一种8通道偏振合波器的制作方法

本发明涉及光通信技术，尤其涉及高速光收发模块，具体与一种用于200g/400g高速光收发模块的8通道偏振合波器有关。

背景技术：

随着互联网数据业务的爆炸式增长，云计算、高性能计算机、数据中心，自动驾驶等应用的不断涌现，光纤通信对通信带宽的要求越来越高，从兆比特速率到千兆到10g，延伸到40g/100g,以及今后的200g/400g需求。

由于电传输的速率瓶颈，对于传输速率要求在100g/200gbps速率的光纤通信模块，为了保障数据能够长距离高速传输，大量采用波分复用/解复用技术，即将4路不同波长的光信号复用于单模光纤中进行传输，具体地说，光发射模块将4路不同波长的光信号复用通过单模光纤传输到光接收模块，光接收模块再解复用出这4个波长。这样，每个波长通道的信号速率只需达到25g/50gbps，即可满足100g/200gbps的信号传输速率要求。

薄膜滤波片（tff）技术是目前被普遍采用的实现这种4个波长光信号复用/解复用的技术方案之一。如图1所示，目前现有技术的一种解决方案，通常包括在一侧面指定位置镀有增透膜101（ar膜）和高反膜102（hr膜）的斜方棱镜100，而在斜方棱镜100的另一个侧面贴装4个tff膜片103，4个波长光束从不同位置通过对应的tff膜片103进入到斜方棱镜100中，4个波长光束经过4个tff膜片103进入到斜方棱镜100后，最终，合波形成一条光束输出。

但是，在这种解决方案中，4个波长光束在传输过程中的反射次数均不相同（最多需要反射六次），使得各个波长光束的光学路径不同，而受激光器芯片、准直透镜以及膜片的位置角度影响（如因热膨胀而发生偏移），光束反射次数过多会造成光束偏移量过大，造成光束不稳定，导致波分复用器的可靠性较低。而且最重要的，对于更多波长例如8个波长的复用，采用这种方式已经无法控制光路，且纵向尺寸太大，也无法满足光通信模块的封装要求。

cn104460009a公开了一种合波器，提出另一种4个波长的合并方法。其基本的原理是，先通过薄膜滤波片进行长透低反（长波透射短波反射）或低透长反（短波透射长波反射）或者带通tff进行合波，然后半波片进行偏振转换，再进行合波，合波后的光具有了两种偏振。最后的合波是两个相互垂直的偏振光，分别对准偏振合波pbc片的透射轴和反射轴（例如透射x方向的偏振同时反射y方向的偏振，传输方向为z方向），因此合波后包含两个偏振方向（x方向和y方向），这样后面的5路和6路都已经包含两个相互垂直的偏振方向，无法再按照这个思路进行合波。这种方案存在无法继续合波的问题，无法直接延展到8波长的复用场景，也无法直接延展到200g/400g的应用需求中。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种8通道偏振合波器，不仅解决了现有技术中的4个波长光束合波的光路稳定问题，实现了光路光程短便于稳定光路，尺寸小便于构成小尺寸的器件与模块，而且适用于8通道/波长，可应用于200g/400g高速光收发模块。

为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：

一种8通道偏振合波器，用于将8路平行入射的单通道光信号合为一路输出，其特征在于，包括：

第一合波组件，包括第一反射单元，以及相对第一反射单元设置、并与第一反射单元配合将第一路光和第五路光合为第一合路光、第二路光和第六路光合为第二合路光、第三路光和第七路光合为第三合路光、第四路光和第八路光合为第四合路光的滤波单元组；

第二合波组件，包含第一偏振调整单元、第二反射单元，以及与第一偏振调整单元和第二反射单元配合将第一合路光和第二合路光合为第五合路光的第一偏振合波单元；

第三合波组件，包含第二偏振调整单元、第三反射单元，以及与第二偏振调整单元和第三反射单元配合将第三合路光和第四合路光合为第六合路光的第二偏振合波单元；

第四合波组件，包含第四反射单元，以及与第四反射单元配合将第五合路光和第六合路光合为一路光的第三偏振合波单元。

根据上述构思：所述第一反射单元，设置于第一路光、第二路光、第三路光、第四路光的传输方向，并与传输方向呈45°夹角布置，用于将第一路光、第二路光、第三路光、第四路光的传输方向转向滤波单元组；

所述滤波单元组，与第一反射单元平行布置，包括设置于第五路光传输方向的第一滤波片、设置于第六路光传输方向的第二滤波片、设置于第七路光传输方向的第三滤波片、以及设置于第八路光传输方向的第四滤波片，其中：

第一滤波片，透射第五路光、并反射第一反射单元传输的第一路光，将第一路光合并到透射后的第五路光的传输方向上，得到第一合路光；

第二滤波片，透射第六路光、并反射第一反射单元传输的第二路光，将第二路光合并到透射后的第六路光的传输方向上，得到第二合路光；

第三滤波片，透射第七路光、并反射第一反射单元传输的第三路光，将第三路光合并到透射后的第七路光的传输方向上，得到第三合路光；

第四滤波片，透射第八路光、并反射第一反射单元传输的第四路光，将第四路光合并到透射后的第八路光的传输方向上，得到第四合路光。

根据上述构思，所述第一偏振调整单元，用对第一合路光、第二合路光中的其中一合路光的偏振方向进行调整，使第一合路光和第二合路光的偏振方向垂直；

所述第一偏振合波单元，用于透射第一合路光、第二合路光中的其中一合路光、并反射其中另一由第二反射单元传输的与透射光束偏振方向垂直的合路光，以将第一合路光、第二合路光合并为第五合路光。

根据上述构思，第一偏振调整单元、第二反射单元和第一偏振合波单元的一种设置方式为：

所述第一偏振调整单元，设置于第一合路光的传输方向，用于对第一合路光的偏振方向进行调整；

所述第二反射单元，设置于第二合路光的传输方向，用于对第二合路光的传输方向进行调整；

所述第一偏振合波单元，设置于第一偏振调整单元之后，位于第一合路光的传输方向上，用于透射经过第一偏振调整单元调整偏振方向后的第一合路光、反射经过第二反射单元调整传输方向后的偏振方向与第一合路光垂直的第二合路光，以将第一合路光和第二合路光合为第五合路光。

根据上述构思，第一偏振调整单元、第二反射单元和第一偏振合波单元的另一种设置方式为：

所述第一偏振调整单元，设置于第一合路光的传输方向，用于对第一合路光的偏振方向进行调整；

所述第二反射单元，设置于第一偏振调整单元之后，位于第一合路光的传输方向上，用于对经过第一偏振调整单元之后的第一合路光的传输方向进行调整；

所述第一偏振合波单元，设置于第二合路光的传输方向，用于透射第二合路光、反射由第二反射单元传输的经过第一偏振调整单元将偏振方向调整为与第二合路光偏振方向垂直的第一合路光，以将第一合路光和第二合路光合为第五合路光。

根据上述构思，所述第二偏振调整单元，用对第三合路光、第四合路光中的其中一合路光的偏振方向进行调整，使第三合路光和第四合路光的偏振方向垂直；

所述第二偏振合波单元，用于透射第三合路光、第四合路光中的其中一合路光、并反射其中另一由第三反射单元传输的与透射光束偏振方向垂直的合路光，以将第三合路光、第四合路光合并为第六合路光。

根据上述构思，第二偏振调整单元、第三反射单元和第二偏振合波单元的一种设置方式为：

所述第二偏振调整单元，设置于第四合路光的传输方向，用于对第四合路光的偏振方向进行调整；

所述第三反射单元，设置于第二偏振调整单元之后，位于第四合路光的传输方向上，用于对经过第二偏振调整单元之后的第四合路光的传输方向进行调整；

所述第二偏振合波单元，设置于第三合路光的传输方向，用于透射第三合路光、反射由第三反射单元传输的经过第二偏振调整单元将偏振方向调整为与第三合路光偏振方向垂直的第四合路光，以将第三合路光和第四合路光合为第六合路光。

根据上述构思，所述第三偏振合波单元，用于透射第五合路光、第六合路光中的其中一合路光、并反射其中另一由第四反射单元传输的与透射光束偏振方向垂直的合路光，以将第五合路光、第六合路光合并为一路光。

根据上述构思，第四反射单元、第三偏振合波单元的一种设置方式为：

所述第四反射单元，设置于第六合路光的传输方向，用于对第六合路光的传输方向进行调整；

所述第三偏振合波单元，设置于第五合路光的传输方向，用于透射第五合路光、反射由第四反射单元传输的第六合路光，将第五合路光和第六合路光合为一路光。

根据上述构思，所述第三偏振合波单元的偏振方向设计为与第一偏振合波单元或第二偏振合波单元偏振方向呈45°角，从而与第五合路光和第六合路光含有的两个正交偏振方向均呈45度。

上述技术方案的优点在于：

1、解决了现有技术中的4个波长光束合波的光路稳定问题，光路光程短，便于稳定光路；尺寸小，便于构成小尺寸的器件与模块，可应用于200g/400g光收发模块；

2、相比于现有的zigzag（之字光路）合波方案，具有明显少的反射次数，且每次合波的各光束反射次数最多相差1次，利于光束的稳定，便于控制光路；光程光路明显缩短，便于控制尺寸，满足光通信模块的小型化封装要求。

3、解决了现有的4个波长偏振合波方案不能进行8个波长合波的问题。

4、8个波长合波后所用的光程最短，且每个光路之间光程差别最小，能够保证合波光路中每路光波性能的均匀性。

附图说明

图1示出了现有技术的4通道合波器结构。

图2示出了本发明一种实施例的合波器结构。

图3示出了本发明另一种实施例的合波器结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明的一种实施例如图2所示，包括：

4个反射片210、211、212和213，分别对应第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元；

4个薄膜滤波片221、222、223和224，构成滤波单元组，分别对应第一滤波片、第二滤波片、第三滤波片、第四滤波片；

2个半波片231和232，分别对应第一偏振调整单元和第二偏振调整单元；

3个偏振合波膜片241、242和243，分别对应第一偏振合波单元、第三偏振合波单元、第二偏振合波单元。

反射片210，设置于第一路光λ1、第二路光λ2、第三路光λ3、第四路光λ4的传输方向，并与传输方向呈45°夹角倾斜布置。

滤波单元组相对反射片210设置，并与反射片210平行。

薄膜滤波片221设置在第五路光λ5的传输方向上，同时位于第一路光λ1的反射路径上；

薄膜滤波片222设置在第六路光λ6的传输方向上，同时位于第二路光λ2的反射路径上；

薄膜滤波片223设置在第七路光λ7的传输方向上，同时位于第三路光λ3的反射路径上；

薄膜滤波片224设置在第八路光λ8的传输方向上，同时位于第四路光λ4的反射路径上。

来自于8个不同波长激光器发出的光信号被准直后，4个光波λ1、λ2、λ3、λ4射向反射片210，而其余4个波长λ5、λ6、λ7、λ8传播至对应的薄膜滤波片221、222、223、224。被210反射后的光波λ1、λ2、λ3、λ4再分别传播到对应的薄膜滤波片221、222、223、224。

221能够反射λ1波长而透过λ5波长，从而合并λ1、λ5这两个波长以一个光束传播；同样，222能够反射λ2波长而透过λ6波长，从而合并λ2、λ6这两个波长以一个光束传播；223能够反射λ3波长而透过λ7波长，从而合并λ3、λ7这两个波长以一个光束传播；224能够反射λ4波长而透过λ8波长，从而合并λ4、λ8这两个波长以一个光束传播；这样8个波长光波合并成为了4束光波，每束光含有两个波长，即光束①（λ1+λ5），光束②（λ2+λ6），光束③（λ3+λ7），光束④（λ4+λ8），传播方向分别在方向λ5，λ6，λ7，λ8方向。

半波片231设置于光束①（λ1+λ5）的传输方向，即λ5方向；偏振合波膜片241设置于半波片231的后方，与λ5方向倾斜45°布置，并与反射片210垂直；反射片211与偏振合波膜片241相对设置、平行布置，且位于光束②（λ2+λ6）的传输方向，即λ6方向。

半波片232设置于光束④（λ4+λ8）的传输方向，即λ8方向；偏振合波膜片243设置于光束③（λ3+λ7）的传输方向，即λ7方向；反射片212与偏振合波膜片241相对设置、平行布置，且位于半波片232后方，位于λ8方向。

光束①通过半波片231，半波片的作用是90度旋转光束的偏振方向，然后透射通过偏振合波膜片241；同时光束②（λ2+λ6）被反射膜片211反射至偏振合波膜片241，偏振合波膜片的作用是能透射通过p偏振光光束而反射通过偏振方向垂直的s偏振光光束，因此光束①和光束②被偏振合波膜片241合并为一个光束⑤，包含λ1，λ2，λ5，λ6四个光波波长，传播方向在λ5光束方向。

类似地，光速③透射通过偏振合波膜片242到达偏振合波膜片243并被透射通过，光束④通过半波片232和反射片212反射后到达偏振合波膜片243并被反射后与光束③合波，合并为包含波长λ3，λ4，λ7，λ8传播方向在λ7方向的光束⑥。

偏振合波膜片242设置于光束⑤（λ1+λ2+λ5+λ6）的传输方向，即λ5光束方向，位于偏振合波膜片241后方；反射片213相对偏振合波膜片242设置，且与偏振合波膜片242平行布置，位于偏振合波膜片243后方，并位于光束⑥（λ3+λ4+λ7+λ8）的传输方向，即λ7光束方向。

光束⑤传播至偏振合波膜片242透射通过，光束⑥被反射片213发射后传播至偏振合波膜片242并被242反射，和透射通过的光束⑤合波为一个光束⑧，包含λ1，λ2，λ3，λ4，λ5，λ6，λ7，λ88个波长，从而完成8通道光波的合波。

由于光束⑤和光束⑥都含有正交的两个方向的偏振光，具体是光束⑤中含有两个偏振方向垂直的偏振光，光束⑥也含有两个偏振方向垂直的偏振光。因此偏振合波膜片242的偏振方向设计成与与第五合路光和第六合路光含有的两个正交偏振方向均有一定的角度，使两种偏振光都有能量光通过，以实现偏振合波。如图1所示的本实施例，设置为最佳的45度偏转，使偏振合波膜片242的透射轴和反射轴旋转45°，这样光束⑤和光束⑥中的两种偏振光都有50%能量光通过，实现偏振合波。本实施例的设置仅是一种形式，按照这种方式,可以稍加调整发射片和偏振合波片的位置得到不同的组合，但基本方式与原理不变,这里不再赘述。

本发明的一种实施例如图3所示，仅对第二合波组件的布置方式调整，从而调整了合波的输出位置，具体的，方案包括：

4个反射片210、211、212和213，分别对应第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、第四反射单元；

4个薄膜滤波片221、222、223和224，构成滤波单元组，分别对应第一滤波片、第二滤波片、第三滤波片、第四滤波片；

2个半波片231和232，分别对应第一偏振调整单元和第二偏振调整单元；

3个偏振合波膜片341、342和343，分别对应第二偏振合波单元、第一偏振合波单元、第三偏振合波单元。

反射片210、211、212、213的设置方式如实施例1。

薄膜滤波片221、222、223、224的设置方式如实施例1。

半波片231、232的设置方式如实施例1。

反射片212、偏振合波膜片341、反射片213的设置方式如实施例1。

反射片211设置于半波片231之后，位于λ5方向，平行于反射片210；偏振合波膜片342相对反射片210设置，且与反射片210平行，位于位于λ6方向。

偏振合波膜片343位于偏振合波膜片342后方，与偏振合波膜片342垂直设设置，位于λ6方向。

通过这种位置调整，实现了将合波光束的输出位置由λ5方向变换到了λ6方向。

根据本发明的构思，不限于上述实施例。可通过变换半波片231、232和反射片211、212、213的位置调节合波光束的输出到λ7、λ8位置与方向，这里不再赘述。

具体应用时，所述的反射片、滤波片、半波片、偏振合波膜片，它们按照指定的角度被固定在同一基板的指定位置，这个基板最好采用零膨胀或低膨胀的玻璃基板。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。