JP2022500970A - 単芯双方向光送受信アセンブリ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は光通信技術分野に関し、具体的には、単芯双方向光送受信アセンブリに関する。【解決手段】該単芯双方向光送受信アセンブリは、発光素子(1)、受光素子(2)、及び分光フィルタリングユニット(3)を含み、発光素子(1)は分光フィルタリングユニット(3)の光入力ポート(a)に結合され、受光素子(2)は分光フィルタリングユニット(3)の光出力ポート(b)に結合され、分光フィルタリングユニット(3)の双方向ポート(c)はシングルモード光ファイバ(4)に結合され、発光素子(1)、受光素子(2)及び分光フィルタリングユニット(3)の内部光学素子はいずれも空間光学素子である。本発明の実質的な効果は、分光フィルタリングユニットを改良することによって、狭いチャネル間隔の単芯双方向伝送を実現することである。【選択図】図1

Description

本発明は光通信技術分野に関し、具体的には、単芯双方向光送受信アセンブリに関する。
単芯双方向BOSA(Bidirectional optical subassembly)アセンブリは、発光と受光を統合した光電変換デバイスであり、発光装置と受光装置のビームを1本のファイバに結合することにより、上り光信号と下り光信号の単芯双方向伝送機能を実現することができ、現在の通信における主要デバイスである。典型的な単芯双方向BOSAアセンブリは、一般的に、1310nm/1550nm又は1490nm/1550nmの波長の組み合わせを使用し、波長分割多重(WDM)技術を利用して分光する。しかしながら、上り信号と下り信号の光周波数間隔が上記2つの波長の組み合わせの光周波数間隔よりはるかに小さい場合、波長分割多重(WDM)フィルタの分光効果は安定した通信を維持するのに不十分である。そのため、単芯双方向伝送によるチャネル間隔の狭い双方向通信が出来なくなる。
公開日2017年10月24日の中国特許CN107294606Aにおいて、シングルモード光ファイバ双方向光送受信機は、発光モジュールと、受光モジュールと、スポットサイズ変換(SSC,spot size converter)構造と、窒化ケイ素の製造プロセスに基づく波長分割多重モジュールと、を含み、発光モジュールは波長分割多重モジュールの上り光信号の送信端に接続され、波長分割多重モジュールの下り光信号の受信端と受光モジュールはスポットサイズ変換構造により連結され、波長分割多重モジュールの光ファイバ接続端は光ファイバにより光加入者線端局装置 (Optical Line Terminal,OLT)に接続され、受光モジュール、波長分割多重モジュールとスポットサイズ変換構造はシリコンフォトニクス技術により同一シリコンチップに集積され、発光モジュールは前記シリコンチップに複合集積される。その技術的解決手段により、波長分割多重モジュールと受光モジュール、発光モジュールと光ファイバとの間の効果的な結合を実現することができ、導波管サイズが均一であり、信号損失を効果的に低減し、擬似反射を減少させ、環境温度に敏感でないようにすることができる。しかし、現在の単芯双方向伝送のチャネル間隔が広いという技術的課題を解決することができない。
公開日2014年6月27日の中国特許CN203930136Uにおいて、単芯双方向光送受信アセンブリは、入出力端、光路に従って設置され、偏光分光素子、旋光子、偏光ビームスプリッタ及び光結合ユニットを含む光学アセンブリ、受信端、及び送信端を含み、旋光ユニットはさらに磁気旋光板及び1/2波長板を含み、送信端の光路に位置する。その技術的解決手段により、高い結合効率を得られると同時に、隣接する波長の干渉を回避することにより、光送受信信号が効果的に分離されない課題を解決し、波長間隔が任意である単芯双方向光送受信アセンブリを実現することができる。しかし、その設計は、送信端光源の選択を平行線偏光源に制限し、偏光ビームスプリッタ72のビーム分割機能のみを利用し、偏光ビームスプリッタ72のビーム分割とビーム結合機能を十分に利用すると、単芯双方向光送受信アセンブリの内部構造をよりコンパクトであるように、その光学アセンブリのサイズをさらに圧縮することができる。
本発明が解決しようとする技術的課題は、現在の単芯双方向伝送による狭いチャネル間隔の通信が効果的に実施できない技術的課題である。この技術的課題を解決するために、改良された分光フィルタリングユニットを採用する単芯双方向光送受信アセンブリを提供する。本発明は狭いチャネル間隔の上り光信号と下り光信号の単芯双方向伝送を実現することができ、デバイスの小型化傾向要求を考慮している。
上記技術的課題を解決するため、本発明に採用される技術的解決手段は、シングルモード光ファイバ4の双方向通信に適用される単芯双方向光送受信アセンブリであって、発光素子1と、受光素子2と、分光フィルタリングユニット3と、を含み、前記発光素子1は分光フィルタリングユニット3の光入力ポートaに結合され、前記受光素子2は分光フィルタリングユニット3の光出力ポートbに結合され、前記分光フィルタリングユニット3の双方向ポートcはシングルモード光ファイバ4に結合され、前記発光素子1、受光素子2及び分光フィルタリングユニット3の内部光学素子はいずれも空間光学素子である。
好ましくは、前記分光フィルタリングユニット3は、分岐デバイス301と、フィルタ302と、を含み、前記発光素子1は分岐デバイス301の光入力ポートaに結合され、前記分岐デバイス301の双方向ポートcはシングルモード光ファイバ4に結合され、前記分岐デバイス301の光出力ポートdは前記フィルタ302の入力ポートに結合され、前記受光素子2は前記フィルタ302の出力ポートbに結合され、前記分岐デバイス301及びフィルタ302はいずれも空間光学素子である。
好ましくは、前記分岐デバイス301は偏光ビームスプリッタ301a、ファラデー回転子301b、波長板301c、及び第2偏光ビームスプリッタ301dを含み、前記偏光ビームスプリッタ301aは互いに接着される第1プリズム3011と第2プリズム3012を含み、前記第2偏光ビームスプリッタ301dは互いに接着される第3プリズム3013と第4プリズム3014を含み、前記第1プリズム3011、第2プリズム3012及び第4プリズム3014の断面はいずれも頂角が45度の平行四辺形であり、前記第3プリズム3013の断面は二等辺三角形であり、前記第1プリズム3011の下面は第2プリズム3012の上面に接着され、前記第3プリズム3013の斜面は第4プリズム3014の上面に接着され、前記第1プリズム3011と第2プリズム3012との接着面及び第3プリズム3013と第4プリズム3014との接着面にはいずれも誘電体ビーム分割フィルム301eがコーティングされ、前記第1プリズム3011、第2プリズム3012及び第4プリズム3014の側面は互いに平行であり、且つ第3プリズム3013の第1面に平行であり、前記第1プリズム3011の上面、第2プリズム3012の下面及び第4プリズム3014の下面はいずれも反射面であり、前記第1プリズム3011の左側面は発光素子1に結合され、前記第2プリズム3012の左側面はフィルタ302の入力端に結合され、前記第1プリズム3011の右側面は順にファラデー回転子301bと波長板301cを経由して第3プリズム3013の第1面に接続され、前記第2プリズム3012の右側面は順にファラデー回転子301bと波長板301cを経由して第4プリズム3014の左側面に接続され、前記第4プリズム3014の右側面はシングルモード光ファイバ4に結合される。
好ましくは、前記ファラデー回転子301bは45°ファラデー回転子であり、前記波長板301cは1/2波長板である。
好ましくは、前記分光フィルタリングユニット3は、インタリーバ303、サーキュレータ304及びフィルタ302を含み、前記発光素子1はインタリーバ303の入力端に結合され、前記サーキュレータ304の入力端はインタリーバ303の出力端に結合され、前記サーキュレータ304の双方向ポートはシングルモード光ファイバ4に結合され、前記サーキュレータ304の出力ポートは前記フィルタ302の入力ポートに結合され、前記受光素子2は前記フィルタ302の出力ポートに結合される。
好ましくは、前記インタリーバ303はMGT構造のインタリーバである。
本発明の実質的な効果は、分光フィルタリングユニットを改良することによって、狭いチャネル間隔の単芯双方向伝送を実現することである。
実施例1の単芯双方向光送受信アセンブリの構造を示す図である。
実施例1の分光フィルタリングユニットの構造を示す図である。
実施例1の分岐デバイス構造及び上り光路を示す図である。
実施例1の分岐デバイス構造及び下り光路を示す図である。
実施例1の分岐デバイスの3次元構造を示す図である。
実施例2の単芯双方向光送受信アセンブリの構造を示す図である。
実施例2のMGTIインタリーバ構造を示す図である。
実施例2の光学インタリーバのフィルタ曲線である。
実施例2の光学インタリーバのフィルタ効果を示す図である。
1 発光素子
2 受光素子
3 分光フィルタリングユニット
4 シングルモード光ファイバ
301 分岐デバイス
301a 偏光ビームスプリッタ
301b ファラデー回転子
301c 波長板
301d 第2偏光ビームスプリッタ
301e 誘電体ビーム分割フィルム
3011 第1プリズム
3012 第2プリズム
3013 第2プリズム
3014 第4プリズム
302 フィルタ
303 インタリーバ
304 サーキュレータ
以下に、具体的な実施例により、図面に合わせて本発明の具体的な実施形態についてさらに詳しく説明する。
実施例1
図1に示すように、シングルモード光ファイバ4の双方向通信に適用される単芯双方向光送受信アセンブリであって、本実施例は、発光素子1と、受光素子2と、分光フィルタリングユニット3と、を含み、発光素子1は分光フィルタリングユニット3の光入力ポートaに結合され、受光素子2は分光フィルタリングユニット3の光出力ポートbに結合され、分光フィルタリングユニット3の双方向ポートcはシングルモード光ファイバ4に結合され、発光素子1、受光素子2及び分光フィルタリングユニット3の内部光学素子はいずれも空間光学素子である。
図2に示すように、分光フィルタリングユニット3は、それぞれ光入力ポートa、光出力ポートd及び双方向ポートcを有する3ポートデバイスである分岐デバイス301と、フィルタ302とを含み、発光素子1は分岐デバイス301の光入力ポートaに結合され、分岐デバイス301の双方向ポートcはシングルモード光ファイバ4に結合され、分岐デバイス301の光出力ポートbはフィルタ302の入力ポートに結合され、受光素子2はフィルタ302の出力ポートに結合され、分岐デバイス301及びフィルタ302はいずれも空間光学素子であり、両者の間及び両者と発光素子1、受光素子2、シングルモード光ファイバ4との間の光路はいずれも空間光路である。
発光素子1により生成された上り光信号はポートaを経由して分岐デバイス301に入り、ポートcを経由して分岐デバイス301から出力され、シングルモード光ファイバ4の伝送リンクに入り、シングルモード光ファイバ4の伝送リンクにおける下り光信号はポートcを経由して分岐デバイス301に入り、ポートdを経由して分岐デバイス301から出力され、フィルタ302に入り、フィルタ302は下り光信号を透過させると同時に、上り光信号の後方反射光をフィルタリングし、純粋な下り光信号はポートbを経由してフィルタ302から出力され、受光素子2に入る。
図5に示すように、分岐デバイス301は偏光ビームスプリッタ301a、ファラデー回転子301b、波長板301c、及び第2偏光ビームスプリッタ301dを含み、偏光ビームスプリッタ301aは互いに接着される第1プリズム3011と第2プリズム3012とを含み、第2偏光ビームスプリッタ301dは互いに接着される第3プリズム3013と第4プリズム3014とを含み、第1プリズム3011、第2プリズム3012及び第4プリズム3014の断面はいずれも頂角が45度の平行四辺形であり、第3プリズム3013の断面は二等辺三角形であり、第1プリズム3011の下面は第2プリズム3012の上面に接着され、第3プリズム3013の斜面は第4プリズム3014の上面に接着され、第1プリズム3011と第2プリズム3012との接着面及び第3プリズム3013と第4プリズム3014との接着面にはいずれも誘電体ビーム分割フィルム301eがコーティングされ、第1プリズム3011、第2プリズム3012及び第4プリズム3014の側面は互いに平行であり、且つ第3プリズム3013の第1面に平行であり、第1プリズム3011の上面、第2プリズム3012の下面及び第4プリズム3014の下面はいずれも反射面であり、第1プリズム3011の左側面は発光素子1に結合され、第2プリズム3012の左側面はフィルタ302の入力端に結合され、第1プリズム3011の右側面は順にファラデー回転子301bと波長板301cを経由して第3プリズム3013の第1面に接続され、第2プリズム3012の右側面は順にファラデー回転子301bと波長板301cを経由して第4プリズム3014の左側面に接続され、第4プリズム3014の右側面はシングルモード光ファイバ4に結合される。ファラデー回転子301bは45°ファラデー回転子であり、波長板301cは1/2波長板である。
図3に示すように、分岐デバイス301は偏光ビームスプリッタ301a、ファラデー回転子301b、波長板301c、及び第2偏光ビームスプリッタ301dを含む。ここで、301a、301dはいずれも2枚のプリズムが接着されてなる偏光ビームスプリッタであり、2枚のプリズムの間には誘電体ビーム分割フィルム301eがコーティングされ、入射ビームのsとpの2つの偏光成分を分割し、又はそれぞれsとpの偏光状態を有する2つのビームを結合するのに用いられる。図3において、偏光ビームスプリッタ301aの側面a、dはそれぞれ分岐デバイス301のポートa、ポートdに対応し、偏光ビームスプリッタ301aの上面と下面はいずれも反射面であり、第2偏光ビームスプリッタ301dの側面cは分岐デバイス301のポートcに対応し、第2偏光ビームスプリッタ301dの下面は反射面である。ファラデー回転子301bと波長板301cとの組み合わせは、両者を順に透過するビームの偏光状態を90°回転させるが、逆伝送されるビームの偏光状態を変更させないことができ、両者は45°ファラデー回転子と1/2波長板との組み合わせが好ましい。
図3に示される光路は発光素子1がシングルモード光ファイバ4の伝送リンクに出力される上り光路である。発光素子1により出力される上り光信号はポートaを経由して偏光ビームスプリッタ301aに入り、301aの2つのプリズムの境界面で上りビームのsとpの2つの偏光成分を分割し、偏光状態が互いに垂直である2つのビームを形成させ、2つのビームはファラデー回転子301bと波長板301cとの組み合わせを透過し、それぞれの偏光状態が変化し、偏光状態が変化した後の2つのビームは第2偏光ビームスプリッタ301dに入り、301dの2つのプリズムの境界面で結合され、1つのビームを形成し、このビームはポートcから出力され、シングルモード光ファイバ4の伝送リンクに入る。
図4に示される光路はシングルモード光ファイバ4の伝送リンクが受光素子2に出力される下り光路である。シングルモード光ファイバ4の伝送リンクにより出力される下り光信号はポートcを経由し第2偏光ビームスプリッタ301dに入り、第2偏光ビームスプリッタ301dの2つのプリズムの境界面で下りビームのsとpの2つの偏光成分を分割し、偏光状態が互いに垂直である2つのビームを形成させ、2つのビームは波長板301cとファラデー回転子301bとの組み合わせを透過し、それぞれの偏光状態が変化せず、2つのビームは偏光ビームスプリッタ301aに入り、301aの2つのプリズムの境界面で結合さ、1つのビームを形成し、このビームはポートdにより偏光ビームスプリッタ301aから出力され、その後フィルタ302に入る。同時に、図3に示される上りビームの後方反射光は図4の光路によってフィルタ302に入る。フィルタ302は自体の通過帯域によってこの後方反射光をカットし、比較的に純粋な下り光信号を出力する。フィルタ302から出力される下り光信号はポートbを経由して受光素子2に入る。
実施例2
図6に示すように、単芯双方向光送受信アセンブリであって、本実施例は、発光素子1と、受光素子2と、分光フィルタリングユニット3と、を含み、分光フィルタリングユニット3はさらに、フィルタ302、インタリーバ303、及びサーキュレータ304を含む。発光素子1はインタリーバ303の入力端に結合され、サーキュレータ304の入力端はインタリーバ303の出力端に結合され、サーキュレータ304の双方向ポートはシングルモード光ファイバ4に結合され、サーキュレータ304の出力ポートは前記フィルタ302の入力ポートに結合され、受光素子2はフィルタ302の出力ポートに結合される。発光素子1により出力される上り光信号は順にインタリーバ303とサーキュレータ304とを経由してシングルモード光ファイバ4の伝送リンクに入り、シングルモード光ファイバ4の伝送リンクにより入力される下り光信号はサーキュレータ304を経由してインタリーバ303に入り、インタリーバ303により出力された後サーキュレータ304に戻り、サーキュレータ304によりフィルタ302に伝送され、最後に受光素子2に入る。
インタリーバ303(interleaver)は干渉原理に基づき2つ又は複数のビームを利用して干渉することにより奇数、偶数チャネルの出力を生成する光学デバイスであり、一定構造のインタリーバに対し、入射光の周波数が特定の条件を満たした場合にのみ、光信号が奇数チャネル又は偶数チャネルから出力可能である。図7に示すように、本実施例はインタリーバ303からの出力波形を方形波に近似するようにするために、例えば、マイケルソン干渉計と標準器etalonによって構成されるMGTI型光学インタリーバのようなマルチビーム干渉型のインタリーバが好ましい。MGTI型インタリーバ303は光入力ポート、奇数チャネル出力ポートの合計2つの光ポートを有し、その光入力ポートは同時に偶数チャネル出力ポートとして使用される。本実施例はG−Tl、G−T2の2つのキャビティの長さ、鏡面反射率などを含むインタリーバ303の構造パラメータを合理的に設計し、インタリーバ303の奇数チャネルと偶数チャネルのうち1つを上り光路として選択し、残りの1つを下り光路として選択することによって、低周波数間隔の上り光信号と下り光信号の単一光ファイバ伝送を実現することができる。
図8は本実施例におけるインタリーバ303のフィルタ曲線である。奇数チャネルと偶数チャネルとの周波数間隔は50GHzであり、通過帯域の中心周波数はITU−T推奨中心周波数に対応する。図9に示すように、上り光信号の中心周波数をf1に設定し、下り光信号の中心周波数をf2に設定し、それぞれインタリーバ303のフィルタ曲線における2つの隣接する奇数チャネル、偶数チャネルのフィルタ中心に対応する。発光素子1により出力される上り光信号f1はインタリーバ303の光入力ポートに入り、インタリーバ303の内部で分光、マルチビーム干渉などの過程を経由して干渉信号を形成し、この干渉信号はインタリーバ303の奇数チャネル出力ポートから出力され、その後サーキュレータ304を経由してシングルモード光ファイバ4の伝送リンクに入る。シングルモード光ファイバ4の伝送リンク内の下り光信号f2はサーキュレータ304を経由してインタリーバ303の光入力ポートに入り、インタリーバ303の内部で分光、マルチビーム干渉などの過程を経由して干渉信号を形成し、この干渉信号はインタリーバ303の偶数チャネル出力ポートから出力され、その後サーキュレータ304を経由してフィルタ302に入り、フィルタ302から出射された後、受光素子2に入る。
上記実施例は本発明の1つの好ましい解決手段に過ぎず、本発明に対する如何なる限定ではなく、特許請求の範囲に記載の技術的解決手段を超えないことを前提として、その他の変形及び改良を行うことが出来る。

Claims (6)

  1. シングルモード光ファイバ(4)の双方向通信に適用される単芯双方向光送受信アセンブリであって、
    発光素子(1)と、
    受光素子(2)と、
    分光フィルタリングユニット(3)と、
    を含み、
    前記発光素子(1)は分光フィルタリングユニット(3)の光入力ポート(a)に結合され、
    前記受光素子(2)は分光フィルタリングユニット(3)の光出力ポート(b)に結合され、
    前記分光フィルタリングユニット(3)の双方向ポート(c)はシングルモード光ファイバ(4)に結合され、
    前記発光素子(1)、受光素子(2)及び分光フィルタリングユニット(3)の内部光学素子はいずれも空間光学素子である、
    ことを特徴とする単芯双方向光送受信アセンブリ。
  2. 前記分光フィルタリングユニット(3)は、分岐デバイス(301)と、フィルタ(302)と、を含み、
    前記発光素子(1)は分岐デバイス(301)の光入力ポート(a)に結合され、
    前記分岐デバイス(301)の双方向ポート(c)はシングルモード光ファイバ(4)に結合され、
    前記分岐デバイス(301)の光出力ポート(d)は前記フィルタ(302)の入力ポートに結合され、
    前記受光素子(2)は前記フィルタ(302)の出力ポートに結合され、
    前記分岐デバイス(301)及びフィルタ(302)はいずれも空間光学素子である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の単芯双方向光送受信アセンブリ。
  3. 前記分岐デバイス(301)は偏光ビームスプリッタ(301a)、ファラデー回転子(301b)、波長板(301c)、及び第2偏光ビームスプリッタ(301d)を含み、
    前記偏光ビームスプリッタ(301a)は互いに接着される第1プリズム(3011)と第2プリズム(3012)を含み、
    前記第2偏光ビームスプリッタ(301d)は互いに接着される第3プリズム(3013)と第4プリズム(3014)を含み、
    前記第1プリズム(3011)、第2プリズム(3012)及び第4プリズム(3014)の断面はいずれも頂角が45度の平行四辺形であり、
    前記第3プリズム(3013)の断面は二等辺三角形であり、
    前記第1プリズム(3011)の下面は第2プリズム(3012)の上面に接着され、
    前記第3プリズム(3013)の斜面は第4プリズム(3014)の上面に接着され、
    前記第1プリズム(3011)と第2プリズム(3012)との接着面及び第3プリズム(3013)と第4プリズム(3014)との接着面にはいずれも誘電体ビーム分割フィルム(301e)がコーティングされ、
    前記第1プリズム(3011)、第2プリズム(3012)及び第4プリズム(3014)の左側面は互いに平行であり、且つ第3プリズム(3013)の第1面に平行であり、
    前記第1プリズム(3011)の上面、第2プリズム(3012)の下面及び第4プリズム(3014)の下面はいずれも反射面であり、
    前記第1プリズム(3011)の左側面は発光素子(1)に結合され、
    前記第2プリズム(3012)の左側面はフィルタ(302)の入力端に結合され、
    前記第1プリズム(3011)の右側面は順にファラデー回転子(301b)と波長板(301c)を経由して第3プリズム(3013)の第1面に接続され、
    前記第2プリズム(3012)の右側面は順にファラデー回転子(301b)と波長板(301c)を経由して第4プリズム(3014)の左側面に接続され、
    前記第4プリズム(3014)の右側面はシングルモード光ファイバ(4)に結合される、
    ことを特徴とする請求項2に記載の単芯双方向光送受信アセンブリ。
  4. 前記ファラデー回転子(301b)は45°ファラデー回転子であり、
    前記波長板(301c)は1/2波長板である、
    ことを特徴とする請求項3に記載の単芯双方向光送受信アセンブリ。
  5. 前記分光フィルタリングユニット(3)は、インタリーバ(303)、サーキュレータ(304)、及びフィルタ(302)を含み、
    前記発光素子(1)はインタリーバ(303)の入力端に結合され、前
    記サーキュレータ(304)の入力端はインタリーバ(303)の出力端に結合され、前記サーキュレータ(304)の双方向ポートはシングルモード光ファイバ(4)に結合され、
    前記サーキュレータ(304)の出力ポートは前記フィルタ(302)の入力ポートに結合され、
    前記受光素子(2)は前記フィルタ(302)の出力ポートに結合される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の単芯双方向光送受信アセンブリ。
  6. 前記インタリーバ(303)はMGT構造のインタリーバである、ことを特徴とする請求項5に記載の単芯双方向光送受信アセンブリ。
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