专利名称：可重配置光学分插复用器的制作方法
技术领域：
本实用新型是应用于WDM光网络中的一种无源设备，尤其能够 实现通信业务量的直通、分下和插入操作，适用于对通信业务量进行 全光传输和交换的光纤通信网络的节点、局、站等场合。
(二)
背景技术：
光纤通信以其大容量、宽带宽、高速率、低损耗己经成为目前主 要的信息传输方式。发展WDM全光网络是目前光纤通信扩容的最简 捷、最有效的方式。随着DWDM技术的日益成熟和实用化，为了避 免光-电-光转换的高昂代价和突破电子速率瓶颈的限制，产生了在光 域层来管理网络容量的强烈要求。光学分插复用器(OADM)正是适 应这一要求而产生的。
光学分插复用器实现从传输设备中有选择地下路通往本地的光 信号，同时上路本地用户发往另一节点用户的光信号。它可分为两类， 一类是非可重配置型(fixed)，只能上下固定的一个或多个波长；另一 类是可重配置型(reconfigurable)，即ROADM。可重配置指的是快速 选择用于插入和分下的所需波长的能力，从而允许根据网络的需求动 态地建立和取消光学通道，使得运营商在设计网络时具有灵活性。一 个可重配置光学分插复用器，将使得光网络具有更大的组网灵活性和 生存性，同时可以降低光网络组网成本。
目前已有的光学分插复用器的专利技术多为不可重配置型，比如 中国专利CN 1481101A，它采用自聚焦透镜和固定波长滤波器实现分 插滤波功能， 一次只能分下/插入一个固定波长。中国专利CN1514563A披露的是一种将多个分插滤波单元按照一定顺序级联来实 现波长可控功能的器件。上述两个专利所实用新型器件的端口均位于 器件的两侧，因此器件结构尺寸偏大，实际使用不方便。美国专利 US 7184620 Bl披露的是一种三端口且三个端口位于器件同一侧的光 学分插复用器件。该器件也不可重配置，采用滤波器、反射镜和光纤 准直器来实现上下路功能。由于其将三个端口采用菱形排列，导致光 线的传播不在一个平面内，使得反射镜的装配非常困难。此外，该器 件要么用作分下，要么用作插入，不能够使用单个上述三端口光学分 插复用器件同时实现这两项功能。中国专利200710164618. 1公开了 一种多端口同时分下或插入的可重配置光学分插复用器，其输入、输 出和插入/分下端口均位于器件的同一侧，但该装置的端口也是采用 菱形排列，同样存在光线不在一个平面内、反射镜装配困难的问题， 而且该装置分下或插入需要使用不同的滤波反射模块，不能同时实现 直通、分下和插入功能。可见上述四个专利技术均无法实现一种单侧 端口且结构简单、易于实现的ROADM。
发明内容
为了克服已有技术的上述不足，本实用新型提出一种输入、输出、 插入和分下光路在同一平面内，仅用单个器件即可同时完成直通、分 下和插入功能的可重配置光学分插复用器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 可重配置光学分插复用器，包含位于器件同一侧的端口、与端口 连接的光纤组、用于固定光纤组的光纤紧固件、引导光波传输的光纤 准直器、滤波反射模块和单片机控制模块，所述滤波反射模块包含一 转动圆盘以及中心对称地布置在所述圆盘上的滤波反射单元，所述的 滤波反射单元由滤波器和反射镜组成；所述单片机控制模块包括与单片机连接的歩进电机，所述步进电机连接所述的转动圆盘；所述的光 纤组由水平穿设在所述光纤紧固件上的一根插入光纤、 一根输入光 纤、 一根输出光纤、 一根分下光纤组成，上述光纤在同一竖直面内自 上而下依次排列，所述的插入光纤与分下光纤关于光轴对称布置，所
述的输入光纤与输出光纤关于光轴对称布置；所述光纤准直器为 GRIN准直透镜，所述GRIN准直透镜的折射率从光轴到边缘按照抛 物线型单调下降，且折射率呈轴对称分布，所述GRIN准直透镜的朝 向光纤紧固件的入射端面包含位于中部的与光轴垂直的竖直平面段 和两侧的朝所述端口一端倾斜的上、下斜面段，所述的上、下斜面段 关于光轴对称布置，所述竖直平面段与所述的输入、输出光纤对应， 所述的上、下斜面段分别与所述的插入光纤和分下光纤对应，所述 GRIN准直透镜的出射端面为与光轴垂直的平面。
所述GRIN准直透镜的入射端面镀有用于减少回波的减反膜。所 述输入、输出、分下和插入光纤端面的法线与光纤的光轴成8°的倾 角并镀有减反膜，以提高回波损耗。
所述滤波反射单元中的反射镜可以是夹角为2p的双反射镜，其 顶点与所述GRIN准直透镜的光轴重合。两面反射镜与所述GRIN准 直透镜的光轴分别成士 p角，分别用于反射插入和分下信号。夹角p的 大小与所述GRIN准直透镜的特性有关，具体数值由输入、输出、分 下和插入光波在GRIN准直透镜中的传播轨迹决定。经过对所述 GRIN准直透镜的设计，2p角可以等于180°，即所述反射镜为一平 面反射镜且与所述GRIN准直透镜的光轴垂直。
所述光纤紧固件为带有竖直排列的四个圆孔的机械装置，所述4 个圆孔分别用于固定上述4根光纤，所述的4个圆孔关于光轴呈轴对 称分布。所述圆盘为精密金属圆盘，圆盘上有N个精密螺孔，呈中心对 称分布，所述滤波反射单元以螺丝紧固在圆盘上。
所述滤波反射单元中的滤波器，用于使特定波长的光波透射穿过 滤波器，而让其他波长的光波在滤波器表面反射。在滤波器表面反射 的输入光波作为直通信号。经滤波器透射的输入(插入)光波作为分 下(插入)信号，射向所述滤波反射单元中的反射镜。所述滤波反射
单元中的滤波器与所述GRIN准直透镜的光轴垂直。
所述滤波反射单元中的反射镜的作用是反射经滤波器透射而来 的光波。所述反射镜将插入信号以特定角度反射后与上述直通信号合 并，形成新的波分复用信号进入所述的GRIN准直透镜中传播，直至 传播进入执行输出功能的光纤。所述反射镜将分下信号以特定角度反 射后，进入所述的GRIN准直透镜中传播，直至传播进入执行分下功 能的光纤。
所述单片机控制模块使用单片机控制步进电机，驱动滤波反射模 块沿精密导轨旋转，以便增加滤波反射模块运动的稳定性，减小机械 跳动。
优选的，所述的滤波器为多层介质薄膜滤波器。 优选的，所述的反射镜为宽带高反镜。
本实用新型可重配置光学分插复用器，采用分立式的GRIN准直 透镜、多层介质薄膜滤波器和反射镜，可同时实现波长的分下和插入。 由于使用了所述GRIN准直透镜，仅用单个器件即可同时完成直通、 分下和插入功能，而且输入、输出、插入和分下的光路均在同一平面 内实现。釆用单片机控制步进电机，驱动滤波器和与其相结合的反射 镜沿精密导轨旋转，实现动态选择和配置波长。
本实用新型的有益效果主要表现在1、作为一种可重配置的光学分插复用器，其输入、输出、分下和插入的光路均在同一平面内，
大大简化了结构，降低了机械装置装调的难度；2、使用单个器件同
时实现波长的直通、分下和插入，且输入、输出、分下和插入端口一
经确定，在使用过程中无需调整；3、输入、输出、分下和插入端口 均位于同一侧，不仅减小了器件结构尺寸，还方便器件的操控。
图1是本实用新型可重配置光学分插复用器的结构示意图。
图2是光纤在光纤紧固件上的位置排布图。
图3是GRIN准直透镜结构示意图。
图4是滤波反射模块示意图。
图5是滤波反射单元的光路示意图。
图中标号说明
l一插入端口、 2 —输入端口、 3 —输出端口、 4一分下端口、 5 — 光纤紧固件、6 — GRIN准直透镜、7 —滤波反射模块、8 —歩进电机、 9 —单片机控制模块、IO —插入光纤固定孔、11—输入光纤固定孔、 12 —输出光纤固定孔、13 —分下光纤固定孔、14一针对任意WDM标 准波长入]的滤波反射单元、15 —滤波器、16 —反射镜、17 —竖直平 面段、18 —上斜面段、19一下斜面段。100 —插入光纤、200—输入光 纤、300 —输出光纤、400 —分下光纤、IIO—GRIN透镜中插入信号光 路轨迹、210—GRIN透镜中输入信号光路轨迹、310—GRIN透镜中 输出信号光路轨迹、410 — GRIN透镜中分下信号光路轨迹、120 —准 直后插入信号光路轨迹、220 —准直后输入信号光路轨迹、320—准直 前输出信号光路轨迹、420 —准直前分下信号光路轨迹
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。参照图1:可重配置光学分插复用器，包含位于器件同一侧的四 个端口、与端口连接的光纤组、用于固定光纤组的光纤紧固件5、引 导光波传输的光纤准直器、滤波反射模块7和单片机控制模块9，所 述滤波反射模块包含一转动圆盘以及中心对称地布置在所述圆盘上 的滤波反射单元，所述的滤波反射单元由滤波器15和反射镜16组成； 所述单片机控制模块9包括与单片机连接的步进电机8，所述步进电 机连接所述的转动圆盘；所述的光纤组由水平穿设在所述光纤紧固件 上的一根插入光纤100、 一根输入光纤200、 一根输出光纤300、 一 根分下光纤400组成，上述光纤在同一竖直面内自上而下依次排列， 所述的插入光纤100与分下光纤400关于光轴对称布置，所述的输入 光纤200与输出光纤300关于光轴对称布置;所述光纤准直器为grin 准直透镜6，所述grin准直透镜6的折射率从光轴到边缘按照拋物 线型单调下降，且折射率呈轴对称分布，所述grin准直透镜6的朝 向光纤紧固件5的入射端面包含位于中部的与光轴垂直的竖直平面 段17和两侧的朝所述端口一端倾斜的上、下斜面段，所述的上斜面 段18、下斜面段19关于光轴对称布置，所述竖直平面段与所述的输 入、输出光纤对应，所述的上、下斜面段分别与所述的插入光纤和分 下光纤对应，所述grin准直透镜的出射端面为与光轴垂直的平面。
所述grin准直透镜6的入射端面镀有用于减少回波的减反膜。 所述输入、输出、分下和插入光纤端面的法线与光纤的光轴成8°的 倾角并镀有减反膜，以提高回波损耗。p
所述四个端口 1、 2、 3、 4分别与插入光纤100、输入光纤200、 输出光纤300、分下光纤400相连，用以传输送入(来自)grin准 直透镜6的插入和输入(输出和分下)信号。所述的四个端口在器件 同一侧呈竖直排列，所述四根光纤固定于光纤紧固件5之中。参照图2，所述光纤紧固件中有竖直排列的4个光纤固定孔，自 上而下依次为插入光纤固定孔10、输入光纤固定孔11、输出光纤固
定孔12和分下光纤固定孔13。光纤固定孔10和光纤固定孔13，输 入光纤固定孔11和输出光纤固定孔12分别关于光轴对称。所述各孔 之间的间距由GRIN准直透镜的特性决定。
参照图3，所述的GRIN准直透镜由一个半径为r的圆棒形渐变 折射率微透镜加工而成。图3中左侧为透镜入射端面，其中心为一个 高为2h、与光轴垂直的平面，上下两侧为与光轴分别成士 (90°-e) 倾斜角的平面。透镜中心轴向长度z。倾斜角e是为了使得上下两路 光线从渐变折射率微透镜出射时的夹角比中间两路光线的小(由渐变 折射率透镜的ABCD矩阵计算可知，如无倾斜角9 ，上下出射光线 夹角必定大于中间光线夹角)，具体小多少可由长度z来控制。在z 确定后，可由高斯光束经渐变折射率微透镜的变换计算得到所述光纤 头距离渐变折射率微透镜的最佳距离。高度2h的选择主要需要考虑 由光纤头进入的四路光束在渐变折射率微透镜中不要发生交叠现象。 半径r要足够大，以保证上下光线不会在渐变折射率微透镜上下圆周 面发生折射。
所述GRIN准直透镜利用其特殊设计的结构和光学特性，决定着 光波在其内部传输的轨迹，以便导引输入和插入信号射向滤波反射模 块7，并将输出和分下信号引导到各自对应的光纤。GRIN准直透镜 的特殊性能可保证上述插入、输入、输出和分下的光线轨迹均位于同 一平面内。
参照图4，所述滤波反射模块包括N个滤波反射单元(图4所示 N=8)，呈中心对称分布。参照图5，所述滤波反射单元由一个滤波 器15和一个宽带高反镜16组成。所述宽带高反镜16是夹角为的双反射镜，其顶点与所述GRIN准直透镜的光轴重合。两面反射镜与
所述GRIN准直透镜的光轴分别成土 ^角，分别用于反射插入和分下 信号。参照图1和图5，经过GRIN透镜后的输入信号沿准直后输入 信号光路轨迹220入射到所述滤波器15的镀膜面，其反射的光波作 为直通信号。经过GRIN透镜后的插入信号沿准直后插入信号光路轨 迹120从所述滤波器15中透射，入射到反射镜16上，其反射的光波 再次通过滤波器15后与上述直通信号重合，形成输出信号，然后沿 准直前输出信号光路轨迹320进入所述的GRIN准直透镜中传播，直 至传播进入输出光纤300。经滤波器透射的输入信号光波作为分下信 号，射向所述反射镜16，其反射光波再次通过滤波器15后，再沿准 直前分下信号光路轨迹420反射入所述的GRIN准直透镜，直至传播 进入执行分下功能的光纤400。
参照图1，所述单片机控制模块9利用单片机控制歩进电机8， 驱动滤波反射模块沿精密导轨旋转，用以动态选择所要处理的特定工 作波长和所要执行的分插复用功能。
以8波长的波分复用信号为例，描述本实用新型的工作过程如
下
一束包含、入2入3入4入5"A7A8八个波长的复用信号经图1中 输入端口2，输入本实用新型可重配置光学分插复用器。经固定在光 纤紧固件5上的、与输入端口 2相连的输入光纤200，传输进入GRIN 准直透镜6，并沿着GRIN透镜中输入信号光路轨迹210在GRIN准 直透镜中向前传播，到达GRIN准直透镜输出端面后，以一定角度出 射并射向滤波反射模块7上的特定滤波反射单元。参照图4，假设滤 波反射单元14为针对工作波长A ,的滤波反射单元。当滤波反射模块 旋转至滤波反射单元14的位置时，参照图1和图5，从GRIN准直透镜出射并射向滤波反射模块的光束(^入2入3入4入5、入7入8)，沿 准直后输入信号光路轨迹220照射在滤波反射单元的滤波器15的镀 膜面，其中入2入3入4入5入6^7入8以一定角度反射，构成直通信号。 经滤波反射单元的滤波器15透射的光束入p正向传播，并射向滤波
反射单元的反射镜16表面，反射后再次透过滤波器15，沿准直前分 下信号光路轨迹420射入GRIN准直透镜6，然后沿GRIN透镜中分 下信号光路轨迹410传播入分下光纤4，直至分下端口 4。
与此同时，波长也为入,的插入信号经图1中插入端口 1，输入 本实用新型可重配置光学分插复用器。经固定在光纤紧固件5上的、 与插入端口 1相连的插入光纤100，传输进入GRIN准直透镜6，并 沿着GRIN透镜中插入信号光路轨迹110在GRIN准直透镜中向前传 播，到达GRIN准直透镜输出端面后，沿准直后插入信号光路轨迹 120射向滤波反射模块7上的滤波反射单元14。参照图1和图5，插 入信号(入。透过滤波器15，入射到反射镜16上。经反射镜16反
射，与上述直通信号(入2入3入4入5入6人7入8)合并形成输出信号(入 ，入2入3入4入5入6入7入8)。输出信号(入入2入3入4入5入6入7入"沿准
直前输出信号光路轨迹320射入GRIN准直透镜6，再沿GRIN透镜 中输出信号光路轨迹310传播入输出光纤300，直至输出端口 3。
权利要求1、可重配置光学分插复用器，包含位于器件同一侧的端口、与端口连接的光纤组、用于固定光纤组的光纤紧固件、引导光波传输的光纤准直器、滤波反射模块和单片机控制模块，所述滤波反射模块包含一转动圆盘以及中心对称地布置在所述圆盘上的滤波反射单元，所述的滤波反射单元由滤波器和反射镜组成；所述单片机控制模块包括与单片机连接的步进电机，所述步进电机连接所述的转动圆盘；其特征在于所述的光纤组由水平穿设在所述光纤紧固件上的一根插入光纤、一根输入光纤、一根输出光纤、一根分下光纤组成，上述光纤在同一竖直面内自上而下依次排列，所述的插入光纤与分下光纤关于光轴对称布置，所述的输入光纤与输出光纤关于光轴对称布置；所述光纤准直器为GRIN准直透镜，所述GRIN准直透镜的折射率从光轴到边缘按照抛物线型单调下降，且折射率呈轴对称分布，所述GRIN准直透镜的朝向光纤紧固件的入射端面包含位于中部的与光轴垂直的竖直平面段和两侧的朝所述端口一端倾斜的上、下斜面段，所述的上、下斜面段关于光轴对称布置，所述竖直平面段与所述的输入、输出光纤对应，所述的上、下斜面段分别与所述的插入光纤和分下光纤对应，所述GRIN准直透镜的出射端面为与光轴垂直的平面。
2、 如权利要求1所述的可重配置光学分插复用器，其特征在于 所述GRIN准直透镜的入射端面镀有用于减少回波的减反膜。
3、 如权利要求1或2所述的可重配置光学分插复用器，其特征在 于所述滤波反射单元中的反射镜是夹角为2p的双反射镜，其顶点 与所述GRIN准直透镜的光轴重合，两面反射镜与所述GRIN准直透 镜的光轴分别成士^角，分别用于反射插入和分下信号。
4、 如权利要求3所述的可重配置光学分插复用器，其特征在于所述输入、输出、分下和插入光纤端面的法线与光纤的光轴成8°的倾 角并镀有减反膜，以提高回波损耗。
5、 如权利要求4所述的可重配置光学分插复用器，其特征在于所述光纤紧固件为带有竖直排列的四个圆孔的机械装置，所述4个圆 孔分别用于固定上述4根光纤。
6、 如权利要求5所述的可重配置光学分插复用器，其特征在于所述圆盘为精密金属圆盘，圆盘上有N个精密螺孔，呈中心对称分布，所述滤波反射单元以螺丝紧固在圆盘上。
7、 如权利要求6所述的可重配置光学分插复用器，其特征在于所述的滤波器为多层介质薄膜滤波器。
8、 如权利要求7所述的可重配置光学分插复用器，其特征在于所述的反射镜为宽带高反镜。
专利摘要可重配置光学分插复用器，包含位于器件同一侧的端口、与端口连接的光纤组、用于固定光纤组的光纤紧固件、引导光波传输的光纤准直器、滤波反射模块和单片机控制模块，所述滤波反射模块包含一转动圆盘以及中心对称地布置在所述圆盘上的滤波反射单元；所述的光纤组由水平穿设在光纤紧固件上的一根插入光纤、一根输入光纤、一根输出光纤、一根分下光纤组成，上述光纤在同一竖直面内自上而下依次排列，所述的插入光纤与分下光纤、输入光纤与输出光纤分别关于光轴对称布置；所述光纤准直器为GRIN准直透镜。本实用新型提出了一种输入、输出、插入和分下光路在同一平面内，仅用单个器件即可同时完成直通、分下和插入功能的可重配置光学分插复用器。
文档编号G02B6/34GK201255779SQ200820162829
公开日2009年6月10日 申请日期2008年8月14日 优先权日2008年8月14日
发明者乐孜纯, 明 张 申请人:浙江工业大学