CN105467521B - 一种可调光衰减型波分复用器及衰减度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调光衰减型波分复用器，包括：设置有多个凹槽的圆柱形支撑体，反射支撑体通过连接杆与支撑体联接，光衰减盘通过连接杆，穿接在支撑体与反射支撑体中间，不同衰减度的衰减片绕圆周嵌入式放置，入射准直器和输出准直器粘结在所述支撑体凹槽内，反射滤光片放置在输出准直器端口处，全反射棱镜，其粘结在反射支撑体端面上，本发明还公开了一种可调光衰减型波分复用器的衰减度调节方法，通过转动调节光衰减盘，使不同衰减度的衰减片对准输出端口，实现输出端口光功率的衰减度调节。

Description

一种可调光衰减型波分复用器及衰减度调节方法

技术领域

本发明涉及光波分复用器领域，特别涉及一种光衰减型波分复用器及其衰减度调节方法。

背景技术

现代的光纤通信系统的光信号传输速度越来越快，且系统的容量也越来越大，这有赖于掺铒光纤放大器(EDFA)与密集波分复用(DWDM)技术的应用。但是，由于光信号发射机发射的信号光功率不均匀性以及掺铒光纤放大器的增益谱不平坦性,使得密集波分复用系统中的若干不同波长的光信号经过掺铒光纤放大器后，对应的增益不一致，而且随着长距离通信系统中的多个掺铒光纤放大器级联使用，使得这种增益不平坦性不断积累，造成不同信道的功率极端不均匀，导致光纤通信系统的动态失衡。

另外，在光纤通信系统中，当光传输的信道数增减或某信道功率改变时，也会引发其它信道功率跳变，接收机各个信道收到的光功率值和光信号的信噪比也就各不相同。这种不均衡性对整个光纤通信系统的传输性能非常有害，往往会使各路信号之间发生串扰，使某些波长信道的误码率高于指定值。如果不均衡功率值过高，会导致光信号在光纤中的传输发生非线性效应，并导致接收机所接收的光功率值超过接收机的最大动态范围。如果不均衡功率值过低，会导致接收机所接收的光功率值低于接收机的灵敏度，则导致接收机接收不到光信号。

因此，人们使用对各个信道的信号光功率进行动态调节的全信道可调光衰减器对多个信道的信号进行光功率调节，尤其是紧凑型粗波分复用器，其因为结构简单，尺寸小，价格低廉，目前广泛应用于光通信行业，但因各个信道功率存在明显不均衡性，因此急需一种方法能够均衡紧凑型粗波分复用器各信道的功率。

发明内容

本发明的一个目的本发明的一个目的是解决至少上述问题和缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的一个目的是通过加入衰减盘来均衡紧凑型波分复用器的信道功率。

本发明还有一个目的是通过改变衰减片的衰减度实现信道光功率的精准控制。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明设计开发了一种可调光衰减型波分复用器，包括：

支撑体,其为圆柱形，柱面设置有多个凹槽；

反射支撑体，其为圆柱形，通过连接杆与支撑体联接；

光衰减盘，其为圆盘状结构，通过连接杆，穿接在支撑体与反射支撑体中间，不同衰减度的衰减片绕圆周嵌入式放置；

入射准直器，其粘结在所述支撑体凹槽内，为光线输入端口；

输出准直器，其数量为多个，粘结在所述支撑体凹槽内，为光线输出端口；

反射滤光片，其与输出准直器数量相同，放置在输出准直器端口处，可以让特定波长的光通过，其它波长的光反射；

全反射棱镜，其粘结在反射支撑体端面上，将入射的光线反射到下一输出端口；

优选的是，所述连接杆穿过反射支撑体，并设置有电机，可带动光衰减盘转动。

优选的是，所述的光衰减盘数量为一个或多个。

优选的是，所述的光衰减盘内衰减片的衰减度为0dB～30dB。

优选的是，所述的入射准直器和输出准直器为小型光纤准直器，外径为1mm～1.5mm，入射准直器的入射角度为5°～15°。

优选的是，所述的凹槽，深度为0.3mm～0.6mm，宽度为1.2mm～1.7mm。

优选的是，所述的反射滤光片为柱状圆片，直径为1.2mm～1.7mm。

优选的是，所述的反射滤光片反射波长范围为1260nm～1620nm。

优选的是，所述的反射滤光片透射波长为粗波分复用器常用波长，1310nm、1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1590nm、1610nm中的一种。

本发明的目的还可以进一步由一种波分复用器的衰减度调节方法，来实现，该方法包括以下步骤：

步骤一:首先将包含有三个波长信息λ₁、λ₂、λ₃的宽带光入射到入射准直器，经入射准直器内的自聚焦透镜，将光纤内的传输λ₁、λ₂、λ₃的宽带光转变成准直光，再经过光衰减盘，转动光衰减盘，准直光经过嵌入光衰减盘的衰减度为γ₁的衰减片，求得衰减后光功率为，

其中P_in为宽带光入射时的光功率；

步骤二：衰减后光线入射到全反射棱镜，反射后光线经光衰减盘的衰减度为γ₂的衰减片进行衰减，再经反射滤光片进行滤光，波长为λ₁的窄带光由输出准直器接收并输出，此时输出光功率为，

由此，信道n的输出光功率为,

γ₁、γ₂……γ_n的取值可以相同或不同。

有益效果

本发明通过加入衰减盘来均衡紧凑型波分复用器的信道功率，有效平衡了各信道之间光功率的平衡性，减小了发生信道间串扰和跳变的几率；通过改变衰减片的衰减度实现信道光功率的精准控制；采用柱状结构，封装结构可采用一端开口的圆柱状壳体，有易于密封性能的提高，延长了波分复用器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述的可调光衰减型波分复用器的结构示意图。

图2为本发明所述的可调光衰减型波分复用器的光路图。

图3为本发明所述的光衰减盘的结构示意图。

图4为本发明所述的准直器的结构示意图。

图5为本发明所述的反射滤光片与准直器尾纤粘结示意图。

图6为本发明所述的可调光衰减型波分复用器的另一实施例光路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的可调光衰减型波分复用器包括：支撑体110、连接杆120、反射支撑体130、光衰减盘140、入射准直器150、输出准直器160、反射滤光片170和全反射棱镜180。

其中支撑体110，其为圆柱形，柱面设置有多个凹槽，用于粘结入射准直器150和输出准直器160，凹槽的尺寸为深度为0.3mm～0.6mm，宽度为1.2mm～1.7mm，材质为膨胀系数比较小的金属，防止温差变化产生变形，影响器件使用精度，支撑体110的直径根据输出准直器160的数量决定，即输出端口波长来决定，输出信道较多可增加支撑体直径大小，输出信道较少减小支撑体直径大小；

连接杆120，其为金属杆，防止温差或氧化后产生形变，影响波分复用器的使用，一侧连接支撑体110，一侧连接反射支撑体130，将光衰减盘140穿接在支撑体110和反射支撑体130中间，主要起到支撑固定作用。

如图3所示，光衰减盘140，其为圆盘状结构，其为圆盘状结构，通过连接杆120，穿接在支撑体110与反射支撑体130中间，不同衰减度的衰减片绕圆周嵌入式放置，衰减片的衰减度为0dB～30dB；

在另一实施例中，光衰减盘140的数量为两个或两个以上，入射光线经过第一个光衰减盘的衰减片进行一次衰减，即光功率变小，再经第二个光衰减盘进行一次衰减，衰减度进行叠加，如第一光衰减盘141的衰减片衰减度为5dB，第二光衰减盘142的衰减片衰减度为15dB，光线一次经过两个转动两个光衰减盘后光功率衰减20dB。

反射支撑体130，其为圆柱形，材质为镀保护漆金属，通过连接杆120与支撑体110联接，反射支撑体表面其粘结有多个全反射棱镜180，全反射棱镜180的作用相当于平面镜，但具有比平面镜更好的反射性能，能量损失小，效率更好，稳定性高，可以将入射的光线反射出去，无损耗的传输到波分复用器的下一输出端口，；

入射准直器150，其为单光纤准直器，由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成，采用毛细玻璃管进行封装，密封性好，形变小；它可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至单模光纤内,粘结在所述支撑体凹槽内，为光线输入端口，入射准直器入射角度为5°～15°，以小角度入射可以将整个波分复用器结构做的更小巧，利于光通信设备的小型化集成化发展，光纤准直器的外径为1mm～1.5mm，其为小型光纤准直器，为现有常用到的小型准直器，结构工艺成熟，且尺寸较小，减小了加工难度，稳定性高；

输出准直器160，其为单光纤准直器，由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成，采用毛细玻璃管进行封装，密封性好，形变小，它可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至单模光纤内,其数量为多个，粘结在所述支撑体凹槽内，为光线输出端口，纤准直器的外径为1mm～1.5mm，其为小型光纤准直器，为现有常用到的小型准直器，结构工艺成熟，且尺寸较小，减小了加工难度，稳定性高；

反射滤光片170，其与输出准直器数量相同，放置在输出准直器端口处，可以让特定波长的光通过，其它波长的光反射，在粗波分复用系统中，多腔窄带波片的使用十分广泛，技术成熟，可以用来透射特定波长和带宽的光信号。普通波片多是用于正入射场合，随着光信号入射角的加大，其透射曲线的峰值波长和通带都会向短波方向移动，并且其透射峰迅速衰减，透射曲线变形，出现多个透射峰值。本发明所使用的波片通过添加不同层数和厚度的高低折射率材料，调节了波片各间隔层的等效折射率，改进了窄带波片的膜系结构，倾斜入射时的透射性能稳定，偏振相关损耗和插入损耗较低，使得可调谐范围较大。对于多腔窄带波片，其多层薄膜可以等效为两个有效界面，随着入射角度的增大，波片中心波长向短波移动的越来越快，这是由于在等效折射率一定的情况下，波长的移动正比于入射角的正弦值。通过添加不同层数的高低折射率材料作为其间隔层并保证各腔间的间隔层结构相等，就可以在不使用新材料的情况下，使波片具有较大的偏转角度，很好的解决准直器的拥挤问题，并且不需要另外增加任何元件，通带指标和损耗指标都满足波分复用系统的要求，既降低成本，又减小加工难度，并且提高了产品的可靠性，反射滤光片为柱状圆片，直径为1.2mm～1.7mm，反射滤光片在组装过程中会有一微小角度，增强了投射性能，稳定性述的反射滤光片反射波长范围为1260nm～1620nm，透射波长为粗波分复用器常用波长，1310nm、1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1590nm、1610nm中的一种。

如图2所示，可调光衰减型波分复用器的光路图，多个波长复合在一起的光线经入射准直器150，将高斯光束变为准直光，再经过光衰减盘140，进行衰减，衰减后光线入射到第一全反射棱镜181，反射后光线经光衰减盘140进行衰减，再经第一反射滤光片171进行滤光，特定波长由第一输出准直器161接收并输出，其它波长的光经第一反射滤光片171反射，再经光衰减盘140进行衰减，入射到第二全反射棱镜182，反射后光线经光衰减盘140进行衰减，再经第二反射滤光片172进行滤光，特定波长由第二输出准直器162接收并输出。

在另一实施例中，连接杆120，其为金属杆，防止温差或氧化后产生形变，影响波分复用器的使用，一侧连接支撑体110，一侧连接反射支撑体130，将光衰减盘140穿接在支撑体110和反射支撑体130中间，主要起到支撑固定作用，连接杆的头部设置有转动电机，其中反射支撑体130和支撑体110固定不动，光衰减盘140固定在连接杆120上，电机可带动连接杆120转动，光衰减盘140随连接杆120转动，实现不同衰减度的衰减片对应入射准直器150，实现波分复用器的衰减度调节。

实施以三信道可调光衰减型波分复用器的工作过程为例做进一步的说明，

首先将包含有三个波长信息λ₁、λ₂、λ₃的宽带光入射到入射准直器150，经入射准直器150内的自聚焦透镜，将光纤内的传输λ₁、λ₂、λ₃的宽带光转变成准直光，再经过光衰减盘140，转动光衰减盘140，使准直光经过嵌入光衰减盘140的衰减度为γ₁的衰减片141，进行衰减，衰减后光线入射到第一全反射棱镜181，反射后光线经光衰减盘140的衰减度为γ₂的衰减片142进行衰减，再经第一反射滤光片171进行滤光，波长为λ₁的窄带光由第一输出准直器161接收并输出；

其它波长为λ₂、λ₃的宽带光经第一反射滤光片171反射，再经光衰减盘140的衰减度为γ₃的衰减片143进行衰减，然后入射到第二全反射棱镜182，反射后光线经光衰减盘140衰减度为γ₄的衰减片144进行衰减，再经第二反射滤光片172进行滤光，波长λ₂由第二输出准直器162接收并输出；

波长为λ₃宽带光经第二反射滤光片172反射，再经光衰减盘140衰减度为γ₅的衰减片145进行衰减，然后入射到第三全反射棱镜183，反射后光线经光衰减盘140衰减度为γ₆的衰减片146进行衰减，再经第三反射滤光片173进行滤光，波长λ₃由第三输出准直器163接收并输出。

光衰减器与波分复用器结合式设计，可以大大减小仪器的体积，提高仪器的整体性能，满足了光纤通信领域小型化和低成本的要求。

本发明还提供了一种可调光衰减型波分复用器的衰减度调节方法，包括以下步骤：

步骤一:首先将包含有三个波长信息λ₁、λ₂、λ₃的宽带光入射到入射准直器150，经入射准直器150内的自聚焦透镜，将光纤内的传输λ₁、λ₂、λ₃的宽带光转变成准直光，再经过光衰减盘140，转动光衰减盘140，准直光经过嵌入光衰减盘140的衰减度为γ₁,的衰减片141，求得衰减后光功率，单位为mw，

其中衰减度的单位为dB,P_in为宽带光入射时的光功率，单位为mw；

步骤二：衰减后光线入射到全反射棱镜，反射后光线经光衰减盘140的衰减度为γ₂的衰减片进行衰减，再经反射滤光片进行滤光，波长为λ₁的窄带光由输出准直器接收并输出，此时输出光功率，单位为mw，

由此，信道n的输出光功率，单位为mw，

γ₁、γ₂……γ_n+1的取值可以相同或不同。

在另一实施例中，反射滤光片可以粘结放置在输出准直器的尾纤端面处，如图4所示，为准直器的结构示意图，其由自聚焦透镜151，尾纤152和封装管153组成，尾纤152主要用于固定光纤，自聚焦透镜151将高斯光转换为平行光出射，如图5所示，将厚度为0.3mm～0.5mm的薄反射滤光片200粘结在尾纤的光纤入射端口处，可以让特定波长的光线通过，其他波长的光反射后经自聚焦透镜151出射。

如图6所示，其工作方式如下，

多个波长复合在一起的光线经入射准直器150，将高斯光束变为准直光，再经过光衰减盘140，进行衰减，衰减后光线入射到第一全反射棱镜181，反射后光线经光衰减盘140进行衰减，进入第一输出准直器161，再经反射滤光片进行滤光，特定波长由第一输出准直器161接收并输出，其它波长的光经反射滤光片反射，再经光衰减盘140进行衰减，入射到第二全反射棱镜182，反射后光线经光衰减盘140进行衰减，进入第一输出准直器162，再经第二反射滤光片进行滤光，特定波长由第二输出准直器162接收并输出。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种可调光衰减型波分复用器，其特征在于，包括：

支撑体，其为圆柱形，柱面设置有多个凹槽；

反射支撑体，其为圆柱形，通过连接杆与支撑体联接；

光衰减盘，其为圆盘状结构，通过连接杆，穿接在支撑体与反射支撑体中间，不同衰减度的衰减片绕圆周嵌入式放置；

入射准直器，其粘结在所述支撑体凹槽内，为光线输入端口；

输出准直器，其数量为多个，粘结在所述支撑体凹槽内，为光线输出端口；

反射滤光片，其与输出准直器数量相同，放置在输出准直器端口处，可以让特定波长的光通过，其它波长的光反射；

全反射棱镜，其粘结在反射支撑体端面上，将入射的光线反射到下一输出端口；

其中，所述的凹槽，深度为0.3mm～0.6mm，宽度为1.2mm～1.7mm。

2.根据权利要求1所述的可调光衰减型波分复用器，其特征在于，所述连接杆穿过反射支撑体，并设置有电机，可带动光衰减盘转动。

3.根据权利要求1所述的可调光衰减型波分复用器，其特征在于，所述的光衰减盘数量为一个或多个。

4.根据权利要求1或3所述的可调光衰减型波分复用器，其特征在于，所述的光衰减盘内衰减片的衰减度为0dB～30dB。

5.根据权利要求1所述的可调光衰减型波分复用器，其特征在于，所述的入射准直器和输出准直器为小型光纤准直器，外径为1mm～1.5mm，入射准直器的入射角度为5°～15°。

6.根据权利要求1所述的可调光衰减型波分复用器，其特征在于，所述的反射滤光片为柱状圆片，直径为1.2mm～1.7mm。

7.根据权利要求1或6所述的可调光衰减型波分复用器，其特征在于，所述的反射滤光片反射波长为1210nm～1620nm。

8.根据权利要求7所述的可调光衰减型波分复用器，其特征在于，所述的反射滤光片透射波长为粗波分复用器常用波长，1310nm、1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1590nm、1610nm中的一种。

9.一种可调光衰减型波分复用器的衰减度调节方法，使用如权利要求1-8任一项所述的可调光衰减型波分复用器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一:首先将包含有三个波长信息λ₁、λ₂、λ₃的宽带光入射到入射准直器，经入射准直器内的自聚焦透镜，将光纤内的传输λ₁、λ₂、λ₃的宽带光转变成准直光，再经过光衰减盘，转动光衰减盘，准直光经过嵌入光衰减盘140的衰减度为γ₁的衰减片，求得衰减后光功率为，

其中P_in为宽带光入射时的光功率；

步骤二：衰减后光线入射到全反射棱镜，反射后光线经光衰减盘140的衰减度为γ₂的衰减片进行衰减，再经反射滤光片进行滤光，波长为λ₁的窄带光由输出准直器接收并输出，此时输出光功率为，

由此，信道n的输出光功率为,

γ₁、γ₂……γ_n的取值可以相同或不同。