阅读说明：本技术 一种基于微透镜阵列的wdm结构 (WDM structure based on microlens array ) 是由 白永杰 孔祥君 杨栋 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于微透镜阵列的WDM结构,所述基于微透镜阵列的WDM结构包括光纤阵列、微透镜阵列和准直器阵列,并以微透镜阵列为中心,光纤阵列和准直器阵列分列其两侧；其中,光纤阵列由多根单纤均匀排列而成；准直器阵列由多个准直器均匀排列而成；微透镜阵列由玻璃基底座和均匀排列置于玻璃基底座上的若干微透镜组成,且在玻璃基底座的两侧分设有若干第一滤波片和第二滤波片。本发明提供的基于微透镜阵列的WDM结构,基于集成化的思想,将多次对光整合为一次对光,大大降低了人工成本；同时,相较于传统的膜片式WDM器件,该结构可将一半的准直器替换为成本更低的单纤和微透镜阵列,大大降低了材料成本。(The invention discloses a WDM structure based on a micro-lens array, which comprises an optical fiber array, the micro-lens array and a collimator array, wherein the optical fiber array and the collimator array are arranged on two sides of the micro-lens array as a center; the optical fiber array is formed by uniformly arranging a plurality of single fibers; the collimator array is formed by uniformly arranging a plurality of collimators; the micro lens array consists of a glass substrate base and a plurality of micro lenses which are uniformly arranged on the glass substrate base, and a plurality of first filters and second filters are respectively arranged on two sides of the glass substrate base. The WDM structure based on the micro-lens array provided by the invention integrates multiple pairs of lights into one pair of lights based on the concept of integration, thereby greatly reducing the labor cost; meanwhile, compared with the traditional diaphragm type WDM device, the structure can replace half of the collimator with single fiber and microlens arrays with lower cost, and the material cost is greatly reduced.)

一种基于微透镜阵列的WDM结构

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其是一种基于微透镜阵列的WDM结构。

背景技术

WDM(Wavelength Division Multiplexing)，即波分复用，是将多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器汇合在一起后耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术。

现有的WDM器件多是由三端口器件级联而成，其中每个三端口器件主要由准直器，滤波片所组成。WDM器件在实现方案上通常采用两种方式，其一是在级联前需要对每个三端口器件进行人工对光操作，但人工成本极高；其二是弃用玻璃管结构，而直接通过滤波片将反射光对准下一级准直器，但对操作人员有着极高的操作要求，且对光效率也十分低下。因此，上述方案在人员成本和对光效率上均存在问题，同时，上述方案都离不开准直器的大量使用，增加了原材料成本。

发明内容

为克服现有技术的缺点，本发明提供一种基于微透镜阵列的WDM结构，该结构基于集成化的思想，将多次对光整合为一次对光，大大降低了人工成本；同时，相较于传统的膜片式WDM器件，该结构可将一半的准直器替换为成本更低的单纤和微透镜阵列，大大降低了材料成本。

一种基于微透镜阵列的WDM结构，其特征在于，包括：

光纤阵列，所述光纤阵列由多根单纤均匀排列而成，相邻两个单纤之间的间距均为第一预设值；

微透镜阵列，所述微透镜阵列包括玻璃基底座，所述玻璃基底座的一侧设有多个均匀排列的第一滤波片，相邻两个第一滤波片之间的间距均为第二预设值；所述玻璃基底座的另一侧设有多个均匀排列的微透镜，相邻两个微透镜之间的间距均为第三预设值；每个所述微透镜的表面贴有第二滤波片；

准直器阵列，所述准直器阵列由多个准直器均匀排列而成，相邻两个准直器之间的间距均为第四预设值；

所述光纤阵列置于所述玻璃基底座的一侧并与所述第一滤波片对向设置；所述准直器阵列置于所述玻璃基底座的另一侧并与所述第二滤波片对向设置。

可选的，所述微透镜呈半球形。

可选的，所述微透镜的折射率高于所述玻璃基底座，且所述微透镜的焦距与所述玻璃基底座的厚度一致。

可选的，所述第一预设值、第二预设值、第三预设值、第四预设值均相等。

可选的，所述玻璃基底座呈矩形。

可选的，所述光纤阵列中单纤的射光角度与水平线呈预设角度。

可选的，所述玻璃基底座的厚度为预设厚度，所述微透镜的曲率为预设曲率；经过所述玻璃基底座和微透镜的入射光，与经过所述玻璃基底座和微透镜的反射光位于同一焦平面上。

可选的，所述单纤、第一滤波片、微透镜、第二滤波片、准直器的数量相同。

可选的，所述第一滤波片和所述微透镜交错排列分布。

可选的，所述第二滤波片的尺寸与所述微透镜的尺寸相同且完全包裹所述微透镜。

本发明提供的基于微透镜阵列的WDM结构，包括三个阵列结构，以微透镜阵列居中放置，光纤阵列和准直器阵列分列微透镜阵列的两侧；由于光纤阵列中单纤角度一致、间隔均匀，可以根据该角度和间隔距离得到与之相对设置的微透镜阵列和准直器阵列；在对光过程中，光纤阵列内的单纤与微透镜阵列的第一滤波片一一对应，基于两个阵列的对应结构，通过一次对光即可完成所有单纤的对光，同时，准直器阵列内的准直器与微透镜阵列另一侧的第二滤波片一一对应，基于两个阵列的对应结构，准直器阵列承接第二滤波片透射而过的特定波长的光，至此，完成整个WDM结构的对光过程。

本发明提供的WDM结构采用集成化的思想，将对光过程中重复的结构关系整合在对光前，且利用阵列结构将多次对光过程整合为一次对光，极大的加快了对光速度和准确度，使对光员工一次对光即可完成整个器件的对光工作。同时，创新性地引入了微透镜阵列结构，代替准直器，从而可以减少原方案50％准直器使用量；通过集成化的设计，在提高器件分光效果的同时极大的减少器件的体积，大大降低了器件的材料成本。

本发明提供的WDM结构成功实现对不同波长入射光的分离作用，使得各波长光分别进入不同光纤。同时，无论是进入耦合器还是单纤，都是经过透镜的汇聚作用来进行耦合，极大地提高了耦合效率，降低了器件***损耗。

附图说明

图1为本发明实施例中基于微透镜阵列的WDM结构的结构示意图；

图2为本发明实施例中微透镜阵列的俯视图；

图3为本发明实施例中入射光的反射路径示意图；

说明书附图中的标记如下：

1、光纤阵列；11、单纤；2、微透镜阵列；21、玻璃基底座；22、第一滤波片；23微透镜；24、第二滤波片；3、准直器阵列；31、准直器；4、入射光单纤。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于微透镜阵列的WDM结构，如图1至3所示。基于微透镜阵列的WDM结构包括：

光纤阵列1，光纤阵列由多根单纤11均匀排列而成，相邻两个单纤之间的间距均为第一预设值；

微透镜阵列2，微透镜阵列包括玻璃基底座21，玻璃基底座的一侧设有多个均匀排列的第一滤波片22，相邻两个第一滤波片之间的间距均为第二预设值；玻璃基底座的另一侧设有多个均匀排列的微透镜23，相邻两个微透镜之间的间距均为第三预设值；每个微透镜的表面贴有第二滤波片24；

准直器阵列3，准直器阵列由多个准直器31均匀排列而成，相邻两个准直器之间的间距均为第四预设值；

光纤阵列置于玻璃基底座的一侧并与第一滤波片对向设置；准直器阵列置于玻璃基底座的另一侧并与第二滤波片对向设置。

其中，光纤阵列内的单纤均匀间隔排列，彼此间距相同，且为可灵活设置的第一预设值；根据单纤的数量和间距，右侧准直器可以按相同间距提前完成粘接，构成准直器阵列，微透镜间距也可以通过计算得到，制作为微透镜阵列。优选地，单纤、第一滤波片、微透镜、第二滤波片、准直器的数量相同，第一预设值、第二预设值、第三预设值、第四预设值均相等，便于标准化制作阵列结构。

微透镜阵列优选呈矩形，且垂直放置在光纤阵列和准直器阵列中间。

微透镜优选为在基底座上加工而成的半球形结构，其折射率高于玻璃基底，且焦距与基底座的玻璃厚度一致，即平行光经微透镜所成焦点刚好位于玻璃的后表面，使微透镜的性能类似于凸透镜，对光线有较强汇聚效果。

入射光单纤4作为待波分复用的输入光源，位于微透镜阵列的左侧，近似为有固定发散角的点光源，入射光倾斜角度入射到微透镜阵列内，即入射光与水平线有一定倾斜角度，在实际应用中也可针对对光需求进行调整。

在对光过程中，光源到微透镜的横向距离与微透镜焦距相同，即位于微透镜焦平面上；由于玻璃基底座两侧的第一滤波片和第二滤波片所透光和反射波长的不同，所以第一滤波片和微透镜(第二滤波片贴在微透镜之上)呈交错排列分布，以实现光的反射或透出。

入射光的反射路径如图3所示，其中，A为包含多个波长的入射光；当A进入微透镜阵列射到第一个微透镜及覆盖在该微透镜上的第一个第二滤波片时，透射出A1并反射A2到下一级滤波片(第一滤波片)；A2经过该第一滤波片后，透射出A21并反射A22到下一级滤波片(第二滤波片)，依此类推。

举例来说，若入射光同时包含λ1，λ2，λ3三种波长，第一滤波片所实现的功能为反射λ3并透射λ2，第二滤波片所实现的功能为反射λ2和λ3，并透射λ1。则具体对光过程为：

入射光倾斜射入第一个微透镜后，将以平行光的形态射出，此时，在微透镜后粘接有第二滤波片，优选地，第二滤波片大小完全包裹住微透镜，利用耦合胶水进行粘接固化，保证其可靠性。经过第二滤波片的过滤，λ1可平行射出并进入在第二滤波片右侧放置的准直器。准直器所实现功能为将平行光耦合进入单纤，调整准直器的位置和旋转角度，使λ1顺利耦合进入准直器。

与此同时，对于λ2和λ3，因受第二滤波片反射，且其反射路径再一次经过微透镜，因出射角度与入射角度相一致，其出射光同样汇聚在微透镜焦平面上。同时，由于在玻璃基底座左侧粘接有第一滤波片，则λ2可通过第一滤波片汇聚为一点，由于此处是汇聚光，故可直接用单纤去进行耦合；而λ3受第一滤波片反射成为下一级滤波片(第二滤波片)的入射光源。

可以理解地，重复该结构，在微透镜阵列左侧输出λ2，λ4，λ6三种波长，同时微透镜阵列右侧即可输出λ1，λ3，λ5，从而实现分波功能。

进一步地，在一实施例中，玻璃基底座的厚度为预设厚度，微透镜的曲率为预设曲率；经过玻璃基底座和微透镜的入射光，与经过该玻璃基底座和微透镜的反射光位于同一焦平面上。即，入射光和反射光在同一焦平面(如图3中入射光A和反射光A2位于同一焦平面上)，可以防止反射光靠前或靠后，避免影响对光效果。焦平面的控制主要依赖于微透镜的曲率，同时，通过微透镜的曲率可以计算得出玻璃基底座的厚度。具体地，通过选择不同曲率的微透镜可以调节焦平面到微透镜的距离(即焦平面位置)，同时，根据焦平面到微透镜的距离等于玻璃基底座的厚度，即可确定玻璃基底座所应采取的厚度。

相应的，在实践中针对厚度确定的玻璃基底座，可以根据上述微透镜曲率、焦平面距离、玻璃基底座厚度之间的映射关系反推出应采用的微透镜曲率。

由于多级结构中，左侧单纤角度一致，平行排列，故可以通过计算得出其相邻间隔，提前制作为光纤阵列。右侧准直器可以按相同间距提前完成粘接，构成准直器阵列。同样，微透镜间距也可以通过计算得到，制作为微透镜阵列。即，改变了现有技术中多次对光的过程，以两个阵列的一次对光即可实现了整个器件的对光过程。

以上是对本发明基于微透镜阵列的WDM结构进行的阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、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。