四端口环形器以及相干BIDI光模块的制作方法

四端口环形器以及相干bidi光模块
技术领域
1.本实用新型涉及环形器技术领域，具体为一种四端口环形器以及光模块。


背景技术：

2.现有光模块在进行数据传输时，大多是通过两根光纤进行数据传输，其中一根光纤用于从网络设备中接收数据，另一根光纤用于向网络设备传输数据。还有一种光模块是wdm bidi光模块，它能够实现用一根光纤进行输出传输，然而这种光模块使用时必须要滤波器波长互补成对使用，两个bidi光模块的运行波长也必须互补和吻合，对使用就有所限制。相干检测技术需要多通道调制解调平衡探测组合，普通3端口环形器无法实现更多通道的光路传输，对相干检测的实现就有所限制。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种四端口环形器以及相干bidi光模块，通过具有四端口的环形器，较之三端口环形器具有了更多的端口，实现了多一个光路的传输，从而实现相干技术的应用。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：一种四端口环形器，包括器件本体，所述器件本体具有四个端口，其中一个端口为入射口，其中一个端口为兼具输入和输出的兼容口，另外两个端口为出射口，所述入射口以及两个所述出射口分别位于所述器件本体的第一侧，所述兼容口位于所述器件本体的第二侧，所述第一侧和所述第二侧为相对侧；由所述入射口入射的光信号从所述兼容口射出，由所述兼容口入射的光信号分别从两个所述出射口射出。
5.进一步，所述入射口和两个所述出射口位于同一条直线上。
6.进一步，所述入射口位于远离两个所述出射口的位置。
7.进一步，所述器件本体包括平行间隔布设的第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，所述入射口和其中一个所述出射口分别位于所述第一偏振分光棱镜的同一侧，所述兼容口和另外一个所述出射口分别位于所述第二偏振分光棱镜的一相对侧。
8.进一步，所述第二偏振分光棱镜的出射口处设有透镜。
9.进一步，所述第二偏振分光棱镜的出射口处设有第三隔离器；当有所述透镜时，所述透镜位于所述第二偏振分光棱镜和所述第三隔离器之间
10.进一步，所述器件本体的所述入射口处安设有第一隔离器。
11.进一步，所述第一偏振分光棱镜的出射口处设有第二隔离器；所述第一偏振分光棱镜、所述第二偏振分光棱镜、所述第一隔离器、所述第二隔离器以及所述第三隔离器均置于磁块上。
12.进一步，所述第一偏振分光棱镜和所述第二偏振分光棱镜的高度均可调。
13.本实用新型实施例提供另一种技术方案：一种相干bidi光模块，包括上述的四端口环形器。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.1、通过具有四端口的环形器，较之三端口环形器具有了更多的端口输出，实现了多一个光路的传输，从而实现相干技术的应用。
16.2、增加隔离器以及半波片，可以有效阻止杂散光信号返回到发射芯片，增加了入射口和兼容口的隔离度，减小杂散光对发射芯片的影响，进而减少整体光路传输杂散光信号的影响。
17.3、采用pbs偏振分光直角三角棱镜和pbs偏振分光平行四边形棱镜胶合成两个偏振分光棱镜，提供了若干个通光面、反射面，从而实现了多端口光路输出，实现了多一个接收芯片的端口的简易传输。
18.4、采用磁块替代磁环，可以承载所有的器件，减小了装配难度，缩小了体积，而且还提高了可靠性，使性能更为稳定。
19.5、各器件通光面对胶水镀膜再粘接或者采用折射率匹配的胶水胶合无缝隙，稳定性好，增加光信号的透过率光路损失小从而il(插入损耗)性能提升，减少光信号在对空气的输出面的光的反射从而rl(回波损耗)性能提升，整体体积减小。
20.6、第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜本身的高度可以增加或者减少，从而实现让入射口、第一出射口以及第二出射口的距离增加或者缩小可调。
附图说明
21.图1为本实用新型实施例提供的一种四端口环形器的示意图；
22.图2为图1的第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的示意图；
23.附图标记中：1-第二偏振分光棱镜；2-法拉第磁致旋转片；3-第一半波片；4-第一偏振分光棱镜；5-第二半波片；6-第一隔离器；7-第二隔离器；8-第三隔离器；9-磁块；10-平行四边形棱镜；11-直角三角棱镜；12-入射口；13-兼容口；14-第一出射口；15-第二出射口；16-透镜；a-器件本体。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.请参阅图1，本实用新型实施例提供一种四端口环形器，包括器件本体a，所述器件本体a具有四个端口，其中一个端口为入射口12，其中一个端口为兼具输入和输出的兼容口13，另外两个端口为出射口，所述入射口12以及两个所述出射口分别位于所述器件本体a的第一侧，所述兼容口13位于所述器件本体a的第二侧，所述第一侧和所述第二侧为相对侧；由所述入射口12入射的光信号从所述兼容口13射出，由所述兼容口13入射的光信号分别从两个所述出射口射出。在本实施例中，通过具有四端口的环形器，较之三端口环形器具有了更多的端口输出，实现了多一个光路的传输，从而实现相干技术的应用。其中四个端口中，一个端口是单独的入射口12，两个端口是单独的出射口，剩下一个端口兼具着输入和输出，在入射口12的端口处设有发射芯片，发射芯片输出的光从入射口12输入，在两个出射口的
端口处均设接收芯片来接收另一个发射模块发射传输过来的光信号，所述兼容口13作为光纤传输接口，当本环形器用在发射光模块中时，兼容口13把从入射口12发射过来的光信号传输出去，以作为出射端口使用，而当本环形器用在接收光模块中时，兼容口13把接收的光信号传输进来并送至两个出射口(即第一出射口14和第二出射口15)，以作为入射端口使用，从而实现了单纤双向传输技术，即bidi技术。本环形器用在光模块中时，通常是两个光模块配套使用，当其中一个光模块的环形器的兼容口13作为入射端口使用时，与之相邻的另一个光模块的环形器的兼容口13则作为出射端口使用，而作为入射端口使用的光模块则为接收光模块，作为出射端口使用的光模块则为发射光模块。优选的，如图1所示，所述入射口12和两个所述出射口位于同一条直线上。且入射口12位于远离两个出射口的位置。
26.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，本环形器还包括平行间隔布设的第一偏振分光棱镜4和第二偏振分光棱镜1，所述入射口12和其中一个所述出射口均紧靠所述第一偏振分光棱镜4设置，所述兼容口13和另外一个所述出射口均紧靠所述第二偏振分光棱镜1设置。在本实施例中，四个端口是依附于偏振分光棱镜设置，该第一偏振分光棱镜4和第二偏振分光棱镜1提供了若干个通光面、反射面，从而实现了多端口光路输出，实现了多一个接收芯片的端口的简易传输。具体地，两个偏振分光棱镜间隔且平行设置，通过棱镜的多面特性，可以让整体结构形成多个光路，进而实现多个端口。
27.优化上述方案，请参阅图1，所述入射口12和其中一个所述出射口分别位于所述偏振分光棱镜的同一侧，所述兼容口13和另外一个所述出射口分别位于所述偏振分光棱镜的一相对侧，所述入射口12和两个所述出射口均位于所述第二偏振分光棱镜1的同一侧。在本实施例中，细化几个端口的具体位置。其中，入射口12和其中一个出射口分别位于第一偏振分光棱镜4的同一侧，而兼容口13和另外一个出射口分别位于第二偏振分光棱镜1的一相对侧，而整体上，入射口12和两个出射口又都位于第二偏振分光棱镜1的同一侧。如此，从入射口12输入的p偏振光进入到第一偏振分光棱镜4后，经过法拉第和旋光片相反方向的旋转，偏振态不发生改变，p光再射至第二偏振分光棱镜1的pbs面透射，并从兼容口13输出，此为第一条光的传输方向，此时涉及到两个端口，而从兼容口13输入的光有两个偏振态，先进入到第二偏振分光棱镜1后，其中一道s偏振态的光在第二偏振分光棱镜1的pbs面反射传输，最终从第二偏振分光棱镜1上设置的出射口输出，此为第二条光的传输方向，此时也涉及到两个端口，而另外一道p偏振态的光从第二偏振分光棱镜1透射出去，再经过法拉第和旋光片相同方向的旋转，偏振态发生改变成s光，再到第一偏振分光棱镜4的pbs面反射，然后在第一偏振分光棱镜4中传输，最终从第一偏振分光棱镜4上设置的出射口输出，此为第三条光的传输方向，此时也涉及到两个端口。当然，除此以外，端口的位置其实不止上述实例的一种布置形式，其位置，其角度都可以有所调整，但我们这种四端口的设计形式是现有技术中不曾存在的，相较于现有的三端口具有更有益的效果。优选的，所述第二偏振分光棱镜1的出射口处设有透镜16。所述第二偏振分光棱镜1的出射口处设有第三隔离器8；当有所述透镜16时，所述透镜16位于所述第二偏振分光棱镜1和所述第三隔离器8之间。在本实施例中，可以通过透镜16将第二偏振分光棱镜1的出射口延伸至与第一偏振分光棱镜4的出射口处于同一宽度位置，如图1所示，透镜16可以设在第二偏振分光棱镜1和第三隔离器8之间，也可以将透镜设在第一偏振分光棱镜4上，将第一偏振分光棱镜4补齐至与第二偏振分光棱镜1一样的宽度。
28.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，所述第一偏振分光棱镜4和所述第二偏振分光棱镜1之间设有法拉第磁致旋转片2。优选的，所述第一偏振分光棱镜4和所述第二偏振分光棱镜1之间还设有第一半波片3，所述第一半波片3至所述法拉第磁致旋转片2的方向与所述第一偏振分光棱镜4至所述第二偏振分光棱镜1的方向一致。在本实施例中，通过法拉第磁致旋转片2和第一半波片3的旋转，光信号经第一偏振分光棱镜4反射，从出射口输出，光信号无法从入射口12输出。优选的，经过所述法拉第磁致旋转片2的光的偏振态旋转角度优选为45度。
29.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，所述入射口12处也安设有隔离器。在本实施例中，在入射口12也设隔离器，至此整个环形器有三个隔离器，为了便于标注区分，分别将该入射口12的隔离器定义为第一隔离器6，将第一偏振分光棱镜4的出射口处的隔离器定义为第二隔离器7，将第二偏振分光棱镜1的出射口的隔离器定义为第三隔离器8，它们都是为了阻止杂散光信号返回至初始位置。优选的，所述入射口12处的隔离器与所述第一偏振分光棱镜4之间设有第二半波片5，此处的第二半波片5与上述的第一半波片3效果一致，此处就不再赘述。当该入射口12出的隔离器为双极隔离器时，可以不需要第二半波片5。
30.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，所述第一偏振分光棱镜4、所述第二偏振分光棱镜1以及两个所述出射口处的隔离器均置于磁块9上。在本实施例中，该磁块9可以承载所有的器件，减小了装配难度，缩小了体积，而且还提高了可靠性，使性能更为稳定。具体地，除了上述的第一偏振分光棱镜4、所述第二偏振分光棱镜1以及两个所述出射口处的隔离器以外，上面实施例提及的第一隔离器6、第一半波片3、第二半波片5以及法拉第磁致旋转片2等所有的器件均可以设在磁块9上，这也是与现有的磁环最大的区别点。设置前，上述器件之间可以通过胶合的形式先固定，然后再整体粘接在磁块9上，当然也可以定位好后一一粘接，二者均是可行的技术方案。而各器件通光面对胶水镀膜再粘接或者采用折射率匹配的胶水胶合无缝隙，稳定性好，增加光信号的透过率光路损失小从而il(插入损耗)性能提升，减少光信号在对空气的输出面的光的反射从而rl(回波损耗)性能提升，而预先将上述器件粘接在一起再整体粘接在磁块9上还可以提高精准度和制备效率。同样采用磁块9，相较于现有的多个磁环来说也极大地缩小了体积。优选的，磁块9选用钕铁硼磁铁或类似永久磁铁，有效磁场强度：1000gs高斯，如此可以起到更好的效果。
31.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，所述第一偏振分光棱镜4和所述第二偏振分光棱镜1之间的高度均可调。在本实施例中，第一偏振分光棱镜4和第二偏振分光棱镜1本身的高度可以增加或者减少，从而实现让入射口、第一出射口以及第二出射口的距离增加或者缩小可调。
32.请参阅图1，本实用新型实施例提供一种相干bidi光模块，包括上述的四端口环形器。在本实施例中，将上述的四端口环形器用在相干bidi光模块中，通过具有四端口的环形器，较之三端口环形器具有了更多的端口输出，实现了多一个光路的传输，从而实现相干技术的应用。其中四个端口中，一个端口是单独的入射口12，两个端口是单独的出射口，剩下一个端口兼具着输入和输出，在入射口12的端口处设有发射芯片，发射芯片输出的光从入射口12输入，在两个出射口的端口处均设接收芯片来接收另一个发射模块发射传输过来的光信号，所述兼容口13作为光纤传输接口，当本环形器用在发射光模块中时，兼容口13把从
入射口12发射过来的光信号传输出去，以作为出射端口使用，而当本环形器用在接收光模块中时，兼容口13把接收的光信号传输进来并送至两个出射口(即第一出射口14和第二出射口15)，以作为入射端口使用，从而实现了单纤双向传输技术，即bidi技术。本环形器用在相干bidi光模块中时，通常是两个相干bidi光模块配套使用，当其中一个相干bidi光模块的环形器的兼容口13作为入射端口使用时，与之相邻的另一个相干bidi光模块的环形器的兼容口13则作为出射端口使用，而作为入射端口使用的相干bidi光模块则为接收光模块，作为出射端口使用的相干bidi光模块则为发射光模块。
33.请参阅图1，本实用新型实施例提供一种用于偏振分光的棱镜组件，包括平行且间隔布设的第一偏振分光棱镜4和第二偏振分光棱镜1，所述第一偏振分光棱镜4和所述第二偏振分光棱镜1均包括胶合的直角三角棱镜11和平行四边形棱镜10，所述直角三角棱镜11和所述平行四边形棱镜10的胶合面为pbs面，两个所述pbs面平行设置，所述第一偏振分光棱镜4和所述第二偏振分光棱镜1均具有供光信号输入和/或输出的两个端口。在本实施例中，采用pbs偏振分光直角三角棱镜11和pbs偏振分光平行四边形棱镜10胶合成两个偏振分光棱镜，提供了若干个通光面、反射面，从而实现了多端口光路输出，实现了多一个接收芯片的端口的简易传输。其中直角三角棱镜11和平行四边形棱镜10在pbs面处胶合，以形成一个整体，从图1可以看出，平行四边形棱镜10下部的缺口被直角三角棱镜11填补，形成方形结构，两个偏振分光棱镜底部对齐，光可从该方形结构处通过。请参阅图2，是第一偏振分光棱镜4和第二偏振分光棱镜1的示意图，二者只是尺寸不一样，因此用一个图进行示意，为了便于标注，将两个pbs面定义为s4面，两个pbs面可以实现偏振分光，进而使得本棱镜组件用在环形器上后形成更多端口的环形器。优选的，该pbs面可以通过镀pbs模来实现偏振分光，即p光透射，s光反射，这种多层介质膜满足布鲁斯特条件。
34.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1和图2，每一所述平行四边形棱镜10正对其胶合的所述直角三角棱镜11的面为全反射面。在本实施例中，为了便于标注，将两个全反射面定义为s2面，此处的两个面为全反射面可以方便光信号从两个出射口输出。
35.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1和图2，所述平行四边形棱镜10和所述直角三角棱镜11胶合后形成一块平整的组合面，所述组合面为通光面，所述第一偏振分光棱镜4与该组合面平行的面以及所述第二偏振分光棱镜1与该组合面平行的面均为通光面。在本实施例中，为了便于标注，将组合面定义为s3面和s5面，其中s3面是平行四边形棱镜10上的面，s5面是直角三角棱镜11上的面，而与该组合面平行的面定义为s1面，该s1面、s3面、s5面均为通光面。优选的，平行四边形棱镜10和直角三角棱镜11底部的面分别为s6面和s7面，它们均为可以与磁块9粘接在一起的粘接面。优选的，s1面不与部件连接，面对空气，其镀ar膜。
36.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，所述第一偏振分光棱镜4的两个端口分别为入射口12和第一出射口14，所述第二偏振分光棱镜1的两个端口分别为兼容口13和第二出射口15，所述兼容口13兼具输入和输出；所述入射口12入射的光信号从所述兼容口13射出，所述兼容口13入射的光信号分别从所述第一出射口14和所述第二出射口15射出。在本实施例中，其中四个端口中，一个端口是单独的入射口12，两个端口是单独的出射口，剩下一个端口兼具着输入和输出，在入射口12的端口处设有发射芯片，发射芯片输出的光从入射口12输入，在两个出射口的端口处均设接收芯片来接收另一个发射模块发射传输
过来的光信号，所述兼容口13作为光纤传输接口，当本环形器用在发射光模块中时，兼容口13把从入射口12发射过来的光信号传输出去，以作为出射端口使用，而当本环形器用在接收光模块中时，兼容口13把接收的光信号传输进来并送至两个出射口(即第一出射口14和第二出射口15)，以作为入射端口使用，从而实现了单纤双向传输技术，即bidi技术。本环形器用在相干bidi光模块中时，通常是两个相干bidi光模块配套使用，当其中一个相干bidi光模块的环形器的兼容口13作为入射端口使用时，与之相邻的另一个相干bidi光模块的环形器的兼容口13则作为出射端口使用，而作为入射端口使用的相干bidi光模块则为接收光模块，作为出射端口使用的相干bidi光模块则为发射光模块。
37.进一步优化上述方案，请参阅图1，所述第二偏振分光棱镜1的平行四边形棱镜10的长度大于所述第一偏振分光棱镜4的平行四边形棱镜10的长度，所述第二出射口15位于所述第二偏振分光棱镜1的平行四边形棱镜10超出所述第一偏振分光棱镜4的平行四边形棱镜10的部位处。在本实施例中，从图1可以直观地看到，第二偏振分光棱镜1的平行四边形棱镜10的长度大于第一偏振分光棱镜4的平行四边形棱镜10的长度，因此在上述两个偏振分光棱镜底部对齐时，第二偏振分光棱镜1的平行四边形棱镜10是超出第一偏振分光棱镜4的平行四边形棱镜10的，将第二出射口15设在该处，可以避免出现干涉。
38.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，所述入射口12和所述第一出射口14分别位于所述第一偏振分光棱镜4的同一侧，所述兼容口13和所述第二出射口15分别位于所述第二偏振分光棱镜1的一相对侧，所述入射口12、所述第一出射口14以及所述第二出射口15均位于所述第二偏振分光棱镜1的同一侧。在本实施例中，细化几个端口的具体位置。其中，入射口12和其中一个出射口分别位于第一偏振分光棱镜4的同一侧，而兼容口13和另外一个出射口分别位于第二偏振分光棱镜1的一相对侧，而整体上，入射口12和两个出射口又都位于第二偏振分光棱镜1的同一侧。如此，从入射口12输入的p偏振光进入到第一偏振分光棱镜4后，经过法拉第和旋光片相反方向的旋转，偏振态不发生改变，p光再射至第二偏振分光棱镜1的pbs面透射，并从兼容口13输出，此为第一条光的传输方向，此时涉及到两个端口，而从兼容口13输入的光有两个偏振态，先进入到第二偏振分光棱镜1后，其中一道s偏振态的光在第二偏振分光棱镜1的pbs面反射传输，最终从第二偏振分光棱镜1上设置的出射口输出，此为第二条光的传输方向，此时也涉及到两个端口，而另外一道p偏振态的光从第二偏振分光棱镜1透射出去，再经过法拉第和旋光片相同方向的旋转，偏振态发生改变成s光，再到第一偏振分光棱镜4的pbs面反射，然后在第一偏振分光棱镜4中传输，最终从第一偏振分光棱镜4上设置的出射口输出，此为第三条光的传输方向，此时也涉及到两个端口。当然，除此以外，端口的位置其实不止上述实例的一种布置形式，其位置，其角度都可以有所调整，但我们这种四端口的设计形式是现有技术中不曾存在的，相较于现有的三端口具有更有益的效果。
39.作为本实用新型实施例的优化方案，上述的第一偏振分光棱镜4、第二偏振分光棱镜1、法拉第磁致旋转片2、第一半波片3、第二半波片5、第一隔离器6、第二隔离器7、第三隔离器8的装配均通过胶水粘接，粘接形式是相邻的器件进行粘接，而粘接的面均为通光面。优选的，胶水粘接的形式，不管是上述的器件之间的粘接，还是它们粘接在磁块9上的粘接，还是平行四边形棱镜10和直角三角棱镜11之间的粘接，均可以对胶水镀膜后再粘接，也可以采用折射率匹配的胶水粘接。这样可以保证无分隔的空隙，光路损失小。
40.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图1，光路在器件中的传输路径如下：
41.光信号p光从入射口12入射到兼容口13，p光通过第一偏振分光棱镜4的s4偏振分光面透射，通过第一半波片3和法拉第磁致旋转片2旋光方向相反，p光不改变，到达第二梯形偏振分光棱镜的s4偏振分光面透射从兼容口13输出；
42.如果反过来p光光信号从兼容口13输入，p光通过第二梯形偏振分光棱镜的s4偏振分光面透射后，磁块9磁极反向，通过法拉第磁致旋转片2和第一半波片3的相同方向旋转，改变成s光，s光信号就不能从第一偏振分光棱镜4的s4偏振分光面透射出去，只能反射，再经过其s2偏振分光面的反射到达第一出射口14，第一隔离器6可以使其他杂散光信号也无法从入射口12输出，从而增加隔离度；
43.如果光信号s光从兼容口13光传输端口入射，s光通过第二梯形偏振分光棱镜的s4偏振分光面反射后，再经过第二偏振分光棱镜1的s2全反射面反射，从s3面的第二出射口15输出，即实现了兼容口13到第二出射口15增加了一个端口的输出光信号，进而光也无法从兼容口13到入射口12输出。说明从兼容口13输入的光信号只能从第一出射口14和第二出射口15输出，而不能从入射口12输出，从而实现光信号的单向传输目的，同时实现了增加了一个接收端口第二出射口15的输出光信号，同时第一出射口14和第二出射口15端口各增加一个第二隔离器7和第三隔离器8，有效的阻止隔离从接收装置端返回的杂散光信号，减少整体光路传输中杂散光信号的影响。
44.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。