专利名称：多波长的光纤组合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光和光纤通讯领域，尤其涉及光纤组合器。
背景技术：
波分复用(WDM)器是一种实现两个或者两个以上波长复用解复用的结构， 通过光学系统变换后，使得输入光学系统的两个或者两个以上波长从一个端口 输出实现复用，或者将一个端口输入的两个或者两个以上波长通过光学系统变 换后分离到不同端口输出，实现解复用。目前，波分复用(WDM)技术在通信波 段中已经得到广泛应用，如CWDM、鼎DM等。
近年来，由于激光显示、激光医疗等领域的迅速发展，对非通信波段的多 个波长激光耦合到一根光纤中输出需求也越来越多，对于两种波长的光纤组合 器可以用类似通讯的波分复用器(W画)解决，然而如果对于超过两个波长耦合 到一根光纤，如红(635nm)、绿(532腿)、蓝(488腿)三个波长之间最大间 隔为147nm，对不同颜色适用的光纤线模场半径也有较大差异，若使得多个波长 均以较高的耦合效率从同一根光纤输出，而且要保证整个封装结构尺寸较小， 就很难实现。
发明内容
针对这些问题，本发明公开了一种多波长光纤组合器，主要适用于解决多 个波长且每个波长对应的单模光纤模场半径也显著差异的情况，它不仅能使得 多个波长以较高的耦合效率从同一根光纤输出，而且整个封装结构的尺寸也可 以做到很小，结构简单。
本发明的技术方案是本发明的多波长的光纤组合器，由两个光纤头，两个透镜组和膜片组构成， 其中光纤头与一个透镜组构成准直器，两个准直器在两端，膜片组在两个准直 器中间，膜片组为一个膜片或多个膜片构成。
进一步的，所述的膜片是通过在玻璃基底的两个通光面上分别镀相应波长 的增透膜或高反膜，或者将在玻璃基底的通光面做成一定曲率的凸面或凹面后 再镀相应的面上镀特定波长的高反膜和其余波长相关的增透膜后制作而成。各 波长的差值较大，容易通过镀膜来实现不同波长的增透或者是高反，各波长在 同一光纤中的模场半径显著不同。所述的膜片组根据通过波长的数量，包含1 个或1个以上的膜片，每个膜片根据模场匹配条件做成特定的曲率，反射特定 的波长，该波长再经过透镜以高效率耦合进同一根光纤中。
进一步的，所述的两个光纤头都是双光纤头结构或一个双光纤头结构和一 个单光纤头结构。更进一步的，所述的双光纤头结构可以为两根单光纤头组成， 两根单光纤头的出光口距离透镜的位置可以不同。两个光纤头中有一个为双光 纤头，双光纤头的两根光纤中一根作为输入端一根作为输出端使用，另一个光 纤头在组合器时作为输入端，在解组合器时作为输出端使用。
进一步的，所述的透镜组可包含至少一个透镜，透镜组被配置为将光纤头 出射的光准直，使准直光经过膜片反射或者透射后再经过同一个或者对称的透 镜组聚焦后耦合进入光纤传输，该结构内可插入其它光学元件。
进一步的，当组合器或者解组合器波长较多时，为了减小系统的尺寸、提 高系统稳定性、增加系统使用的灵活性，可以将多个所述的光纤组合器级联使 用，上一级的光纤组合器的输出端接至下一级的光纤组合器的输入端，实现任 意多个波长的光纤耦合。本发明釆用如上技术方案，能使得多个波长以较高的耦合效率从同 一根光 纤输出，而且整个封装结构的尺寸也可以做到很小，结构简单。
图l是本发明的结构示意图； 图2是本发明的三个波长组合器示意图； 图3是本发明的多个光纤组合器级联示意图。
具体实施例方式
现结合
和具体实施方式
对本发明进一步说明。
本发明是一种多波长光纤组合器，通过膜片组中不同通光面反射不同波长 的光来使得从同一^f艮光纤出射的两个或者两个以上波长经过两个或者两个以上 光学系统进行模场变换后，出射束腰位置重合且束腰大小均与输出光纤模场匹 配，从而实现两个以上不同波长以较高的耦合效率耦合进入同 一根光纤输出； 或者使得同 一根光纤输入的两个以上不同波长分离，并均以较高的耦合效率从 两根光纤输出。而且，无论不同波长之间相差多大，均可以较高的耦合效率实 现。
本发明采用在两个准直器中间加入膜片组的结构，两个准直器分别为第一 光纤头与第 一透镜组构成的第 一准直器，以及第二光纤头与第二透镜组构成的 第二准直器，其中第一光纤头是双光纤头，第二光纤头可以为单光纤头也可以 为双光纤头，若为双光纤头时只使用其中一根光纤。在本发明的膜片组中，各 个膜片的每个通光面只反射一个波长，反射相应波长的表面做成一定曲率的凹 面或者凸面，曲率半径大小通过对相应波长进行适当的模场变换时所需要的光 焦度值进行精确计算后得出，从而使得不同波长的反射光经过第一透镜组变换 后模场大小均与输出光纤模场匹配，且不同波长均汇聚到同一位置。在组合时，第一光纤头(双光纤头)中其中一根光纤作为输入端，输入一个或者一个 以上波长的光，输入光经过第一透镜组进行准直后由膜片组进行反射，反射光 再经过第一透镜组汇聚后以较高的耦合效率耦合进入第一光纤头(双光纤头) 的另一根光纤传输出来，若第一光纤头输入端只输入一个波长光时，将一个膜
片的一个通光面镀上该波长的高反膜即可；若第一光纤头的输入端输入两个波 长时(波长1、波长2),将一个膜片的第一个通光面镀上波长1的高反膜及波 长2的增透膜，其第二个通光面镀上波长2的高反膜，并将其中一个通光面做 成一定的曲率来确保这两个波长经过第一透镜组的变换后束腰位置重合且束腰 大小与输出光纤模场匹配；若输入端输入三个波长时(波长l、波长2、波长3), 则需要采用两个膜片的三个通光面来分别反射这三个波长的光，而且相对应的 反射面也要有一定的曲率来确保这三个波长光经过第一透镜组变换后束腰位置 重合且束腰大小与输出光纤模场匹配。依此类推，可以实现N个(N>2)输入 波长均以较高的耦合效率从同一根光纤输出，同时，第二光纤头输入的一个波 长光经过第二透镜组准直，然后经过膜片组后也由第一透镜组汇聚到第一光纤 头(双光纤头)的输出端，并以较高的耦合效率耦合进入第一光纤头的输出光 纤，这样就实现了 N+l个波长的组合器。反之，光路可逆，则实现一个波长从 N+l个波长中的解组合器过程，即从输出端光纤进入，从个端口输出。在本发明 结构中，除了反射相应波长的反射面镀有该波长的高反膜外，每个波长光经过 的光学元件的通光面都镀有该波长的增透膜，以减少光损耗。
参阅图1所示，101为第一光纤头，是双光纤头，其中一根光纤作为输入端， 另一根光纤作为输出端，102为第一透镜组，由一个或多个光学元件构成，103 为膜片组，由一个或者多个膜片组成，每个膜片的不同通光面上都镀有相应波 长的增透膜或者高反膜，当三个或者三个以上波长组合器或者解组合器时，为
6了使得从同 一光纤出射的不同波长均能够以较高的耦合效率进入同 一根光纤输
出，还将相应的膜片的通光面做成一定曲率的凹面或者凸面，104为第二透镜组， 由一个或多个光学元件构成，105为第二光纤头，可以为单光纤头也可以为双光 纤头，若为双光纤头时，只使用其中的一个光纤。该结构的工作过程为在组 合器的情况下，由第一光纤头101输入端输入的两个或者两个以上波长的光经 由第一透镜组102准直，准直光经过膜片组103反射后，再经过第一透镜组102 进行模场变换，变换后光束束腰位第一光纤头101输出端位置，并且变换后的 束腰尺寸与第一光纤头101输出端光纤模场匹配，从而达到较高的耦合效率， 特别说明，若第一透镜组102不是消色差透镜时，两个或者两个以上波长经过 其进行模场变换后束腰位置不能重合，也就不能使得多个波长以较高的耦合效 率耦合进入第一光纤头101输出端输出，因此本发明结构中，膜片组103中不 同通光面反射不同波长，即不同波长经过不同的光学系统传输，且反射相应波 长的表面做成一定曲率的凹面或者凸面，曲率半径大小通过对相应波长进行适 当的模场变换时所需要的光焦度值进行精确计算后得出，从而确保不同的波长 光经过第一透镜组102后均汇聚到同一位置；从第二光纤头105输入的一个波 长经过第二透镜组104准直后通过膜片组103，膜片组103的每一个通光面都镀 有这个波长的增透膜，然后再经过第一透镜组102进行模场变换，变换后的光 束束腰也位于第一光纤头101输出端位置，并且变换后的束腰尺寸也与第一光 纤头101输出端光纤模场匹配，使得第二光纤头105输入的波长以较高的耦合 效率耦合到第一光纤头101输出端，从而实现第一光纤头101输入端输入波长 与第二光纤头105输入波长的组合器。反之从第一光纤头101的输出端输入， 从第一光纤头101输入端及第二光纤头105输出，则实现两个或者两个以上波 长的解组合器。参阅图2所示，为本发明的光纤组合器的三个波长组合器示意图，以图2 为例详细说明本发明的工作原理。图2中，201为第一光纤头(双光纤头结构)， 其中一根光纤作为输入端，另一根光纤作为输出端，202为第一透镜组，由一个 或多个光学元件构成，203为膜片组，只由一个膜片组成，其中膜片的一个通 光面为平面用于反射入l光，另一个通光面为凸面用于反射A2光，204为第二 透镜组，由一个或多个光学元件构成，205为第二光纤头，可以为单光纤头也可 以为双光纤头，若为双光纤头时，只使用其中一个光纤。本结构的工作过程为 由第一 201输入端输入的两个波长(Al〈人2)的光经由第一透镜组202准直， 其中入l光经过膜片203的平通光面反射，入2光经过膜片203的凸通光面反射 后，均再经过第一透镜组202进行模场变换，变换后光束束腰均位于第一光纤 头201输出端位置，并且变换后的束腰尺寸均与第一光纤头201输出端光纤模 场匹配，实现两波长以较高的耦合效率耦合进入同 一根光纤，本发明结构中反 射入2光的膜片表面为凸面，曲率半径大小通过对光学系统进行精确计算后得 出；从第二光纤头205输入的一个波长入3光经过第二透镜组204准直后通过膜 片组203,膜片组203的每一个通光面都镀有入3光的增透膜，然后再经过第一 透镜组202进行模场变换，变换后的光束束腰也位于第一光纤头201输出端位 置，并且变换后的束腰尺寸也与第一光纤头201输出端光纤模场匹配，使得第 二光纤头205输入的波长以较高的耦合效率耦合到第一光纤头201输出端，从 而实现第一光纤头201输入端输入两个波长与第二光纤头205输入一个波长的 组合器。
在本发明的设计中，当波长较多时，为了减小系统的尺寸、提高系统稳定 性、增加系统使用的灵活性，多个本发明的组合器可以级联使用。图3结构为 多个图1所示结构的级联示意图，当波长较多时，为了减小系统的尺寸、提高系统稳定性、增加系统使用的灵活性，可以将多个图1所示光纤组合器级联使 用。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员 应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式 上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种多波长的光纤组合器，由两个光纤头，两个透镜组和膜片组构成，其特征在于其中一个光纤头与一个透镜组放在膜片组一边，另一个光纤头与透镜组放在膜片组的另一边，膜片组为一个膜片或多个膜片构成。
2. 如权利要求1所述的多波长的光纤组合器，其特征在于所述的膜片是通过 在玻璃基底的两个通光面上分别镀相应波长的增透膜或高反膜，将玻璃基底 的通光面做成一定曲率的凸面或凹面后，再镀相应的高反膜或增透膜制作而 成。
3. 如权利要求1或2所述的多波长的光纤组合器，其特征在于所述的膜片组 根据通过波长的数量，包含1个或1个以上的膜片，每个膜片根据模场匹配 条件做成特定的曲率，反射特定的波长，该波长再经过透镜以高效率耦合进 同一根光纤中。
4. 如权利要求1所述的多波长的光纤组合器，其特征在于所述的两个光纤头 都是双光纤头结构或一个双光纤头结构和一个单光纤头结构。
5. 如权利要求4所述的多波长的光纤组合器，其特征在于所述的双光纤头结 构可以为两根单光纤头组成，两根单光纤头的出光口距离透镜的位置可以不同。
6. 如权利要求1所述的多波长的光纤组合器，其特征在于所述的透镜组可包 含至少一个透镜，透镜组被配置为将光纤头出射的光准直，使准直光经过膜 片反射或者透射后再经过同一个或者对称的透镜组聚焦后耦合进入光纤传 输，该结构内可插入其它光学元件。
7. 如上任一权利要求所述的多波长的光纤组合器，其特征在于将多个所述的 光纤组合器级联，上一级的光纤组合器的输出端接至下一级的光纤组合器的 输入端。
全文摘要
本发明涉及激光和光纤通讯领域，尤其涉及光纤组合器。本发明的多波长的光纤组合器，由两个光纤头，两个透镜组和膜片组构成，其中光纤头与一个透镜组构成准直器，两个准直器在两端，膜片组在两个准直器中间，膜片组为一个膜片或多个膜片构成。所述的膜片是通过在玻璃基底的两个通光面上分别镀相应波长的增透膜或高反膜，或者将在玻璃基底的通光面做成一定曲率的凸面或凹面后再镀相应的面上镀特定波长的高反膜和其余波长相关的增透膜后制作而成。可以将多个所述的光纤组合器级联使用。本发明采用如上技术方案，能使得多个波长以较高的耦合效率从同一根光纤输出，而且整个封装结构的尺寸也可以做到很小，结构简单。
文档编号G02B6/26GK101493549SQ20091011110
公开日2009年7月29日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者砺 吴, 马英俊, 黄鑫华 申请人:福州高意通讯有限公司