是让光处理装置5被两边的透镜6夹持住形成一体后粘接在第一玻璃管内。可以更加简化结构。同时，光处理装置5即为对光进行能量合并和分拆的光耦合器、对波长合并和拆分的波分复用器、保证光单向传输的光隔离器、转换光传输方向的光环形器、对光能量进行减少的光衰减器、对偏振光进行合成的偏振复合器、对光按偏振方向分开的光偏振分光器或对光进行阻断和开通的光开关，其余部件均相同。波分复用器可以把不同波长的光合并到一个光纤1里，也可以把同一根光纤1里不同的光分开到很多光纤1里，可以实现在一根光纤1上同时传输几十个波长的光，可以成数十倍地提高光纤1的传输能力。光隔离器可以用于保护光源，确保光源不受自身发出的光弹回的干扰。光处理装置5可为一个，也可以为两个或者三个，甚至是光处理装置5组都行。光处理装置5可以是多种多样的，只要能够放置在两个透镜6之间都可以使用。本实施例结构简单，制造成本更低。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光纤无源器件，其特征在于，包括：

第一玻璃管(2)；

光处理装置(5)，所述光处理装置(5)位于所述第一玻璃管(2)内；

两个透镜(6)，两个所述透镜(6)位于所述第一玻璃管(2)的两端内，所述第一玻璃管(2)内至少设有一个用于与所述透镜(6)粘接的第一粘胶层(7)，所述光处理装置(5)位于两个所述透镜(6)之间，所述光处理装置(5)与两个所述透镜(6)之间的光路位置设有第二粘胶层(9)，两个所述透镜(6)的内侧面分别与所述光处理装置(5)的两端通过所述第二粘胶层(9)粘接；

两个光纤头，两个所述光纤头分别位于所述第一玻璃管(2)的两端，并通过第三粘胶层(14)分别与两个所述透镜(6)的外侧面粘接，所述第三粘胶层(14)位于所述光纤头与所述透镜(6)的光路位置。

2.根据权利要求1所述的光纤无源器件，其特征在于，所述第一玻璃管(2)与两个所述透镜(6)分别通过所述第一粘胶层(7)粘接固定。

3.根据权利要求1所述的光纤无源器件，其特征在于，所述第一玻璃管(2)与其中一个所述透镜(6)通过所述第一粘胶层(7)粘接固定。

4.根据权利要求1所述的光纤无源器件，其特征在于，所述光纤头包括光纤玻璃毛细管(10)和光纤(1)，所述光纤玻璃毛细管(10)的一端与对应所述透镜(6)的外侧面通过所述第三粘胶层(14)粘接，所述光纤(1)置于对应所述光纤玻璃毛细管(10)内，所述光纤(1)在所述光纤玻璃毛细管(10)的支撑下与对应所述透镜(6)连接。

5.根据权利要求1所述的光纤无源器件，其特征在于，所述光处理装置(5)为对光进行能量合并和分拆的光耦合器、对波长合并和拆分的波分复用器、保证光单向传输的光隔离器、转换光传输方向的光环形器、对光能量进行减少的光衰减器、对偏振光进行合成的偏振复合器、对光按偏振方向分开的光偏振分光器或对光进行阻断和开通的光开关。

6.根据权利要求1-5任一项所述的光纤无源器件，其特征在于，两根所述光纤(1)上还固定设有保护层(11)。

7.根据权利要求6所述的光纤无源器件，其特征在于，所述保护层(11)为塑料管或防水胶。

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