一种小型自由空间波分复用器
阅读说明：本技术 一种小型自由空间波分复用器 (Small free space wavelength division multiplexer ) 是由 徐云兵 李阳 邓伟松 林念念 赵武丽 薛听雨 王宗源 郑保忠 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小型自由空间波分复用器,包括依序设置的Z-Block、透镜阵列和光纤阵列;依据本发明的其中一个实施例,Z-Block包括平行四边形基板(平行基板)、一块直角棱镜、数个滤波片和一片增透玻璃片。数个滤波片和一片增透玻璃片依序并排固定在平行基板接近透镜阵列的端面上,直角棱镜固定在平行基板远离透镜阵列的端面上。当入射光束从光纤阵列的其中一根光纤入射到透镜阵列时,其被准直并入射至Z-Block,经Z-Block上的增透玻璃片折射到Z-Block中,然后被另一侧设置的直角棱镜反射回Z-Block上的滤波片,再由多个滤波片依次将不同波长的光束输出至透镜阵列,并耦合输出至光纤阵列中。本发明兼具尺寸小、结构简单、装配灵活、调试简单和易于扩展的优点。(The invention discloses a small free space wavelength division multiplexer which comprises a Z-Block, a lens array and an optical fiber array which are sequentially arranged, wherein according to one embodiment of the small free space wavelength division multiplexer, the Z-Block comprises a parallelogram substrate (parallel substrate), a right-angle prism, a plurality of filter plates and an anti-reflection glass plate. The plurality of filtering sheets and the anti-reflection glass sheet are sequentially fixed on the end face, close to the lens array, of the parallel substrate side by side, and the right-angle prism is fixed on the end face, far away from the lens array, of the parallel substrate. When an incident beam enters the lens array from one of the optical fibers of the optical fiber array, the incident beam is collimated and enters the Z-Block, is refracted into the Z-Block through the anti-reflection glass sheet on the Z-Block, is reflected back to the filter on the Z-Block by the right-angle prism arranged on the other side, and then is sequentially output to the lens array through the plurality of filters at different wavelengths and is coupled and output to the optical fiber array. The invention has the advantages of small size, simple structure, flexible assembly, simple debugging and easy expansion.)
技术领域
本发明涉及光通讯器件领域，具体涉及一种小型自由空间波分复用器。
背景技术
随着物质生活水平的日益提高，人们对信息消费的需求也不断增长。为了提供高信息容量的服务，通信运营商对光纤通信系统的传输容量提出了越来越高的要求。波分复用技术，充分利用可在单根光纤中传播不同波长光信号的优势，将单根光纤的信息传输容量提高了数倍至数十倍，成为了光纤传输系统扩容的优选技术。
广泛运用于波分复用系统的阵列波导光栅技术，利用不同长度的波导构建光波的梯度相移，并使其在出射端干涉并耦合到相应光纤中，以实现光波的复用和解复用。尽管兼具尺寸小、高通道数和易量产的优势，阵列波导光栅技术仍存在高插损和高串扰的缺点。多个三端口器件级联是实现波分复用/解复用的另一种方式，尽管在串扰上具有优势，三端口器件级联方案仍存在盘纤工艺限制器件小型化和由光纤多次熔接造成插损过大的缺点。
基于自由空间薄膜滤波器的波分复用器因其具有性能稳定和插入损耗低的优点，在现代光网络中得到了广泛应用。与三端口器件级联方案相比，基于自由空间薄膜滤波器的波分复用技术，在节省光纤熔接步骤的同时，也降低了插入损耗。典型的小型自由空间波分复用器中，入射光和出射光都通过相应的光纤准直器进行准直和耦合。然而，受限于光纤准直器的尺寸，自由空间波分复用器的尺寸难以继续减小。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、拓展调试便利且效率高的小型波分复用器，以解决自由空间波分复用器进一步小型化的问题。
为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
一种小型自由空间波分复用器，其包括：
Z-Block，其一侧面为光信号传输面且形成有相互间隔的第一传输面和第二传输面，所述的第一传输面包括若干并排设置的滤波片，且若干滤波片具有不同的工作波长，所述的第二传输面包括增透光学片；
透镜阵列，与Z-Block的第一传输面和第二传输面相对，且具有与增透光学片和若干滤波片一一对应并相对的透镜单元；
光纤阵列，与透镜阵列相对，且具有若干与透镜阵列的透镜单元一一对应的子光纤。
作为一种可能的实施方式，进一步，所述的透镜阵列为1×5透镜阵列，其分别与滤波片和增透玻璃片一一对应，并用于对入射光束的准直以及对出射光束的聚焦耦合；所述的滤波片对应为四片，所述的增透光学片为一片。
作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述的光纤阵列为1×5光纤阵列，其包括一侧具有V型槽的下基板、上基板和五根传输光纤，所述的上基板固定在下基板的上端面，且上基板的一侧面与透镜阵列相对，五根传输光纤并排连接在下基板的V型槽内且与上基板的另一侧面相对，五根传输光纤的其中四根与四片滤波片对应，余下一根传输光纤与增透光学片相对应；其具体可以是，五根传输光纤形成的5通道光纤阵列的1个通道用于入射光束传输，剩余4个通道用于出射光束传输；或4个通道用于入射光束传输，剩余1个通道用于出射光束传输。
作为一种可能的实施方式，进一步，所述的Z-Block、透镜阵列和光纤阵列均相对固定在一基片上。
作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述Z-Block的另一侧面上镀设有反射膜。
作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述的Z-Block与透镜阵列之间还设有与若干滤波片一一对应的校光楔角片，校光楔角片下部设设有将其固定在基片上的支撑件，校光楔角片用于所述Z-block的输出光束平行度达不到预定要求时对输出光束的方向进行校正；所述的透镜阵列和光纤阵列之间还设有楔角块和垫片，所述的透镜阵列、楔角块、垫片和光纤阵列依序固定连接为一体；所述的垫片可以为打孔玻璃片。
作为一种更优的选择实施方式，优选的，所述的校光楔角片为圆柱形校光楔角片或方形校光楔角片。
作为Z-Block的一种较优的选择实施方式，优选的，所述的Z-Block包括平行基板、贴合在平行基板一侧面的若干滤波片和一片增透玻璃片，以及斜面固定在平行基板另一侧面的直角棱镜；即，所述的若干滤波片和一片增透玻璃依序并排固定在平行基板接近于透镜阵列的端面上，所述的直角棱镜固定在平行基板远离透镜阵列的端面上。
作为Z-Block的一种较优的选择实施方式，优选的，所述的Z-Block包括平行基板、贴合在平行基板一侧面的若干滤波片和一片楔形增透玻璃片；即，所述的若干滤波片和一片楔形增透玻璃依序并排固定在平行基板接近于透镜阵列的端面上。
作为Z-Block的一种较优的选择实施方式，优选的，所述的Z-Block包括：
五边形基板，其一侧具有斜面；
若干滤波片，间隔布设在五边形基板与斜面同侧的侧面上；
一片平行增透玻璃片，布设在五边形基板的斜面上。
即，所述的若干滤波片依序并排固定在五边形基板接近于透镜阵列的端面上，增透玻璃片固定在五边形基板接近于透镜阵列的斜面上。
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案通过利用Z-block、透镜阵列以及光纤阵列的结合，将入射光束与出射光束同时集成在同一侧的光纤阵列，结构尺寸较异侧分布的减小了一半。此外，阵列的使用使该方案较光纤准直器的方案具有结构简单、装配灵活、调试简单高效和易于扩展的优点。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明方案做进一步的阐述：
图1为本发明实施例1的结构3维示意图；
图2为本发明实施例1的结构侧视示意图；
图3为本发明实施例1的结构俯视示意图；
图4为本发明实施例1的打孔玻璃片的3维示意图；
图5为本发明实施例1的打孔玻璃片的侧视示意图；
图6为本发明实施例1中Z-block的结构俯视示意图；
图7为本发明实施例2的结构3维示意图；
图8为本发明实施例2的结构侧视示意图；
图9为本发明实施例2的结构俯视示意图；
图10为本发明实施例2中校光片支撑槽的3维示意图；
图11为本发明实施例2中校光片支撑槽的正视示意图；
图12为本发明实施例2中圆形校光楔角片的3维示意图；
图13为本发明实施例2中圆形校光楔角片的正视示意图；
图14为本发明实施例2中圆形校光楔角片的侧视示意图；
图15为方形校光楔角片的结构3维示意图；
图16为方形校光楔角片的结构正视示意图；
图17为方形校光楔角片的结构侧视示意图；
图18为本发明实施例3的结构3维示意图；
图19为本发明实施例3的结构侧视示意图；
图20为本发明实施例3的结构俯视示意图；
图21为本发明实施例3中Z-Block的结构俯视示意图；
图22为本发明实施例4的结构3维示意图；
图23为本发明实施例4的结构侧视示意图；
图24为本发明实施例4的结构俯视示意图；
图25为本发明实施例5的结构3维示意图；
图26为本发明实施例5的结构侧视示意图；
图27为本发明实施例5的结构俯视示意图；
图28为本发明实施例5中Z-Block的结构俯视示意图；
图29为本发明实施例6的结构3维示意图；
图30为本发明实施例6的结构侧视示意图；
图31为本发明实施例6的结构俯视示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1至图6之一所示，本实施例结构包括依序设置的Z-Block 10、透镜阵列11、楔角块12、垫片13（可以为图4或图5中所示出的打孔玻璃片）和光纤阵列14；
所述Z-Block 10包括平行四边形基板(平行基板)101、若干滤波片102、103、104、105和一片增透玻璃片106和一块直角棱镜107。所述的若干滤波片102、103、104、105和一片增透玻璃片106依序并排固定在平行四边形基板101远离透镜阵列11的端面上，直角棱镜107的斜面固定在平行基板101远离滤波片的侧面上；若干滤波片102、103、104、105用于透射特定波长的光束并反射剩余波长的光束。
其中，入射光束从光纤阵列14的其中一根光纤145入射透镜阵列11，经由透镜阵列11准直并入射Z-Block 10，再经过Z-Block 10上的增透玻璃片106后被另一侧的直角棱镜107反射到滤波片102、103、104、105上（着重结合图6所示，其示出了本实施例的Z-Block的简要光路传播示意图）。滤波片102-105依次将不同波长的光束输出至透镜阵列11，并耦合到光纤阵列14的光纤141、142、143、144输出。
作为一种连接形式，所述的透镜阵列11、楔角块12、垫片13和光纤阵列14依序粘接在一起，垫片13用于实现耦合处光路无胶。
作为一种另一种可能的实施形式，Z-Block 10、透镜阵列11以及光纤阵列14均集成在同一个基片15上，其中，入射光束与出射光束均在光纤阵列14的同一侧输入或输出。
另外，Z-Block 10上粘接的增透玻璃片106用于对Z-Block 10一侧的光束进行间距校正，使得入射光束与出射光束的间距相同。Z-Block 10一侧镀有高反膜，用于反射4个波长的光到滤波片102、103、104、105上。
本实施例的Z-Block 10的输出光束平行度很高，从Z-Block出射的4束不同波长的光束可以以很小的插损耦合到光纤阵列14输出。本实施例图示的透镜阵列11是1x5光纤阵列，实现包括对入射光束的准直以及对出射光束的聚焦耦合。
本实施例的光纤阵列是1x5阵列，包括带V型槽的下基板147、5根光纤141、142、143、144、145以及上基板146。其中，光纤145用于传输入射光束，光纤141、142、143、144用于传输出射光束。需要指出的是，本发明所述的小型自由空间波分复用器既可以作为波分解复用器（Demux）使用，也可以作为波分复用器（Mux）使用。
实施例2
如图7至图14之一所示，本实施例结构包括依序设置的Z-Block 10、透镜阵列11、楔角块12、垫片13（可以为与实施例1一致的打孔玻璃片）和光纤阵列14；
其中，所述Z-Block 10包括平行四边形基板101、数个滤波片102、103、104、1055、一片增透玻璃片106和一块直角棱镜107。所述的数个滤波片102、103、104、105和一片增透玻璃片106依序并排固定在平行四边形基板101远离透镜阵列11的端面上。其中，滤波片102-105用于透射特定波长的光束并反射剩余波长的光束。
所述的透镜阵列11、楔角块12、垫片13和光纤阵列14依序粘接在一起，垫片13用于实现耦合处光路无胶。
入射光束从光纤阵列14的其中一根光纤145入射透镜阵列11，经由透镜阵列11准直并入射Z-Block 10，再经过Z-Block 10上的增透玻璃片106后被另一侧的直角棱镜107反射到滤波片102、103、104、105上。滤波片102、103、104、105依次将不同波长的光束输出至透镜阵列11，并耦合到光纤阵列14的光纤141、142、143、144输出。
Z-Block 10、透镜阵列11以及光纤阵列14均集成在同一个基片15上，其中，入射光束与出射光束均在光纤阵列14的同一侧输入或输出。
其中，Z-Block 10上粘接的增透玻璃片106用于对Z-Block 10一侧的光束进行间距校正，以确保入射光束与出射光束的间距相同。Z-Block 10一侧镀有高反膜，用于反射4个波长的光到滤波片102、103、104、105上。
当Z-Block 10输出光束的平行度不足时，从Z-Block 10出射的4束光束需要加入校光楔角片17、18、19和110来校正其空间角。其中校光楔角片17、18、19和110设于Z-Block10和透镜阵列之间，经过校正的光束通过透镜阵列11耦合至光纤阵列14输出。
本实施例的透镜阵列11和光纤阵列14同实施例1。
图10和11分别是圆柱形校光楔角片支撑槽16的3维示意图和正视示意图。
图12至图14分别为圆柱形校光楔角片的3维示意图、正视示意图和侧视示意图。置于支撑槽16上的圆柱形校光楔角片经过旋转可以对任意空间角的光束进行校正。
图15至图17分别是方形校光楔角片的结构3维示意图、正视示意图和侧视示意图。方形楔角片可以对4个空间角进行校正，其优点是操作方便，价格便宜。
实施例3
如图18至图21所示，本实施例结构包括依序设置的Z-Block 20、透镜阵列21、楔角块22、打孔玻璃片23和光纤阵列24；
其中，所述Z-Block 20包括平行四边形基板201、数个滤波片202、203、204、205和一片楔形增透玻璃片206。所述的数个滤波片202、203、204、205和一片楔形增透玻璃片206依序并排固定在平行四边形基板201远离透镜阵列21的端面上。其中，滤波片202、203、204、205用于透射特定波长的光束并反射剩余波长的光束。
所述的透镜阵列21、楔角块22、垫片23和光纤阵列24依序粘接在一起，垫片23用于实现耦合处光路无胶。
入射光束从光纤阵列24的其中一根光纤245入射透镜阵列21，经由透镜阵列21准直并入射Z-Block 20，再经过Z-Block 20上的楔形增透玻璃片206折射后被另一侧的高反膜反射到滤波片202、203、204、205上。滤波片202、203、204、205依次将不同波长的光束输出至透镜阵列21，并耦合到光纤阵列24的光纤241-244输出。
Z-Block 20、透镜阵列21以及光纤阵列24均集成在同一个基片25上，其中，入射光束与出射光束均在光纤阵列24的同一侧输入或输出。
其中，Z-Block 20上粘接的楔形增透玻璃片206用于对Z-Block 20一侧的光束进行间距校正，以确保入射光束与出射光束的间距相同。Z-Block 20一侧镀有高反膜，用于反射4个波长的光到滤波片202、203、204、205上。
本实施例的Z-Block 20的输出光束平行度很高，从Z-Block出射的4束不同波长的光束可以以很小的插损耦合到光纤阵列24输出。本实施例图示示出的透镜阵列21是1x5光纤阵列，实现包括对入射光束的准直以及对出射光束的聚焦耦合。
本实施例的光纤阵列是1x5阵列，包括带V型槽的下基板247、5根光纤241-245以及上基板246。其中，光纤245用于传输入射光束，光纤241、242、243、244用于传输出射光束。需要指出的是，本发明所述的小型自由空间波分复用器既可以作为波分解复用器（Demux）使用，也可以作为波分复用器（Mux）使用。
实施例4
如图22至图24之一所示，本实施例包括依序设置的Z-Block 20、透镜阵列21、楔角块22、打孔玻璃片23和光纤阵列24；
所述Z-Block 20包括平行四边形基板201、数个滤波片202、203、204、205和一片楔形增透玻璃片206。所述的数个滤波片202-205和一片楔形增透玻璃片206依序并排固定在平行四边形基板201远离透镜阵列21的端面上。其中，滤波片202、203、204、205用于透射特定波长的光束并反射剩余波长的光束。
所述的透镜阵列21、楔角块22、垫片23和光纤阵列24依序粘接在一起，垫片23用于实现耦合处光路无胶。
入射光束从光纤阵列24的其中一根光纤245入射透镜阵列21，经由透镜阵列21准直并入射Z-Block 20，再经过Z-Block 20上的楔形增透玻璃片206后被另一侧的高反膜反射到滤波片202-205上。滤波片202-205依次将不同波长的光束输出至透镜阵列21，并耦合到光纤阵列24的光纤241、242、243、244输出。
Z-Block 20、透镜阵列21以及光纤阵列24均集成在同一个基片25上，其中，入射光束与出射光束均在光纤阵列24的同一侧输入或输出。
其中，Z-Block 20上粘接的楔形增透玻璃片206用于对Z-Block 20一侧的光束进行间距校正，以确保入射光束与出射光束的间距相同。Z-Block 20一侧镀有高反膜，用于反射4个波长的光到滤波片202-205上。
当Z-Block 20输出光束的平行度不足时，从Z-Block 20出射的4束光束需要加入校光楔角片27、28、29和210来校正其空间角。其中校光楔角片27、28、29和210设于Z-Block20和透镜阵列之间，经过校正的光束通过透镜阵列21耦合至光纤阵列24输出。
本实施例的透镜阵列21和光纤阵列24同实施例3。
实施例5
如图25至图28之一所示，本实施例包括依序设置的Z-Block 30、透镜阵列31、楔角块32、打孔玻璃片33和光纤阵列34；
其中，重点结合参考图28，所述Z-Block 30包括COM端一侧带有斜角的五边形基板301、数个滤波片302、303、304、305和一片增透玻璃片306。所述的数个滤波片302、303、304、3055和一片平行四边形增透玻璃片(平行增透玻璃片)306依序并排固定在带斜角的五边形基板301远离透镜阵列31的端面上。其中，滤波片302-305用于透射特定波长的光束并反射剩余波长的光束。
所述的透镜阵列31、楔角块32、垫片33和光纤阵列34依序粘接在一起，垫片33用于实现耦合处光路无胶。
入射光束从光纤阵列34的其中一根光纤345入射透镜阵列31，经由透镜阵列31准直并入射Z-Block 30，再经过Z-Block 30上的平行增透玻璃片306和五边形基板301的斜边折射后被另一侧的高反膜反射到滤波片302、303、304、305上。滤波片302-305依次将不同波长的光束输出至透镜阵列31，并耦合到光纤阵列34的光纤341、342、343、344输出。
Z-Block 30、透镜阵列31以及光纤阵列34均集成在同一个基片35上，其中，入射光束与出射光束均在光纤阵列34的同一侧输入或输出。
其中，Z-Block 30五边形基板301 COM端一侧的斜角和粘接的增透玻璃片306用于对Z-Block 30一侧的光束进行间距校正，以确保入射光束与出射光束的间距相同。Z-Block30一侧镀有高反膜，用于反射4个波长的光到滤波片302、303、304、305上。
本实施例的Z-Block 30的输出光束平行度很高，从Z-Block 30出射的4束不同波长的光束可以以很小的插损耦合到光纤阵列34输出。本实施例图示示出的透镜阵列31是1x5光纤阵列，实现包括对入射光束的准直以及对出射光束的聚焦耦合。
本实施例的光纤阵列是1x5阵列，包括带V型槽的下基板347、5根光纤341、342、343、345以及上基板346。其中，光纤345用于传输入射光束，光纤341、342、343、344用于传输出射光束。需要指出的是，本发明所述的小型自由空间波分复用器既可以作为波分解复用器（Demux）使用，也可以作为波分复用器（Mux）使用。
实施例6
如图29至图31之一所示，本发明实施例6，包括依序设置的Z-Block 30、透镜阵列31、楔角块32、打孔玻璃片33和光纤阵列34；
所述Z-Block 30包括COM端一侧带有斜角的五边形基板301、数个滤波片302、303、304、305和一片增透玻璃片306。所述的数个滤波片302、303、304、305和一片增透玻璃片306依序并排固定在带斜角的五边形基板301远离透镜阵列31的端面上。其中，滤波片302、303、304、305用于透射特定波长的光束并反射剩余波长的光束。
所述的透镜阵列31、楔角块32、垫片33和光纤阵列34依序粘接在一起，垫片33用于实现耦合处光路无胶。
入射光束从光纤阵列34的其中一根光纤345入射透镜阵列31，经由透镜阵列31准直并入射Z-Block 30，再经过Z-Block 30上的增透玻璃片306后被另一侧的高反膜反射到滤波片302、303、304、305上。滤波片302、303、304、305依次将不同波长的光束输出至透镜阵列31，并耦合到光纤阵列34的光纤341-344输出。
Z-Block 30、透镜阵列31以及光纤阵列34均集成在同一个基片35上，其中，入射光束与出射光束均在光纤阵列34的同一侧输入或输出。
其中，Z-Block 30五边形基板301 COM端一侧的斜角和粘接的增透玻璃片306用于对Z-Block 30一侧的光束进行间距校正，以确保入射光束与出射光束的间距相同。Z-Block30一侧镀有高反膜，用于反射4个波长的光到滤波片302、303、304、305上。
当Z-Block 30输出光束的平行度不足时，从Z-Block 30出射的4束光束需要加入校光楔角片37、38、39和310来校正其空间角。其中校光楔角片37、38、39和310设于Z-Block30和透镜阵列之间，经过校正的光束通过透镜阵列31耦合至光纤阵列34输出。
本实施例的透镜阵列31和光纤阵列34同实施例5。
以上所述为本发明实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
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