一种基于薄膜干涉滤波器的WDM解复用器的制作方法

本发明涉及物理光学和光纤通信无源器件技术领域，特别涉及一种基于薄膜干涉滤波器的wdm解复用器。

背景技术：

波分复用(wdm)技术已广泛地应用于光纤传输系统和光网络系统中，该技术采用一根光纤进行多个不同波长的光载波传输，充分利用了光纤带宽，使光纤传输的信息量得到倍增从而大大降低了光纤传输的成本，该波分复用(wdm)技术所用的关键器件是光波长复用器和解复用器；就光波长解复用器而言，目前最为成熟的是基于薄膜干涉滤波器(tff)的解复用器。图1为现有的基于薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器(demux)的典型结构和入射光为准直光的光路示意图，图2为现有的基于薄膜干涉滤波器的八波wdm解复用器(demux)的典型结构和入射光为准直光的光路示意图，这种光解复用器的整个结构是由一个锐角为82°的平行四边形状的石英棱镜(prism)，其前端平面的多波(λ1,λ2,λ3,λ4等)光束的入射口是镀增透膜(ar)区，其余部分为镀高反射膜(hr)区，其后端平面在其各路光波输出口处贴有多个窄带薄膜干涉滤波器(tff)。从示意图可以看出现有的薄膜干涉滤波器wdm解复用器(demux)的光路是在一个平面上展开的，所以从器件的线度上来讲，器件的宽度要远大于其高度。典型的四波器件的宽度有3.5mm，长度为3.92mm，而器件的高度为1mm，相比于器件的宽度和长度，其高度是很小的。如果器件在使用时宽度受限，比如必须小于2mm，那么现有的四波薄膜干涉滤波器wdm解复用器(demux)就无法用了。另外像第四波光λ4走过的光路要远大于第一波光λ1走过的光路，第四波光λ4要到达自己的输出口前，要陪同前三个波的光走完它们所有的光程。因此第三波和第四波比起第一波和第二波来，其耦合的难度就大得多了。若把现有的薄膜干涉滤波器wdm解复用器(demux)做成八波的话，则其宽度要达到7mm，第七和第八波的光程也就更长了，一般的准直器很难有那么长的准直距离。

技术实现要素：

本发明目的：为克服器件横向占有的线度比起纵向大得多，不能充分利用3d空间和最后出射的光波走过的光程过长，难以使准直器达到如此长的准直距离等缺陷，本发明提出了一种新型的基于薄膜干涉滤波器的wdm解复用器。

技术方案：一种基于薄膜干涉滤波器的wdm解复用器，包括设置在所述后级解复用器的光束入射口的前方的前级解复用器和后级解复用器，上束光束包括入射光束中后一半各波长的光束，下束光束包括入射光束中前一半各波长的光束，上下两束平行光束出射时存在上下间距，所述后级解复用器对入射的上下两束平行光束进行再分波。

进一步的，所述前级解复用器包括前级棱镜和设置在所述前级棱镜后端平面下部输出口处的带通薄膜干涉滤波器，所述带通薄膜干涉滤波器全透过输入光束中前一半各波长的光束和全反射后一半各波长的光束。

进一步的，所述后级解复用器包括后级棱镜和设置在后级棱镜后端平面与各路光束输出口相对应的窄带薄膜干涉滤波器。

进一步的，所述前级棱镜和所述后级棱镜均为平行四边形结构。

进一步的，通过调整所述前级棱镜的锐角角度和长度得到上下两束平行光束出射时所需的上下间距。

进一步的，所述后级棱镜由两个结构相同且上下叠放的子棱镜组成。

进一步的，在所述前级棱镜和后级棱镜的前端平面的光束入射口处设有镀增透膜区，其余部分为镀高反射膜区。进一步的，所述前级棱镜和后级棱镜的底面位于同一水平面上，且后级棱镜的侧面与前级棱镜的侧面相平行。

进一步的，所述前级解复用器的前级棱镜后端平面上部输出口处设有镀增透膜区，其上部输出口和下部输出口之间的部分为镀高反射膜区。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的wdm解复用器(demux)被分波的光束中光路最长的光波所走的光程比现有解复用器中对应的光波所走的光程要短，且宽度方向的线度也比现有解复用器的线度小；

2、本发明的wdm解复用器(demux)当用于光波多于四波(如六波，八波或更多波)分波时更能突显其光程短、结构紧凑的特点；

3、本发明的前级棱镜及其所贴有的薄膜干涉滤波器作为一个前级解复用器，它将入射的准直光束的各种波长的光波分为上下两束各载有前一半和后一半波长的平行光束，上下两束平行光束的上下空间距离可通过适当设计前级棱镜的锐角角度和棱镜长度来实现，相比现有的薄膜干涉滤波器解复用器其最长光路的光程要来得短，所以使得器件光束的耦合变得方便；

4、利用前级棱镜的预解复用、后级棱镜的叠层可使本发明的解复用器在器件宽度上比现有的薄膜干涉滤波器解复用器来得紧凑；

5、充分利用了三维空间各个方向的可延展性，可使光解复用器(demux)做得更紧凑，同时也相对地缩短了长光路信道的光程，使器件便于耦合，有利于制作有较多波长信道的光解复用器(demux)。

附图说明

图1为现有的基于窄带薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器(demux)的典型光路和结构的示意图；

图2为现有的基于窄带薄膜干涉滤波器的八波wdm解复用器(demux)的典型光路和结构的示意图；

图3为本发明的基于薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器的结构和几何组态示意图；

图4为本发明的第三棱镜的详细工程图；

图5为本发明的基于薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器的光路示意图；

图6为本发明的基于薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器的俯视图；

图7为本发明的基于薄膜干涉滤波器的八波wdm解复用器的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例进一步阐述本发明的技术方案。

实施例1：

图3为本发明基于薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器结构和几何组态示意图，其由三个棱镜构成，分别为第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3，第一棱镜1和第二棱镜2的宽度为图1现有的四波wdm解复用器所用棱镜的一半，长度和高度则和图1的一致。第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3的前端平面的光束入射口处设有镀增透膜区ar，其余部分为镀高反射膜区hr，第三棱镜3后端平面上部输出口处设有镀增透膜区，其上部输出口和下部输出口之间的部分为镀高反射膜区，在第一棱镜1和第二棱镜2的后端平面的输出口各贴有两个窄带薄膜干涉滤波器tff。第一棱镜1和第二棱镜2上下叠放在一起，具体的，第一棱镜1设置在第二棱镜2的下方，在第一棱镜1的输出口上贴有分波第一波光λ1和第二波光λ2用的窄带薄膜干涉滤波器tff，在第二棱镜2的输出口贴有分波第三波光λ3和第四波光λ4用的窄带薄膜干涉滤波器tff，第三棱镜3设置在第一棱镜1和第二棱镜2的光束入射口前，第三棱镜和第一棱镜的底面置于同一水平面上，第三棱镜3的侧面和第一棱镜1及第二棱镜2的侧面相平行，在几何组态的空间允许下，第三棱镜3要尽量靠近第一棱镜1和第二棱镜2。该第三棱镜3为具有锐角的平行四边形状的棱镜，若以纸面为x-y平面，在纸面上水平向右为x方向，垂直纸面向上为z方向的话，那么第三个棱镜3的取向就类似于将图1中的棱镜绕x轴逆时针转90°。

在第三棱镜3后端平面的下部输出口上贴有带通薄膜干涉滤波器，该带通薄膜干涉滤波器tff能全透过输入光束中前一半各波长的光波但全反射后一半各波长的光波，适当设置第三棱镜3的平行四边形锐角值和长度l值，使全反射后的后一半各波长光波的光束的光路在z方向提升1mm；这样输入光束经过第三棱镜3后在z方向上分束成上下间距相隔1mm的平行光束并各载有输入光束所载有的所有波长的光波的一半的波长，这两支平行光束分别射入叠在一起的第一棱镜1和第二棱镜2，经折射和反射被贴在第一棱镜1和第二棱镜2的输出口的相应窄带薄膜干涉滤波器tff在空间分离出所需的不同波长的光束。

作为实施例1中棱镜的一个设计方案，图4显示了第三棱镜3的详细工程图，该第三棱镜3的宽度为1mm，高度为2mm，第三棱镜3的平行四边的锐角设计成82°，并用石英做棱镜材料，棱镜的长度l为2.64mm。

具体的，当四波(λ1,λ2,λ3,λ4)入射准直光束水平地，并平行于三个棱镜的侧面射入第三棱镜3经折射后在其底下的输出口遇上一带通薄膜干涉滤波器。该带通薄膜干涉滤波器tff设计成让第一波光λ1和第二波光λ2全透射，而第三波光λ3和第四波光λ4全反射，即利用第三棱镜3将光束λ1,λ2,λ3,λ4分成λ1,λ2和λ3,λ4两束平行光束。在第三棱镜3底下的输出口出射的光束含有光波λ1和λ2，适当地调节四波(λ1,λ2,λ3,λ4)入射准直光束在z轴方向的高度，使该含有λ1和λ2的光束在z轴方向离第一棱镜底面的高度正好为第一棱镜厚的一半，其射入第一棱镜后，在第一棱镜内在水平方向分束，并射出两支独立的平行光束λ1和λ2。含有λ3和λ4的光束在第三棱镜3内经几次内反射后，在第三棱镜3上部的输出口出射时在z轴方向上提升了1mm，正好使其在z轴方向离第二棱镜底面的高度为第二棱镜厚度的一半，该光束水平地射入第二棱镜2后在第二棱镜2内经折射和反射在水平方向空间分束并出射出两支独立的平行光束λ3和λ4。

通过适当调节第三棱镜3平行四边形的锐角和长度l，总是可使含有λ3和λ4的光束从第三棱镜3出射时在z轴方向比从第三棱镜3出射的含有λ1和λ2的光束在z轴方向高1mm，使各光束都能按设计好的光路分别射入第一棱镜1和第二棱镜2再次进行按波长分束。

本实施例的基于薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器(demux)中λ3和λ4走的光路要比图1中的现有薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器(demux)中对应的λ3和λ4走的光路要短。且y方向的线度也只有图1中的薄膜干涉滤波器的四波wdm解复用器(demux)的一半。

实施例2：

本实施例将第一棱镜1和第二棱镜2可合并成一个厚度为2mm的棱镜，在其输出口处适当地贴上相应所需的窄带薄膜干涉滤波器tff，该2mm厚的棱镜能起到和第一棱镜1和第二棱镜2一样的功能，但组装更为简便。

若第一棱镜1和第二棱镜2为二波的，则本发明的解复用器为一个四波的解复用器，若第一棱镜1和第二棱镜2为四波的，则本发明的解复用器可为一个八波的解复用器。从图7可以看出，本发明的基于薄膜干涉滤波器的四波器wdm解复用器(demux)可以方便地扩展到八波，本发明的解复用器(demux)要比现有的解复用器(demux)紧凑得多，λ5，λ6，λ7和λ8的光路长也要短。采用类似方法，本发明的解复用器还可做成更多波的解复用器。

本发明的第三棱镜3及其所贴有的带通薄膜干涉滤波器作为一个前级解复用器，它将入射光束的各种波长的光波分为上下两束各载有前一半和后一半波长的光波，上下两束光的空间距离可通过适当设计棱镜三的锐角角度和棱镜长来实现。利用第三棱镜3的预解复用、第一棱镜1和第二棱镜2的叠层可使本发明的解复用器在器件宽度上比现有的薄膜干涉滤波器解复用器来得紧凑。利用第三棱镜3的预解复用将入射光束的各种波长的光波分为上下两束各载有前一半和后一半的波长的光波可使后一半波长的光波在完成最终的各个波长光波的空间分离时，相比现有的薄膜干涉滤波器解复用器中其所对应光波所要走的光程要短，所以使得器件光束的耦合变得方便。