色散稜鏡式波分復用器的製作方法

2023-05-25 14:47:01

專利名稱：色散稜鏡式波分復用器的製作方法
技術領域：
本發明涉及多信道光纖通信領域，是一種用色散稜鏡和透鏡構成的多信道光纖通信系統的波分復用器。
1980年以後，由於光纖製做工藝的提高，用VAD工藝製作的光纖，波長窗口從0.8--1.8um都能損耗較小的傳輸。即一根這樣的光纖中可以同時傳輸許多個不同波長的光波，而每一個波長的光波可以傳輸PCM碼，這就好象光纖給出的是一個多車道的信息高速公路，而我們現在僅僅用了一個車道，因此各國都在研究多信道光纖通信系統。這個問題的關鍵是怎樣把一個一定波長的載有一定PCM碼的「汽車」駛入高速公路，又怎樣在合適時駛出高速公路。即多信道光纖通信系統的復用器問題。現有用光柵和反射光柵做的波分復用器，其結構複雜，製作成本高，光能損耗大。
本發明的目的是給出一種光能損耗小而結構又簡單的色散稜鏡式波分復用器。
本發明是這樣實現的把分離譜的混色點光源S置於透鏡L1的焦點上，置光欄H限制光通過，使S的數字孔徑等於光纖的數字孔徑，這是為了與後面要說的光纖相對應。S經透鏡L1後是一組平行光，再經色散稜鏡被分解成N組單色平行光，再經透鏡L2匯聚成S1，S2...Sn N個像點。根據光的可逆原理，反之也然，即以S1，S2....Sn為源則像點為S，如

圖1。從光纖端面射出的光與上述點光源S射出的光一樣，這是因為兩者的數字孔徑一樣，於是把上述點光源S及其像點S1，S2.....Sn換成光纖端面，於是就構成色散稜鏡式波分復用器，如圖2。當從N個光纖中射出的單色光λ1，λ2...λn經透鏡後成為N組平行光，再經色散稜鏡後混合成一組平行光，經透鏡匯聚進入主光纖，於是主光纖上傳輸λ1，λ2…λn種光信號(這起合路器作用)。又在主光纖上傳輸的λ1，λ2..λn種光經透鏡成為平行光，再經色散稜鏡後分解成N組平行光，經透鏡匯聚分別進入λ1，λ2…λn光纖，(這起分路器作用)。由此可見，這裡的合路器和分路器是一個器件，在光纖通信中稱復用器。圖3給出了多信道點到點傳輸系統。
上述波分復用器只是條理清楚，便於理解，但存在光能不必要損失。我們知道光在介質的分界面要反射，這些反射光是沒被利用的，因此要儘量減少反射，唯一的辦法是減少一個透鏡。要達到這目的，光纖端面的放置位置不再是透鏡的焦點，需重新修改。有兩種情況一，點光源S發出的光經色散稜鏡的左表面折射成像S』，經右表面成像S」，再經透鏡成像S*，這是單色光的情況。如果S是混色光源，經色散稜鏡左表面成像S1』，S2』....Sn』，經右表面成像S1」，S2」....Sn」，再經透鏡成像S1*，S2*...Sn*。二，點光源S發出的光經透鏡成像S』，經色散稜鏡左表面成像S」，再經色散稜鏡右表面成像S*。如果S是混色光源，經透鏡成像S』經色散稜鏡左表面成像S1」，S2」....Sn」，經右表面成像S1*，S2*....Sn*。如圖4。把點光源S和像S1*，S2*....Sn*換成光纖，於是就做成了多信道光纖通信系統的波分復用器。如圖5。至於點光源S的放置位置可以是大於焦距的任何位置。其中S若在2F位置則像S*在透鏡後2F位置(F是透鏡的焦距)，這是一個對稱的重要位置。
如果散射度不夠，S1*，S2*...Sn*靠得很近，(每個像點的距離不能小於光纖的直徑)，這在N的數量大和傳輸的光的頻率差別小時發生，於是又要考慮增加色散度的問題。要解決這個問題可以將S移近焦點位置，這時像S*距透鏡大於2F，甚至更遠，這是以增大復用器的體積為代價的；還有就是再加一個色散稜鏡，或者在色散稜鏡兩色散面鍍一層或多層透明介質膜，以增加折射次數來增加色散度，當然這是以損失光能為代價的。這是兩種獨立的方法因此還可以綜合併用。
本發明提供了一種用光纖，透鏡和色散稜鏡製作波分復用器的方法。綜上所述，我們做出雙透鏡型的(如圖2)和單透鏡型的(如圖5)色散稜鏡式復用器，結構最簡單，光能損失最小的是單透鏡型的色散稜鏡式波分復用器。
由於採用了上述方案，我們就可以把傳輸的λ1，λ2...λn光信號復用到主光纖上，而且還可以解復用到λ1，λ2...λn光纖上。完成點到點多信道光纖通信系統。由於採用了上述方案，我們就可以把電話信號(假如以λ1傳輸)，電視信號(假如以λ2傳輸)，電腦通信信號(假如以λ3傳輸)等等，混入主光纖傳輸，這將大大減輕目前通信信息量太大的壓力。
下面結合附圖作進一步說明圖1是混色點光源S經透鏡經色散稜鏡再經透鏡的成像原理。其中S為數字孔徑限制在與光纖的數字孔徑相等的混色點光源。
圖2是將圖1中的源點S和像點S1，S2....Sn換成光纖構成的雙透鏡型的色散稜鏡式波分復用器。
圖3是用圖2所示的波分復用器構成的多信道光纖通信系統。
圖4是a點光源S經色散稜鏡和透鏡系統的成像原理。b點光源S經透鏡和色散稜鏡系統的成像原理。
圖5是用圖4中的源點S和像點S1，S2.....Sn換成光纖，構成的單透鏡型的色散稜鏡式波分復用器。
本發明的具體實現是這樣的僅以圖5-b所示復用器為例進行製作。將主光纖的一端打磨平整，儘量減少漫反射，並把它固定在透鏡光軸上的某一點處，例如二倍焦距2F處，在透鏡後固定色散稜鏡，讓波長λ1的單色光沿主光纖傳輸並從其光滑端面射出，經透鏡和色散稜鏡後成像，找到成像點處(光斑最小處，此位置也可計算得到。)，將另一光纖λ1的光滑端固定此處，這樣沿主光纖傳輸的光經透鏡和色散稜鏡系統後會進入另一光纖λ1傳輸。同樣讓λ2單色光沿主光纖傳輸並從其光滑端射出，經透鏡和色散稜鏡後成像，找到成像點處再將另一光纖λ2的光滑端固定此處。按照此法最後把光纖λn也固定好。這樣就把主光纖和N個支光纖都固定好了，色散稜鏡式波分復用器也就做好了，當然還要做一個外殼把裝置密閉好，以防灰塵進入。
權利要求
1一種新型的波分復用器，稱作色散稜鏡式波分復用器，其特徵是這種波分復用器是由主光纖、色散稜鏡、透鏡和N個(N≥2)支路光纖構成的。
2根據權利要求1所述的色散稜鏡式波分復用器，其特徵是上述主光纖的光滑端和N個支路光纖的光滑端，分別固定在以透鏡和色散稜鏡構成的成像系統的源點和N個以各自波長形成的像點處。
3根據權利要求1和權利要求2所述的色散稜鏡式波分復用器，其特徵是上述透鏡和色散稜鏡構成的成像系統有兩種，第一種是從主光纖的光滑端射出的光先經過透鏡再經過色散稜鏡，第二種是從主光纖的光滑端射出的光先經過色散稜鏡再經過透鏡。
4根據權利要求1、2和3所述的色散稜鏡式波分復用器，其特徵是增大色散度是利用主光纖的光滑端面靠近色散稜鏡、透鏡成像系統的焦點處(不能放在焦點處)，以及在色散稜鏡的兩色散面鍍一層或多層介質膜來實現的。
全文摘要
色散稜鏡式波分復用器，是由主光纖，色散稜鏡、透鏡和N個(N≥2)支路光纖構成的。當主光纖上有λ1，λ2，...λn波長的N個單色光傳輸時，從主光纖光滑端面射出的光，經過色散稜鏡、透鏡成像系統會成N個像點，將N個支路光纖的光滑端面固定在這N個像點處，色散稜鏡式波分復用器就做成了。當主光纖上有λ1，λ2，...λn波長的N個單色光傳輸時，經過色散稜鏡式波分復用器會解復用到N個支路光纖上傳輸，同樣，根據光的可逆原理，在N個支路光纖上傳輸的N個單色光，經過色散稜鏡式波分復用器會復用到主光纖上傳輸。如果散射度不夠，S文檔編號G02B6/28GK1484052SQ0213377
公開日2004年3月24日 申請日期2002年9月18日 優先權日2002年9月18日
發明者馬勇敢, 王緒本 申請人:馬勇敢