专利名称：采用有源方向耦合器件进行单光纤双向光波传输的方法
技术领域：
本发明涉及一种光电合一的有源方向耦合器，可实现在单根光纤里同时进行光波双向传输通信，无波长选择性，属于光纤双向传输通信的基本器件。
在两个终端线路之间的光纤双向传输通信一般都是用一对光纤来实现的，即每个传输方向各用一根光纤，从线路的利用率来看，是很不经济的。
为此人们利用光信号在同一根光纤上双向传输而互不影响的特点，提出了在同一根光纤上进行光波双向传输的研究方法，这种技术使在不增加光纤数目的情况下成倍提高系统的传输容量和线路利用率，并且还减少了一倍的接头和连接器，提高了系统的稳定性，所以用单根光纤进行光波双向传输是目前科技人员普遍引起关注的课题，各国均发表了许多有价值的文章和文献。现针对这些文献给予综合的扼要的评述。
目前已提出的用单根光纤进行光波双向传输的方法有空分复用法又称模分复用法〔2〕即利用每路光信号对离光纤轴的空间特殊入射角的位置来设置多个信道，使各信道传输不同信号的方案。由于它实现困难，对光纤的质量要求高，光能量由于偏射而造成能量损失大等缺点，故仅限于短距离，如几百米的传输。
波分复用法即利用光波的不同波长来设置信道，这种方法实现较易，并且复用信道多等优点，实用价值较高，但缺点是组成这种双向传输系统要严格选择波分复用器特定波长的激光器，这就造成各发射机的工作波长不能统一，以致不能灵活地互换，成本也比较高。
时分复用法即利用光开关元件来实现时分复用，这种系统结构设计比较复杂，一般用于光交换机的研究，做双向传输器件成本太高。
偏振复用法即利用保偏光纤的光的两个极化方向来设置两个信道用于双向光波传输，缺点是系统成本很高，可靠性难以保证。
反射调制法即在光纤的一端用光源发送高速光信号到对端，对端把部分光信号经反射器、波导调制器将对端低速信号送回到本端，优点是用户不需要光源，便于维护，缺点是反射调制速率低，传输距离近。
二极管正反向交替利用法多重量子井调制/检测法这两种方法类似，均是一会作光源，一会作探测器，缺点都是不能进行实时双向光波传输。
分光比法它是单光纤双向光波传输中最为简便的方法，一般采用无源方向耦合器进行分光比的较多，由于方向耦合器制作简单，较易实现，并与光源的波长无关，即对任何波长的光均能按所设计的分光比分开。而且可靠性高，所以引起了人们广泛地重视和兴趣。目前所采用的分光器件主要有半透膜型，Y型耦合器，全反射型，X型耦合器，环型探测器型等，它们的主要缺点是在不考虑器件本身引入的损耗，仅考虑器件的分光影响就使整个双向传输系统要增加6dB损耗，造成这种影响的主要是因为分光比最大为1∶1。
本发明为克服无源方向耦合器的缺点，发明了一种光电合一的有源方向耦合器，本发明的设计思想是第一次将检测器，光源及分光元件合为一体来考虑，类似于光集成，这样有利于提高分光比，使结构简单化，省去了在传输系统的光纤线路里再插入无源分光元件，从而减少了接头，降低了线路损耗。提高了线路的可靠性。这对用单根光纤进行双向传输又指出了一条新的途径。
下面详细叙述本发明的内容。
附
图1表示了有源方向耦合器的原理结构，图中包括球面反射镜1，检测器2，光源3，自聚焦透镜4，凸透镜5，光纤6。从图1可以看出，经光纤6传输的对端光信号被放在有源方向耦合器中凸透镜5的焦点上，所以按光纤数值孔径(NA)发出的光经凸透镜5后形成平行光，其平行光经球面反射镜1聚焦到检测器的接收面2上变成电信号输出到接收机的前置放大级。而同时有源方向耦合器中的光源3发出的光经 1/4 节距的自聚焦透镜4后形成平行光，由光学的可逆性原理我们知道，其平行光经凸透镜5后必聚焦在焦点上的光纤端面上，耦合进光纤。由此可见，本发明的有源方向耦合器实现了同时收发的作用。用两个这样的有源方向耦合器就可以实现在单根光纤上进行同时双向光波传输通信。
本发明的有源方向耦合器的特点从图1来看是相当明显的，它具有很高的分光比。光源3经自聚焦透镜4直接耦合进光纤6，直到对端接收时才由于自聚焦透镜4的遮挡而造成光的损耗。这时所接收到的光的分光比γ仅为球面反射镜1的口径面积与自聚焦透镜4的面积之比，即r = (π h2)/(πr2) = ( (h)/(r) )2其中h为球面反射镜口径半径。
r为自聚焦透镜的半径。
显然h越大，r越小，分光比γ就越大。假如取h为5mm，r为0.5mm，则分光比γ为100∶1。当取h为10mm，r为0.25mm，这时分光比为1600∶1，从而使有源方向耦合器突破了无源方向耦合器用于双向光波传输时分光比最大只能为1∶1的限制。由于分光比的提高，大大增加了器件的隔离度，降低了器件的插入损耗，延长了传输距离。从理论上讲用这种方法可以把分光比做的很大，但这里要强调一下并不是分光比越大越好，实际上要考虑到透镜及球面反射镜的吸收影响，故分光比不能做到太大。
以下结合实施例具体介绍本发明所提供的有源方向耦合器各部分的特点1、光源即可采用激光器，也可采用也发光管和面发光管，波长无所谓，但从光源的稳定性和可靠性来看，采用发光管更为有利些。
2、球面反射镜要进行镀金处理，减少吸收损耗，增加反射率。
3、凸透镜和自聚焦透镜的端面要镀增透膜，以减少反射，提高透过率。
4、光纤端面要经过研磨，保持镜面，并垂直光纤轴线，提高耦合效率。
5、自聚焦透镜的 1/4 节距要按光源的波长来进行制作，以减少因聚焦而引起的误差。
权利要求
1.一种用有源方向耦合器组成的单光纤双向光波传输的方法，其特征在于该方法采用了光电合一的有源方向耦合器。
2.根据权利要求1中提到的单光纤双向光波传输方法，其特征在于所用方向耦合器由球面反射镜1、光检测器2、光源3、自聚焦透镜4、凸透镜5、光纤6沿同一轴线依次排列构成。
3.根据权利要求1及权利要求2中提到的单光纤双向光波传输方法，其特征在于其中光检测器2位于球面反射镜1的焦点上，其受光面朝向球面镜;光源3与光检测器2方向相反，其发光面朝向自聚焦透镜4及凸透镜5。
4.根据权利要求1及权利要求2中提到的单光纤双向光波传输方法，其特征在于其中光源3发出的光经自聚焦透镜4作用后，自聚焦透镜4输出平行光。
全文摘要
本发明涉及一种采用光电合一的有源方向耦合器，实现在单根光纤里同时进行光波双向传输的方法。按照这种方法实现的有源方向耦合器，用于光波双向传输通信时无波长选择性，这种有源方向耦合器属于光纤双向传输通信的基本器件。它的主要特征是光源与检测器背靠背组合在一起，光源经自聚焦透镜和凸透镜后直接耦合进光纤；而来自光纤的光经凸透镜和球面反射镜作用后，被检测器接收。完成在单根光纤中进行同时双向光波传输通信。
文档编号H04B10/24GK1042813SQ8810779
公开日1990年6月6日 申请日期1988年11月16日 优先权日1988年11月16日
发明者冯记春, 区惟煦 申请人:北京邮电学院