專利名稱：可重配置光學(xué)分插復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是應(yīng)用于WDM光網(wǎng)絡(luò)中的一種無源設(shè)備，尤其能夠?qū)崿F(xiàn) 通信業(yè)務(wù)量的直通、分下和插入操作，適用于對通信業(yè)務(wù)量進行全光 傳輸和交換的光纖通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點、局、站等場合。
(二)
背景技術(shù)：
光纖通信以其大容量、寬帶寬、高速率、低損耗已經(jīng)成為目前主 要的信息傳輸方式。發(fā)展WDM全光網(wǎng)絡(luò)是目前光纖通信擴容的最簡 捷、最有效的方式。隨著DWDM技術(shù)的日益成熟和實用化，為了避 免光-電-光轉(zhuǎn)換的高昂代價和突破電子速率瓶頸的限制，產(chǎn)生了在光 域?qū)觼砉芾砭W(wǎng)絡(luò)容量的強烈要求。光學(xué)分插復(fù)用器(OADM)正是適 應(yīng)這一要求而產(chǎn)生的。
光學(xué)分插復(fù)用器實現(xiàn)從傳輸設(shè)備中有選擇地下路通往本地的光 信號，同時上路本地用戶發(fā)往另一節(jié)點用戶的光信號。它可分為兩類， 一類是非可重配置型(fixed)，只能上下固定的一個或多個波長；另一 類是可重配置型(reconfigurable)，即ROADM。可重配置指的是快速 選擇用于插入和分下的所需波長的能力，從而允許根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需求動 態(tài)地建立和取消光學(xué)通道，使得運營商在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時具有靈活性。一 個可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，將使得光網(wǎng)絡(luò)具有更大的組網(wǎng)靈活性和 生存性，同時可以降低光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)成本。
目前己有的光學(xué)分插復(fù)用器的專利技術(shù)多為不可重配置型，比如 中國專利CN 1481101A，它采用自聚焦透鏡和固定波長濾波器實現(xiàn)分 插濾波功能， 一次只能分下/插入一個固定波長。中國專利CN
1514563A披露的是一種將多個分插濾波單元按照一定順序級聯(lián)來實 現(xiàn)波長可控功能的器件。上述兩個專利所發(fā)明器件的端口均位于器件 的兩側(cè)，因此器件結(jié)構(gòu)尺寸偏大，實際使用不方便。美國專利US 7184620 Bl披露的是一種三端口且三個端口位于器件同一側(cè)的光學(xué) 分插復(fù)用器件。該器件也不可重配置，采用濾波器、反射鏡和光纖準 直器來實現(xiàn)上下路功能。由于其將三個端口采用菱形排列，導(dǎo)致光線 的傳播不在一個平面內(nèi)，使得反射鏡的裝配非常困難。此外，該器件 要么用作分下，要么用作插入，不能夠使用單個上述三端口光學(xué)分插 復(fù)用器件同時實現(xiàn)這兩項功能。中國專利200710164618. 1公開了一 種多端口同時分下或插入的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，其輸入、輸出 和插入/分下端口均位于器件的同一側(cè)，但該裝置的端口也是采用菱 形排列，同樣存在光線不在一個平面內(nèi)、反射鏡裝配困難的問題，而 且該裝置分下或插入需要使用不同的濾波反射模塊，不能同時實現(xiàn)直 通、分下和插入功能?？梢娚鲜鏊膫€專利技術(shù)均無法實現(xiàn)一種單側(cè)端 口且結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)的ROADM。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出一種輸入、輸出、插 入和分下光路在同一平面內(nèi)，僅用單個器件即可同時完成直通、分下 和插入功能的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，包含位于器件同一惻的端口、與端口 連接的光纖組、用于固定光纖組的光纖緊固件、引導(dǎo)光波傳輸?shù)墓饫w 準直器、濾波反射模塊和單片機控制模塊，所述濾波反射模塊包含一 轉(zhuǎn)動圓盤以及中心對稱地布置在所述圓盤上的濾波反射單元，所述的 濾波反射單元由濾波器和反射鏡組成；所述單片機控制模塊包括與單
片機連接的步進電機，所述歩進電機連接所述的轉(zhuǎn)動圓盤；所述的光 纖組由水平穿設(shè)在所述光纖緊固件上的一根插入光纖、 一根輸入光 纖、 一根輸出光纖、 一根分下光纖組成，上述光纖在同一豎直面內(nèi)自 上而下依次排列，所述的插入光纖與分下光纖關(guān)于光軸對稱布置，所
述的輸入光纖與輸出光纖關(guān)于光軸對稱布置；所述光纖準直器為 GRIN準直透鏡，所述GRIN準直透鏡的折射率從光軸到邊緣按照拋 物線型單調(diào)下降，且折射率呈軸對稱分布，所述GRIN準直透鏡的朝 向光纖緊固件的入射端面包含位于中部的與光軸垂直的豎直平面段 和兩側(cè)的朝所述端口一端傾斜的上、下斜面段，所述的上、下斜面段 關(guān)于光軸對稱布置，所述豎直平面段與所述的輸入、輸出光纖對應(yīng)， 所述的上、下斜面段分別與所述的插入光纖和分下光纖對應(yīng)，所述 GRIN準直透鏡的出射端面為與光軸垂直的平面。
所述GRIN準直透鏡的入射端面鍍有用于減少回波的減反膜。所 述輸入、輸出、分下和插入光纖端面的法線與光纖的光軸成8°的傾 角并鍍有減反膜，以提高回波損耗。
所述濾波反射單元中的反射鏡可以是夾角為2p的雙反射鏡，其 頂點與所述GRIN準直透鏡的光軸重合。兩面反射鏡與所述GRIN準 直透鏡的光軸分別成士P角，分別用于反射插入和分下信號。夾角P的 大小與所述GRIN準直透鏡的特性有關(guān)，具體數(shù)值由輸入、輸出、分 下和插入光波在GRIN準直透鏡中的傳播軌跡決定。'經(jīng)過對所述 GRIN準直透鏡的設(shè)計，2p角可以等于180°，即所述反射鏡為一平 面反射鏡且與所述GRIN準直透鏡的光軸垂直。
所述光纖緊固件為帶有豎直排列的四個圓孔的機械裝置，所述4 個圓孔分別用于固定上述4根光纖，所述的4個圓孔關(guān)于光軸呈軸對 稱分布。
所述圓盤為精密金屬圓盤，圓盤上有N個精密螺孔，呈中心對 稱分布，所述濾波反射單元以螺絲緊固在圓盤上。
所述濾波反射單元中的濾波器，用于使特定波長的光波透射穿過 濾波器，而讓其他波長的光波在濾波器表面反射。在濾波器表面反射 的輸入光波作為直通信號。經(jīng)濾波器透射的輸入(插入)光波作為分 下(插入)信號，射向所述濾波反射單元中的反射鏡。所述濾波反射
單元中的濾波器與所述GRIN準直透鏡的光軸垂直。
所述濾波反射單元中的反射鏡的作用是反射經(jīng)濾波器透射而來 的光波。所述反射鏡將插入信號以特定角度反射后與上述直通信號合
并，形成新的波分復(fù)用信號進入所述的GRIN準直透鏡中傳播，直至 傳播進入執(zhí)行輸出功能的光纖。所述反射鏡將分下信號以特定角度反 射后，進入所述的GRIN準直透鏡中傳播，直至傳播進入執(zhí)行分下功 能的光纖。
所述單片機控制模塊使用單片機控制步進電機，驅(qū)動濾波反射模 塊沿精密導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，以便增加濾波反射模塊運動的穩(wěn)定性，減小機械 跳動。
優(yōu)選的，所述的濾波器為多層介質(zhì)薄膜濾波器。 優(yōu)選的，所述的反射鏡為寬帶高反鏡。
本發(fā)明可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，采用分立式的GRIN準直透 鏡、多層介質(zhì)薄膜濾波器和反射鏡，可同時實現(xiàn)波長的分下和插入。 由于使用了所述GRIN準直透鏡，僅用單個器件即可同時完成直通、 分下和插入功能，而且輸入、輸出、插入和分下的光路均在同一平面 內(nèi)實現(xiàn)。采用單片機控制步進電機，驅(qū)動濾波器和與其相結(jié)合的反射 鏡沿精密導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)動態(tài)選擇和配置波長。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、作為一種可重配置的光學(xué)分
插復(fù)用器，其輸入、輸出、分下和插入的光路均在同一平面內(nèi)，大大 簡化了結(jié)構(gòu)，降低了機械裝置裝調(diào)的難度；2、使用單個器件同時實 現(xiàn)波長的直通、分下和插入，且輸入、輸出、分下和插入端口一經(jīng)確
定，在使用過程中無需調(diào)整；3、輸入、輸出、分下和插入端口均位 于同一側(cè)，不僅減小了器件結(jié)構(gòu)尺寸，還方便器件的操控。
(四)


圖1是本發(fā)明可重配置光學(xué)分插復(fù)用器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是光纖在光纖緊固件上的位置排布圖。
圖3是GRIN準直透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是濾波反射模塊示意圖。
圖5是濾波反射單元的光路示意圖。
圖中標號說明
l一插入端口、 2 —輸入端口、 3 —輸出端口、 4一分下端口、 5 — 光纖緊固件、6 —GRIN準直透鏡、7 —濾波反射模塊、8 —步進電機、 9一單片機控制模塊、10 —插入光纖固定孔、ll一輸入光纖固定孔、 12 —輸出光纖固定孔、13 —分下光纖固定孔、14 —針對任意WDM標 準波長入！的濾波反射單元、15 —濾波器、16 —反射鏡、17 —豎直平 面段、18 —上斜面段、19 —下斜面段。100 —插入光纖、200 —輸入光 纖、300 —輸出光纖、400—分下光纖、110—GRIN透鏡中插入信號光 路軌跡、210—GRIN透鏡中輸入信號光路軌跡、310—GRIN透鏡中 輸出信號光路軌跡、410—GRIN透鏡中分下信號光路軌跡、120—準 直后插入信號光路軌跡、220—準直后輸入信號光路軌跡、320_準直 前輸出信號光路軌跡、420 —準直前分下信號光路軌跡
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
參照圖l:可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，包含位于器件同一側(cè)的四 個端口、與端口連接的光纖組、用于固定光纖組的光纖緊固件5、引 導(dǎo)光波傳輸?shù)墓饫w準直器、濾波反射模塊7和單片機控制模塊9，所 述濾波反射模塊包含一轉(zhuǎn)動圓盤以及中心對稱地布置在所述圓盤上 的濾波反射單元，所述的濾波反射單元由濾波器15和反射鏡16組成；
所述單片機控制模塊9包括與單片機連接的步進電機8，所述步進電 機連接所述的轉(zhuǎn)動圓盤；所述的光纖組由水平穿設(shè)在所述光纖緊固件 上的一根插入光纖100、 一根輸入光纖200、 一根輸出光纖300、 一 根分下光纖400組成，上述光纖在同一豎直面內(nèi)自上而下依次排列， 所述的插入光纖100與分下光纖400關(guān)于光軸對稱布置，所述的輸入 光纖200與輸出光纖300關(guān)于光軸對稱布置；所述光纖準直器為GRIN 準直透鏡6，所述GRIN準直透鏡6的折射率從光軸到邊緣按照拋物 線型單調(diào)下降，且折射率呈軸對稱分布，所述GRIN準直透鏡6的朝 向光纖緊固件5的入射端面包含位于中部的與光軸垂直的豎直平面 段17和兩側(cè)的朝所述端口一端傾斜的上、下斜面段，所述的上斜面 段18、下斜面段19關(guān)于光軸對稱布置，所述豎直平面段與所述的輸 入、輸出光纖對應(yīng)，所述的上、下斜面段分別與所述的插入光纖和分 下光纖對應(yīng)，所述GRIN準直透鏡的出射端面為與光軸垂直的平面。
所述GRIN準直透鏡6的入射端面鍍有用于減少回波的減反膜。 所述輸入、輸出、分下和插入光纖端面的法線與光纖的光軸成8°的 傾角并鍍有減反膜，以提高回波損耗。p
所述四個端口 1、 2、 3、 4分別與插入光纖100、輸入光纖200、 輸出光纖300、分下光纖400相連，用以傳輸送入(來自)GRIN準 直透鏡6的插入和輸入(輸出和分下)信號。所述的四個端口在器件 同一側(cè)呈豎直排列，所述四根光纖固定于光纖緊固件5之中。
參照圖2，所述光纖緊固件中有豎直排列的4個光纖固定孔，自 上而下依次為插入光纖固定孔10、輸入光纖固定孔11、輸出光纖固
定孔12和分下光纖固定孔13。光纖固定孔10和光纖固定孔13，輸 入光纖固定孔11和輸出光纖固定孔12分別關(guān)于光軸對稱。所述各孔 之間的間距由GRIN準直透鏡的特性決定。
參照圖3，所述的GRIN準直透鏡由一個半徑為r的圓棒形漸變 折射率微透鏡加工而成。圖3中左側(cè)為透鏡入射端面，其中心為一個 高為2h、與光軸垂直的平面，上下兩側(cè)為與光軸分別成士 (90°_ e) 傾斜角的平面。透鏡中心軸向長度z。傾斜角9是為了使得上下兩路 光線從漸變折射率微透鏡出射時的夾角比中間兩路光線的小(由漸變 折射率透鏡的ABCD矩陣計算可知，如無傾斜角9 ，上下出射光線 夾角必定大于中間光線夾角)，具體小多少可由長度z來控制。在z 確定后，可由高斯光束經(jīng)漸變折射率微透鏡的變換計算得到所述光纖 頭距離漸變折射率微透鏡的最佳距離。高度2h的選擇主要需要考慮 由光纖頭進入的四路光束在漸變折射率微透鏡中不要發(fā)生交疊現(xiàn)象。 半徑r要足夠大，以保證上下光線不會在漸變折射率微透鏡上下圓周 面發(fā)生折射。
所述GRIN準直透鏡利用其特殊設(shè)計的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，決定著 光波在其內(nèi)部傳輸?shù)能壽E，以便導(dǎo)引輸入和插入信號射向濾波反射模 塊7，并將輸出和分下信號引導(dǎo)到各自對應(yīng)的光纖。GRIN準直透鏡 的特殊性能可保證上述插入、輸入、輸出和分下的光線軌跡均位于同 一平面內(nèi)。
參照圖4，所述濾波反射模塊包括N個濾波反射單元(圖4所示 N二8)，呈中心對稱分布。參照圖5，所述濾波反射單元由一個濾波 器15和一個寬帶高反鏡16組成。所述寬帶高反鏡16是夾角為的
雙反射鏡，其頂點與所述GRIN準直透鏡的光軸重合。兩面反射鏡與
所述GRIN準直透鏡的光軸分別成士 p角，分別用于反射插入和分下 信號。參照圖1和圖5，經(jīng)過GRIN透鏡后的輸入信號沿準直后輸入 信號光路軌跡220入射到所述濾波器15的鍍膜面，其反射的光波作 為直通信號。經(jīng)過GRIN透鏡后的插入信號沿準直后插入信號光路軌 跡120從所述濾波器15中透射，入射到反射鏡16上，其反射的光波 再次通過濾波器15后與上述直通信號重合，形成輸出信號，然后沿 準直前輸出信號光路軌跡320進入所述的GRIN準直透鏡中傳播，直 至傳播進入輸出光纖300。經(jīng)濾波器透射的輸入信號光波作為分下信 號，射向所述反射鏡16，其反射光波再次通過濾波器15后，再沿準 直前分下信號光路軌跡420反射入所述的GRIN準直透鏡，直至傳播 進入執(zhí)行分下功能的光纖400。
參照圖1，所述單片機控制模塊9利用單片機控制歩進電機8， 驅(qū)動濾波反射模塊沿精密導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，用以動態(tài)選擇所要處理的特定工 作波長和所要執(zhí)行的分插復(fù)用功能。
以8波長的波分復(fù)用信號為例，描述本發(fā)明的工作過程如下
一束包含、入2入3入4入5入6入7入8八個波長的復(fù)用信號經(jīng)圖1中
輸入端口2，輸入本發(fā)明可重配置光學(xué)分插復(fù)用器。經(jīng)固定在光纖緊 固件5上的、與輸入端口 2相連的輸入光纖200，傳輸進入GRIN準 直透鏡6，并沿著GRIN透鏡中輸入信號光路軌跡210在GRIN準直 透鏡中向前傳播，到達GRIN準直透鏡輸出端面后，以一定角度出射 并射向濾波反射模塊7上的特定濾波反射單元。參照圖4，假設(shè)濾波 反射單元14為針對工作波長A ,的濾波反射單元。當(dāng)濾波反射模塊旋 轉(zhuǎn)至濾波反射單元14的位置時，參照圖1和圖5，從GRIN準直透
鏡出射并射向濾波反射模塊的光束(入i入2入3入4入5 A 6入7入8)，沿準
直后輸入信號光路軌跡220照射在濾波反射單元的濾波器15的鍍膜 面，其中入2人3人4入5入6入7入8以一定角度反射，構(gòu)成直通信號。經(jīng) 濾波反射單元的濾波器15透射的光束入p正向傳播，并射向濾波反 射單元的反射鏡16表面，反射后再次透過濾波器15，沿準直前分下
信號光路軌跡420射入GRIN準直透鏡6，然后沿GRIN透鏡中分下 信號光路軌跡410傳播入分下光纖4，直至分下端口 4。
與此同時，波長也為入i的插入信號經(jīng)圖1中插入端口 1，輸入 本發(fā)明可重配置光學(xué)分插復(fù)用器。經(jīng)固定在光纖緊固件5上的、與插 入端口 1相連的插入光纖100，傳輸進入GRIN準直透鏡6，并沿著 GRIN透鏡中插入信號光路軌跡110在GRIN準直透鏡中向前傳播， 到達GRIN準直透鏡輸出端面后，沿準直后插入信號光路軌跡120射 向濾波反射模塊7上的濾波反射單元14。參照圖1和圖5，插入信號 (入,)透過濾波器15，入射到反射鏡16上。經(jīng)反射鏡16反射，與 上述直通信號(A2X3A4A5A6X7A8)合并形成輸出信號(A!入2
入3入4入5人6入7入8)。輸出信號(入^2入3入4入5入6X7入8)沿準直前
輸出信號光路軌跡320射入GRIN準直透鏡6，再沿GRIN透鏡中輸 出信號光路軌跡310傳播入輸出光纖300，直至輸出端口 3。
權(quán)利要求
1、可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，包含位于器件同一側(cè)的端口、與端口連接的光纖組、用于固定光纖組的光纖緊固件、引導(dǎo)光波傳輸?shù)墓饫w準直器、濾波反射模塊和單片機控制模塊，所述濾波反射模塊包含一轉(zhuǎn)動圓盤以及中心對稱地布置在所述圓盤上的濾波反射單元，所述的濾波反射單元由濾波器和反射鏡組成；所述單片機控制模塊包括與單片機連接的步進電機，所述步進電機連接所述的轉(zhuǎn)動圓盤；其特征在于所述的光纖組由水平穿設(shè)在所述光纖緊固件上的一根插入光纖、一根輸入光纖、一根輸出光纖、一根分下光纖組成，上述光纖在同一豎直面內(nèi)自上而下依次排列，所述的插入光纖與分下光纖關(guān)于光軸對稱布置，所述的輸入光纖與輸出光纖關(guān)于光軸對稱布置；所述光纖準直器為GRIN準直透鏡，所述GRIN準直透鏡的折射率從光軸到邊緣按照拋物線型單調(diào)下降，且折射率呈軸對稱分布，所述GRIN準直透鏡的朝向光纖緊固件的入射端面包含位于中部的與光軸垂直的豎直平面段和兩側(cè)的朝所述端口一端傾斜的上、下斜面段，所述的上、下斜面段關(guān)于光軸對稱布置，所述豎直平面段與所述的輸入、輸出光纖對應(yīng)，所述的上、下斜面段分別與所述的插入光纖和分下光纖對應(yīng)，所述GRIN準直透鏡的出射端面為與光軸垂直的平面。
2、 如權(quán)利要求1所述的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，其特征在于-所述GRIN準直透鏡的入射端面鍍有用于減少回波的減反膜。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，其特征在 于所述濾波反射單元中的反射鏡是夾角為2p的雙反射鏡，其頂點 與所述GRIN準直透鏡的光軸重合，兩面反射鏡與所述GRIN準直透 鏡的光軸分別成士P角，分別用于反射插入和分下信號。
4、 如權(quán)利要求3所述的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，其特征在于 所述輸入、輸出、分下和插入光纖端面的法線與光纖的光軸成8。的傾角并鍍有減反膜，以提高回波損耗。
5、 如權(quán)利要求4所述的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，其特征在于所述光纖緊固件為帶有豎直排列的四個圓孔的機械裝置，所述4個圓 孔分別用于固定上述4根光纖。
6、 如權(quán)利要求5所述的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，其特征在于所述圓盤為精密金屬圓盤，圓盤上有N個精密螺孔，呈中心對稱分布，所述濾波反射單元以螺絲緊固在圓盤上。
7、 如權(quán)利要求6所述的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，其特征在于所述的濾波器為多層介質(zhì)薄膜濾波器。
8、 如權(quán)利要求7所述的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，其特征在于所述的反射鏡為寬帶高反鏡。
全文摘要
可重配置光學(xué)分插復(fù)用器，包含位于器件同一側(cè)的端口、與端口連接的光纖組、用于固定光纖組的光纖緊固件、引導(dǎo)光波傳輸?shù)墓饫w準直器、濾波反射模塊和單片機控制模塊，所述濾波反射模塊包含一轉(zhuǎn)動圓盤以及中心對稱地布置在所述圓盤上的濾波反射單元；所述的光纖組由水平穿設(shè)在光纖緊固件上的一根插入光纖、一根輸入光纖、一根輸出光纖、一根分下光纖組成，上述光纖在同一豎直面內(nèi)自上而下依次排列，所述的插入光纖與分下光纖、輸入光纖與輸出光纖分別關(guān)于光軸對稱布置；所述光纖準直器為GRIN準直透鏡。本發(fā)明提出了一種輸入、輸出、插入和分下光路在同一平面內(nèi)，僅用單個器件即可同時完成直通、分下和插入功能的可重配置光學(xué)分插復(fù)用器。
文檔編號G02B6/34GK101344619SQ20081012025
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者樂孜純, 明 張 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)