色散棱镜式波分复用器的制作方法

专利名称：色散棱镜式波分复用器的制作方法
技术领域：
本发明涉及多信道光纤通信领域，是一种用色散棱镜和透镜构成的多信道光纤通信系统的波分复用器。
1980年以后，由于光纤制做工艺的提高，用VAD工艺制作的光纤，波长窗口从0.8--1.8um都能损耗较小的传输。即一根这样的光纤中可以同时传输许多个不同波长的光波，而每一个波长的光波可以传输PCM码，这就好象光纤给出的是一个多车道的信息高速公路，而我们现在仅仅用了一个车道，因此各国都在研究多信道光纤通信系统。这个问题的关键是怎样把一个一定波长的载有一定PCM码的“汽车”驶入高速公路，又怎样在合适时驶出高速公路。即多信道光纤通信系统的复用器问题。现有用光栅和反射光栅做的波分复用器，其结构复杂，制作成本高，光能损耗大。
本发明的目的是给出一种光能损耗小而结构又简单的色散棱镜式波分复用器。
本发明是这样实现的把分离谱的混色点光源S置于透镜L1的焦点上，置光栏H限制光通过，使S的数字孔径等于光纤的数字孔径，这是为了与后面要说的光纤相对应。S经透镜L1后是一组平行光，再经色散棱镜被分解成N组单色平行光，再经透镜L2汇聚成S1，S2...Sn N个像点。根据光的可逆原理，反之也然，即以S1，S2....Sn为源则像点为S，如

图1。从光纤端面射出的光与上述点光源S射出的光一样，这是因为两者的数字孔径一样，于是把上述点光源S及其像点S1，S2.....Sn换成光纤端面，于是就构成色散棱镜式波分复用器，如图2。当从N个光纤中射出的单色光λ1，λ2...λn经透镜后成为N组平行光，再经色散棱镜后混合成一组平行光，经透镜汇聚进入主光纤，于是主光纤上传输λ1，λ2…λn种光信号(这起合路器作用)。又在主光纤上传输的λ1，λ2..λn种光经透镜成为平行光，再经色散棱镜后分解成N组平行光，经透镜汇聚分别进入λ1，λ2…λn光纤，(这起分路器作用)。由此可见，这里的合路器和分路器是一个器件，在光纤通信中称复用器。图3给出了多信道点到点传输系统。
上述波分复用器只是条理清楚，便于理解，但存在光能不必要损失。我们知道光在介质的分界面要反射，这些反射光是没被利用的，因此要尽量减少反射，唯一的办法是减少一个透镜。要达到这目的，光纤端面的放置位置不再是透镜的焦点，需重新修改。有两种情况一，点光源S发出的光经色散棱镜的左表面折射成像S’，经右表面成像S”，再经透镜成像S*，这是单色光的情况。如果S是混色光源，经色散棱镜左表面成像S1’，S2’....Sn’，经右表面成像S1”，S2”....Sn”，再经透镜成像S1*，S2*...Sn*。二，点光源S发出的光经透镜成像S’，经色散棱镜左表面成像S”，再经色散棱镜右表面成像S*。如果S是混色光源，经透镜成像S’经色散棱镜左表面成像S1”，S2”....Sn”，经右表面成像S1*，S2*....Sn*。如图4。把点光源S和像S1*，S2*....Sn*换成光纤，于是就做成了多信道光纤通信系统的波分复用器。如图5。至于点光源S的放置位置可以是大于焦距的任何位置。其中S若在2F位置则像S*在透镜后2F位置(F是透镜的焦距)，这是一个对称的重要位置。
如果散射度不够，S1*，S2*...Sn*靠得很近，(每个像点的距离不能小于光纤的直径)，这在N的数量大和传输的光的频率差别小时发生，于是又要考虑增加色散度的问题。要解决这个问题可以将S移近焦点位置，这时像S*距透镜大于2F，甚至更远，这是以增大复用器的体积为代价的；还有就是再加一个色散棱镜，或者在色散棱镜两色散面镀一层或多层透明介质膜，以增加折射次数来增加色散度，当然这是以损失光能为代价的。这是两种独立的方法因此还可以综合并用。
本发明提供了一种用光纤，透镜和色散棱镜制作波分复用器的方法。综上所述，我们做出双透镜型的(如图2)和单透镜型的(如图5)色散棱镜式复用器，结构最简单，光能损失最小的是单透镜型的色散棱镜式波分复用器。
由于采用了上述方案，我们就可以把传输的λ1，λ2...λn光信号复用到主光纤上，而且还可以解复用到λ1，λ2...λn光纤上。完成点到点多信道光纤通信系统。由于采用了上述方案，我们就可以把电话信号(假如以λ1传输)，电视信号(假如以λ2传输)，电脑通信信号(假如以λ3传输)等等，混入主光纤传输，这将大大减轻目前通信信息量太大的压力。
下面结合附图作进一步说明图1是混色点光源S经透镜经色散棱镜再经透镜的成像原理。其中S为数字孔径限制在与光纤的数字孔径相等的混色点光源。
图2是将图1中的源点S和像点S1，S2....Sn换成光纤构成的双透镜型的色散棱镜式波分复用器。
图3是用图2所示的波分复用器构成的多信道光纤通信系统。
图4是a点光源S经色散棱镜和透镜系统的成像原理。b点光源S经透镜和色散棱镜系统的成像原理。
图5是用图4中的源点S和像点S1，S2.....Sn换成光纤，构成的单透镜型的色散棱镜式波分复用器。
本发明的具体实现是这样的仅以图5-b所示复用器为例进行制作。将主光纤的一端打磨平整，尽量减少漫反射，并把它固定在透镜光轴上的某一点处，例如二倍焦距2F处，在透镜后固定色散棱镜，让波长λ1的单色光沿主光纤传输并从其光滑端面射出，经透镜和色散棱镜后成像，找到成像点处(光斑最小处，此位置也可计算得到。)，将另一光纤λ1的光滑端固定此处，这样沿主光纤传输的光经透镜和色散棱镜系统后会进入另一光纤λ1传输。同样让λ2单色光沿主光纤传输并从其光滑端射出，经透镜和色散棱镜后成像，找到成像点处再将另一光纤λ2的光滑端固定此处。按照此法最后把光纤λn也固定好。这样就把主光纤和N个支光纤都固定好了，色散棱镜式波分复用器也就做好了，当然还要做一个外壳把装置密闭好，以防灰尘进入。
权利要求
1一种新型的波分复用器，称作色散棱镜式波分复用器，其特征是这种波分复用器是由主光纤、色散棱镜、透镜和N个(N≥2)支路光纤构成的。
2根据权利要求1所述的色散棱镜式波分复用器，其特征是上述主光纤的光滑端和N个支路光纤的光滑端，分别固定在以透镜和色散棱镜构成的成像系统的源点和N个以各自波长形成的像点处。
3根据权利要求1和权利要求2所述的色散棱镜式波分复用器，其特征是上述透镜和色散棱镜构成的成像系统有两种，第一种是从主光纤的光滑端射出的光先经过透镜再经过色散棱镜，第二种是从主光纤的光滑端射出的光先经过色散棱镜再经过透镜。
4根据权利要求1、2和3所述的色散棱镜式波分复用器，其特征是增大色散度是利用主光纤的光滑端面靠近色散棱镜、透镜成像系统的焦点处(不能放在焦点处)，以及在色散棱镜的两色散面镀一层或多层介质膜来实现的。
全文摘要
色散棱镜式波分复用器，是由主光纤，色散棱镜、透镜和N个(N≥2)支路光纤构成的。当主光纤上有λ1，λ2，...λn波长的N个单色光传输时，从主光纤光滑端面射出的光，经过色散棱镜、透镜成像系统会成N个像点，将N个支路光纤的光滑端面固定在这N个像点处，色散棱镜式波分复用器就做成了。当主光纤上有λ1，λ2，...λn波长的N个单色光传输时，经过色散棱镜式波分复用器会解复用到N个支路光纤上传输，同样，根据光的可逆原理，在N个支路光纤上传输的N个单色光，经过色散棱镜式波分复用器会复用到主光纤上传输。如果散射度不够，S文档编号G02B6/28GK1484052SQ0213377
公开日2004年3月24日 申请日期2002年9月18日 优先权日2002年9月18日
发明者马勇敢, 王绪本 申请人:马勇敢