本发明涉及光纤通讯技术领域，尤其涉及光纤通讯技术领域中的一种单纤双向多波长光收发组件。
背景技术
由于光纤通讯发展迅速，随着单根光纤传输容量需求的提升(如传输视频影像等)，直接要求最大利用光纤的宽度。波分复用(wdm)技术是用于提高传输容量的关键技术之一。wdm系统对各波长彼此不同的多个光信号进行多路复用。近几年，要求光学模块的wdm化，例如，作为用于具有结合从多个光源发出的不同波长的光信号而进行波长多路复用的光发射组件的光学模块的tosa,已知的有将四个容纳ld(激光二极管)的can封装件向相同方向排成一列而配置的tosa。另一方面，近几年，要求光收发两用机等光学模块的进一步的小型化。例如，要求与对应于40～100gbe连接的光纤的收发两用机规格即cfp(compactformfactorpluggable)qsfp(quadsmallform-factorpluggable)对应的小型光收发两用机，尤其要求单光纤多波长的小型光收发两用机。
同时，lan-wdm标准的草案，对分别具有每个波长为25gbps的传输速度且频宽为800ghz的四个光信号进行多路复用，以实现100gbps的传输容量。相应的光信号的波长为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.14nm。lan-wdm草案中规定的光收发器具有遵循cfp(100g可插拔式)多源协议(msa)的外部尺寸。然而，非常需要进一步减小光收发器的尺寸以及成本，以便在通信设备中高密度地安装光收发器。
目前，现有的一种多波长复用的光学原理所示，将4个光信号多路复用。如果要更高的容量，就需要对8个光信号进行复用或者解复用。显然8个波长的复用和解复用，除了结构复杂外，还需要增加4种波长的ldchip和4种波长的滤波片。本发明采用光收发光学组件作为基础，对收发两个方向的光，进行复用和解复用，同样实现了8个光信号的功能。对于实现8波长每波长50g的400g应用,有关键性的作用。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种单纤双向多波长光收发组件，在同一根光纤上进行多波长光信号的输入和输出，减小光收发器件的尺寸以及成本；实现光纤传输容量的翻倍。
一种单纤双向多波长光收发组件，其特征在于：
包括发射端1、公共端2、接收端3、光收发光学组件5；
发射端1包括依次排列的含有多个激光器的激光器组11、含有多个正透镜的汇聚正透镜组12、含有多个负透镜的发散负透镜组13和含有一个第一全反射镜141和多个波分复用膜片的波分复用光学组件组14，第一组发射端组合为激光器、正透镜、负透镜、第一全反射镜141，其他组发射端组合为激光器、正透镜、负透镜、波分复用膜片；
公共端2是光信号的输入输出端口；
接收端3包括依次排列的含有数个光电二极管的光电二极管组31、含有数个汇聚透镜的汇聚透镜组32和波分解复用光学组件6，波分解复用光学组件6包括光学基片61和数个滤光片；
光收发光学组件5包括布置在一个方形的对角的第一偏振分光器511和第二偏振分光器512；位于该方形的另一对角的第二全反射镜551和第三全反射镜552；磁环56、磁旋光片57、22.5度1/2波片58三者的组合位于第二全反射镜551和第二偏振分光器512之间，光程补偿片59位于第一偏振分光器511和第三全反射镜552之间；
最后一组发射端组合的波分复用膜片144位置与第一偏振分光器511对应；
第一偏振分光器511位置与光学基片61对应；
公共端2位置与第二偏振分光器512对应。
在最后一组发射端组合的波分复用膜片144与第一偏振分光器511之间，设置有45°1/2波片145。
另一种方案是：
一种单纤双向多波长光收发组件，其特征在于：
包括发射端1、公共端2、接收端3、光收发光学组件5；
发射端1包括依次排列的含有多个激光器的激光器组11、含有多个正透镜的汇聚正透镜组12、含有多个负透镜的发散负透镜组13和含有一个第一全反射镜141和多个波分复用膜片的波分复用光学组件组14，第一组发射端组合为激光器、正透镜、负透镜、第一全反射镜141，其他组发射端组合为激光器、正透镜、负透镜、波分复用膜片；
公共端2是光信号的输入输出端口；
接收端3包括依次排列的含有数个光电二极管的光电二极管组31、含有数个汇聚透镜的汇聚透镜组32和波分解复用光学组件6，波分解复用光学组件6包括光学基片61和数个滤光片；
光收发光学组件5包括布置在一个方形的对角的第一偏振分光器511和第二偏振分光器512；位于该方形的另一对角的第二全反射镜551和第三全反射镜552；磁环56、磁旋光片57、22.5度1/2波片58三者的组合位于第二全反射镜551和第二偏振分光器512之间，并且磁环56、磁旋光片57、22.5度1/2波片58三者的组合位于位于第一偏振分光器511和第三全反射镜552之间；
最后一组发射端组合的波分复用膜片144位置与第一偏振分光器511对应；
第一偏振分光器511位置与光学基片61对应；
公共端2位置与第二偏振分光器512对应。
另一种方案是：
一种单纤双向多波长光收发组件，其特征在于：
包括发射端1、公共端2、准直镜4、光收发光学组件5；
发射端1包括依次排列的含有多个激光器的激光器组11、含有多个正透镜的汇聚正透镜组12、含有多个负透镜的发散负透镜组13和含有一个第一全反射镜141和多个波分复用膜片的波分复用光学组件组14，第一组发射端组合为激光器、正透镜、负透镜、第一全反射镜141，其他组发射端组合为激光器、正透镜、负透镜、波分复用膜片；
公共端2是光信号的输入输出端口；
光收发光学组件5包括布置在一个方形的对角的第一偏振分光器511和第二偏振分光器512；位于该方形的另一对角的第二全反射镜551和第三全反射镜552；磁环56、磁旋光片57、22.5度1/2波片58三者的组合位于第二全反射镜551和第二偏振分光器512之间，并且磁环56、磁旋光片57、22.5度1/2波片58三者的组合位于位于第一偏振分光器511和第三全反射镜552之间；
最后一组发射端组合的波分复用膜片144位置与第一偏振分光器511对应；
第一偏振分光器511位置与准直镜4之间设有第四全反射镜553；
公共端2位置与第二偏振分光器512对应。
另一种方案是：
一种单纤双向多波长光收发组件，其特征在于：
包括准直镜4、公共端2、接收端3、光收发光学组件5；
公共端2是光信号的输入输出端口；
接收端3包括依次排列的含有数个光电二极管的光电二极管组31、含有数个汇聚透镜的汇聚透镜组32和波分解复用光学组件6，波分解复用光学组件6包括光学基片61和数个滤光片；
光收发光学组件5包括布置在一个方形的对角的第一偏振分光器511和第二偏振分光器512；位于该方形的另一对角的第二全反射镜551和第三全反射镜552；磁环56、磁旋光片57、22.5度1/2波片58三者的组合位于第二全反射镜551和第二偏振分光器512之间，并且磁环56、磁旋光片57、22.5度1/2波片58三者的组合位于位于第一偏振分光器511和第三全反射镜552之间；
准直镜4位置与第一偏振分光器511对应；
第一偏振分光器511位置与光学基片61对应；第一偏振分光器511位置与光学基片61之间设有第四全反射镜553；
公共端2位置与第二偏振分光器512对应。
激光器组发出数个不同波长的线偏振光。
汇聚正透镜组和发散负透镜组将激光器组构成的准直透镜组将激光器组发出的发散光束准直成平行光束。
汇聚透镜组将接收的准直光束汇聚到光电二极管组。
本发明的光收发内核利用偏振分光器、波片、磁旋光片，实现光接收和发射两个方向的复用和解复用。
波分复用光学组件中利用准直平行光，单偏振态光束，45°波分复用膜片对四路光进行复用。
根据需要，发射端或者接收端可以用光纤导出，外接独立的发射端或者接收端。
光收发内核可以在立体空间中转向。
发射端采用汇聚的正透镜和发散的负透镜组成准直透镜组，修正激光器的方向和位置偏差。
光收发光学组件，除四波长外，也一样适用于六波长、八波长、十波长、十二波长及其它多波长数目。
光收发光学组件，在一定的波长范围内对各种波长是无差别的，所以发端和收端的波长/波长组，可以是同样的，也可以是不同样的。
本发明的优点在于：
1、光收发光学组件利用偏振分光器、波片、磁旋光片，实现光接收和发射两个方向的复用和解复用。
2、波分复用光学组件中利用准直平行光，单偏振态，45°波分复用膜片对四路光进行复用。
3、根据需要，发射端或者接收端可以用光纤导出，外接独立的发射端或者接收端。
4、发射端采用汇聚的正透镜和发散的负透镜组成准直透镜组，修正激光器的方向和位置偏差。
5、光收发光学组件可以在立体空间中转向。
6、光收发光学组件，在一定波长范围内对波长是无差别的，可以实现任意间隔的奇、偶组波长的复用和解复用。
在5g收发模块标准中，需要用到50g/100g波长间隔的奇偶两组波长，以实现一组发射一组接收。本发明的光收发光学组件，在一定范围内(磁旋光片和波片的有限范围，一般是60nm)，对光波长是无差别的，可以实现任意波长间隔的两组奇偶波长组的复用和解复用，显然本发明可以完全符合5g的应用要求。
本发明提供的一种单纤双向多波长光收发组件能在同一根光纤上进行多波长光信号的输入和输出，减小光收发器件的尺寸以及成本，性能更好，成本低等优势，特别是实现了光纤传输容量的翻倍。
附图说明
图1为本发明实施例一单纤双向多波长光收发组件光学结构示意图；
图2为本发明实施例二发射端加波片旋转偏振方向示意图；
图3为本发明实施例三光收发光学组件全偏振态光路示意图；
图4为本发明实施例四单纤双向多波长光收发组件光学结构示意图；
图5为本发明实施例五单纤双向多波长光收发模块光学结构示意图。
附图标示：
1-发射端；
11-激光器组；111-第一激光器；112-第二激光器；113-第三激光器；114-第四激光器；
12-汇聚正透镜组；121-第一正透镜；122-第二正透镜；123-第三正透镜；124-第四正透镜；
13-发散负透镜组；131-第一负透镜；132-第二负透镜；133-第三负透镜；134第四负透镜；
14-波分复用光学组件组；141-第一全反射镜；142-第一波分复用膜片；143-第二波分复用膜片；144-第三波分复用膜片；145-45°1/2波片；
2-公共端；
3-接收端；
31-光电二极管组；311-第一光电二极管；312-第二光电二极管；313-第三光电二极管；314-第四光电二极管；
32-汇聚透镜组；321-第一汇聚透镜；322-第二汇聚透镜；323-第三汇聚透镜；324-第四汇聚透镜；
4-准直器；
5-光收发光学组件；511-第一偏振分光器；512-第二偏振分光器；551-第二全反射镜；552-第三全反射镜；553-第四全反射镜；56-磁环；57-磁旋光片；58-22.5度1/2波片；59-光程补偿片；
6-波分解复用光学组件；61-光学基片；621-第一滤光片；622-第二滤光片；623-第三滤光片；624-第四滤光片。
11'-线偏振光；12'-线偏振光；21'-线偏振光；22'-线偏振光；
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
为了便于表达，本发明图中圆点为垂直纸面的光，直线为平行纸面的光。
参考图1，为本发明实施例一单纤双向多波长光收发组件，包括包括发射端1、公共端2、接收端3、光收发光学组件5。
发射端1包括激光器组11、汇聚正透镜组12、发散负透镜组13和波分复用光学组件组14。
激光器组11包括第一激光器111；第二激光器112；第三激光器113；第四激光器114。
汇聚正透镜组12包括第一正透镜121；第二正透镜122；第三正透镜123；第四正透镜124。
发散负透镜组13包括第一负透镜131；第二负透镜132；第三负透镜133；第四负透镜134。
波分复用光学组件14包括第一全反射镜141、第一波分复用膜片142、第二波分复用膜片143、第三波分复用膜片144。
第一激光器111、第一正透镜121、第一负透镜131、第一全反射镜141为第一组发射端组合，其他发射端组合为激光器、正透镜、负透镜、波分复用膜片。
公共端2是光信号的输入输出端口，由金属件、陶瓷套筒、陶瓷插芯以及准直透镜组成，公共端2在对外的接口连接的是跳线连接头/插芯，在光收发光学组件5端是平行光束。
接收端3包括光电二极管组31、汇聚透镜组32和波分解复用光学组件6。
光电二极管组31包括第一光电二极管311；第二光电二极管312；第三光电二极管313；第四光电二极管314。
汇聚透镜组32包括第一汇聚透镜321；第二汇聚透镜322；第三汇聚透镜323；第四汇聚透镜324。
波分解复用光学组件6包括光学基片61、第一滤光片621、第二滤光片622、第三滤光片623、第四滤光片624。
光收发光学组件5包括布置在一个方形的对角的第一偏振分光器511和第二偏振分光器512；位于该方形的另一对角的第二全反射镜551和第三全反射镜552；磁环56、磁旋光片57、22.5度1/2波片58三者的组合位于第二全反射镜和第二偏振分光器之间，光程补偿片59位于第一偏振分光器和第三全反射镜之间。
最后一组发射端组合的波分复用膜片144位置与第一偏振分光器511对应。
第一偏振分光器511位置与光学基片61对应。
公共端位置2与第二偏振分光器512对应。
具体实施过程如下：
发射端1的激光器组11发出的四个不同波长的光信号经过汇聚正透镜组12汇聚，再经过发散负透镜组13准直成平行光束后，再经过波分复用光学组件14复用，之后经过光收发光学组件5后由公共端2接收输出；由公共端2输入的包括四个不同波长的光信号经过光收发光学组件5后经过波分解复用光学组件6后，再经汇聚透镜组32将接收的准直光束汇聚到光电二极管组31接收。
发射端1的激光器组11按第一激光器111、第二激光器112、第三激光器113、第四激光器114的顺序并排放置；汇聚正透镜组12按第一正透镜121、第二正透镜122、第三正透镜123、第四正透镜124的顺序并排放置；发散负透镜组13按第一负透镜131、第二负透镜132、第三负透镜133、第四负透镜134的顺序并排放置。
激光器组11发出λ1、λ2、λ3、λ4四个不同波长的线偏振光。第一激光器111发出的λ1波长线偏振光经过第一正透镜121汇聚后，再经过第一负透镜131准直后到达第一全反射镜141，由第一全反射镜141反射后到达第一波分复用膜片142，由第一波分复用膜片142透射；第二激光器112发出的λ2波长线偏振光经过第二正透镜122汇聚后，再经过第二负透镜132准直后到达第一波分复用膜片142，由第一波分复用膜片142反射，因此第一波分复用膜片142将λ1和λ2波长光束复用在一起成为λ12，经第二波分复用膜片143透射。
第三激光器113发出的λ3波长线偏振光经过第三正透镜123汇聚后，再经过第三负透镜133准直后到达第二波分复用膜片143，由第二波分复用膜片143反射；和经第二波分复用膜片143透射的λ12合成为λ123，经第三波分复用膜片144反射。
第四激光器114发出的λ4波长线偏振光经过第四正透镜124汇聚后，再经过第四负透镜134准直后到达第三波分复用膜片144，由第三波分复用膜片144透射；和经第三波分复用膜片144反射的λ123合成为λ1234。
λ1234是垂直线偏振光11'，到达第一偏振分光器511，此时是s光，经第一偏振分光器511反射，再经第二全反射镜551反射后，到达22.5度1/2波片58，偏振方向旋转45度，再经过磁旋光片57，光束的偏振方向再顺时针旋转了45度，因此线偏振光12的偏振方向旋转了90°，从s光变成p光，从第二偏振分光器512的偏振分光膜面上透射，由公共端2输出。
公共端2输入的是包括λ1、λ2、λ3、λ4四个不同波长的任意偏振态光束，经过第二偏振分光器512后被分为偏振态相互垂直的两束光，分别为水平方向的线偏振光21'和垂直方向的线偏振光22'。其中水平线偏振光21'是p光由第二偏振分光器512直接透射，经过磁旋光片57后，偏振方向继续顺时针旋转45度，再经过22.5度1/2波片58后偏振方向逆时针旋转了45度，也就是线偏振光21'的偏振方向没有发生变化，经第二全反镜551反射后，到达第一偏振分光器511，因为是p光，所以线偏振光21'是从第一偏振分光器511透射。
垂直线偏振光22'是s光，被第二偏振器512反射，再被第三全反镜552反射后，透射经过光程补偿片59，到达第一偏振分光器511，因为是s光，所以线偏振光22是从第一偏振分光器511反射。从而线偏振光21'和线偏振光22'经第一偏振分光器511反射和透射后输出。
包含λ1、λ2、λ3、λ4四个不同波长的光束到达波分解复用光学组件6，光束由光学基片61透射后到达第一滤光片621，第一滤光片621透射λ1波长反射λ2λ3λ4波长，λ1波长光束到达第一汇聚透镜组321，第一汇聚透镜组321将接收的λ1准直光束汇聚到第一光电二极管组311接收。λ2λ3λ4波长光束经第一滤光片621反射后再经光学基片61反射后到达第二滤光片622，第二滤光片622透射λ2波长反射λ3λ4波长，λ2波长光束到达第二汇聚透镜组322，第二汇聚透镜组322将接收的λ2准直光束汇聚到第二光电二极管组312接收。λ3λ4波长光束经第二滤光片622反射后再经光学基片61反射后到达第三滤光片623，第三滤光片623透射λ4波长反射λ4波长，λ3波长光束到达第三汇聚透镜组323，第三汇聚透镜组323将接收的λ3准直光束汇聚到第三光电二极管组313接收。λ4波长光束经第三滤光片623反射后再经光学基片61反射后到达第四滤光片624，第四滤光片624透射λ4波长，λ4波长光束到达第四汇聚透镜组324，第四汇聚透镜组324将接收的λ4准直光束汇聚到第四光电二极管组314接收。
参考图2，为本发明实施例二发射端加波片旋转偏振方向示意图。对比实施例一，光学原理都一样，区别在于：实施例一的发射端的线偏振光是垂直于纸面的，该图对应的发射端的线偏振光是平行于纸面的。两种线偏振光输出的λ1234，可以采用把光收发光学组件5旋转90°的方式，也可以采用增加45°1/2波片145的方式，使λ1234的线偏振方向满足光收发光学组件5的要求。
参考图3，为本发明实施例三光收发光学组件全偏振态光路示意图。本发明实施例三同实施例一光学原理一样，区别在于：磁旋光片57和22.5度1/2波片58变大，覆盖到上下两个光路。在该内核中，线偏振光22'先经过磁旋光片57顺时针旋转45°，再经过22.5度1/2波片58逆时针旋转45°，偏振方向不发生变化，跟实施例一的一样，还是s光被第一偏振分光器511反射，跟线偏振光21'合束。
从发射端入射的全偏振态光，经第一偏振分光器511后，分解为反射的s光的线偏振光11和透射的p光的线偏振光12'。其中线偏振光11'的走向跟实施例一的完全一样，不再重复说明。线偏振光12'从第一偏振分光器511透射后，到达22.5度1/2波片58，偏振方向旋转45度，再经过磁旋光片57，光束的偏振方向再顺时针旋转了45度，因此线偏振光12'的偏振方向旋转了90°，从p光变成s光，再经过第三全反镜552反射后，从第二偏振分光器512的偏振分光膜面上反射，跟经第二偏振分光器512透射的线偏振光12'合束，由公共端2输出。
上述实施例一中：激光器组按第一、第二、第三、第四激光器的顺序并排放置。4个激光器发出的光，经准直透镜组准直成平行光束，经45°波分复用片合波，成为一束单偏振态的线偏振光，经光收发光学组件反射透射后，由公共端接收输出。
由公共端输入的是任意偏振态方向的四个波长光信号，经光收发光学组件透射反射后，进入波分解复用光学组件，经过滤光片组和光学基片的反射和透射将四个光信号一一分解开后，由汇聚透镜组汇聚到接收端光电二极管接收。
本发明实施例二、三的技术方案同实施例一光学原理基本一样，区别在于：发射端和接收端用准直器外接，外接的光纤可以接到单独的反射端和或者接收端。
参考图4，为本发明实施例四单纤双向多波长光收发组件，本发明实施例四同实施例一光学原理一样，区别在于：接收端3被准直器4代替，同时增加一个第四全反射镜553，对光路进行转折，以压缩空间。显然采用更多的全反镜，可以实现更灵活的空间结构布置。接收端3由准直器4代替，可以光纤导出，外接波导芯片型或者滤片型的独立接收组件，降低整体复杂性，增加整体灵活性。
参考图5，为本发明实施例五单纤双向多波长光收发组件，本发明实施例五，光收发光学组件5部分同实施例三光学原理一样，接收端3实施例一光学原理一样，区别在于：发射端1被准直器4代替，同时增加一个第四全反射镜553，对光路进行转折，以压缩空间。显然采用更多的全反镜，可以实现更灵活的空间结构布置。发射端1由准直器4代替，可以光纤导出，外接波导芯片型或者滤片型的独立发射组件，降低整体复杂性，增加整体灵活性。在实施例五中，如果准直器4为保偏准直器，那么光收发光学组件5，就可以是实施例一中的光收发光学组件5。
参考图4和图5，显然发射端1和接收端3都用准直器4来替代，也是可以的。这种情况下，可以进一步降低整体的复杂性，当然代价是空间体积变大。
在以上实施例中，发射端1和接收端3都是相对独立的，从一般的光学原理上就可以推论出，能实现4波长的分解和合成，也就可以通过技术提高实现更多波长的分解和合成。显然发射端1和接收端3也一样可以应用于6、8、10、12、16、32等等多波长情况。对于光收发光学组件5，其正常的工作波长范围，受制于22.5°1/2波片58和磁旋光片57的波长范围，通过一定的理论计算可以得出，在1260nm～1340nm的o波段这样的80nm宽的范围，可以满足损耗和隔离度的要求。同样在1515～1595nm的c+l波段这样的80nm宽的范围，也可以满足要求。有这么宽的工作范围，又能满足多波长的复用和解复用，对于5g应用的单纤双向多波长收发应用，就可以完美满足。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。