一种单光纤双向光收发组件的制作方法

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种单光纤双向光收发组件。

背景技术：

单纤双向bosa（bidirectionalopticalsubassembly）组件是集发射和接收于一体的光电转换器件，可将光发射器和光接收器的光束耦合至一根光纤，实现上下行光信号的单纤双向传输功能，是目前通信中的主要器件。典型的单纤双向bosa组件一般使用1310nm/1550nm或1490nm/1550nm的波长组合，并使用波分复用（wdm）技术进行分光。但是，当上行与下行信号光频间隔远小于上述两波长组合的光频间隔时，波分复用（wdm）滤波片的分光效果不足以维持稳定的通信。导致单纤双向传输不能进行低信道间隔的双向通信。

中国专利cn107294606a，公开日2017年10月24日，一种单模光纤双向光收发器，包括光发射模块、光接收模块、模斑变换结构和基于氮化硅工艺制作的波分复用模块；光发射模块与波分复用模块的上行光信号发送端连接，波分复用模块的下行光信号接收端和光接收模块通过模斑变换结构耦合连接，波分复用模块的光纤连接端通过光纤连接光线路终端，光接收模块、波分复用模块和模斑变换结构通过硅光子技术集成在同一硅基片上，光发射模块复合集成在所述硅基片上。其技术方案可实现波分复用模块与光接收模块、光发射模块和光纤之间的有效耦合，波导尺寸均匀，可有效降低信号损耗、减少伪反射且对环境温度不敏感。但其不能解决目前单纤双向传输信道间隔宽的技术问题。

中国专利cn203930136u，公开日2014年6月27日，一种单纤双向光收发组件，包括输入输出端、光学组件、接收端和发射端，其中光学组件依光路设置包括偏振分光元件、旋光单元、偏振分光棱镜和光耦合单元，旋光单元又包括磁致旋光片和1/2波片，位于发射端光路上。其技术方案可以获得较高的耦合效率，同时避免相邻波长的干扰，解决了光收发信号无法有效分开的难题，实现了任意波长间隔的单纤双向光收发组件。但其设计限制了发射端光源的选择必须为平行线偏振光源，且其设计仅利用了偏振分光棱镜72的分束功能，如果充分利用偏振分光棱镜72的分束和合束功能，可以进一步压缩其光学组件的尺寸，使单纤双向光收发组件内部结构更加紧凑。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：目前单纤双向传输不能有效进行低信道间隔通信的技术问题。提出了一种采用改进的分光滤波单元的单光纤双向光收发组件。本发明能够实现低信道间隔的上下行光信号的单光纤双向传输，并且考虑了器件小型化趋势要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种单光纤双向光收发组件，应用于单模光纤4的双向通信，包括光发射组件1、光接收组件2和分光滤波单元3，所述光发射组件1与分光滤波单元3的光输入端口a耦合，所述光接收组件2与分光滤波单元3的光输出端口b耦合，所述分光滤波单元3的双向端口c与单模光纤4耦合，所述光发射组件1、光接收组件2以及分光滤波单元3的内部光学元件均为空间光学元件。

作为优选，所述分光滤波单元3包括分路器件301和滤波器302，所述光发射组件1与分路器件301的光输入端口a耦合，所述分路器件301的双向端口c与单模光纤4耦合，所述分路器件301的光输出端口d与所述滤波器302的输入端口耦合，所述光接收组件2与所述滤波器302的输出端口b耦合，所述分路器件301以及滤波器302均为空间光学元件。

作为优选，所述分路器件301包括偏振分光棱镜301a、法拉第旋转器301b、波片301c和第二偏振分光棱镜301d，所述偏振分光棱镜301a包括相互粘合的第一棱镜3011和第二棱镜3012，所述第二偏振分光棱镜301d包括相互粘合的第三棱镜3013和第四棱镜3014，所述第一棱镜3011、第二棱镜3012以及第四棱镜3014的横截面均为顶角呈45度的平行四边形，所述第三棱镜3013横截面呈等腰三角形，所述第一棱镜3011的下表面与第二棱镜3012的上表面粘合，所述第三棱镜3013的斜面与第四棱镜3014的上表面粘合，所述第一棱镜3011与第二棱镜3012的粘合面以及第三棱镜3013与第四棱镜3014的粘合面上均镀有介质分束膜301e，所述第一棱镜3011、第二棱镜3012以及第四棱镜3014的侧面相互平行，且与第三棱镜3013的第一面平行，所述第一棱镜3011的上表面、第二棱镜3012的下表面以及第四棱镜3014的下表面均为反射面，所述第一棱镜3011的左侧面与光发射组件1耦合，所述第二棱镜3012的左侧面与滤波器302的输入端耦合，所述第一棱镜3011的右侧面依次经过法拉第旋转器301b和波片301c与第三棱镜3013的第一面连接，所述第二棱镜3012的右侧面依次经过法拉第旋转器301b和波片301c与第四棱镜3014的左侧面连接，所述第四棱镜3014的右侧面与单模光纤4耦合。

作为优选，所述法拉第旋转器301b为45°法拉第旋转器，所述波片301c为1/2波片。

作为优选，所述分光滤波单元3包括梳状滤波器303、环形器304和滤波器302，所述光发射组件1与梳状滤波器303输入端耦合，所述环形器304输入端与梳状滤波器303输出端耦合，所述环形器304的双向端口与单模光纤4耦合，所述环形器304输出端口与所述滤波器302的输入端口耦合，所述光接收组件2与所述滤波器302的输出端口耦合。

作为优选，所述梳状滤波器303为mgt结构梳状滤波器。

本发明的实质性效果是：通过对分光滤波单元的改进，实现低信道间隔的单光纤双向传输。

附图说明

图1为实施例一单光纤双向光收发组件结构示意图。

图2为实施例一分光滤波单元结构示意图。

图3为实施例一分路器件结构及上行光路示意图。

图4为实施例一分路器件结构及下行光路示意图。

图5为实施例一分路器件三维结构示意图。

图6为实施例二单光纤双向光收发组件结构示意图。

图7为实施例二mgti梳状滤波器结构示意图。

图8为实施例二光学梳状滤波器滤波曲线。

图9为实施例二光学梳状滤波器滤波效果示意图。

其中：1、光发射组件，2、光接收组件，3、分光滤波单元，4、单模光纤，301、分路器件，301a、偏振分光棱镜，301b、法拉第旋转器，301c、波片，301d、第二偏振分光棱镜，301e、介质分束膜，3011、第一棱镜，3012、第二棱镜，3013、第三棱镜，3014、第四棱镜，302、滤波器，303、梳状滤波器，304、环形器。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种单光纤双向光收发组件，应用于单模光纤4的双向通信，如图1所示，本实施例包括光发射组件1、光接收组件2和分光滤波单元3，光发射组件1与分光滤波单元3的光输入端口a耦合，光接收组件2与分光滤波单元3的光输出端口b耦合，分光滤波单元3的双向端口c与单模光纤4耦合，光发射组件1、光接收组件2以及分光滤波单元3的内部光学元件均为空间光学元件。

如图2所示，分光滤波单元3包括分路器件301和滤波器302，分路器件301为三端口器件，分别为光输入端口a、光输出端口d和双向端口c，光发射组件1与分路器件301的光输入端口a耦合，分路器件301的双向端口c与单模光纤4耦合，分路器件301的光输出端口b与滤波器302的输入端口耦合，光接收组件2与滤波器302的输出端口耦合，分路器件301以及滤波器302均为空间光学元件，两者间及两者与光发射组件1、光接收组件2、单模光纤4间的光路皆为空间光路。

光发射组件1产生的上行光信号经端口a进入分路器件301，并经由端口c从分路器件301输出，进入单模光纤4传输链路；单模光纤4传输链路中的下行光信号经端口c进入分路器件301，并经由端口d从分路器件301输出，进入滤波器302，滤波器302透射下行光信号、同时滤除上行光信号的后向反射光，纯净的下行光信号经由b端口从滤波器302输出，进入光接收组件2。

如图5所示，分路器件301包括偏振分光棱镜301a、法拉第旋转器301b、波片301c和第二偏振分光棱镜301d，偏振分光棱镜301a包括相互粘合的第一棱镜3011和第二棱镜3012，第二偏振分光棱镜301d包括相互粘合的第三棱镜3013和第四棱镜3014，第一棱镜3011、第二棱镜3012以及第四棱镜3014的横截面均为顶角呈45度的平行四边形，第三棱镜3013横截面呈等腰三角形，第一棱镜3011的下表面与第二棱镜3012的上表面粘合，第三棱镜3013的斜面与第四棱镜3014的上表面粘合，第一棱镜3011与第二棱镜3012的粘合面以及第三棱镜3013与第四棱镜3014的粘合面上均镀有介质分束膜301e，第一棱镜3011、第二棱镜3012以及第四棱镜3014的侧面相互平行，且与第三棱镜3013的第一面平行，第一棱镜3011的上表面、第二棱镜3012的下表面以及第四棱镜3014的下表面均为反射面，第一棱镜3011的左侧面与光发射组件1耦合，第二棱镜3012的左侧面与滤波器302的输入端耦合，第一棱镜3011的右侧面依次经过法拉第旋转器301b和波片301c与第三棱镜3013的第一面连接，第二棱镜3012的右侧面依次经过法拉第旋转器301b和波片301c与第四棱镜3014的左侧面连接，第四棱镜3014的右侧面与单模光纤4耦合。法拉第旋转器301b为45°法拉第旋转器，波片301c为1/2波片。

如图3所示，分路器件301包括偏振分光棱镜301a、法拉第旋转器301b、波片301c、第二偏振分光棱镜301d。其中301a、301d皆为由两块棱镜粘合而成的偏振分光棱镜，两块棱镜间镀有介质分束膜301e，用于将入射光束的s和p两个偏振分量分离，或将分别具有s和p偏振态的两光束合束。图3中，偏振分光棱镜301a的侧面a、d分别对应分路器件301的a端口、d端口，偏振分光棱镜301a上下表面皆为反射面；第二偏振分光棱镜301d的侧面c对应分路器件301的c端口，第二偏振分光棱镜301d下表面为反射面。法拉第旋转器301b和波片301c组合可以将依次经过二者的光束光偏振态旋转90º，而不改变反向传输光束的光偏振态，二者优选45º法拉第旋转器和1/2波片的组合。

图3所示光路为光发射组件1输出至单模光纤4传输链路的上行光路。光发射组件1输出的上行光信号通过a端口进入偏振分光棱镜301a，在301a两棱镜的界面上行光束的s和p两偏振分量分离，形成偏振态相互垂直的两束光，两光束经过法拉第旋转器301b和波片301c的组合，各自的偏振态发生变化，偏振态变化后的两光束进入第二偏振分光棱镜301d，并在301d两棱镜的界面合束，形成一束光，此光束将从c端口输出，进入单模光纤4传输链路。

图4所示光路为单模光纤4传输链路输出至光接收组件2的下行光路。单模光纤4传输链路输出的下行光信号通过c端口进入第二偏振分光棱镜301d，在第二偏振分光棱镜301d两棱镜的界面下行光束的s和p两偏振分量分离，形成偏振态相互垂直的两束光，两光束经过波片301c和法拉第旋转器301b的组合，各自的偏振态不发生变化，两光束进入偏振分光棱镜301a，并在301a两棱镜的界面合束形成一束光，此光束由d端口从偏振分光棱镜301a输出，然后进入滤波器302。与此同时，图3所示上行光束的后向反射光会通过图4光路进入滤波器302。而滤波器302会通过自身通带滤除此后向反射光，输出相对纯净的下行光信号。从滤波器302输出的下行光信号经b端口进入光接收组件2。

实施例二：

一种单光纤双向光收发组件，如图6所示，本实施例包括光发射组件1、光接收组件2和分光滤波单元3，其中分光滤波单元3又包括滤波器302、梳状滤波器303、环形器304。光发射组件1与梳状滤波器303输入端耦合，环形器304输入端与梳状滤波器303输出端耦合，环形器304的双向端口与单模光纤4耦合，环形器304输出端口与所述滤波器302的输入端口耦合，光接收组件2与滤波器302的输出端口耦合。光发射组件1输出的上行光信号依次经过梳状滤波器303和环形器304进入单模光纤4传输链路，由单模光纤4传输链路输入的下行光信号经过环形器304进入梳状滤波器303，由梳状滤波器303输出后又返回环形器304，并由环形器304传输至滤波器302，最后进入光接收组件2。

梳状滤波器303（interleaver）是一种根据干涉原理利用两束或多束光干涉产生奇、偶信道输出的光学器件，对于固定结构的梳状滤波器，只有入射光频率满足一定条件时，光信号才能从奇数信道或偶数信道输出。本实施例为了使梳状滤波器303的输出波形近似方波，优选多光束干涉类型的梳状滤波器，如迈克尔逊干涉仪与标准具etalon构成的mgti型光学梳状滤波器，如图7所示。mgti型光学梳状滤波器303具有光输入端口、奇数信道输出端口共两个光端口，其光输入端口同时作为偶数信道的输出端口。本实施例通过合理设计梳状滤波器303的结构参数，包括g-t1、g-t2两腔体长度、镜面反射率等，并选用梳状滤波器303奇偶两信道中的一条作为上行光路，剩余一条作为下行光路，可以实现低频率间隔上下行光信号单纤传输。

图8为本实施例中梳状滤波器303的滤波曲线。奇数信道与偶数信道频率间隔为50ghz，通带中心频率对应itu-t建议中心频率。如图9所示，设上行光信号中心频率为f1，下行光信号中心频率为f2，并分别对应梳状滤波器303滤波曲线中两相邻奇信道、偶信道的滤波中心。光发射组件1输出的上行光信号f1进入梳状滤波器303的光输入端口，在梳状滤波器303内部经分光、多光束干涉等过程形成干涉信号，此干涉信号从梳状滤波器303的奇数信道输出端口输出，随后经环形器304进入单模光纤4传输链路。单模光纤4传输链路内的下行光信号f2经环形器304进入梳状滤波器303的光输入端口，在梳状滤波器303内部经分光、多光束干涉等过程形成干涉信号，此干涉信号从梳状滤波器303的偶数信道输出端口输出，随后经环形器304进入滤波器302，从滤波器302出射后进入光接收组件2。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。