專利名稱：四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域中的無源光電子器件，尤其是能對通信業(yè) 務(wù)量進行分插復(fù)用的功能性器件，適用于對通信業(yè)務(wù)量進行全光傳輸和 交換的光纖通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、局、站等場合。(二) 背景技術(shù)近年來，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)和數(shù)字移動通信業(yè)務(wù)飛速發(fā)展， 給現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)造成極大的壓力。發(fā)展波分復(fù)用全光網(wǎng)絡(luò)成為光傳送 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選方案。全光網(wǎng)絡(luò)中所有的光節(jié)點處，都需要能對通信業(yè)務(wù)量進行分插復(fù)用的功能性器件，包括光學(xué)分插復(fù)用器(0ADM)和光學(xué) 交叉互聯(lián)器(0XC)。這樣的功能性器件可以讓通信業(yè)務(wù)量不經(jīng)過光/電/ 光轉(zhuǎn)換和電學(xué)處理，就能實現(xiàn)波分復(fù)用信道的分插和互連功能，具有對 信號制式和速率的透明性，是克服傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的電子瓶頸問題的關(guān) 鍵技術(shù)之一。光節(jié)點分插復(fù)用器件實現(xiàn)從傳輸設(shè)備中有選擇地下路通往本地的光信號，同時上路本地用戶發(fā)往另一節(jié)點用戶的光信號。從功能上看， 它有非可重配置型(fixed)和可重配置型(reconf igurable)兩類。前者只能上下固定的一個或多個波長，也就是說節(jié)點的路由是確定的。后者 則能動態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上路/下路的波長，從而達(dá)到光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重構(gòu)的 能力，使光網(wǎng)絡(luò)具有更大的組網(wǎng)靈活性和生存性，同時可以降低光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)成本。從器件技術(shù)上看，它可以被分為基于集成器件技術(shù)和基于分 立器件技術(shù)兩大類。前者有集成度高、器件結(jié)構(gòu)尺寸小等優(yōu)點，但造價 很高，且工藝上實現(xiàn)難度大，國內(nèi)尚無產(chǎn)業(yè)化的集成型光節(jié)點分插復(fù)用 器件。后者有器件制作技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點。目前基于分立器件技術(shù)在光節(jié)點實現(xiàn)分插復(fù)用功能，多采用分立的 透鏡、棱鏡、光學(xué)晶體、反射鏡等，通過調(diào)整光束出射方向來達(dá)到分插 復(fù)用功能?；窘Y(jié)構(gòu)主要有三端口和四端口兩種類型，大多數(shù)為不可重 配置型，只能實現(xiàn)固定波長的分插復(fù)用。其次，單個器件不能同時實現(xiàn) 插入和分下功能，若要同時實現(xiàn)插入和分下功能，必須將兩個或更多個 器件組合起來。最后，工作端口大多分布在兩側(cè)，器件結(jié)構(gòu)尺寸較大， 操作不方便，而且用到的光學(xué)器件多(比如由于工作端口分布在兩側(cè)， 每一側(cè)要用至少一個準(zhǔn)直器件)，造價高。與本發(fā)明相關(guān)或相近的專利技術(shù)主要有中國專利CN 1514563A、 CN 1481101A和美國專利US 7184620 Bl。中國專利CN 1514563A和CN 1481101A披露的分插復(fù)用器件，端口均位于器件的兩側(cè)，因此器件結(jié)構(gòu) 尺寸偏大、造價高。其中CN 1481101A是一種不可重配置器件，采用自 聚焦透鏡和固定波長濾波器實現(xiàn)分插濾波功能。CN 1514563A中單個分 插濾波單元只能實現(xiàn)一個固定波長的分下/插入功能，不可重配置，必 須通過將多個單元按照一定順序連接起來才能實現(xiàn)可重配置功能；每個 分插濾波單元有直通或者分下/插入兩種工作狀態(tài)，通過繼電器或伺服 電機控制濾波器件的移入移出來實現(xiàn)兩種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，使用的端口 數(shù)目和光學(xué)器件數(shù)量多，插入損耗大且造價高。美國專利US 7184620 Bl 披露的是一種三端口、且三個端口位于同側(cè)的分插復(fù)用器件，不可重配 置；采用濾波器、反射鏡和透鏡準(zhǔn)直器實現(xiàn)分插濾波功能，插入和分下信號共用一個端口，因此單個器件無法同時插入、分下波長，若要同時 插入、分下波長，必須把兩個三端口分插復(fù)用器件連接起來工作，器件 成本高且插入損耗大。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有技術(shù)中光節(jié)點分插復(fù)用器件不可重新配置，或者單個 器件不能實現(xiàn)波長重新配置，而必須把多個器件或單元連接起來才能實 現(xiàn)波長的重新配置；單個器件不能同時插入、分下波長，同一器件結(jié)構(gòu)從執(zhí)行分下功能轉(zhuǎn)換為執(zhí)行插入功能時，必須變換工作端口；以及器件工作端口位于器件兩側(cè)，結(jié)構(gòu)尺寸大、操作不方便、造價高等缺點，本 發(fā)明提出一種四端口位于同側(cè)、可重配置、單個器件同時實現(xiàn)插入和分 下功能的新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，包括位于器件同一側(cè)的四個 工作端口、四根工作光纖、 一個光纖緊固件、 一個梯度折射率光纖準(zhǔn)直 器、 一個濾波反射模塊組成，所述四根工作光纖固定于光纖緊固件上， 與四個工作端口相連，分別用于輸入、分下、插入和直通信號；所述光 纖緊固件為一機械圓盤，用于固定四根工作光纖；所述梯度折射率光纖 準(zhǔn)直器是一個內(nèi)部的折射率分布不均勻的光纖器件，用于控制和調(diào)整輸 入、直通、分下和插入信號的光線傳播軌跡，并將其引導(dǎo)到各自對應(yīng)的 工作光纖；所述濾波反射模塊是一個利用電學(xué)控制實現(xiàn)光信號的濾波和反射功能的單元，所述濾波反射模塊通過對光波的濾波和反射，調(diào)整和 控制傳播進入所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器的光波的傳播方向和入射位置。所述四根工作光纖在所述光纖緊固件上的位置排布，根據(jù)其執(zhí)行的 功能，按照輸入、分下、直通、插入順序排布。所述光纖緊固件上有四個圓孔，用于固定四根工作光纖，四個圓孔 呈中心對稱分布，兩兩圓孔圓心之間距離相等，具體數(shù)值由光波在梯度 折射率光纖準(zhǔn)直器中的傳播軌跡決定。所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器是一段梯度折射率光纖，其折射率從光 纖的中心軸到光纖芯與包層的分界面單調(diào)下降，且折射率呈軸對稱分 布，折射率按照拋物線型分布，在所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器中傳播的 子午光線的路徑軌跡是正弦曲線。所述濾波反射模塊的濾波和反射功能可以采用棱鏡、光學(xué)晶體、透 射鏡、反射鏡等光學(xué)器件實現(xiàn)，所述濾波反射模塊的控制功能可以利用 繼電器或單片機控制電機實現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、 一個四端口的單個器件就能實 現(xiàn)波長的重新配置；2、使用單個器件同時實現(xiàn)插入和分下功能，且輸 入、直通、分下、插入端口一經(jīng)確定，在使用過程中無需調(diào)整；3、輸 入、直通、分下和插入端口均位于同一側(cè)，不僅增強了器件的功能，還 減小了器件結(jié)構(gòu)尺寸；4、構(gòu)建本發(fā)明新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，用到的光學(xué)器件少(比如處理輸入、直通、分下和插入信號，只使用了 一個梯度折射率光纖準(zhǔn)直器)，不僅造價低而且插入損耗也比較小。(四)


圖1是本發(fā)明新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件的示意2a、圖2b和圖2c是傳輸光線軌跡示意圖 圖3是四根工作光纖在光纖緊固件上的位置排布圖 l-工作端口 1、 2-工作端口 2、 3-工作端口 3、 4-工作端口 4、 5-光纖緊固件、6-梯度折射率光纖準(zhǔn)直器、7-濾波反射模塊、8-梯度折 射率光纖準(zhǔn)直器套管、9-光纖緊固件套管、10-外套管、100-工作光纖 100、 200-工作光纖200、 300-工作光纖300、 400-工作光纖400、 110-光線傳播軌跡IIO、 210-光線傳播軌跡210、 310-光線傳播軌跡310、 410-光線傳播軌跡410。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，包括位于器件同一側(cè)的四個工作 端口、四根工作光纖、 一個光纖緊固件、 一個梯度折射率光纖準(zhǔn)直器、 一個濾波反射模塊組成，所述四根工作光纖固定于光纖緊固件上，與四 個工作端口相連，分別用于輸入、分下、插入和直通信號；所述光纖緊 固件為一機械圓盤，用于固定四根工作光纖；所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直 器是一個內(nèi)部的折射率分布不均勻的光纖器件，用于控制和調(diào)整輸入、直通、分下和插入信號的光線傳播軌跡，并將其引導(dǎo)到各自對應(yīng)的工作 光纖；所述濾波反射模塊是一個利用電學(xué)控制實現(xiàn)光信號的濾波和反射 功能的單元，所述濾波反射模塊通過對光波的濾波和反射，調(diào)整和控制 傳播進入所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器的光波的傳播方向和入射位置。所述四根工作光纖在所述光纖緊固件上的位置排布，根據(jù)其執(zhí)行的 功能，按照輸入、分下、直通、插入順序排布。所述光纖緊固件上有四個圓孔，用于固定四根工作光纖，四個圓孔 呈中心對稱分布，兩兩圓孔圓心之間距離相等，具體數(shù)值由光波在梯度 折射率光纖準(zhǔn)直器中的傳播軌跡決定。所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器是一段梯度折射率光纖，其折射率從光 纖的中心軸到光纖芯與包層的分界面單調(diào)下降，且折射率呈軸對稱分 布，折射率按照拋物線型分布，在所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器中傳播的 子午光線的路徑軌跡是正弦曲線。所述濾波反射模塊的濾波和反射功能可以采用棱鏡、光學(xué)晶體、透 射鏡、反射鏡等光學(xué)器件實現(xiàn)，所述濾波反射模塊的控制功能可以利用 繼電器或單片機控制電機實現(xiàn)。參照圖1 3， 一種新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，包括位于同一側(cè)的四個工作端口 1、 2、 3、 4，所述四個工作端口分別與四根工作光 纖100、 200、 300、 400相連，用以接收處理輸入、分下、插入和直通 的光信號。所述四根工作光纖固定于光纖緊固件5之上，用以傳輸送入和來自梯度折射率光纖準(zhǔn)直器6的光信號。所述光纖緊固件5安置在光纖緊固件套管9內(nèi)，所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器6安置在梯度折射率光 纖準(zhǔn)直器套管8內(nèi)，所述光纖緊固件套管9與所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直 器套管8在光軸校準(zhǔn)之后連接并用膠加固，之后整體固定在外套管10 上。所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器6利用其特殊設(shè)計的折射率分布，決定 光波在其內(nèi)部傳輸?shù)能壽E，以便導(dǎo)引輸入信號射向濾波反射模塊7的特 定區(qū)域，并將直通、分下和插入信號引導(dǎo)到各自對應(yīng)的工作光纖。當(dāng)所 述濾波反射模塊被調(diào)整到一個特定位置時，照射在濾波反射模塊上的光 波經(jīng)其執(zhí)行濾波功能的光學(xué)器件直接反射的部分作為直通信號，以特定 角度反射入所述的梯度折射率光纖準(zhǔn)直器傳播，直至傳播進入執(zhí)行直通 功能的光纖端口 ；而經(jīng)所述濾波反射模塊中執(zhí)行濾波功能的光學(xué)器件透 射的光波或者作為分下信號，再經(jīng)所述濾波反射模塊中執(zhí)行反射功能的 光學(xué)器件反射后，以特定角度射入所述的梯度折射率光纖準(zhǔn)直器傳播， 直至傳播進入執(zhí)行分下功能的光纖端口；或者作為插入信號，經(jīng)所述濾 波反射模塊中執(zhí)行反射功能的光學(xué)器件反射后，進入所述的梯度折射率 光纖準(zhǔn)直器傳播，直至傳入執(zhí)行直通功能的光纖端口 ，與直通信號匯合。 參照圖1~3， 一束包含^^^^四個波長的復(fù)用信號經(jīng)工作端口 1輸 入本發(fā)明一種新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，經(jīng)固定在光纖緊固件5 上的、與工作端口 l相連的工作光纖100，傳輸進入梯度折射率光纖準(zhǔn) 直器6，并沿著光路軌跡110在梯度折射率光纖準(zhǔn)直器6中向前傳播(參照圖2a)，到達(dá)梯度折射率光纖準(zhǔn)直器6端面后，以一定角度出射并射向濾波反射模塊7上的特定區(qū)域，假設(shè)為工作波長4的分下區(qū)域，出射 角度的量值由折射定律確定；參照圖2a，入射光束4^^3義4中的^人3入4經(jīng) 濾波反射模塊中執(zhí)行濾波功能的光學(xué)器件以一定角度反射，反射角度的 量值由反射定律確定，X2X3、光束反向傳播并射入梯度折射率光纖準(zhǔn)直 器6，沿光路軌跡410傳播入執(zhí)行直通功能的工作光纖400，直至工作 端口4;參照圖2b，經(jīng)濾波反射模塊中執(zhí)行濾波功能的光學(xué)器件透射的 光束、正向傳播，并經(jīng)濾波反射模塊中執(zhí)行反射功能的光學(xué)器件反射 后，再次透過濾波反射模塊中執(zhí)行濾波功能的光學(xué)器件射入梯度折射率 光纖準(zhǔn)直器6，沿光路軌跡210傳播入執(zhí)行分下功能的工作光纖200， 直至工作端口2;參照圖2c，插入光束A從工作端口 3輸入進入執(zhí)行插 入功能的工作光纖300，沿光路軌跡310在梯度折射率光纖準(zhǔn)直器6中 傳播，同時濾波反射模塊被調(diào)整到工作波長A的插入?yún)^(qū)域，從梯度折射 率光纖準(zhǔn)直器6出射的光線照射在濾波反射模塊該區(qū)域表面，經(jīng)濾波反射模塊中執(zhí)行濾波功能的光學(xué)器件透射后，再經(jīng)濾波反射模塊中執(zhí)行反 射功能的光學(xué)器件反射，并再次透過濾波反射模塊中執(zhí)行濾波功能的光 學(xué)器件，射入梯度折射率光纖準(zhǔn)直器6，沿光路軌跡410傳播入執(zhí)行直 通功能的工作光纖400，與直通信號匯合，直至工作端口4。完成了單 個器件對復(fù)用信號^A^^中的4^A執(zhí)行直通功能，對^執(zhí)行分下和插 入功能。
權(quán)利要求
1、新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，其特征在于包括位于器件同一側(cè)的四個工作端口、四根工作光纖、一個光纖緊固件、一個梯度折射率光纖準(zhǔn)直器、一個濾波反射模塊組成，所述四根工作光纖固定于光纖緊固件上，與四個工作端口相連，分別用于輸入、分下、插入和直通信號；所述光纖緊固件為一機械圓盤，用于固定四根工作光纖；所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器是一個內(nèi)部的折射率分布不均勻的光纖器件，用于控制和調(diào)整輸入、直通、分下和插入信號的光線傳播軌跡，并將其引導(dǎo)到各自對應(yīng)的工作光纖；所述濾波反射模塊是一個利用電學(xué)控制實現(xiàn)光信號的濾波和反射功能的單元，所述濾波反射模塊通過對光波的濾波和反射，調(diào)整和控制傳播進入所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器的光波的傳播方向和入射位置。
2、 如權(quán)利要求l所述的新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，其特征 在于所述四根工作光纖在所述光纖緊固件上的位置排布，根據(jù)其執(zhí)行 的功能，按照輸入、分下、直通、插入順序排布。
3、 如權(quán)利要求2所述的新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，其特征在于所述光纖緊固件上有四個圓孔，用于固定四根工作光纖，四個圓孔呈中心對稱分布，兩兩圓孔圓心之間距離相等，所述距離的數(shù)值由光 波在梯度折射率光纖準(zhǔn)直器中的傳播軌跡決定。
4、 如權(quán)利要求1或3所述的新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，其 特征在于所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器是一段梯度折射率光纖，其折射 率從光纖的中心軸到光纖芯與包層的分界面單調(diào)下降，且折射率呈軸對 稱分布，折射率按照拋物線型分布，在所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器中傳 播的子午光線的路徑軌跡是正弦曲線。
5、 如權(quán)利要求4所述的新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，其特征 在于:所述濾波反射模塊的濾波和反射功能可以采用棱鏡、或光學(xué)晶體、 或透射鏡、或反射鏡實現(xiàn)，所述濾波反射模塊的控制功能可以利用繼電 器或單片機控制電機實現(xiàn)。
全文摘要
新型四端口光節(jié)點分插復(fù)用器件，包括位于器件同一側(cè)的四個工作端口、四根工作光纖、一個光纖緊固件、一個梯度折射率光纖準(zhǔn)直器、一個濾波反射模塊組成，所述四根工作光纖固定于光纖緊固件上，與四個工作端口相連，分別用于輸入、分下、插入和直通信號；所述光纖緊固件為一機械圓盤，用于固定四根工作光纖；所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器是一個內(nèi)部的折射率分布不均勻的光纖器件，用于控制和調(diào)整信號的光線傳播軌跡，并將其引導(dǎo)到各自對應(yīng)的工作光纖；所述濾波反射模塊是一個利用電學(xué)控制實現(xiàn)光信號的濾波和反射功能的單元，所述濾波反射模塊通過對光波的濾波和反射，調(diào)整和控制傳播進入所述梯度折射率光纖準(zhǔn)直器的光波的傳播方向和入射位置。
文檔編號H04J14/02GK101236278SQ20071016462
公開日2008年8月6日 申請日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者樂孜純, 文 董, 董建勇 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)