一种新型波分复用光器件及波分解复用光器件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种新型波分复用光器件及波分解复用光器件，对于波分复用光器件，半导体激光器在出光口上层平面等间距放置，上层每个激光器发射的光信号通过聚焦透镜耦合到位于玻璃本体的相应光波分滤光片上，再进入到玻璃本体中形成光弹射传输，最终上层光路的全部光信号复用在一起，透过玻璃本体的窗口出射到一个平行反射棱镜上反射，而后整个上层光路被压向位于下层的另一个平行反射面上，此反射面对上层来的光路信号全反射；从而实现上层光信号复用后从下平面弹射到出光口。对于波分解复用光器件，类似于上述波分复用工作原理，入射进来的一路波分光信号被平行反射棱镜的两个平行面反射到上层光路传输，最终被解复用后出射到相对应的半导体探测器上。
【专利说明】—种新型波分复用光器件及波分解复用光器件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光器件、光纤通信领域、波分光通信(WDM)网络，尤其涉及一种应用于高速光通信器件、模块以及系统中的紧凑结构的波分复用光器件及波分解复用光器件。
【背景技术】
[0002]来自云计算、数据中心、移动互联网等的建设导致了全球市场对宽带的强劲需求，光通信网络采用了有着巨大带宽资源和优异传输性能的光纤介质，可以满足不断增长的数据业务、网络资源等的要求。作为高速光纤通信的关键核心器件和技术，发展能够支撑40Gb/s、100Gb/s及其更快传输速率的光器件成为了全球研发和投资的重点。目前业界采用的解决方案是利用平行光学的方法，将多路相对较低传输速率的光信号复用到一根光纤里，例如40Gb/s就是将4路lOGb/s传输速率、具有不同波长的光信号复用到一根光纤里传输，或者是将40Gb/s速率的光信号解复用成4路具有不同波长的并行传输的lOGb/s光信号。因此，如何实现小型化、低成本的40Gb/s、100Gb/s以及更快传输速率的并行传输光器件成为了重中之重，在这些光器件中，设计紧凑结构的波分复用解复用光器件是其中的关键技术之一。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于:针对上述的市场需求，提出了一种新型的紧凑结构波分复用光器件及波分解复用光器件，本实用新型的成本低廉，工艺简单，充分利用了光器件入光口和出光口上方的空间，适合封装紧凑的小封装光器件。
[0004]本实用新型的技术方案为:
[0005]—种波分复用光器件，包括玻璃本体、反射镜、光波分滤光片、透镜、半导体激光器、平行反射棱镜、稱合透镜、稱合光纤，反射镜和光波分滤光片分别附着在玻璃本体上，在半导体激光器与玻璃本体之间放置透镜；其特征在于:半导体激光器在出光口上层平面等间距放置，玻璃本体与半导体激光器发射光信号的光轴成一个固定角度β，且该固定角度的形成确保入射到玻璃本体内的光信号形成光弹射传输；每个半导体激光器对应一个透镜和一个光波分滤光片，并且每组中附着在玻璃本体上的反射镜与其中的一个光波分滤光片相对应，反射镜将通过该对应的光波分滤光片的光信号反射到附着在玻璃本体上的另一个光波分滤光片上；平行反射棱镜放置在玻璃本体的玻璃出光窗口处，与复用后的从玻璃出光窗口出射的光路成一定角度，并使弹射光信号进入下层空间，复用后的光信号经过平行反射棱镜的两个平行面弹射后，依次通过耦合透镜、耦合光纤输出。
[0006]所述的平行反射棱镜为平行放置的两个反射镜组合而成，或为一个棱镜相对的两个平行面，分别镀有高反射膜，或为一个高折射率棱镜相对的两个平行面，光在两个面上分别进行全反射。
[0007]所述的每组中附着在玻璃本体上的反射镜为分立的反射镜粘结在玻璃本体上或者玻璃本体上的一个面上镀有反射膜。
[0008]所述的半导体激光器为阵列激光器或分立的激光器；所述的透镜为阵列透镜组或分立的透镜。
[0009]所述的每组中的光波分滤光片为带通滤光片。
[0010]一种波分解复用光器件，包括玻璃本体、反射镜II1、光波分滤光片II1、透镜I1、平行反射棱镜I1、半导体探测器、耦合透镜I1、耦合光纤II，反射镜III和光波分滤光片III分别附着在玻璃本体上，在半导体探测器与玻璃本体之间放置透镜II ;其特征在于:玻璃本体与半导体探测器接收的光信号的光轴成一个固定角度β，且该固定角度的形成确保入射到玻璃本体内的光信号形成光弹射后传输到各半导体探测器；各个半导体探测器在上层空间等间距排列，每个半导体探测器对应一个透镜II和一个光波分滤光片III，并且附着在玻璃本体上的反射镜III与一个光波分滤光片III相对应，反射镜III将通过附着在玻璃本体上的另一个相邻的光波分滤光片III上反射的光信号反射到与之对应的光波分滤光片III上；平行反射棱镜II放置在玻璃本体的玻璃窗口入射光路处，光口输入的合光信号依次通过耦合光纤
I1、耦合透镜II入射到平行反射棱镜II，平行反射棱镜II与入射进的复用光路成相应角度，并使弹射光信号进入上层空间，光信号经过平行反射棱镜II两个平行面弹射进入上层空间后，再从玻璃窗口入射到玻璃本体，经过在玻璃本体中解复用后再输入各组的半导体探测器中。
[0011]所述的平行反射棱镜II为平行放置的两个反射镜组合而成，或为一个棱镜相对的两个平行面，分别镀有高反射膜，或为一个高折射率棱镜相对的两个平行面，光在两个面上分别进行全反射。
[0012]所述的每组中附着在玻璃本体上的反射镜III为分立的反射镜粘结在玻璃本体上或者玻璃本体上的一个面上镀有反射膜。
[0013]所述的半导体探测器为阵列探测器或分立的探测器；所述的透镜II为阵列透镜组或分立的透镜。
[0014]所述的每组中的光波分滤光片III为带通滤光片。
[0015]本实用新型的成本低廉，工艺简单，充分利用了光器件入光口和出光口上方的空间，适合封装紧凑的小封装光器件。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的波分复用光器件结构图。
[0017]图2为本实用新型波分复用光器件光路原理图。
[0018]图3为本实用新型的波分解复用光器件结构图。
[0019]图4为本实用新型波分解复用光器件光路原理图。
[0020]图5a为本实用新型【具体实施方式】俯视图。
[0021]图5b为本实用新型【具体实施方式】侧视图。
【具体实施方式】
[0022]结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0023]如图1所示，本实用新型提出的紧凑结构波分复用光器件，包括:四个半导体激光器104、反射镜、四个透镜103、玻璃本体101、四个光波分滤光片102(包含I号、2号、3号、4号共计4个光波分滤光片)、一根耦合光纤105、平行反射棱镜、一个耦合透镜106，平行反射棱镜由平行反射棱镜的一个反射面I 100和一个对应的平行反射面II 107的组合，反射镜和四个光波分滤光片102分别附着在玻璃本体101上，在四个半导体激光器104与玻璃本体101之间放置四个透镜103 ;半导体激光器在出光口上层平面等间距放置，玻璃本体101与半导体激光器104发射光信号的光轴成一个固定角度β，且该固定角度的形成确保入射到玻璃本体101内的光信号形成光弹射传输；采用的半导体激光器104是分立的激光器，所发出的不同波长光信号λρ λ2、λ3、λ4，分别通过各自透镜103入射到附着在玻璃本体101上对应的光波分滤光片102，透镜103是分立的透镜。具有波长λ i的光信号入射到上层I号光波分滤光片上后进入到玻璃本体101内，经过附着在玻璃本体101上的一个反射镜I反射到达上层2号光波分滤光片，与入射到2号光波分滤光片上的光信号λ 2合光后经过附着在玻璃本体101上的一个反射镜I反射到达上层3号光波分滤光片，与入射到3号光波分滤光片上的光信号λ 3合光后经过附着在玻璃本体101上的一个反射镜I反射到达上层4号光波分滤光片，与入射到4号光波分滤光片上的光信号λ 4合光后出射到平行反射棱镜的反射面I 100上,上层合光信号λ ^ λ 2+λ 3+λ 4被平行反射棱镜的反射面I 100反射90°后向下到达平行反射棱镜的反射面II 107。最终合光信号入1+入2+入3+入4通过平行反射棱镜的反射面II 107反射后通过稱合透镜106稱合到稱合光纤105输出。
[0024]针对图1所示的波分复用光器件结构，图2说明了在光口上层平面内波分复用光路具体实现工作原理。从半导体激光器204发射的光信号λ i经过透镜203后入射到光波分滤光片202上,光信号λ j经过I号光波分滤光片进入到玻璃本体200内，然后被附着在200上的反射镜201反射到2号光波分滤光片上，与入射到2号光波分滤光片上的光信号入2合光后经过附着在玻璃本体200上的一个反射镜201反射到达上层3号光波分滤光片，与入射到3号光波分滤光片上的光信号λ 3合光后经过附着在玻璃本体200上的一个反射镜201反射到达上层4号 光波分滤光片，与入射到4号光波分滤光片上的光信号λ 4合光后出射到玻璃本体出光口 205处，从而光信号λ” λ2、λ 3在玻璃本体200内实现了光弹射传输。反射镜201可以是在玻璃本体200上直接镀高反膜，反射镜201也可以是采用反射镜粘结在玻璃本体200上。玻璃本体200是方形玻璃块倾斜放置、并与来自半导体激光器204发射光信号的光轴成一个固定角度β，或者是一个菱形玻璃块、其放置会与来自半导体激光器204发射光信号的光轴成一个固定角度β，该固定角度的形成确保了入射到玻璃本体200内的光信号可以形成光弹射传输，即经过反射镜201后可以反射到相应的光波分滤光片上。这样，前面弹射的光信号经过上述光路会与下一路光信号进行合光，最终透过位于玻璃本体200的玻璃窗口 205出射，该玻璃窗口 205是玻璃本体200的一个镀增透膜的端面，也可以是玻璃本体200的一个没有镀增透膜的端面。
[0025]图3为波分解复用光器件结构,包括:稱合光纤II 305、稱合透镜II 306、玻璃本体301、反射镜II1、四个光波分滤光片III 302 (包含I号、2号、3号、4号共计4个光波分滤光片)、四个透镜II 303、四个半导体探测器304、以及位于玻璃本体外部的平行反射棱镜II，各个半导体探测器在上层空间等间距排列，反射镜III和光波分滤光片III分别附着在玻璃本体301上，在半导体探测器304与玻璃本体301之间放置透镜II 303 ;玻璃本体301与半导体探测器304接收的光信号的光轴成一个固定角度β，且该固定角度的形成确保入射到玻璃本体内的光信号形成光弹射后传输到各半导体探测器；平行反射棱镜II由平行反射棱镜的一个反射面300和一个对应的平行反射面307的组合,波分解复用的工作原理与上述的波分复用工作原理类似，只是光路逆向传输，即入射合光信号通过耦合光纤II 305进来的波分复用光信号入一入片入打入‘通过耦合透镜〗〗306入射到平行反射棱镜II的一个平行反射面307上，光信号被平行反射面307形成90°反射向上到达反射面300后，再被90°反射进入到玻璃本体301中，再经光波分滤光片III 302最终将上层光信号解复用后分别到达半导体探测器304上。采用的半导体探测器304是分立的探测器，透镜II 303是分立的透镜。[0026]图4说明了图3所示的波分解复用光器件的光路原理。类似于波分复用光器件的光路原理，玻璃本体400可以是方形玻璃块倾斜一个固定角度β放置，或者是一个具有固定角度β菱形玻璃块。入射进来的光信号“ λ A λ 2+λ 3+λ 4”通过玻璃本体400上的玻璃窗口到达4号光波分滤光片III上，入4光信号通过透镜II 403到达半导体探测器404上。光信号λ片λ 2+ λ 3被4号光波分滤光片III反射到反射面401上后形成光弹射传输,被进一步反射到3号光波分滤光片III，λ 3光信号通过透镜II 403到达半导体探测器404上。光信号λ 被3号光波分滤光片III反射到反射面401上后形成光弹射传输,被进一步反射到2号光波分滤光片III，λ 2光信号通过透镜II 403到达半导体探测器404上。光信号入工被2号光波分滤光片III反射到反射面401上后形成光弹射传输,被进一步反射到I号光波分滤光片III，λ 信号通过透镜II 403到达半导体探测器404上。从而实现对光信号“λ1+λ2+λ3+λ4”的解复用功能。
[0027]本实用新型提出的新型紧凑结构的波分复用解复用光器件，将4路lOGb/s并行传输的波分光信号复用到一根光纤中，形成40Gb/s的光传输应用。类似的，基于光互易原理，本实用新型提出的新型设计也可将波分复用的40Gb/s的光信号解复用成4路lOGb/s并行传输的波分光信号，这里将重点说明将4路10Gb/s并行传输的波分光信号复用成40Gb/s的光传输，如图5a、5b所不的俯视图和侧视图，包括壳体502,光出射口 501,平行反射棱镜503，玻璃本体504，光波分滤光片505，激光器透镜506，半导体激光器507，附着在玻璃本体上的反射镜500，光口透镜508，光隔离器509。玻璃本体504倾斜一个角度β放置在壳体中。
[0028]I号、2号、3号和4号半导体激光器507放置在壳体的上层，I号、2号、3号和4号光波分滤光片505相对应于I号、2号、3号和4号半导体激光器507的位置:I号、2号、3号和4号光波分滤光片805固定在玻璃本体504上。这样，I号半导体激光器507发出的光通过激光器透镜506稱合到I号光波分滤光片505上,相应地,2号、3号和4号半导体激光器507发出的光分别通过激光器透镜506稱合到2号、3号和4号光波分滤光片505上。半导体激光器507和激光器透镜506可以是阵列组，也可以是分立的元件。
[0029]4个平行半导体激光器507的光信号分别通过对应的光波分滤光片505入射到玻璃本体504中，其中每个光波分滤光片505具有全反射其他通道光信号和全透射对应的半导体激光器507通道光信号的特性:1号光信号入射到具有倾斜角度β放置的反射镜500上，该角度确保了反射光到达2号光波分滤光片上。反射镜500是在玻璃本体504的一个侧面的一部分镀全反膜形成的。透射进入到玻璃本体504的2号光信号与I号光信号合光复用后，再被反射到3号光波分滤光片上，通过与3号光信号合光复用后，再被反射到4号光波分滤光片上，全部光信号复用后，通过玻璃本体504的窗口出射到反射镜503上，并弯折90°把光路压向放置在壳体下层空间的反射镜510上，最终实现了上层光路的合光复用。合光复用后入射到光隔离器509，再一起透射过透镜508输出，最终实现了利用光口上层空间将4路光信号的合光复用后从光口 501出射。
[0030]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种波分复用光器件,包括玻璃本体、反射镜、光波分滤光片、透镜、半导体激光器、平行反射棱镜、耦合透镜、耦合光纤，反射镜和光波分滤光片分别附着在玻璃本体上，在半导体激光器与玻璃本体之间放置透镜；其特征在于:半导体激光器在出光口上层平面等间距放置，玻璃本体与半导体激光器发射光信号的光轴成一个固定角度β，且该固定角度的形成确保入射到玻璃本体内的光信号形成光弹射传输；每个半导体激光器对应一个透镜和一个光波分滤光片，并且每组中附着在玻璃本体上的反射镜与其中的一个光波分滤光片相对应，反射镜将通过该对应的光波分滤光片的光信号反射到附着在玻璃本体上的另一个光波分滤光片上；平行反射棱镜放置在玻璃本体的玻璃出光窗口处，与复用后的从玻璃出光窗口出射的光路成一定角度，并使弹射光信号进入下层空间，复用后的光信号经过平行反射棱镜的两个平行面弹射后，依次通过耦合透镜、耦合光纤输出。
2.根据权利要求1所述的波分复用光器件，其特征在于:所述的平行反射棱镜为平行放置的两个反射镜组合而成，或为一个棱镜相对的两个平行面，分别镀有高反射膜，或为一个高折射率棱镜相对的两个平行面，光在两个面上分别进行全反射。
3.根据权利要求1所述的波分复用光器件，其特征在于:所述的每组中附着在玻璃本体上的反射镜为分立的反射镜粘结在玻璃本体上或者玻璃本体上的一个面上镀有反射膜。
4.根据权利要 求1所述的波分复用光器件，其特征在于:所述的半导体激光器为阵列激光器或分立的激光器；所述的透镜为阵列透镜组或分立的透镜。
5.根据权利要求1所述的波分复用光器件，其特征在于:所述的每组中的光波分滤光片为带通滤光片。
6.一种波分解复用光器件，包括玻璃本体、反射镜II1、光波分滤光片II1、透镜I1、平行反射棱镜I1、半导体探测器、耦合透镜I1、耦合光纤II，反射镜III和光波分滤光片III分别附着在玻璃本体上，在半导体探测器与玻璃本体之间放置透镜II ;其特征在于:玻璃本体与半导体探测器接收的光信号的光轴成一个固定角度β，且该固定角度的形成确保入射到玻璃本体内的光信号形成光弹射后传输到各半导体探测器；各个半导体探测器在上层空间等间距排列，每个半导体探测器对应一个透镜II和一个光波分滤光片III，并且附着在玻璃本体上的反射镜III与一个光波分滤光片III相对应，反射镜III将通过附着在玻璃本体上的另一个相邻的光波分滤光片III上反射的光信号反射到与之对应的光波分滤光片III上；平行反射棱镜II放置在玻璃本体的玻璃窗口入射光路处，光口输入的合光信号依次通过耦合光纤I1、耦合透镜II入射到平行反射棱镜II，平行反射棱镜II与入射进的复用光路成相应角度，并使弹射光信号进入上层空间，光信号经过平行反射棱镜II两个平行面弹射进入上层空间后，再从玻璃窗口入射到玻璃本体，经过在玻璃本体中解复用后再输入各组的半导体探测器中。
7.根据权利要求7所述的波分解复用光器件，其特征在于:所述的平行反射棱镜II为平行放置的两个反射镜组合而成，或为一个棱镜相对的两个平行面，分别镀有高反射膜，或为一个高折射率棱镜相对的两个平行面，光在两个面上分别进行全反射。
8.根据权利要求7所述的波分解复用光器件，其特征在于:所述的每组中附着在玻璃本体上的反射镜III为分立的反射镜粘结在玻璃本体上或者玻璃本体上的一个面上镀有反射膜。
9.根据权利要求7所述的波分解复用光器件，其特征在于:所述的半导体探测器为阵列探测器或分立的探测器；所述的透镜II为阵列透镜组或分立的透镜。
10.根据权利要求7所述的波分解复用光器件，其特征在于:所述的每组中的光波分滤光片III为带通滤光片 。
【文档编号】G02B6/42GK203502625SQ201320574875
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】胡朝阳, 李虎成, 余焘 申请人:武汉锐奥特科技有限公司