一种光交叉波分复用装置的制作方法

本发明涉及一种光交叉波分复用装置，本发明属于光通信领域。

背景技术：

交叉复用技术是从奇偶信道交叉复用角度来解决通信容量问题的。目前的光交叉波分复用器(Interleaver)有三种类型：Mach-Zehnder(马赫-曾德)干涉仪、法布里-泊罗干涉仪和双折射晶体型三种，存在的主要问题是温度稳定性差、调试难度大以及成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术方案的不足，提出一种带宽指标优良、温度稳定性好、调试容易的低成本光交叉波分复用装置。

本发明技术方案实现的原理具体如下：从入射端口发出的光信号先经过扩束装置进行扩束以提高带宽指标，然后再经分光光栅分光成按波长分布的单通道光信号，各个单通道光信号再由聚焦透镜聚焦到反射镜处，而位于反射镜前面的透镜阵列在输入输出端口排列方向有曲率分布，并按照波长分组要求设置各个透镜单元在端口排布方向的中心位置，以选择让不同组波长从不同输出端口输出。

本发明采用的技术方案是：

一种光交叉波分复用装置，包括依次排列的准直输入输出装置、扩束装置、分光光栅、聚焦装置、透镜阵列、反射镜；其中，所述分光光栅将经过准直、扩束的输入光分光成按波长分布的多个单通道光信号，经聚焦装置聚焦后以平行方式入射到所述透镜阵列；所述透镜阵列设置在所述反射镜前、靠近所述反射镜的位置，所述透镜阵列包括多个透镜单元，每个所述透镜单元的透镜中心位置偏离其入射光线点以实现透过对应透镜单元的光线以预定入射角入射到所述反射镜，从而使得不同波长的光信号偏折后从相应的输出端口输出。

所述透镜阵列中每个透镜单元的透镜中心位置偏离其入射光线点的距离d由该透镜单元所对应的波长通道输出的端口到所述光交叉波分复用装置的输入端口的距离D决定，并有其中f为光学系统的焦距，f_lens为所述透镜阵列中相应透镜单元的焦距。

从同一个光交叉波分复用装置的输出端口输出的波长通道对应的透镜单元的透镜中心偏离入射光线点的距离设置为一致。

所述透镜阵列中透镜单元的透镜中心位置按照所述光交叉波分复用装置的输出端口数来分组，透镜单元的分组数目与输出端口数目相同。

所述透镜阵列的每一组透镜单元对应一组波长通道，每一组波长通道从指定的一个输出端口输出。

所述透镜阵列的每一组透镜单元采用固定的透镜单元间隔设置透镜中心位置分布，也可按照需求任意设置透镜单元中心位置分布。

所述透镜阵列的制作方法是：以掩膜版制作确定透镜单元的中心位置分布，最后再经由刻蚀、镀膜制作透镜阵列。

一种光交叉波分复用装置，包括依次排列的准直输入输出装置、扩束装置、分光装置、聚焦装置、反射装置；输入光信号经过准直输入输出装置准直后，再经过扩束装置进行扩束，扩束光束经过分光装置分光成按波长分布的单通道光信号，经过分光装置后的单通道光信号再由聚焦装置聚焦到反射装置；反射装置前进一步设置有透镜阵列，透镜阵列由多个对应波长通道的透镜单元组成，每个透镜单元的透镜中心位置偏离其入射光线点以实现透过对应透镜单元的光线以预定入射角入射到反射装置，透镜阵列选择不同组波长从各个指定的输出端口输出。

所述分光装置采用分光光栅，反射装置采用反射镜。

每个所述透镜单元的透镜中心位置偏离其入射光线点的距离d由该透镜单元所对应的波长通道输出的端口到所述光交叉波分复用装置的输入端口的距离D决定，并有其中f为光学系统的焦距，f_lens为所述透镜阵列(105)中相应透镜单元的焦距。

本发明具有如下优点：

1、本发明的光交叉波分复用装置具有带宽指标优良、温度稳定性好、调试容易和成本低的优点；

2、本发明的光交叉波分复用装置中用于选择波长分组输出的核心部件——透镜阵列，制作工艺成熟，容易加工和封装。

附图说明

图1、本发明的光交叉波分复用装置光路结构图；

图2、本发明透镜阵列中透镜单元的中心偏移与输出端口间距关系示意图；

图3a～图3b、本发明透镜阵列中透镜单元的中心位置分布图；

图4、本发明的光交叉波分复用装置在端口分布平面的光路示意图；

图5a～图5b、本发明的光交叉波分复用装置端口选择过程示意图；

其中：

101：准直输入输出装置； 102：扩束装置；

103：分光光栅； 104：聚焦装置；

105：透镜阵列； 106：反射镜；

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

本发明所适用的光交叉波分复用装置在波长分布平面即光栅分光平面的光路结构图具体如图1所示，准直输入输出装置101、扩束装置102、分光光栅103、聚焦装置104、透镜阵列105、反射镜106依次排列；准直输入输出装置101包括一个输入端口和多个输出端口，包含多个波长的光信号从输入端口进入光交叉波分复用装置，单个波长的光信号从各个相应的输出端口输出；光交叉波分复用装置的光路过程具体如下：输入光信号经过准直输入输出装置101准直后，再经过扩束装置102进行扩束，扩束光束经过分光光栅103分光成按波长分布的单通道光信号，经过分光光栅103后的通道光信号再由聚焦装置104聚焦到反射镜106，并由反射镜106前面的透镜阵列105选择不同组波长从各个指定的输出端口输出。

所述透镜阵列105由多个对应波长通道的透镜单元组成，每个透镜单元的透镜中心位置偏离其入射光线点以实现透过对应透镜单元的光线以预定入射角入射到反射镜106。如图2所示，假设透镜阵列105中某一透镜单元的透镜中心位置偏离其入射光线点的距离为d，透镜阵列105中透镜单元的焦距为f_lens，则透过该透镜单元的光线入射到反射镜106的入射角θ满足关系式d＝f_lens·tan(θ)；设该透镜单元所对应的波长通道输出的端口到所述光交叉波分复用装置的输入端口的距离为D，则有其中f为光学系统的焦距。

下面以一路信号光输入、分四组波长从四个输出端口输出的光交叉波分复用装置为例，来说明本发明的光交叉波分复用装置工作原理。输出端口数目也可以大于四个，此时需要调整透镜阵列105中透镜单元的中心位置分组数，使得透镜单元分组数等于输出端口数。

透镜阵列105中每个透镜单元对应一个波长通道，各个透镜单元的中心位置可以如图3a所示周期分布，透镜单元的中心位置在端口排布方向(X方向)分成了四组，每一组透镜单元中各个透镜单元的中心位置相同，并间隔3个透镜单元，相应的，波长通道也是间隔3个通道分成了四组：λ₁、λ₅、λ₉...λ_n-3，λ₂、λ₆、λ₁₀...λ_n-2，λ₃、λ₇、λ₁₁...λ_n-1，λ₄、λ₈、λ₁₂...λ_n；各个透镜单元的中心位置也可以如图3b所示随机分布，图中波长通道分成了如下四组：λ₁、λ₄、λ₉...λ_n-3，λ₂、λ₇、λ₁₁...λ_n-2，λ₃、λ₆、λ₁₀...λ_n，λ₅、λ₈、λ₁₂...λ_n-1。这四组波长通道分别从四个输出端口输出，本领域技术人员应当能够理解，这四组波长通道中的波长通道个数应大致相当或相等；输出端口的选择由各组波长通道对应的透镜单元组的中心位置决定，透镜单元的中心位置分布则是在透镜阵列制作工艺中的掩膜版制作环节确定，最后再经由刻蚀、镀膜等工艺完成最终的透镜阵列制作。

图4为本发明所适用的光交叉波分复用装置在端口分布平面的光路示意图，五个端口从下到上设置为①、②...⑤，信号光从中心端口③入射，透镜阵列105的透镜单元为负透镜(根据光学系统设计要求也可为正透镜)。当某一组透镜单元的负透镜中心相对于聚焦装置104的中心(入射光线中心)偏上时(图5a中情形)，经过该组透镜单元后入射光线方向变成俯，再经反射镜106反射后光从下面端口例如①端口输出；当某一组透镜单元的负透镜中心相对于聚焦装置104的中心偏下时(图5b中情形)，经过该组透镜单元后入射光线方向变成仰，再经反射镜106反射后光从上面端口例如⑤端口输出。于是通过设置各组透镜单元的透镜中心位置即可实现透过各组透镜单元的光线以不同的入射角入射到反射镜106，继而经反射镜反射后从不同的输出端口输出，而每一组透镜单元对应一组波长通道，由此即实现了不同组波长从不同端口输出的功能。

虽然以上仅描述了本发明的光交叉波分复用装置进行分波的原理和过程，根据光路可逆的性质，本领域技术人员应当理解，使用本发明的光交叉波分复用装置同样能够进行多个波长的合波，其分波合波的波长个数优选为2的倍数，例如40、48、80、96或者按照客户实际需求的其它波长个数。

虽然本发明已经详细地示出并描述了一个相关的特定的实施例参考，但本领域的技术人员应该能够理解，在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。