一种单纤双向bosa结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种用于4通道高速收发系统的单纤双向BOSA结构。
[0002]随着通讯领域的日益发展，传统的传输技术已经很难满足传输容量及速度的要求，在典型的应用领域如数据中心、网络连接、搜索引擎、高性能计算等领域，为改善宽带资源的不足，承运商和服务供应商们对规划新一代高速网络协议进行了部署，这就需要相应的高速收发模块以满足高密度高速率的数据传输要求。在高速的信息收发系统中，需要用高密度的光模块替代传统的光模块，采用多波长通道光收发技术，可以把更多的转发器和接收器集中在更小的空间中去，尤其在40Gbps或10Gbps的光纤解决方案中，采用4波长通道的传输技术，以每通道1Gbps或者更高的速度进行数据传输，其容量可以达到传统单通道传输的4倍甚至更高。而在这样的高速收发模块中，其核心组件即是模块中BOSA结构。
[0003]传统的BOSA结构是采用两个壳体分立的结构方式，其中一个为TOSA发射模块，另一个是ROSA接收模块，这就会使BOSA模块的体积庞大，并且造成资源的浪费，即使把TOSA和ROSA装在同一个模块中，也需要两路光纤跳线接口来进行发射和接收，若需发射和接收共用一根光纤，则需要接入外加光环形器，这无疑又增加了运行成本和光路的难度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种用于4波长通道高速收发系统的单纤双向BOSA结构，直接在一根光纤上进行上行和下行传输，无需外接器件或设备，大大简化了系统结构，降低了运营成本。
[0005]为达到上述目的，本发明提出的技术方案为:一种单纤双向BOSA结构，包括TOSA结构、ROSA结构和光收发合用光学结构三部分结构，所述TOSA结构又包括光发射结构和波分复用结构；所述ROSA结构又包括波分解复用结构和光接收结构；所述BOSA结构一端有一光接口，光接口从外部单光纤接收的光信号经所述光收发合用光学结构入射到ROSA结构的波分解复用结构中，再到光接收结构；所述TOSA结构发射的信号光经其波分复用结构合光之后，经所述光收发合用光学结构传输到光接口，由该光接口输出TOSA发射的信号光到外部单光纤。
[0006]本发明所述光收发合用光学结构，依次包括第一双折射偏振分光晶体元件，法拉第旋转器组件，第二双折射偏振分光晶体元件。所述的法拉第旋转器组件可以是单独的45°旋转角法拉第旋转片，也可以是45°旋转角法拉第旋转片和半波片(Half ffaveplate)的组合件，45°旋转角法拉第旋转片以及45°旋转角法拉第旋转片和半波片的组合件都可对光的两个相互正交的线偏振光方向做非互易旋转；所述的第一和第二双折射偏振分光晶体元件，都由双折射晶体材料加工而成，具有特定的光轴方向和外形尺寸，具有将光分为两束相互正交的线偏振光的作用，具有这种作用的元件可以是双折射晶体楔角片(Birefringent Crystal Wedge)，偏振光束偏移器(PBD Polarizat1n Beam Displacer)，沃拉斯顿(Wollaston)棱镜偏振器，双沃拉斯顿棱镜(Double Wollaston prism)偏振器，洛匈(Rochon)棱镜，尼科尔(Nicol)棱镜，格兰-傅科棱镜(Glan-Foucault prism),格兰-泰勒棱镜(Glan-Taylor prism),格兰-汤普森棱镜(Glan-Thompson prism)，塞拿蒙棱镜(Senarmont Prism)或诺马斯基棱镜(Nomarski Prism);双折射晶体材料可以是I凡酸钇(YV04)晶体，金红石(Rutile)晶体，铌酸锂(LiNb03)晶体等。在同一光收发合用光学结构中，本发明中所述第一双折射偏振分光晶体元件和第二双折射偏振分光晶体元件由相同的双折射晶体材料加工而成，且具有特定的相同外形尺寸，特别地，双折射偏振分光晶体元件两端通光面的夹角为相同的楔角，称此楔角为Θ。
[0007]进一步地，准直光束入射到特定光轴方向的第一双折射偏振分光晶体元件后被分为两束偏振相互正交的线偏振光，这两束线偏振光可以是平行的，也可以是不平行的；偏振方向正交的两束线偏振光被随后的法拉第旋转器组件做一定角度的非互易性旋转，45°旋转角法拉第旋转片的旋转角度是45°，45°旋转角法拉第旋转片和半波片的组合件的旋转角度是90° ;特定光轴方向的第二双折射偏振分光晶体元件将上述分开的正交线偏振光空间合束。光反向传输时，第二双折射偏振分光晶体元件接收空间分离的且有特定夹角的两束正交线偏振光，使两束正交线偏振光分别偏折后输送到法拉第旋转器组件；法拉第旋转器组件对此反向入射的线偏振光做非互易性旋转，对应于正向入射光，此反向光经过45°旋转角法拉第旋转片的旋转角为是45°，经过45°旋转角法拉第旋转片和半波片的组合件的旋转角是0° ;最后两束反向传输光被第一双折射偏振分光晶体元件空间合束。法拉第旋转片偏振旋光的非互易性，使得所述光收发合用光学结构能够对正向传输的一束光先分为两束正交线偏振光，再空间合束；同时也对反向传输的两束空间分离的正交线偏正光空间合束。光反向传输时，记入射第二双折射偏振分光晶体元件的两束空间分离的正交线偏振光之间的特定空间分离角为β，当双折射晶体材料确定时，β的大小与双折射偏振分光晶体元件两端通光面的楔角Θ有关，其关系式为:
[0008]β = 2.arcsin [ (ne~no).tan θ ]
[0009]其中，ne和no分别是双折射偏振分光晶体元件的非寻常光和寻常光折射率，楔角Θ的取值范围从0°到0C，Θ c为发生全反射的临界角。分离角β越大，所述光收发合用光学结构就越易获得高的正向传输和反向传输光信号之间的隔离度。所述光收发合用光学结构的正向传输偏振分光再合束的过程以及反向传输偏振合束的过程仅与光的偏振有关，而与波长无关，所述光收发合用光学结构无波长选择性。
[0010]本发明所述光收发合用光学结构的一个较好方案是，依次包括第一偏振光束偏移器，45°旋转角法拉第旋转片和半波片的组合件，第二偏振光束偏移器。本方案中两束反向传输的入射光和一束正向传输的出射光相互平行，需要在空间分开足够大的距离，才能获得正向传输和反向传输光信号之间的高隔离度。
[0011]本发明所述光收发合用光学结构的另一个较好方案是，依次包括第一双折射晶体楔角片，法拉第旋转器组件，第二双折射晶体楔角片。所述的法拉第旋转器组件可以是单独的45°旋转角法拉第旋转片，也可以是45°旋转角法拉第旋转片和半波片的组合件。本方案中反向入射光的分离角可以较大，并且与正向传输的出射光也成较大的角度，反向传输的入射光和正向传输的出射光无需在空间分开太大距离，就可获得正向传输和反向传输光信号之间的高隔离度。
[0012]本发明所述TOSA结构的一个较好方案是，所述TOSA结构的光发射结构包括四个不同波长的激光器组和准直透镜组；所述波分复用结构包括第一滤波膜片、第二滤波膜片、第三滤波膜片和三个全反射镜；所述激光器组发射四个不同波长λ 1、λ 2、λ 3、λ 4的光信号；所述第一滤波膜片对λ I增透对λ 2、λ 3和λ 4高反；所述第二滤波膜片对λ 2增透，对λ 1、λ 3和λ 4高反；所述第三滤波膜片对λ 3增透，对λ 1、λ 2和λ 4高反。
[0013]激光器组发出λ?、λ2、λ3和λ4四个不同波长的高消光比的线偏振光，经准直透镜组准直后，λ I先后被高反镜、第二滤波膜片反射，与透过第二滤波膜片的λ 2合束，λ 1、λ 2先后被高反镜、第三滤波膜片反射，与透过第三滤波膜片的λ 3合束，λ 1、λ 2、λ 3先后被高反镜、第四滤波膜片反射，与透过第一滤波膜片的λ 4合束。λ?、λ2、λ3和λ4最终合束的光依然是高消光比的线偏振光，本方案的合束光是只有一种偏振方向的线偏振光。通常在不增加能提高消光比的元件情况下，量子阱激光器直接可满足本发明方案中高消光比线偏振光的要求。
[0014]本发明所述TOSA结构的另一个较好方案是，所述TOSA结构由两个TOSA子结构组成，光发射结构包括两两一组共两组不同波长的激光器子组和准直透镜子组；所述波分复用结构包括两个子结构，分别由第二滤波膜片和一个全反射镜、第四滤波膜片和一个全反射镜组成；所述两个激光器子组共包括四个不同波长λ?、λ2、λ3、λ4的光信号；所述第二滤波膜片对λ 2增透对λ 1、λ 3和λ 4高反；所述第四滤波膜片对λ 4增透，对λ 1、λ 2和λ3高反。本方案的两组本方案较前一方案少用了第三滤波膜片及一个全反射镜。
[0015]两个激光器子组发出λ?、λ2、λ3和λ4四个不同波长的高消光比线偏振光，经准直透镜组准直后，λ I先后被高反镜、第二滤波膜片反射，与透过第二滤波膜片的λ 2合束，λ I和λ 2合束的光依然是高消光比的线偏振光；λ 3先后被高反镜、第四滤波膜片反射，与透过第四滤波膜片的λ 4合束，λ3和λ 4合束的光依然是高消光比的线偏振光，本方案两个TOSA子结构的合束光可以是两种偏振相互正交的两束线偏振光。通常在不增加能提高消光比的元件情况下，量子阱激光器直接可满足本发明方案中高消光比线偏振光的要求。
[0016]本发明所述ROSA结构的一个较好方案是，所述ROSA结构的光接收结构包括H)组和聚焦透镜组；所述波分解复用结构包括第一滤波膜片、第二滤波膜片、第三滤波膜片，第四滤波膜片和三个全反射镜；所述第一滤波膜片对λ I增透对λ 2、λ 3和λ 4高反；所述第二滤波膜片对人2增透，对λ 1、λ 3和λ 4高反；所述第三滤波膜片对λ 3增透，对λ 1、λ 2和λ 4高反；所述第四滤波膜片对λ4增透，对λ1、λ2和λ3高反。由光收发合用光学结构出射的光信号直接入射到第四滤波膜片上，其中λ 4直接透射后由聚焦透镜组会聚到H)组对应的H)上；λ 1- λ 3则被该第四滤波膜片反射至全反射镜上，经全反射镜反射到第三滤波膜片上，其中，λ 3直接透射后由聚焦透镜组会聚到ro组对应的ro上；λ I和λ 2则被第三滤波膜片反射至另一全反射镜上，经该全反射镜反射至第二滤波膜片上，其中，λ2直接透射后由聚焦透镜组会