一种波长选择定向光学路由器的制作方法

本发明涉及光学路由器技术领域，具体涉及一种波长选择定向光学路由器。

背景技术：

在波分复用型无源光网络(wdm-pon)中，多个不同波长同时工作，因此最直接的wdm-pon方案是光线路终端(olt)中有多个不同的光源，每个光网络单元(onu)也使用特定的波长，如果波长数越多，需要的光源的种类也越多，这样成本就会增加，同时也会带来严重的仓储问题。因此有许多固定波长激光器来组成上行和下行光源的方案难以应用于wdm-pon系统中。

基于宽带光源的wdm-pon网络的方案被提出过，如产生上行多通道传输信号的c波段宽带光源和产生下行多通道传输信号的l波段宽带光源。所有这些方案基于同一个概念但是用不同的方法来传输信号。

业界普遍认为wdm-pon是一种采用波分复用技术的、点对点的无源光网络，是通向下一代光接入系统的途径。在wdm-pon体系结构中，重要的是，光线路终端(olt)和光网络单元(onu)上的光源都应尽可能简单，以降低成本。

使用反射式的半导体放大器(rsoa)和阵列波导光栅/光波复用器(awg)来提供多波长无源光网络的反射光学架构是一种有吸引力的解决方案，因为它提供了低成本的上游和下游多通道光发射器。

如图1所示为一种更高效，成本相对更低的wdm-pon系统架构。在架构中需要一个重要的光学器件来引导光源和信号流量通过一条传输光纤线。该光学器件必须满足以下四种功能：

1)将l波段宽带光源(bls)上游路由到olt端的rsoa，由rsoa反射回来，并由载波信号进行调制；

2)光学设备然后通过传输光纤线将调制后的下游信号路由到onu站点，传输线可以长达20公里；

3)同时，还将c波段路带光源向下游路由到onu站点，并由onu站点上的rsoa反射回来，并由onu载波信号进行调制；

4)在通过同一条传输光纤线传输之后，光学设备可以将调制的上游信号通过传输光纤线路由到olt站点。

目前，还没有一种光学路由器器件能同时完成上述四种需求，需要研究一种可实现选择性地将光信号从一个端口引导到下一个端口，同时具有波长选择功能的光学路由器。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足而提供一种波长选择定向光学路由器，解决了选择性地将光信号从一个端口引导到下一个端口，同时具有波长选择功能的技术问题。

本发明提供一种波长选择定向光学路由器，包括位于第一和第三端口的前端第一、第三单光纤准直器和位于第二和第四端口的后端第二、第四单光纤准直器，在前端和后端单光纤准直器之间设有薄膜滤波器、第一至第四单轴双折射晶体、第一和第二偏振旋转器、不可逆相位旋转器、可逆半波片，第一偏振旋转器位于第一和第二单轴双折射晶体之间，第二偏振旋转器位于第三和第四单轴双折射晶体之间，不可逆相位旋转器与可逆半波片位于第二和第三单轴双折射晶体之间。

进一步地，所述薄膜滤波器包括长通薄膜滤波器和短通薄膜滤波器，长通薄膜滤波器和短通薄膜滤波器分别位于前端第一、第三单光纤准直器与第一单轴双折射晶体之间的第一端口和第三端口处。

或者，所述薄膜滤波器包括长通薄膜滤波器和短通薄膜滤波器，长通薄膜滤波器位于前端第一、第三单光纤准直器与第一单轴双折射晶体之间的第一端口处，短通薄膜滤波器位于后端第二、第四单光纤准直器与第四单轴双折射晶体之间的第二端口处。

进一步地，第一偏振旋转器包括位于第三和第四端口的第三、第四偏振旋转片和位于第一和第二端口的第一、第二偏振模色散消除片；

第二偏振旋转器包括位于第一和第二端口的第一、第二偏振旋转片和位于第三和第四端口的第三、第四偏振模色散消除片。

进一步地，所述不可逆相位旋转器与可逆半波片的位置可互换。

更进一步地，所述长通薄膜滤波器是l波段透射、c波段反射的；短通薄膜滤波器是c波段透射、l波段反射的。

进一步地，第一和第四单轴双折射晶体的光轴与第二和第三单轴双折射晶体的光轴呈直角。

更进一步地，第一、第二偏振模色散消除片与第三、第四偏振旋转片具有相同的光路长度；第三、第四偏振模色散消除片与第一、第二偏振旋转片具有相同的光路长度。

更进一步地，位于第一端口的长通薄膜滤波器固定到第一单光纤准直器的grin透镜上形成透镜滤光组件，所述透镜滤光组件对准第一单光纤准直器的尾纤；位于第三端口的短通薄膜滤波器固定到第三单光纤准直器的grin透镜上形成透镜滤光组件，所述透镜滤光组件对准第三单光纤准直器的尾纤。

或者，位于第一端口的长通薄膜滤波器固定到第一单光纤准直器的grin透镜上形成透镜滤光组件，所述透镜滤光组件对准第一单光纤准直器的尾纤；位于第二端口的短通薄膜滤波器固定到第二单光纤准直器的grin透镜上形成透镜滤光组件，所述透镜滤光组件对准第二单光纤准直器的尾纤。

本发明的有益效果在于：本发明提供的波长选择定向光学路由器通过长通和短通薄膜滤波器实现选择透射l波段或c波段的光束，并通过单轴双折射晶体在前端将透射的光束分裂为两束正交线性偏振分量的射线，在后端将来自不同路径的两束正交线性偏振分量的射线合并成一条相同的路径；实现可选择性地将光信号从一个端口引导到下一个端口，同时具有波长选择功能；本发明还具有成本低，占地面积小和插入损耗大大降低的优点。

附图说明

图1是wdm-pon系统方案图；

图2是本发明的波长选择定向光学路由器的第一实施功能示意图；

图3是本发明波长选择定向光学路由器的第一实施例结构图；

图4是本发明波长选择定向光学路由器的第一实施例的工作过程图；

图5是本发明中双折射晶体的光路图；

图6是本发明中准直器与滤波器的结构图；

图7是本发明的波长选择定向光学路由器的第二实施功能示意图；

图8是本发明波长选择定向光学路由器的第二实施例结构图；

图9是本发明波长选择定向光学路由器的第二实施例的工作过程图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

实施例1：

图2显示了图1中的组合设备通过四端口环行循环器，长通带通滤波器设备和短通带通滤波器设备的实施功能。图2中lc1和lc2代表l波段光路，cl1和cl2代表c波段光路；其余无箭头线表示设备主体和光纤连接，“lt/cr两端口bpf”是指l波段传输/c波段反射带通滤波器。“ct/lr两端口bpf”是指c波段传输/l波段反射带通滤波器。

本发明的光学路由器模块是一种放置在光缆终端附近的模块，其具备上述图2中描述的光学器件功能，能够从把一组光讯号有选择的分开，并把分开的光讯号有选择从它的一个端口送到下一个指定的端口，同时提供波长选择功能和支持在多种光纤类型。它能够在四端口全部用普通光纤的情况下使用。或者在端口3和端口4用普通非pm单模光纤而端口1和端口2用保偏pm光纤的情况下，还可以仅端口4用普通非pm单模光纤而端口1，端口2和端口3均用保偏pm光纤。

如图3所示，本实施例提供一种波长选择定向光学路由器，包括位于第一和第三端口的前端第一、第三单光纤准直器c1，c3和位于第二和第四端口的后端第二、第四单光纤准直器c2，c4，在前端和后端单光纤准直器之间设有薄膜滤波器f、第一至第四单轴双折射晶体b1-b4、第一和第二偏振旋转器、不可逆相位旋转器fr、可逆半波片wp，第一偏振旋转器位于第一和第二单轴双折射晶体b1,b2之间，第二偏振旋转器位于第三和第四单轴双折射晶体b3,b4之间，不可逆相位旋转器fr与可逆半波片wp位于第二和第三单轴双折射晶体b2,b3之间。

在本实施例中，准直器使用单根光纤尾纤、微型透镜(grin透镜、c透镜或可以发挥相同功能以形成光纤准直仪的任何其他类型的球面或非球面透镜)和套管构成。

第一至第四单光纤准直器c1-c4是标准的光纤准直仪，通常用φ1.8mm的透镜和φ2.8～3.2mm的总外径制成，或者用φ1.0mm的透镜和φ1.3～1.4mm的总外径制成。

在本实施例中，所述薄膜滤波器包括长通薄膜滤波器f1和短通薄膜滤波器f3，长通薄膜滤波器f1和短通薄膜滤波器f3分别位于前端第一、第三单光纤准直器c1，c3与第一单轴双折射晶体b1之间的第一端口和第三端口处。

所述长通薄膜滤波器是l波段透射、c波段反射的；短通薄膜滤波器是c波段透射、l波段反射的。长通滤波器的传输损耗通常为0.10db；短通滤波器的传输损耗通常为0.15db。

在本实施例中，第一偏振旋转器包括位于第三和第四端口的第三、第四偏振旋转片r3,r4和位于第一和第二端口的第一、第二偏振模色散消除片g1,g2；

第二偏振旋转器包括位于第一和第二端口的第一、第二偏振旋转片r1,r2和位于第三和第四端口的第三、第四偏振模色散消除片g3,g4。

r1和r2是相同的，r3和r4也是相同的，并且是90度偏振旋转器，即它们是半波片。它们由单轴双折射晶体制成，例如方解石(caco3)，金红石(tio2)，原钒酸钇(yvo4)或铌酸锂(linbo3)等；

g1和g2是相同，g3和g4也是相同的，且均是与偏振无关的元素或玻璃。为了确保相位匹配以消除偏振模色散，第一、第二偏振模色散消除片g1和g2与第三、第四偏振旋转片r3和r4具有相同的光路长度；第三、第四偏振模色散消除片与g3和g4第一、第二偏振旋转片r1和r2具有相同的光路长度。

b1和b4的晶轴与图4所示的矩形角成45°角。b2和b3的晶轴以45°指向相对的矩形角，如图4所示。第一和第四单轴双折射晶体b1，b4的光轴与第二和第三单轴双折射晶体b2，b3的光轴呈直角。单轴双折射元件b1至b4可以由任何合适的双折射材料制成，例如方解石(caco3)，金红石(tio2)，原钒酸钇(yvo4)或铌酸锂(linbo3)等。

在本实施例中，所述不可逆相位旋转器fr与可逆半波片wp的位置可互换。不可逆相位旋转器fr为法拉第旋转器，是不可逆的光学元件，当从光传播方向观察时，它将使入射光顺时针旋转45度。wp是可逆的半波片，从光的传播方向看，它将使光顺时针旋转45度。在图3中，光从左向右传播，其偏振方向将旋转90°。但是，当光从图3中的右向左传播时，尽管从波长方向看，半波片仍将沿顺时针方向旋转45°，但法拉第旋转器会将光逆时针方向旋转45°；朝光传播方向观察时为45°；而在图3中，光从右向左传播，其偏振方向将保持不变。

如图4、5所示，本实施例的工作过程为：从端口1进入的l波段光将通过f1滤波器。双折射晶体b1会将其分裂为两个正交的线性偏振分量。如图5所示，晶轴指向晶体角的-45°，o射线是水平偏振的(x方向)并直线传播，而e射线是垂直极化(y方向)并向下(-y方向)移动距离d，然后向前传播并与o射线平行。这种位移使电子射线入射到90°偏振旋转器r4上；而r4将电子射线的偏振旋转90，e射线也被水平偏振-与o射线相同的偏振方向。

b2的光轴相对于b1为90°垂直。也就是说，两条入射的水平偏振射线是b2的电子射线。b2光束移位器使两条光线向+x方向移位d；法拉第旋转器fr将o射线和e射线都顺时针旋转45°；半波片wp将两条光线顺时针旋转45°。通过fr和wp后，它们的偏振方向旋转90，并处于垂直偏振状态。

b3的光轴与b1相同，或垂直于b2。对于b3，两条入射的垂直偏振射线是o射线。b3光束移位器不会移动两个入射光束，也不会改变其偏振状态。现在，较低的光线入射到90°偏振旋转器r2上；将其偏振状态旋转了90，然后变为水平偏振状态。现在，上方的光线入射到与偏振无关的元素g3上；它仍然是垂直极化的。g3的目的是延迟其前进，使其波前不会前进到较低的射线，直到它们离开b3后才进行。

b4与b1相同，水平偏振的下部光线在不改变其传播方向的情况下通过。垂直偏振的上光线向下偏移–dy距离，现在与下光线重合，它们重新组合回入射光束。光束进入设备时会保持其原始偏振状态。光束可以是非偏振的，线性偏振的，椭圆偏振的或圆偏振的等。

图6是形成具有波长选择滤光器的准直器的组件的示例性结构。带通滤光片的波长选择涂层面向grin透镜。将滤光器f1对准准直器c1的示例性过程之一如下：1)将f1固定并固定到grin透镜上；2)将c波段波长的激光通过光纤末端发送到尾纤。3)将f1+grin透镜组件对准尾纤，使激光反射回光纤；4)使用外壳管将f1+grin镜头组件的相对位置固定到尾纤。功率计可通过50/50光纤分路器检测沿尾纤的向后传播光。

将相同的方法应用于将滤光器f3对准准直器c3的过程，将波长在l波段以内的激光穿过光纤末端对准尾纤。

作为比较，表1示出了本发明的波长选择4端口定向路由器的优点，与通过使用四端口环行循环器，长通带通滤波器装置和短波长环路组合的组合相比，本发明的优点。在成本，性能和占位面积，制造成本和oem购买成本方面考虑采用带通滤波器。

表1

为了使用超级led作为图1所示的宽带光源，光通常是线性偏振的。在四端口波长选择定向路由器的端口1和端口2中使用pm光纤非常方便，因为它位于otl站点附近。端口3和端口4将是标准sm光纤。图3和图4所示的本发明及其示例性设计在没有任何额外损失的情况下支撑了pm纤维。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：

在本实施例中，如图8所示，所述薄膜滤波器包括长通薄膜滤波器和短通薄膜滤波器，长通薄膜滤波器f1位于前端第一、第三单光纤准直器c1,c3与第一单轴双折射晶体b1之间的第一端口处，短通薄膜滤波器f2位于后端第二、第四单光纤准直器c2,c4与第四单轴双折射晶体b4之间的第二端口处。

如图7所示，本实施例的wdm-pon结构是图1所示结构的一种变体，是将分离的光纤路由用于上游c波段信号接收器和下游l波段信号调制。这可以通过使用本发明的四端口波长选择定向路由器来实现，该路由器具有一个三端口wdm设备，该设备具有c波段传输，l波段反射薄膜滤波器以形成一个五端口波长选择定向路由器，端口1，端口2-1，端口2-2，端口3和端口4。连接方案和功能图如图6所示。

图7所示的另一种wdm-pon体系结构是使用梳状激光器或wdm激光器代替宽带光作为信号传输源。可以通过在两个相邻端口(例如，端口1和端口2)而不是相对端口(例如，端口3和端口4)处使用滤波器对本发明的4端口波长选择性定向路由器进行稍微修改来实现)。详细的设计结构如图7所示。输入光沿其路径依次通过后的偏振态如图8所示。典型结构图进行说明：

如图9所示，该路由器与基于c波段传输，基于l波段反射薄膜滤波器的3端口wdm设备相连，与具有c波段传输，l波段反射薄膜滤波器的常规2端口带通滤波器一起使用，以形成5端口用于wdm-pon架构的端口波长选择性定向双向路由器，该路由器使用分开的路由进行上游信号接收器和下游信号调制。以上结构的变化可用于wdm-pon体系结构，其中梳状激光器或wdm激光器用作上游和下游传输的信号源。

本发明中说明的光学路由器，光通讯行业内的人应该理解，在现有示例基本构架下，脱离创新精神的适当修改，如在准直器端面或其中的空间增加棱镜使光信号分开距离变长，或调换和替换部分元件，如将fr和wp互换位置等，均应视为本专利要求之权利范围。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。