CN100342676C

CN100342676C - 带光功率探测的光波分复用/解复用器

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Publication number: CN100342676C
Application number: CNB021477817A
Authority: CN
Inventors: 许远忠; 胡强高; 崔新友; 刘军; 肖清明; 张志刚
Original assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Current assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: CN1423444A

Abstract

本发明公开了带光功率探测的光波分复用/解复用器，涉及一种微光装置的光波分复用/解复用器，具体地说，涉及一种基于微光元件具有光功率探测功能的光波分复用/解复用模块。本发明主要包括输入/输出光纤、光学微透镜、WDM滤光片、分光单元、以及不带光纤耦合的探测器及其组合；其特征在于，在光通过滤光片后的光路中直接采用微光元件对主光路进行分光，然后探测，或直接采用带光强检测的探测器。本发明的这种结构可以将微光学的光波分复用/解复用及光功率探测元件集成在一个小型化的模块中，在对光信号复用或解复用的同时进行光功率的实时探测；从而使得器件结构紧凑，体积小，集成度高，成本低。

Description

带光功率探测的光波分复用/解复用器

技术领域

本发明涉及一种微光装置的光波分复用/解复用器，具体地说，涉及一种基于微光元件具有光功率探测功能的光波分复用/解复用模块。

背景技术

光波分复用(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)技术是将各路不同光波长的光调制信号按光波长复用到一根光纤中传输，从而提高光纤通信容量的一种经济实用的手段。光波分复用技术的发展经历了从宽带光波分复用，窄带光波分复用，到密集光波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，简称DWDM)、交叉复用(Optical Add/Drop Multiplexing，简称OADM)的发展过程。自上世纪九十年代以来，光密集波分复用技术(DWDM)作为建设大容量光传输网的最佳手段已获得长足发展。近年来宽带光波分复用技术，特别是粗光波分复用技术(Coarse Wavelength Division Multiplexing，简称CWDM)，又在城域网上的建设上显示出巨大的发展空间。

无论是早期的双波长光波分复用(如850/1310nm，1310/1550nm WDM)，还是密集光波分复用，基于光学薄膜滤光片的器件都是一种主要的器件发展方向。光学薄膜滤光片制作工艺成熟，易于批量生产，工作性能稳定。基于光学薄膜滤光片的光波分复用器件中一般采用单模光纤输入/输出、微透镜作为光的耦合元件。

DWDM或CWDM一般有几个、十几、甚至几百个光波长(信道)。在基于光学薄膜滤光片密集波分复用器或粗光波分复用器中，每个信道采用特定性能的滤光片进行滤波。再通过级联的方式组成多波长(信道)的复用/解复用器。目前，基于光学薄膜滤光片的光波分复用器可以实现32波、40波的复用/解复用。与光梳状滤波器(Interleaver)一起，还可构成80波、甚至160波的复用/解复用。

在多个信道的波分复用系统的网络管理中，往往需要在线监测光纤线路的光性能。这些性能包括：光波长，各波长(信道)的光功率，光信噪比等。而光功率的探测是光性能监测的基本要求。普遍地光波分复用系统需要对各个波长(信道)的光功率进行探测。各波长(信道)的光功率可以提供传输系统一定的光性能信息，以利于系统反馈。

以往传统的对光信号进行监控的方法，如图1所示，即各个信道光功率的探测是采用两个分立的模块实现的：光波分复用/解复用模块1及光功率探测模块2。光波分复用/解复用器模块1完成将各个波长(信道)复用/解复用的功能，复用前或解复用后的各个波长(信道)与光功率探测模块2中的一个端口相连，通过一支所谓的分光光纤耦合器2.1，分成一强一弱(如95/5或97/3或其他比值的分光比)两路信号，弱光信号进入光探测器2.2，强光信号进入光接收单元JS。将光波分复用/解复用模块1与光功率探测模块2分立的方式使得实现这两个功能的模块体积增大，不利于系统集成，且增加了整体器件的不稳定性。

有时，在光波分复用/解复用模块1中，也采用将光纤耦合器的功率探测元件放在一个模块中。这样就会带来其它一些问题：首先，光纤耦合器的封装本身就有一定的尺寸：光纤耦合器输入/输出光纤的弯曲尺寸对器件尺寸有一定限制。其次，光纤耦合器与复用/解复用的各信道输入/输出光纤的连接需要焊接，光纤耦合器与光探测器(通常是带尾纤输出的PIN管)的连接也同样需要焊接，光纤焊接损耗往往带来器件的额外损耗；光纤焊点的保护也是一个复杂的工艺问题。在复用/解复用波长数较多(如16、32、甚至40路)的情形下，器件的空间尺寸大，随之带来的问题就会越来越突出。

目前，已有一些中国专利涉及光波分复用器。

中国专利ZL 00119050.4“一种采用双光纤准直器制作密集波分复用器的方法”，是一种利用球面或非球面透镜不同曲率半径R，或利用自聚焦透镜聚焦常数A的不同对同一间隔毛细管双光纤准直器产生不同角度交汇角的方法。

中国专利ZL 00240681.0“一种密集波分复用器”中描述了一种密集波分复用器，包括：入射光准直器、接受反射光准直器以及接收透射光准直器。

中国专利ZL 00241057.5“一种紧密型封装高隔离度波分复用器”是采用三光纤准直器和相应棱镜及作反射和作滤光片的WDM膜片。

以上专利中均没有涉及光功率探测装置。这些光波分复用/解复用中各个信道光功率的探测必需采用分立的光波分复用/解复用模块及光功率探测模块来实现。同上述原因一样使得整个装置体积增大，不利于系统集成，且增加了整体器件的不稳定性。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中存在着的问题和不足，而提供一种带光功率探测的光波分复用/解复用器。

具体地说，本发明要解决的是上述光波分复用/解复用模块及光功率探测模块分离所引起的器件尺寸大、不利于系统集成、增加了整体器件的不稳定性等问题；以及采用光纤耦合器加带尾纤输出的PIN管光探测器作为薄膜滤光片型光复用/解复用器的光强探测而引起的焊接损耗、焊点保护、器件尺寸大等问题。

本发明目的是这样实现的。本光功率探测是利用微光元件技术取代光纤耦合器实现光功率的分光(即所谓的分光耦合器)，并将每个波长(信道)的光功率探测功能集成在光复用/解复用的每个单元中。

本发明主要由输入/输出光纤、透镜、滤光片、分光单元、以及光强探测单元组成。其特征在于，在光通过滤光片后的光路中直接采用微光学元件对主光路进行分光，然后探测，或直接探测。本发明的这种结构可以将微光学光波分复用/解复用及光功率探测元件集成在一个小型化的装置中，在对光信号复用或解复用的同时进行光功率的实时探测。

1、所述分光单元采用了三种方案：

其一为基于介质膜的部分反射滤光片(分光反射片)分光，它的作用为将一部分光透射至探测器，而将大部分光反射到透镜进行耦合；

其二为棱镜分光，它的作用为将一部分光反射至探测器，而将大部分光透射到透镜进行耦合；

其三为带光强监测的探测器，它的作用是使大部分光透过，而少部分光被探测器接收而用来对入射的光信号进行监测。

2、所述光强探测单元采用了两种方案，

其一为普通的探测器；

其二为带光强监测的探测器，它的作用是使大部分光透过，而少部分光被探测器接收而用来对入射的光信号进行监测。

本发明具有以下突出优点和积极效果：

①结构紧凑，体积小；

②器件集成度高，成本低；

③易于系统集成。

附图说明

图1为传统方法对光信号进行监控的原理图；

图2为本发明实施例1结构示意图；

图3为本发明实施例2结构示意图；

图4为本发明实施例3结构示意图；

图5为本发明实施例4结构示意图；

图6为本发明实施例5结构示意图；

图7为本发明实施例6结构示意图。

其中：

1-光波分复用/解复用模块；

2-光功率探测模块，2.1-分光光纤耦合器，2.2-光探测器；

3-双芯插针，即一种有一定间距的、能固定两根光纤的双孔玻璃毛细管，本实施例选用127μm-166μm间距、内径127μm的双芯插针；

4-透镜，包括球面透镜或自聚焦透镜，本实施例选用0.23-0.249节距的自聚焦透镜；

5-滤光片，即一种波长选择滤波器，本实施例选用尺寸1.4mm×1.4mm×1mm介质膜窄带干涉滤光片；

6-PIN管探测器，即一种半导体光电探测器，本实施例选用光通信用同轴封装的低频率响应光电探测器；

7-单芯插针，即一种单孔玻璃毛细管，本实施例选用内径127μm的单芯插针；

8-分光棱镜，即由两块棱镜胶合而成的棱镜，本实施例选用直角分光棱镜，反射面反射率取5％；

9-分光斜方棱镜，即一种两个反射面相互平行的棱镜，本实施例选用45度角反射面的斜方棱镜，第一反射面反射率取5％，第二反射面反射率取99.9％；

10-带光强检测的探测器，即一种既使大部分光透过，又能探测少部分光的器件，本实施例选用能透光的薄层PN结半导体材料；

11-分光反射片，即一种使大部分光透过、小部分光反射的反射片，本实施例选用95/5分光比的分光反射片；

12-光纤，即一种圆形光传输波导，本实施例选用SMF-28单模光纤；

JS-接收单元，即一种光接收机。

具体实施方式

现结合实施例及附图详细说明。

在本发明中，实现了光波分复用/解复用模块与光监控模块的集成，有以下六个实施例。

实施例1，如图2所示，该结构由两个双芯插针3、三个透镜4、一个滤光片5、一个PIN管探测器6、一个单芯插针7、一个分光反射片11组成，并从左至右按下列顺序依次连接或排列：第1双芯插针3.1，第1透镜4.1，滤光片5，第2透镜4.2，单芯插针7，第2双芯插针3.2，第3透镜4.3，分光反射片11，PIN管探测器6。

其工作原理是：输入光信号经由第1光纤12.1、第1双芯插针3.1后通过第1透镜4.1入射到滤光片5，从滤光片5反射的光信号再次经由第1透镜4.1耦合到第1双芯插针3.1的第2光纤12.2中；第2透镜4.2的作用则是将从滤光片5透射的光信号λ耦合到单芯插针7的光波导中；同理，λ光信号由第2双芯插针3.2出射后通过第3透镜4.3准直到分光反射片11，这样，PIN管探测器6接收λ信号的部分透射的光信号从而达到光强监控的目的。由分光反射片11反射的λ光信号经由第3透镜4.3和第2双芯插针3.2经第3光纤12.3至接收单元JS。

实施例2，如图3所示，该结构由一个双芯插针3、两个透镜4、一个滤光片5、一个PIN管6、一个单芯插针7、一个胶合的分光棱镜8组成，并从左至右按下列顺序依次连接或排列：双芯插针3，第1透镜4.1，滤光片5，分光棱镜8，第2透镜4.2，单芯插针7；分光棱镜8的反射面与PIN管探测器6连接。

其工作原理是：输入光信号经由第1光纤12.1、双芯插针3后通过第1透镜4.1入射到滤光片5，从滤光片5反射的光信号再次经由第1透镜4.1耦合到双芯插针3的第2光纤12.2中；而从滤光片5透射过来的光信号λ通过分光棱镜8后将λ信号分为功率一强一弱的两路光信号，这样，PIN管探测器6接收λ信号的弱信号部分从而达到光强监控的目的。λ信号的强信号部分经由第2透镜4.2和单芯插针7出射经第3光纤12.3至接收单元JS。

实施例3，如图4所示，该结构与实施例二类似，包括一个双芯插针3、两个透镜4、一个滤光片5、一个PIN管探测器6、一个单芯插针7、一个分光斜方棱镜9组成组成，并从左至右按下列顺序依次连接或排列：双芯插针3，第1透镜4.1，滤光片5，分光斜方棱镜9，第2透镜4.2，单芯插针7；分光斜方棱镜9还与PIN管探测器6相连接。

其工作原理与实施例二类似：

输入光信号经由第1光纤12.1、双芯插针3后通过第1透镜4.1入射到滤光片5，从滤光片5反射的光信号再次经由第1透镜4.1耦合到双芯插针3的第2光纤12.2中；而从滤光片5透射过来的光信号λ通过分光斜方棱镜9后将λ信号分为功率一强一弱的两路光信号，这样，PIN管探测器6接收λ信号的弱信号部分从而达到光强监控的目的。λ信号的强信号部分经由第2透镜4.2和单芯插针7出射经光纤第3光纤12.3至接收单元JS。

实施例4，如图5所示，该结构由一个双芯插针3、两个透镜4(平面透镜或球面透镜)、一个滤光片5、一个带光强监测的探测器10、一个单芯插针7组成，并从左至右按下列顺序依次连接或排列：双芯插针3，第1透镜4.1，滤光片5，带光强监测的探测器10，第2透镜4.2，单芯插针7。

其工作原理是：输入信号经由第1光纤12.1、双芯插针3后通过第1透镜4.1入射到滤光片5，从滤光片5反射的光信号再次经由透镜4耦合到双芯插针的第2光纤12.2中；由滤光片5透射的λ信号通过带光强监测的探测器10后将经由透镜4.2和单芯插针7出射经第3光纤12.3至接收单元JS。

实施例5，如图6所示，该结构由一个双芯插针3、两个透镜4(平面透镜或球面透镜)、一个滤光片5、一个带光强监测的探测器10、一个单芯插针7组成，并从左至右按下列顺序依次连接或排列：双芯插针3，第1透镜4.1，滤光片5，第2透镜4.2，带光强监测的探测器10，单芯插针7。

其工作原理是：输入信号经由第1光纤12.1、双芯插针3后通过第1透镜4.1入射到滤光片5，从滤光片5反射的光信号再次经由第1透镜4.1耦合到双芯插针3的第2光纤12.2中；由滤光片5透射λ信号通过第2透镜4.2后将经由带光强监测的探测器10和单芯插针7出射经第3光纤12.3至接收单元JS。在这里，带光强监测的探测器10放置在第2透镜4.2与单芯插针7之间。

实施例6，如图7所示，该结构由一个双芯插针3，两个透镜4(平面透镜或球面透镜)，一个滤光片5，一个带光强监测的探测器10，一个单芯插针7组成，并从左至右按下列顺序依次连接或排列：双芯插针3，第1透镜4.1，滤光片5，第2透镜4.2，单芯插针7，带光强监测的探测器10。

其工作原理是：输入信号经由第1光纤12.1、双芯插针3后通过第1透镜4.1入射到滤光片5，从滤光片5反射的光信号再次经由第1透镜4.1耦合到双芯插针3的第2光纤12.2中；由滤光片5透射λ信号通过第2透镜4.2耦合单芯插针7中的光波导中。λ信号光在通过带光强监测的探测器10时，部分光被接收用于探测，而大部分光信号将透过出射经第3光纤12.3至接收单元JS。

Claims

1、一种带光功率探测的光波分复用/解复用器，其特征在于：

第1双芯插针(3.1)、第1透镜(4.1)、滤光片(5)、第2透镜(4.2)、单芯插针(7)、第2双芯插针(3.2)、第3透镜(4.3)、分光反射片(11)、PIN管探测器(6)依次连接；

输入光信号经由第1光纤(12.1)、第1双芯插针(3.1)后通过第1透镜(4.1)入射到滤光片(5)，从滤光片(5)反射的光信号再次经由第1透镜(4.1)耦合到第1双芯插针(3.1)的第2光纤(12.2)中；从滤光片(5)透射的光信号λ经第2透镜(4.2)耦合到单芯插针(7)的光波导中，又经第2双芯插针(3.2)、第3透镜(4.3)准直到分光反射片(11)，PIN管探测器(6)接收分光反射片(11)的部分透射的光信号实现光强监控，分光反射片(11)反射的λ光信号经由第3透镜(4.3)和第2双芯插针(3.2)经第3光纤(12.3)至接收单元(JS)。

2、一种带光功率探测的光波分复用/解复用器，其特征在于：

双芯插针(3)、第1透镜(4.1)、滤光片(5)、分光棱镜(8)、第2透镜(4.2)、单芯插针(7)依次连接，分光棱镜(8)的反射面与PIN管探测器(6)连接；

输入光信号经由第1光纤(12.1)、双芯插针(3)后通过第1透镜(4.1)入射到滤光片(5)，从滤光片(5)反射的光信号再次经由第1透镜(4.1)耦合到双芯插针(3)的第2光纤(12.2)中；而从滤光片(5)透射过来的光信号λ通过分光棱镜(8)后将λ信号分为功率一强一弱的两路光信号，PIN管探测器(6)接收λ信号的弱信号部分实现光强监控；λ信号的强信号部分经由第2透镜(4.2)和单芯插针(7)出射经第3光纤(12.3)至接收单元(JS)。

3、一种带光功率探测的光波分复用/解复用器，其特征在于：

双芯插针(3)、第1透镜(4.1)、滤光片(5)、分光斜方棱镜(9)、第2透镜(4.2)、单芯插针(7)依次连接，分光斜方棱镜(9)还与PIN管探测器6相连接；

输入光信号经由第1光纤(12.1)、双芯插针(3)后通过第1透镜(4.1)入射到滤光片(5)，从滤光片(5)反射的光信号再次经由第1透镜(4.1)耦合到双芯插针(3)的第2光纤(12.2)中；而从滤光片(5)透射过来的光信号λ通过分光斜方棱镜(9)后将λ信号分为功率一强一弱的两路光信号，PIN管探测器(6)接收λ信号的弱信号部分实现光强监控，λ信号的强信号部分经由第2透镜(4.2)和单芯插针(7)出射经第3光纤(12.3)至接收单元(JS)。

4、一种带光功率探测的光波分复用/解复用器，其特征在于：

双芯插针(3)、第1透镜(4.1)、滤光片(5)、带光强监测的探测器(10)、第2透镜(4.2)单芯插针(7)依次连接；

输入信号经由第1光纤(12.1)、双芯插针(3)后通过第1透镜(4.1)入射到滤光片(5)，从滤光片(5)反射的光信号再次经由第1透镜(4.1)耦合到双芯插针的第2光纤(12.2)中；由滤光片(5)透射的λ信号通过带光强监测的探测器(10)后将经由第2透镜(4.2)和单芯插针(7)出射经第3光纤(12.3)至接收单元(JS)。

5、一种带光功率探测的光波分复用/解复用器，其特征在于：

双芯插针(3)、第1透镜(4.1)、滤光片(5)、第2透镜(4.2)、带光强监测的探测器(10)、单芯插针(7)依次连接；

输入信号经由第1光纤(12.1)、双芯插针(3)后通过第1透镜(4.1)入射到滤光片(5)，从滤光片(5)反射的光信号再次经由第1透镜(4.1)耦合到双芯插针(3)的第2光纤(12.2)中；由滤光片(5)透射λ信号通过第2透镜(4.2)后经由带光强监测的探测器(10)和单芯插针(7)出射经第3光纤(12.3)至接收单元(JS)。

6、一种带光功率探测的光波分复用/解复用器，其特征在于：

双芯插针(3)、第1透镜(4.1)、滤光片(5)、第2透镜(4.2)、单芯插针(7)、带光强监测的探测器(10)依次连接；

输入信号经由第1光纤(12.1)、双芯插针(3)后通过第1透镜(4.1)入射到滤光片(5)，从滤光片(5)反射的光信号再次经由第1透镜(4.1)耦合到双芯插针(3)的第2光纤(12.2)中；由滤光片(5)透射λ信号通过第2透镜(4.2)耦合单芯插针(7)中的光波导中；λ信号光在通过带光强监测的探测器(10)时，部分光被接收用于探测，而大部分光信号将透过出射经第3光纤(12.3)至接收单元(JS)。