一种四波长光组件及光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学器件技术领域，更具体地，涉及一种四波长光组件及光学系统。


背景技术：

2.50g pon网络使用两组信号，四个波长来传输光信号。其中1270/1577两个波长用来传输10g信号，1300/1342两个波长用来传输50g信号，最终通过一个双发双收的四波长光组件来实现信号的发射和接收。两组波长的工作波长范围包括1270
±
10nm，1577
±
2nm；1300
±
10nm，1342
±
2nm。
3.四波长光组件为内部分光和合光的光学元件，由多个滤光片组合实现。其中，四个波长的位置安排，除考虑外部连接的电气特性，更重要的是考虑滤光片的可实现性。由于1270/1300两个波长间隔只有30nm，常规的45度分光滤光片很难实现这两个波长的分光，通常采用13度小角度分光片加32度反射镜的方式来实现。如图1所示，为现有的四波长光组件的光路结构示意图。这种光路结构解决了1270/1300两个波长分离的问题。然而现有的四波长光组件中整个光路偏长， b3/b4/b5三个滤光片在水平方向上依次排列，后两个信道距光纤端口的距离很长，为保持一定的通光孔径，滤光片b2和b3之间的距离偏大。
4.由于四波长光组件的光路偏长，耦合稳定性容易受温度和应力形变的影响，特别是远端的两个耦合激光器的通道，不但温度稳定性较差，耦合效率也受影响，需要增加额外的透镜来提高耦合效率，最终导致产品良率不高。


技术实现要素：

5.本实用新型为克服上述现有技术所述的四波长光组件的光路偏长的缺陷，提供一种结构紧凑的四波长光组件及一种光学系统。
6.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
7.一种四波长光组件，包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片和第五滤光片。
8.其中，所述第三滤光片与竖直方向以夹角θ2设置，所述第二滤光片与水平方向以夹角θ3设置，所述第一滤光片与所述第三滤光片以夹角范围40～50
°
设置；所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片的端部连接设置；所述第四滤光片与所述第一滤光片的端部连接设置，且所述第四滤光片水平设置；所述第五滤光片与水平方向以夹角45
°
设置。
9.本技术方案为一种双发双收光组件，通过对滤光片的角度和位置的紧凑设计，缩短组件的整体光路，降低组件的加工复杂度，同时提高组件的装配效率。其中，从com端中输出的混合有第一波长和第二波长的信号光以入射角θ1入射到第一滤光片上，经过所述第一滤光片、第二滤光片和第三滤光片的透射和反射下，第一波长信号光经所述第二滤光片透射后以竖直方向出射，第二波长信号光经所述第四滤光片透射后出射；
10.第三波长信号光和第四波长信号光分别以45
°
入射角入射到第五滤光片上合成一
路光束，并依次经第三滤光片和第一滤光片的透射后进入com端口中。
11.作为优选方案，所述第三滤光片与竖直方向之间的夹角θ2的角度范围为 5～15
°
。
12.作为优选方案，所述第二滤光片与水平方向之间的夹角θ3的角度范围为0～ 7
°
。
13.作为优选方案，所述第一滤光片与所述第三滤光片以夹角45
°
设置。
14.作为优选方案，所述第四滤光片上表面设置有棱镜，用于将入射光束校正为竖直向下出射。
15.作为优选方案，所述棱镜为折光三角型棱镜。
16.作为优选方案，所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第四滤光片和第五滤光片为波分复用滤光片。
17.作为优选方案，所述第一滤光片中，当入射光以角度θ1入射时，所述第一滤光片的反射波长为1200～1250nm，透射波长为1260～1580nm；当入射光以角度θ
1-2
×
θ2入射时，所述第一滤光片的反射波长为1260～1310nm；当入射光以角度θ
1-2
×
θ2+2
×
θ3入射时，所述第一滤光片的透射波长为1260～1280nm。
18.作为优选方案，所述第二滤光片的透射波长为1290～1310nm，反射波长为 1260～1280nm；所述第三滤光片的透射波长为1340～1580nm，反射波长为 1260～1310nm；所述第五滤光片的透射波长为1575～1580nm，反射波长为 1340～1345nm。
19.进一步地，本实用新型还提出一种光学系统，包括所述的四波长光组件，以及com端、第一激光器、第二激光器、第一探测器和第二探测器。
20.其中，所述com端用于输出混合有第一波长信号光和第二波长信号光的接收信号，以及用于接收混合有第三波长信号光和第四波长信号光的合成信号；所述com端输出的接收信号经所述第一滤光片入射所述四波长光组件中进行波长分离后，第一波长信号光经所述第二滤光片输入第一探测器中，第二波长信号光经所述第四滤光片输入第二探测器中；所述第一激光器和第二激光器分别用于输出第三波长信号光和第四波长信号光，并分别经所述第五滤光片进入所述四波长光组件中。
21.与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：本实用新型中的第一滤光片、第二滤光片和第三滤光片通过角度复用和波分复用相结合的方式，大大的缩短了水平方向的光路长度，组成结构紧凑的四波长光路结构；配合第五滤光片组成双发双收光组件，实现了30nm过渡带的两个光信号的波分复用功能，同时具有尺寸小、温度稳定性高的特点。
附图说明
22.图1为现有的四波长光组件的光路结构示意图。
23.图2为实施例1的四波长光组件的光路结构示意图。
24.图3为实施例2的四波长光组件的光路结构示意图。
25.图4为实施例3的光学系统的光路结构示意图。
26.其中，1-第一滤光片，2-第二滤光片，3-第三滤光片，4-第四滤光片，5-第五滤光片，6-棱镜，7-com端，8-第一激光器，9-第二激光器，10-第一探测器，11
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第二探测器。
具体实施方式
27.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
28.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
29.对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
30.下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
31.实施例1
32.本实施例提出一种四波长光组件，如图2所示，为本实施例的四波长光组件的光路结构示意图。其中rx表示探测器，tx表示激光器，数字代表通道的中心波长。
33.本实施例提出的四波长光组件中，包括第一滤光片1、第二滤光片2、第三滤光片3、第四滤光片4和第五滤光片5。
34.其中，所述第三滤光片3与竖直方向以夹角θ2设置，所述第二滤光片2与水平方向以夹角θ3设置，所述第一滤光片1与所述第三滤光片3以夹角范围 40～50
°
设置；所述第一滤光片1、第二滤光片2、第三滤光片3的端部连接设置；所述第四滤光片4与所述第一滤光片1的端部连接设置，且所述第四滤光片4水平设置；所述第五滤光片5与水平方向以夹角45
°
设置。
35.在使用中，从com端7中输出的混合有第一波长和第二波长的信号光以入射角θ1入射到第一滤光片1上，经过所述第一滤光片1、第二滤光片2和第三滤光片3的透射和反射下，第一波长信号光经所述第二滤光片2透射后以竖直方向出射，第二波长信号光经所述第四滤光片4透射后出射。
36.第三波长信号光和第四波长信号光分别以45
°
入射角入射到第五滤光片5 上合成一路光束，并依次经第三滤光片3和第一滤光片1的透射后进入com端口中。
37.本实施例提出的四波长光组件实现双发双收，对输入的混合信号光进行波长分离，以及将分别输入的不同波长的信号光合成为一束信号光后传输至com端 7。
38.本实施例的第一滤光片1、第二滤光片2和第三滤光片3通过角度复用和波分复用相结合的方式，使信号光分别从三个方向输出，大大缩短了水平方向的光路长度。且本实施例的三个滤光片按照一定角度设置，且首尾相连固定，组成一个整体进行光波长信号的频率分离和空间上的分离输出，同时保证整个光路结构紧凑，尺寸最小。
39.在一可选实施例中，所述第一滤光片1、第二滤光片2、第三滤光片3、第四滤光片4和第五滤光片5为波分复用滤光片。
40.在另一可选实施例中，所述第三滤光片3与竖直方向之间的夹角θ2的角度范围为5～15
°
；所述第二滤光片2与水平方向之间的夹角θ3的角度范围为0～7
°
；所述第一滤光片1与所述第三滤光片3以夹角45
°
设置。
41.在另一可选实施例中，所述第一滤光片1中，当入射光以角度θ1入射时，所述第一滤光片1的反射波长为1200～1250nm，透射波长为1260～1580nm；当入射光以角度θ
1-2
×
θ2入射时，所述第一滤光片1的反射波长为1260～1310nm；当入射光以角度θ
1-2
×
θ2+2
×
θ3入射时，所述第一滤光片1的透射波长为 1260～1280nm。
42.进一步地，所述第二滤光片2的透射波长为1290～1310nm，反射波长为 1260～1280nm；
43.所述第三滤光片3的透射波长为1340～1580nm，反射波长为1260～1310nm；
44.所述第五滤光片5的透射波长为1575～1580nm，反射波长为1340～1345nm。
45.则在具体实施过程中，使用1342nm和1577nm两个波长作为发射信号波长， 1270nm和1300nm两个波长作为接收信号。
46.从com端7中输出的接收信号为包含1270nm和1300nm两个波长的信号光，且所述信号光以入射角θ1入射到第一滤光片1上。
47.第一滤光片1对1270nm和1300nm两个波长的信号光透过，信号光经第一滤光片1透射后以入射角θ2入射到第三滤光片3上，第三滤光片3对1270nm和 1300nm两个波长的信号光截止，此时第三滤光片3对信号光全反射。
48.信号光经第三滤光片3反射后以θ
1-2
×
θ2的入射角入射到第一滤光片1上，由于入射角变小，第一滤光片1的通带和截止带向长波方向移动，此时第一滤光片1对1270nm和1300nm两个波长的信号光截止，第一滤光片1对信号光全反射后，信号光竖直向上传播，并以入射角θ3入射到第二滤光片2中。
49.第二滤光片2对1300nm信号光透过，1300nm的信号光以竖直方向进入到设置于第二滤光片2一侧的探测器中，同时第二滤光片2对1270nm信号光反射，反射光路与竖直方向有2
×
θ2的夹角。
50.经第二滤光片2反射的1270nm信号光再次入射到第一滤光片1，此时入射角度为θ
1-2
×
θ2+2
×
θ3，入射角度稍微变大，第一滤光片1的透射带和截止带向短波移动，此时第一滤光片1对1270nm信号光透过，1270nm信号光进入第四滤光片4，第四滤光片4允许1270nm信号光透过，同时滤除所有其他的噪声波长的光信号，最终1270nm信号光透过第四滤光片4后进入位于第四滤光片4一侧的探测器中。
51.而外置的2个激光器分别出射波长为1342nm和1577nm的两个发射光信号，两个发射光信号分别以45
°
入射角入射到第五滤光片5后，1342nm和1577nm 的两个发射光信号在空间上合成一路光束并输出。具体地，1577nm信号光经第五滤光片5透射，1342nm信号光经第五滤光片5反射，且经过透射和反射的 1577nm信号光和1342nm信号光在空间上合成一路光束输出。由于第三滤光片3 和第一滤光片1对1342nm和1577nm的光信号是透过的，因此合成一路的发射光信号依次透过第三滤光片3和第一滤光片1进入com端口中。
52.本实施例提出一种结构紧凑的四波长光组件，有效缩短四波长光组件的光路，不需要增加额外的透镜来提高耦合效率，有效降低组件的加工复杂度，同时提高组件的装配效率。
53.实施例2
54.本实施例提出一种四波长光组件，如图3所示，为本实施例的四波长组件的光路结构示意图。
55.本实施例提出的四波长光组件中，包括第一滤光片1、第二滤光片2、第三滤光片3、第四滤光片4和第五滤光片5。
56.其中，所述第三滤光片3与竖直方向以夹角θ2设置，所述第二滤光片2与水平方向以夹角θ3设置，所述第一滤光片1与所述第三滤光片3以夹角范围 40～50
°
设置；所述第一滤光片1、第二滤光片2、第三滤光片3的端部连接设置；所述第四滤光片4与所述第一滤光片1的端部连接设置，且所述第四滤光片4水平设置；所述第五滤光片5与水平方向以夹角45
°
设置。
57.在使用中，从com端7中输出的混合有第一波长和第二波长的信号光以入射角θ1入射到第一滤光片1上，经过所述第一滤光片1、第二滤光片2和第三滤光片3的透射和反射下，第一波长信号光经所述第二滤光片2透射后以竖直方向出射，第二波长信号光经所述第四滤光片4透射后出射。
58.第三波长信号光和第四波长信号光分别以45
°
入射角入射到第五滤光片5 上合成一路光束，并依次经第三滤光片3和第一滤光片1的透射后进入com端口中。
59.进一步地，本实施例中的第四滤光片4上表面设置有棱镜6，用于将入射光束校正为竖直向下出射。
60.在一可选实例中，所述棱镜6为折光三角型棱镜。
61.则在具体实施过程中，使用1342nm和1577nm两个波长作为发射信号波长， 1270nm和1300nm两个波长作为接收信号。
62.从com端7中输出的接收信号为包含1270nm和1300nm两个波长的信号光，且所述信号光以入射角θ1入射到第一滤光片1上。
63.经过所述第一滤光片1、第二滤光片2和第三滤光片3的透射和反射下， 1300nm的信号光以竖直方向进入到设置于第二滤光片2一侧的探测器中，同时第二滤光片2对1270nm信号光反射，反射光路与竖直方向有2
×
θ2的夹角。
64.而经第二滤光片2反射的1270nm信号光再次入射到第一滤光片1，此时入射角度为θ
1-2
×
θ2+2
×
θ3，第一滤光片1对1270nm信号光透过，且透射光路与竖直方向保持2
×
θ3的夹角。经第一滤光片1透射的1270nm信号光入射到棱镜6 上，棱镜6对1270nm信号光的传播方向进行校正，使透过棱镜6的光路与竖直方向保持一致。然后1270nm信号光进入第四滤光片4，第四滤光片4允许1270nm 信号光透过，同时滤除所有其他的噪声波长的光信号，最终1270nm信号光透过第四滤光片4后进入位于第四滤光片4一侧的探测器中。
65.而外置的2个激光器分别出射波长为1342nm和1577nm的两个发射光信号，两个发射光信号分别以45
°
入射角入射到第五滤光片5后，合成一路的发射光信号依次透过第三滤光片3和第一滤光片1进入com端口中。
66.本实施例增设的棱镜6对分离的信号光的传播方向进行校正，使透过第四滤光片4后的信号光以竖直方向入射外置的探测器中，便于构造结构紧凑的四波长波分复用结构，进一步缩短整体光路结构。
67.实施例3
68.本实施例提出一种光学系统，应用实施例1或实施例2提出的四波长光组件。如图4所示，为本实施例的光学系统的光路结构示意图。
69.本实施例提出的光学系统中，包括四波长光组件，以及com端7、第一激光器8、第二激光器9、第一探测器10和第二探测器11。
70.其中，本实施例的四波长光组件包括第一滤光片1、第二滤光片2、第三滤光片3、第四滤光片4和第五滤光片5。
71.所述第三滤光片3与竖直方向以夹角θ2设置，所述第二滤光片2与水平方向以夹角θ3设置，所述第一滤光片1与所述第三滤光片3以夹角范围40～50
°
设置；所述第一滤光片1、第二滤光片2、第三滤光片3的端部连接设置；所述第四滤光片4与所述第一滤光片1的端部连接设置，且所述第四滤光片4水平设置；所述第五滤光片5与水平方向以夹角45
°
设置。
72.本实施例中，所述com端7用于输出混合有第一波长信号光和第二波长信号光的接收信号，以及用于接收混合有第三波长信号光和第四波长信号光的合成信号。
73.所述com端7输出的接收信号经所述第一滤光片1入射所述四波长光组件中进行波长分离后，第一波长信号光经所述第二滤光片2输入第一探测器10中，第二波长信号光经所述第四滤光片4输入第二探测器11中。
74.所述第一激光器8和第二激光器9分别用于输出第三波长信号光和第四波长信号光作为发射信号，并分别经所述第五滤光片5进入所述四波长光组件中。
75.在一具体实施过程中，使用1342nm和1577nm两个波长作为发射信号波长， 1270nm和1300nm两个波长作为接收信号。
76.从com端7输出的接收信号为包含1270nm和1300nm两个波长的信号光，且所述信号光以入射角θ1入射到第一滤光片1上。
77.第一滤光片1对1270nm和1300nm两个波长的信号光透过，信号光经第一滤光片1透射后以入射角θ2入射到第三滤光片3上，第三滤光片3对1270nm和 1300nm两个波长的信号光截止，此时第三滤光片3对信号光全反射。
78.信号光经第三滤光片3反射后以θ
1-2
×
θ2的入射角入射到第一滤光片1上，由于入射角变小，第一滤光片1的通带和截止带向长波方向移动，此时第一滤光片1对1270nm和1300nm两个波长的信号光截止，第一滤光片1对信号光全反射后，信号光竖直向上传播，并以入射角θ3入射到第二滤光片2中。
79.第二滤光片2对1300nm信号光透过，1300nm的信号光以竖直方向进入到设置于第二滤光片2一侧的第一探测器10中，同时第二滤光片2对1270nm信号光反射，反射光路与竖直方向有2
×
θ2的夹角。
80.经第二滤光片2反射的1270nm信号光再次入射到第一滤光片1，此时入射角度为θ
1-2
×
θ2+2
×
θ3，入射角度稍微变大，第一滤光片1的透射带和截止带向短波移动，此时第一滤光片1对1270nm信号光透过，1270nm信号光进入第四滤光片4，第四滤光片4允许1270nm信号光透过，同时滤除所有其他的噪声波长的光信号，最终1270nm信号光透过第四滤光片4后进入位于第四滤光片4一侧的第二探测器11中。
81.而第一激光器8和第二激光器9置于第五滤光片5的一侧，分别出射波长为 1342nm和1577nm的两个发射光信号，两个发射光信号分别以45
°
入射角入射到第五滤光片5后，1342nm和1577nm的两个发射光信号在空间上合成一路光束并输出。由于第三滤光片3和第一滤光片1对1342nm和1577nm的光信号是透过的，因此合成一路的发射光信号依次透过第三滤光片3和第一滤光片1进入 com端中。
82.相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
83.附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
84.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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权利要求的保护范围之内。