一种偏振波分复用的光学模块及其实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种偏振波分复用的光学模块及其实现方法，该光学模块包括用以发送第一光信号的第一光信号发生器，用以发送第二光信号的第二光信号发生器，用以发送第三光信号的第三光信号发生器，用以发送第四光信号的第四光信号发生器，偏振波分复用棱镜，第一偏振合波棱镜以及第二偏振合波棱镜；所述的第一偏振合波棱镜对第一、二光信号进行偏振合波产生第一多路复用光信号；所述的第二偏振合波棱镜对第三、四光信号进行偏振合波产生第二多路复用光信号；所述的偏振波分复用棱镜，第一光信号，第二光信号，第三光信号，第四光信号合成到一路。本发明利用和增强波分膜系的偏振分离效应，能够实现更宽的通带宽度，更低的成本，以及可多级级联等优势。
【专利说明】
一种偏振波分复用的光学模块及其实现方法
技术领域
[0001]本发明涉及光纤通讯技术领域，特别是涉及一种偏振波分复用的光学模块及其实现方法。
【背景技术】
[0002]由于光纤通讯发展迅速，随着单根光纤传输容量需求的提升，如视频影像等在虚拟现实(VR)和增强现实(AR)中的实时传输，直接要求最大利用光纤的宽度。波分复用(WDM)技术是用于提高传输容量的关键技术之一。WDM系统对各波长彼此不同的多个光信号进行多路复用。近几年，要求光学模块的WDM化，例如，作为用于具有结合从多个光源发出的不同波长的光信号而进行波长多路复用的光发射组件的光学模块的T0SA，已知的有将四个容纳LD(激光二极管)的CAN封装件向相同方向排成一列而配置的T0SA。另一方面，近几年，要求光收发两用机等光学模块的进一步的小型化。例如，要求与对应于40?10GbE连接的光纤的收发两用机规格即QSFP+(QuadSmall Form-factor Pluggable Plus)对应的小型光收发两用机，尤其要求WDM用的小型光收发两用机。
[0003]当前正在批量实用的LAN-WDM标准，对分别具有每个波长为25Gbps的传输速度且波长间隔为800GHz的四个光信号进行多路复用，以实现10Gbps的传输容量。相应的光信号的波长为 1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.HnnuLAN-WDM草案中规定的光收发器具有遵循CFP(100G可插拔式)多源协议(MSA)的外部尺寸。然而，非常需要进一步减小光收发器的尺寸以及成本，以便在通信设备中高密度地安装光收发器。
[0004]在进一步高速率传输模块标准中，有波长间隔约为800GHz的8个波长的复用，每个波长负责50Gbps的传输速率，一共实现400Gbps的传输容量。更进一步的在讨论的标准中，有10个波长和16个波长的复用协议。
[0005]目前，现有的一种多波长复用的光学模块如图1所示，将光信号11、12、13、14四个光信号多路复用。具体如下:光信号11经波分复用膜片23反射后，为光信号231;波分复用膜片24复用光信号12和光信号231，为光信号241;波分复用膜片25复用光信号13和光信号241，为光信号251;波分复用膜片26复用光信号14和光信号251，为光信号261，最后将四个光信号复用在一起。但是由于四个光信号的波长间隔很窄，以至于造成波分复用膜片23，24，25，26镀膜难度很高，成本极高，国内镀膜厂家无法实现。即使是已经商用的这些波分复用膜片，其通带宽度很窄，对入射角度敏感性很高，插入损耗很大。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的是提供一种偏振波分复用的光学模块及其实现方法，利用和增强波分膜系的偏振分离效应，能够实现更宽的通带宽度，更低的成本，以及可级联等优势。
[0007]本发明采用以下方案实现:一种偏振波长复用的光学模块，包括用以发送第一光信号的第一光信号发生器，用以发送第二光信号的第二光信号发生器，用以发送第三光信号的第三光信号发生器，用以发送第四光信号的第四光信号发生器，偏振波分复用棱镜，第一偏振合波棱镜以及第二偏振合波棱镜;所述的第一偏振合波棱镜对第一、二光信号进行偏振合波产生第一多路复用光信号;所述的第二偏振合波棱镜对第三、四光信号进行偏振合波产生第二多路复用光信号;所述的偏振波分复用棱镜，第一光信号，第二光信号，第三光信号，第四光信号合成到一路。
[0008]进一步地，所述第一光信号至所述第四光信号具有彼此不同的波长，按波长从短到长排序为:第一光信号，第二光信号，第三光信号，第四光信号;还可以按波长从长到短排序为:第一光信号，第二光信号，第三光信号，第四光信号O
[0009]进一步地，所述第一偏振合波棱镜复用偏振态为S偏振的第一光信号和偏振态为P偏振的第二光信号。
[00?0]进一步地，所述第二偏振合波棱镜复用偏振态为S偏振的第三光信号和偏振态为P偏振的第四光信号。
[0011]进一步地，所述偏振波分复用棱镜上的偏振波分复用膜利用两个偏振态透过特性的差异实现多路光信号复用:在S偏振态上透射第一光信号，反射第三光信号;在P偏振态透射第二光信号，反射第四光信号；从而把第一光信号、第二光信号、第三光信号以及第四光信号合成到一路。其中，偏振波分复用膜的两个偏振态上的波分膜系，各负责一个偏振态上的一、三或者是二、四，相应的波长间隔扩大一倍，减少镀膜难度，扩大通带宽度。
[0012]进一步地，所述偏振波分复用膜片的入射角根据光路需要和两个偏振态透反曲线错开位移的大小需求进行改变。
[0013]
进一步地，所述光信号通过光路组合和叠加，单级或多级级联，合成4、6、8、10、12、16任意多种波长组合。
[0014]进一步地，所述偏振波分复用棱镜还可以为偏振波分复用片和反射镜的组合;所述偏振合波棱镜还可以为偏振合波片和反射镜的组合。
[0015]特别地，该光学模块能够合理利用波长复用膜的偏振效应，放大和错开偏振波长位移，从而实现偏振和波长复用组合膜系。膜系包含且不限于高通、低通、带通和带阻膜系。同时还可以利用波片旋转偏振方向，利用偏振合波棱镜，把偏振振态相同和不同的两路光信号合成到一路，灵活配置光路。
[0016]本发明还采用以下方法实现:一种偏振波长复用的光学模块的实现方法，包括以下步骤:
步骤S1:所述第一光信号发生器发送第一光信号，所述第一光信号的偏振态为S偏振态，所述第二光信号发生器发送第二光信号，所述第二光信号的偏振态为P偏振态;所述第一光信号与第二光信号分别进入所述第一偏振合波棱镜，被所述第一偏振合波棱镜合成为一路光信号;所述第一光信号与第二光信号的偏振状态不发生变化，该一路光信号中包含S偏振态的第一光信号和P偏振态第二光信号；
步骤S2:所述第三光信号发生器发送第三光信号，所述第三光信号的偏振态为S偏振态，所述第四光信号发生器发送第四光信号，所述第四光信号的偏振态为P偏振态;所述第三光信号与第四光信号分别进入所述第二偏振合波棱镜，被所述第二偏振合波棱镜合成为另一路光信号;所述第三光信号与第四光信号偏振状态不发生变化，该另一路光信号中包含S偏振态的第三光信号P偏振态第四光信号；
步骤S3:所述步骤SI中合成的一路光信号与所述步骤S2中合成的另一路光信号分别进入所述偏振波分复用棱镜，所述偏振波分复用棱镜的A面透射一路光信号，另一路光信号经偏振波分复用棱镜的B面反射到A面，再被A面反射，从而把透射一路光信号和反射另一路光信号复用为同一路光信号。
[0017]与现有技术相比，本发明具有如下优点:利用和增强波分膜系的偏振分离效应，能够实现更宽的通带宽度，更低的成本，以及可多级级联等优势。
【附图说明】
[0018]图1现有的一种多波长合波的光学模块。
[0019]图2本发明实施例的一种偏振波分复用的光学模块。
[0020]图3本发明中利用和增强波分膜系偏振分离效应产生的两个偏振态Ts、Tp透过曲线。
[0021]图4本发明中的另一种偏振波分复用的光路示意图。
[0022]图5本发明中的另一种偏振波分复用的光路示意图。
[0023]图6本发明中的另一种偏振波分复用的光路示意图。
[0024]图7本发明中的一种级联式的偏振波分复用的光学模块。
[0025]图8本发明中利用和增强波分膜系偏振分离效应产生的两个偏振态Ts、Tp透过曲线(级联的波长分布图)。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0027]本实施例提供一种偏振波长复用的光学模块，包括用以发送第一光信号的第一光信号发生器，用以发送第二光信号的第二光信号发生器，用以发送第三光信号的第三光信号发生器，用以发送第四光信号的第四光信号发生器，偏振波分复用棱镜，第一偏振合波棱镜以及第二偏振合波棱镜;所述的第一偏振合波棱镜对第一、二光信号进行偏振合波产生第一多路复用光信号;所述的第二偏振合波棱镜对第三、四光信号进行偏振合波产生第二多路复用光信号;所述的偏振波分复用棱镜，第一光信号，第二光信号，第三光信号，第四光信号合成到一路。
[0028]在本实施例中，所述第一光信号至所述第四光信号具有彼此不同的波长，按波长从短到长排序为:第一光信号，第二光信号，第三光信号，第四光信号，还可以按波长从长到短排序为:第一光信号，第二光信号，第三光信号，第四光信号。
[0029]在本实施例中，所述第一偏振合波棱镜复用偏振态为S偏振的第一光信号和偏振态为P偏振的第二光信号。
[0030]在本实施例中，所述第二偏振合波棱镜复用偏振态为S偏振的第三光信号和偏振态为P偏振的第四光信号。
[0031 ]在本实施例中，所述偏振波分复用棱镜上的偏振波分复用膜利用两个偏振态透过特性的差异实现多路光信号复用:在S偏振态上透射第一光信号，反射第三光信号;在P偏振态透射第二光信号，反射第四光信号;从而把第一光信号、第二光信号、第三光信号以及第四光信号合成到一路。其中，偏振波分复用膜的两个偏振态上的波分膜系，各负责一个偏振态上的一、三或者是二、四，相应的波长间隔扩大一倍，减少镀膜难度，扩大通带宽度。
[0032]在本实施例中，所述偏振波分复用膜片的入射角根据光路需要和两个偏振态透反曲线错开位移的大小需求进行改变。
[0033]在本实施例中，所述光信号通过光路组合和叠加，单级或多级级联，合成4、6、8、10、12、16任意多种波长组合。
[0034]在本实施例中，所述偏振波分复用棱镜还可以为偏振波分复用片和反射镜的组合;所述偏振合波棱镜还可以为偏振合波片和反射镜的组合。
[0035]在本实施例中，该光学模块能够合理利用波长复用膜的偏振效应，放大和错开偏振波长位移，从而实现偏振和波长复用组合膜系。膜系包含且不限于高通、低通、带通和带阻膜系。同时还可以利用波片旋转偏振方向，利用偏振合波棱镜，把偏振振态相同和不同的两路光信号合成到一路，灵活配置光路。
[0036]在本实施例中，可参考附图进行说明:如图2所示，该光学模块包括第一光信号11，第二光信号12，第三光信号13，第四光信号14，第一光信号11至第四光信号14具有彼此不同的波长分别为…λ4，第一偏振合波棱镜21，第二偏振合波棱镜22，偏振波分复用棱镜31。
[0037]具体实施过程如下:
第一光信号11的偏振态为S偏振态，第二光信号12的偏振态为P偏振态，分别进入第一偏振合波棱镜21，被第一偏振合波棱镜21合成为光信号211。偏振状态不发生变化，光信号211中，包含S偏振态的第一光信号11和P偏振态第二光信号12。
[0038]第三光信号13的偏振态为S偏振态，第四光信号14的偏振态为P偏振态，分别进入第二偏振合波棱镜21，被第二偏振合波棱镜21合成为光信号221。偏振状态不发生变化，光信号221中，包含S偏振态的第三光信号13和P偏振态第四光信号14。
[0039]光信号211和光信号221分别进入偏振波分复用棱镜31，偏振波分复用膜棱镜的A面透射光信号211;光信号221经偏振波分复用棱镜的B面反射到A面，再被A面反射，从而把透射光信号211和反射光信号221复用为光信号311，因此将第一光信号11至第四光信号14复用在一起。
[0040]如图3所示偏振波分复用棱镜A面的光透射率，可以看到，第一光信号11在S态透过曲线Ts的透过带上，第二光信号12在P态透过曲线的透过带上；第三光信号13在S态透过曲线Ts的反射带上，第四光信号14在P态透过曲线的反射带上。这样的透过和反射曲线形式，利用和增强偏振波分复用棱镜31的A面两个偏振态透过特性的差异，偏振波分复用膜的两个偏振态上的波分膜系，各负责一个偏振态上的一、三或者是二、四，相应的波长间隔扩大一倍，减少镀膜难度，扩大通带宽度。图3是典型的实际设计应用，入射角是18°的，对应CFP4标准的4个波长的透过曲线。
[0041]如图3所示，左侧透过曲线显示高通波分复用膜系的本发明应用，右侧透过曲线显示低通波分复用膜系的本发明应用，左右侧一起是一个带通波分复用膜系的本发明应用。如果图中，左右侧换一下位置，就构成带阻波分复用膜系的本发明应用。
[0042]图4所示的光学结构与图2的区别在于多了光路转折的反射棱镜和旋转偏振方向的45度1/2波片。对于固定单边同方向排列(以P偏振态为例)的第一光信号11，第二光信号12，第三光信号13，第四光信号14。采用带反射镜的第一偏振合波棱镜23和第二偏振合波棱镜24，45度1/2波片41把第一光信号11从P偏振态变成S偏振态，45度1/2波片42把第四光信号从P偏振态变成S偏振态。然后同图3的原理，第一偏振合波棱镜23把第一光信号11和第二光信号12合成为231，第二偏振合波棱镜24把第三光信号13和第四光信号14合成241。光信号241经过45° 1/2波片43后，其中的第三光信号13变成S偏振态，第四光信号14变成P偏振态，在偏振波分复用棱镜32反射两次后，和透射的光信号231—起，合成光信号321。因此将第一光信号11至第四光信号14复用在一起。
[0043]图5所示的光学结构与图4的区别在于，当固定单边同方向排列(以P偏振态为例)的第一光信号11，第二光信号12，第三光信号13，第四光信号14，可以按图示的12/11/13/14排列的话，图4中的45° 1/2波片可以省掉。同理类推，四路光信号如果按11/12/14/13等排列方式也是一样可以实现合波的。
[0044]图6所示的光学结构与图4的区别在于，当固定单边同方向排列(以P偏振态为例)的第一光信号11，第二光信号12，第三光信号13，第四光信号14，排列顺序不能调整时，并且又不增加45° 1/2波片的情况下，适当调整偏振波分复用棱镜32的大小，一样可以实现四个光信号的合波。
[0045]图7所示的光学结构，是一种级联式的偏振波分复用的光学模块。图中，第一光信号11，第二光信号12，第三光信号13，第四光信号14经第一偏振合波棱镜23、第二偏振合波棱镜24、偏振波分复用棱镜32合成光束321。第五光信号15，第六光信号16，第七光信号17，第八光信号18经第三偏振合波棱镜25、第四偏振合波棱镜26、偏振波分复用棱镜33合成光束331。同样，合成光束331经过偏振波分复用棱镜34的两次反射，和经过偏振波分复用棱镜34—次透射的合成光束321—起，合成为光束341，从而实现八路光信号的合成。
[0046]图8是本发明中利用和增强波分膜系偏振分离效应产生的两个偏振态Ts、Tp透过曲线，是级联情况下的波长分布图，该透过曲线对应图7里面的应用情况，其中只有第四光信号14和第五光信号15是在过渡带上，需要按图3同样的方式控制透射分界线，其它六个波长的光信号，都远离分界线，镀膜的实现也是可行和简单的。
[0047]从图7，图8的实施例子可以看出，单级级联也是一样简单的，并且合波部分，可以根据出光位置，采用图4、图5和图6的光路或者其它灵活配置的光路走向。同理，当有十六个波长需要合波时，就可以采用图7的方式，先把八个波长合波，然后再通过一个分界线是第八、九光信号的偏振波分复用棱镜，就可以把十六个波长合波。更多的级联，同理类推。
[0048]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:包括用以发送第一光信号的第一光信号发生器，用以发送第二光信号的第二光信号发生器，用以发送第三光信号的第三光信号发生器，用以发送第四光信号的第四光信号发生器，偏振波分复用棱镜，第一偏振合波棱镜以及第二偏振合波棱镜； 所述的第一偏振合波棱镜对第一、二光信号进行偏振合波产生第一多路复用光信号； 所述的第二偏振合波棱镜对第三、四光信号进行偏振合波产生第二多路复用光信号； 所述的偏振波分复用棱镜，第一光信号，第二光信号，第三光信号，第四光信号合成到一路。2.根据权利要求1所述的一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:所述第一光信号至所述第四光信号具有彼此不同的波长，按波长从短到长排序为:第一光信号，第二光信号，第三光信号，第0光信号O3.根据权利要求1所述的一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:所述第一光信号至所述第四光信号具有彼此不同的波长，按波长从长到短排序为:第一光信号，第二光信号，第三光信号，第0光信号O4.根据权利要求1所述的一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:所述第一偏振合波棱镜复用偏振态为S偏振的第一光信号和偏振态为P偏振的第二光信号。5.根据权利要求1所述的一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:所述第二偏振合波棱镜复用偏振态为S偏振的第三光信号和偏振态为P偏振的第四光信号。6.根据权利要求1所述的一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:所述偏振波分复用棱镜上的偏振波分复用膜利用两个偏振态透过特性的差异实现多路光信号复用:在S偏振态上透射第一光信号，反射第三光信号;在P偏振态透射第二光信号，反射第四光信号;从而把第一光信号、第二光信号、第三光信号以及第四光信号合成到一路。7.根据权利要求6所述的一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:所述偏振波分复用膜片的入射角根据光路需要和两个偏振态透反曲线错开位移的大小需求进行改变。8.根据权利要求1所述的一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:所述光信号通过光路组合和叠加，单级或多级级联，合成4、6、8、10、12、16任意多种波长组合。9.根据权利要求1所述的一种偏振波长复用的光学模块，其特征在于:所述偏振波分复用棱镜为偏振波分复用片和反射镜的组合;所述偏振合波棱镜为偏振合波片和反射镜的组入口 ο10.—种根据权利要求1所述的偏振波长复用的光学模块的实现方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤S1:所述第一光信号发生器发送第一光信号，所述第一光信号的偏振态为S偏振态，所述第二光信号发生器发送第二光信号，所述第二光信号的偏振态为P偏振态;所述第一光信号与第二光信号分别进入所述第一偏振合波棱镜，被所述第一偏振合波棱镜合成为一路光信号;所述第一光信号与第二光信号的偏振状态不发生变化，该一路光信号中包含S偏振态的第一光信号和P偏振态第二光信号； 步骤S2:所述第三光信号发生器发送第三光信号，所述第三光信号的偏振态为S偏振态，所述第四光信号发生器发送第四光信号，所述第四光信号的偏振态为P偏振态;所述第三光信号与第四光信号分别进入所述第二偏振合波棱镜，被所述第二偏振合波棱镜合成为另一路光信号;所述第三光信号与第四光信号偏振状态不发生变化，该另一路光信号中包含S偏振态的第三光信号P偏振态第四光信号； 步骤S3:所述步骤SI中合成的一路光信号与所述步骤S2中合成的另一路光信号分别进入所述偏振波分复用棱镜，所述偏振波分复用棱镜的A面透射一路光信号，另一路光信号经偏振波分复用棱镜的B面反射到A面，再被A面反射，从而把透射一路光信号和反射另一路光信号复用为同一路光信号。
【文档编号】G02B6/27GK105891960SQ201610466303
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】吴玉霞, 陈玉莲
【申请人】福州百讯光电有限公司