1.本发明涉及光通讯领域，特别涉及一种转折结构的自由空间多路波分复用装置及方法。


背景技术：

2.波分复用技术在光纤通信中被广泛应用，通过在同一根光纤上同时传输多个波长光信号，使得一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。多波长复用在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可大量节约光纤。光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。
3.常用的波分复用器有棱镜色散型波分复用器、熔锥光纤型波分复用器、衍射光栅型波分复用器、介质薄膜型波分复用器等。棱镜色散型波分复用器主要器件为三棱镜，利用三棱镜的分光作用来实现波分复用的效果；熔锥光纤型波分复用器是将两根或多根光纤靠贴在一起，通过适度熔融而形成的一种表面交互式器件，通过控制融合端的长度盒不同光纤之间的互相靠近程度实现不同波长的复用或解复用；衍射光栅型波分复用器主要器件为衍射光栅，是一种由密集、等间距平行刻线构成的光学器件，利用多缝衍射和干涉作用，将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散；介质薄膜型波分复用器的主要器件是通过高低折射率材料交替堆叠利用法布里-帕罗腔的原理制作形成筛选特定波长透过，其他波长反射的光学器件。
4.棱镜色散型波分复用器、熔锥光纤型波分复用器、衍射光栅型波分复用器三种波分复用器由于其原理结构上导致了其对于其他通道的隔离度偏低，用于tx端时无法满足隔离度需求；目前介质薄膜型波分复用器为性价比较高的方式，被广泛应用。
5.在常用的通信波分复用光路结构中，根据封装结构又可以分为同轴封装、三端口器件封装和cob封装结构。基于awg的cob封装结构中能较好的实现入射光和出射光都处于同一入射面，但由于awg其固有的特性，存在隔离度不足，分光效果不好；基于自由空间的cob封装结构也可以使用转折棱镜的方式来实现这一功能，但目前由于其最后一路的光路太长，会导致最后的光斑耦合效果不佳问题而没有被广泛使用。
6.有鉴于此，实有必要开发一种新的波分复用装置，用以提高耦合效率。


技术实现要素：

7.为了克服上述波分复用装置所存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种转折结构的自由空间多路波分复用装置及方法，其解决了传统方法中耦合效果不佳问题。
8.就装置方法而言，本发明为解决上述技术问题的转折结构的自由空间多路波分复用装置包括：输入准直器、底层输出准直器组件、底层分光组件、转折棱镜、顶层分光组件及顶层输出准直器组件；所述底层分光组件包括一双带通滤光膜片；
9.发射光经所述输入准直器至所述底层分光组件，经所述底层分光组件上的所述双
带通滤光膜片进行分光后，反射路光在所述底层分光组件内，从所述底层输出准直器组件中输出；透射路光经所述转折棱镜发射至所述顶层分光组件，经所述顶层分光组件后从所述顶层输出准直器组件中输出。
10.进一步地，所述底层分光组件还包括底层玻璃基座；所述底层输出准直器组件包括第一底层输出准直器、第二底层输出准直器；所述第一底层输出准直器与所述第二底层输出准直器在所述底层玻璃基座的一侧等距离、平行排列。
11.进一步地，所述底层分光组件还包括底层带通膜片；所述底层带通膜片与所述第一底层输出准直器相对应；
12.所述双带通滤光膜片、底层带通膜片位于底层玻璃基座上的两侧面；所述双带通滤光膜片与所述转折棱镜对应；入射光经所述双带通滤光膜片分光后，反射路光经所述底层带通膜片分光后经底层输出准直器组件输出。
13.进一步地，所述底层分光组件还包括底层第一增透膜、底层高反膜及底层第二增透膜；所述第一增透膜与所述输入准直器相对，所述第一增透膜与所述底层带通膜片位于所述底层玻璃基座的同侧；所述底层高反膜与所述双带通滤光膜片位于所述底层玻璃基座的同侧；所述底层第二增透膜与所述第二底层输出准直器对应。
14.进一步地，所述顶层分光组件包括顶层玻璃基座；
15.所述顶层输出准直器组件包括第一顶层输出准直器、第二顶层输出准直器；所述第一顶层输出准直器、第二顶层输出准直器在所述顶层玻璃基座的一侧等距离、平行排列。
16.进一步地，所述顶层分光组件还包括顶层带通膜片；所述顶层带通膜片与所述第一顶层输出准直器相对应。
17.进一步地，还包括顶层第一增透膜、顶层高反膜及顶层第二增透膜；
18.所述顶层第一增透膜与所述顶层高反膜位于所述顶层玻璃基座的同侧，所述顶层第二增透膜与所述顶层带通膜片位于所述顶层玻璃基座的同侧，且所述顶层第二增透膜与所述第二顶层输出准直器相对应。
19.进一步地，所述底层分光组件与所述顶层分光组件之间设有底板，所述底板支撑所述顶层分光组件及顶层输出准直器组件。
20.进一步地，所述输入准直器的中心轴线与所述底层玻璃基座成8-13.5度，使得入射光进入所述底层玻璃基座内成8-13.5度入射角。
21.相应地，本发明还提供一种转折结构的自由空间多路波分复用方法，使用如上任一项所述的转折结构的自由空间多路波分复用装置实现，其方法包括：
22.入射光经所述输入准直器输入至所述底层分光组件；
23.将所述底层分光组件的双带通滤光膜片将指定波长的透射路光经所述转折棱镜反射，到达所述顶层分光组件；经所述双带通滤光膜片的反射路光反射至所述底层分光组件内；
24.反射路光经所述底层分光组件内的光学元件后耦合到底层输出准直器组件，从对应的底层输出准直器中输出；
25.透射路光经所述顶层分光组件内的光学元件后耦合到顶层输出准直器组件，从对应的顶层输出准直器中输出。
26.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提供的自由空
间多路波分复用装置，通过设置底层分光组件，在底层分光组件上的双带通滤光膜片上进行分光，通过双带通滤光膜片将四个通道的光分为两路光路，透射光经转折棱镜反射至顶层分光组件中，在顶层分光组件中分光，分别经两个顶层输出准直器输出；反射光在底层分光组件中，在底层分光组件中分光，分别经两个底层输出准直器输出；利用反射原理形成自由空间的多路波分复用器，将四个通道的光经四个输出准直器输出。
27.相对于现有技术采用串联式的设计思路，本发明在最长光程的通道比传统串联波分复用装置相比，经过的带通滤光片数量减少，在器件评估指标中的插损性能有所提升，且由于双带通滤光膜片和带通膜片经过两次相关的分光，实际的隔离度比传统串联波分复用装置要高。且本发明结构简单、安装方便、占用空间小，实用性较高。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制，其中：
29.图1为本发明提出的转折结构的自由空间多路波分复用装置的结构示意图；
30.图2为本发明提出的转折结构的自由空间多路波分复用装置中的底层结构光路的示意图；
31.图3为本发明提出的转折结构的自由空间多路波分复用装置中的顶层结构光路的示意图；
32.图4为本发明提出的转折结构的自由空间多路波分复用方法的流程示意图。
33.附图标记：1、基板；2、输入准直器；31、第一底层输出准直器；32、第二底层输出准直器；4、底层玻璃基座；5、底板；61、第一顶层输出准直器；62、第二顶层输出准直器；7、顶层玻璃基座；8、底层第一增透膜；9、双带通滤光膜片；10、底层高反膜；11、底层带通膜片；12、底层第二增透膜；13、顶层第一增透膜；14、顶层高反膜；15、顶层带通膜片；16、顶层第二增透膜；17、转折棱镜；100、底层分光组件；200、顶层分光组件。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。
36.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者
物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
37.在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词是相对于各附图中所示的构造进行定义的，特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化，所以，也不应当将这些或者其他的方位用于解释为限制性用语。
38.涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
39.实施例1
40.结合图1-3的示出，可以看出，一种转折结构的自由空间多路波分复用装置，包括输入准直器2、底层输出准直器组件、底层分光组件100、转折棱镜17、顶层分光组件200及顶层输出准直器组件；底层分光组件100包括一双带通滤光膜片9。
41.发射光经输入准直器2至底层分光组件100，经底层分光组件100上的双带通滤光膜片9进行分光后，反射路光在底层分光组件100内，从底层输出准直器组件中输出；透射路光经转折棱镜17发射至顶层分光组件200，经顶层分光组件200后从顶层输出准直器组件中输出。
42.本发明还包括基板1，底层分光组件100、底层输出准直器组件位于基板1上。底层分光组件100还包括底层玻璃基座4、底层带通膜片11、底层第一增透膜8、双带通滤光膜片9、底层高反膜10及底层第二增透膜12。底层带通膜片11、底层第一增透膜8、双带通滤光膜片9、底层高反膜10及底层第二增透膜12镀膜或贴装在底层玻璃基座4。
43.底层输出准直器组件包括第一底层输出准直器31、第二底层输出准直器32；第一底层输出准直器31与第二底层输出准直器32在底层玻璃基座4的一侧等距离、平行排列。
44.底层第一增透膜8与输入准直器2对应，底层带通膜片11与第一底层输出准直器31相对应；底层第二增透膜12与第二底层输出准直器32对应；双带通滤光膜片9与转折棱镜17对应；所述的对应为位置对应。
45.底层第一增透膜8与底层带通膜片11位于底层玻璃基座4的同侧；底层高反膜10与双带通滤光膜片9位于底层玻璃基座4的同侧。
46.具体地，双带通滤光膜片9、底层带通膜片11位于底层玻璃基座4上的两侧面；双带通滤光膜片9与转折棱镜17对应；入射光经双带通滤光膜片9分光后，反射路光经底层带通膜片11分光后经底层输出准直器组件输出，透射路光经转折棱镜17反射至顶层分光组件200。
47.顶层分光组件200包括顶层玻璃基座7、顶层带通膜片15、顶层第一增透膜13、顶层高反膜14及顶层第二增透膜16。顶层带通膜片15、顶层第一增透膜13、顶层高反膜14及顶层第二增透膜16镀膜或贴装在顶层玻璃基座7。
48.顶层输出准直器组件包括第一顶层输出准直器61、第二顶层输出准直器62；第一顶层输出准直器61、第二顶层输出准直器62在顶层玻璃基座7的一侧等距离、平行排列。
49.具体地，顶层带通膜片15与第一顶层输出准直器61相对应；顶层第二增透膜16与
第二顶层输出准直器62相对应；顶层第一增透膜13与转折棱镜17相对应。
50.顶层第一增透膜13与顶层高反膜14位于顶层玻璃基座7的同侧，顶层第二增透膜16与顶层带通膜片15位于顶层玻璃基座7的同侧。
51.底层分光组件100与顶层分光组件200之间设有底板5，底板5支撑顶层分光组件200及顶层输出准直器组件。
52.输入准直器2的中心轴线与底层玻璃基座4成8-13.5度，使得入射光进入底层玻璃基座4内成8-13.5度入射角。其中，当输入准直器2的中心轴线与底层玻璃基座4成8度时，装置整体尺寸较小，通用性好。
53.参考图2，输入准直器2用于将四个通道的入射光整个形成准直信号光λ1、λ2、λ3、λ4，以特定角度8度入射进入底层分光组件上的底层第一增透膜8，且底层分光组件中的底层玻璃基座4为棱形的，信号光进入底层玻璃基座4后，经双带通滤光膜片9分光后，反射的λ1、λ2两个通道的信号光，经过在底层分光组件上的底层带通膜片11，实现准直信号光λ1透过进入第一底层输出准直器31，准直信号光λ2经过底层带通膜片11、底层高反膜10的两次反射进入第二底层输出准直器32。
54.在对应的双带通滤光膜片9透过的λ3、λ4两个通道的信号光，经过转折棱镜17进入顶层分光组件，经过在底层分光组件上的顶层第一增透膜13到达顶层带通膜片15，实现准直信号光λ3透过进入第一顶层输出准直器61，准直信号光λ4经过顶层带通膜片15、顶层高反膜14的两次反射进入第二顶层输出准直器62。
55.本发明的双带通对应的通带可以灵活调整，实际使用中会用到多种不同通道的组合。
56.本发明在安装调试时，本发明提供的一种自由空间波分复用装置的调试方法：
57.第一步，将对应的底层第一增透膜8、底层第二增透膜12、底层高反膜10、底层带通膜片11、双带通滤光膜片9贴合到底层玻璃基座4上，制作成底层分光组件。
58.第二步，将对应的顶层第一增透膜13、顶层第二增透膜16、顶层高反膜14、顶层带通膜片15贴合到顶层玻璃基座7上，制作成顶层分光组件。
59.第三步，在基座1上安装底层分光组件100，在底层分光组件的一段放置输入准直器2，调整耦合底层输出准直器组件。
60.第四步，在底层分光组件100的另一端放置转折棱镜17。
61.第五步，在底层分光组件100上放置底板5，底板5上放置顶层分光组件200；
62.第六步，在顶层分光组件200的出光处调整顶层输出准直器组件，耦合输出光。
63.本发明提供的自由空间多路波分复用装置，通过设置底层分光组件，在底层分光组件上的双带通滤光膜片上进行分光，通过双带通滤光膜片将四个通道的光分为两路光路，透射光经转折棱镜反射至顶层分光组件中，在顶层分光组件中分光，分别经两个顶层输出准直器输出；反射光在底层分光组件中，在底层分光组件中分光，分别经两个底层输出准直器输出；利用反射原理形成自由空间的多路波分复用器，将四个通道的光经四个输出准直器输出。
64.相对于现有技术采用串联式的设计思路，本发明在最长光程的通道比传统串联波分复用装置相比，经过的带通滤光片数量减少，即可由输入准直器达到输出准直器，减少了光损耗。
65.在器件评估指标中的插损性能有所提升，且由于双带通滤光膜片和带通膜片经过两次相关的分光，实际的隔离度比传统串联波分复用装置要高。且本发明结构简单、安装方便、占用空间小，实用性较高。
66.实施例2
67.图4示出了本发明的实施例2，参照图2可以看出一种转折结构的自由空间多路波分复用方法，使用如上实施例一所述的转折结构的自由空间多路波分复用装置实现，其方法包括：
68.s100、入射光经所述输入准直器2输入至所述底层分光组件100；
69.s200、将所述底层分光组件100的双带通滤光膜片9将指定波长的透射路光经所述转折棱镜17反射，到达所述顶层分光组件200；经所述双带通滤光膜片9的反射路光反射至所述底层分光组件100内。
70.具体地，信号光将双带通滤光膜片9实现分光，两个通道透射，两个通道反射。
71.s300、反射路光经所述底层分光组件100内的光学元件后耦合到底层输出准直器组件，从对应的底层输出准直器中输出。
72.具体地，两个通道的反射光，反射至底层分光组件的底层带通膜片11上，实现一个通道的反射光透光，透射进入第一底层输出准直器31，一个通道反射，反射经底层高反膜10后，进入第二底层输出准直器32。
73.s400、透射路光经所述顶层分光组件200内的光学元件后耦合到顶层输出准直器组件，从对应的顶层输出准直器中输出。
74.具体地，两个通道的透射光，经过转折棱镜17反射到顶层分光组件上，到达顶层分光组件的顶层带通膜片15,实现一个通道透光，透射通道进入第一顶层输出准直器61，一个通道反射，反射经顶层高反膜14后，进入第二顶层输出准直器62。
75.具体地，参考图2，输入准直器2用于将四个通道的入射光整个形成准直信号光λ1、λ2、λ3、λ4，以特定角度8度入射进入底层分光组件上的底层第一增透膜8，且底层分光组件中的底层玻璃基座4为棱形的，信号光进入底层玻璃基座4后，经双带通滤光膜片9分光后，反射的λ1、λ2两个通道的信号光，经过在底层分光组件上的底层带通膜片11，实现准直信号光λ1透过进入第一底层输出准直器31，准直信号光λ2经过底层带通膜片11、底层高反膜10的两次反射进入第二底层输出准直器32。
76.在对应的双带通滤光膜片9透过的λ3、λ4两个通道的信号光，经过转折棱镜17进入顶层分光组件，经过在底层分光组件上的顶层第一增透膜13到达顶层带通膜片15，实现准直信号光λ3透过进入第一顶层输出准直器61，准直信号光λ4经过顶层带通膜片15、顶层高反膜14的两次反射进入第二顶层输出准直器62。
77.本发明提供的自由空间多路波分复用方法，通过设置底层分光组件，在底层分光组件上的双带通滤光膜片上进行分光，通过双带通滤光膜片将四个通道的光分为两路光路，透射光经转折棱镜反射至顶层分光组件中，在顶层分光组件中分光，分别经两个顶层输出准直器输出；反射光在底层分光组件中，在底层分光组件中分光，分别经两个底层输出准直器输出；利用反射原理形成自由空间的多路波分复用器，将四个通道的光经四个输出准直器输出。
78.相对于现有技术采用串联式的设计思路，本发明在最长光程的通道比传统串联波
分复用装置相比，经过的带通滤光片数量减少，即可由输入准直器达到输出准直器，减少了光损耗。
79.在器件评估指标中的插损性能有所提升，且由于双带通滤光膜片和带通膜片经过两次相关的分光，实际的隔离度比传统串联波分复用装置要高。且本发明结构简单、安装方便、占用空间小，实用性较高。
80.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
81.本文中所描述的不同实施方案的零部件可经组合以形成上文未具体陈述的其它实施例。零部件可不考虑在本文中所描述的结构内而不会不利地影响其操作。此外，各种单独零部件可被组合成一或多个个别零部件以执行本文中所描述的功能。
82.此外，尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。