TFF WDM无源器件组成结构

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滤波片式波分复用器,即Filter Wavelength Division Multiplexing,简称Filter WDM,因其由薄膜滤波器(TFF)构成,也称为TFF型三端口波分复用器件,其主要由以下几个部分组成:左侧是单纤准直器和C-Lens,点胶固定在一起后用玻璃管连接固定,右侧是波片,G-Lens,双纤准直器依次点胶固定后,外套与单纤准直器侧相同外径尺寸的玻璃管,最后使用大玻璃管来连接左右两侧,最终形成标准的三端口器件。(阴影部分为胶水)  

TFF WDM无源器件组成结构

组成详解:

①C-Lens:球面透镜(Conventional Lens)

1. 机械尺寸图:

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2. 作用:C-Lens是一种固定折射率的柱状厚透镜,透射原理与普通透镜相同,透镜各处折射率相同,但C-lens在材料上与普通透镜的不同,它采用了一种在光纤通信波段具有高折射率的材料,这种材料具有良好的耐酸碱腐蚀性,并且它的一个端面为球面,另一个端面为斜面,在C-lens两个端面镀增透膜的情况下,对光纤通信所用波段有着极高的透过率,可达 99. 9% 以上。

在TFF WDM中,为满足光纤通信的要求,要求C-lens光纤准直器的回波损耗值要大于60dB,经理论计算,当其斜面倾角θ为8°时,可满足此条件,所以市场大多都是斜8°的透镜和准直器,其大致光路图如下。

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C-Lens准直器原理3D模型图

②G-Lens:自聚焦透镜(Gradient-index Lens)

1. 机械尺寸图:

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2. 作用:G-lens是自聚焦透镜,又称梯析透镜,它于普通透镜C-Lens最大的区别就是其折射率是透镜中心轴向外部沿径向逐渐减小,能够使沿轴向传输的光产生连续折射,从而实现出射光线平滑且连续的汇聚到一点,其折射率变化见公式1,变化曲线如图

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其中,No 为G-Lens中心折射率, r为G-Lens半径,A为G-Lens的折射率分布常数。光线从G-Lens中心入射后,在G-Lens中按照正弦或余弦曲线进行传播,传播曲线如图,而光纤行进完整的一个正弦周期称为节距P,这是G-Lens中的一重要参数,它的长度决定了不同的成像特性。

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如图,以入射面A点作为基点,顺光线传播方向为正,反之为负;

由ABCD矩阵光学有:

(1)物面到入射面O→A矩阵(公式2):

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(2)入射面到出射面A→B矩阵(公式3):

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(3)出射面到象面B→I矩阵(公式4):

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(4)由公式2,3,4简化可得O→I矩阵(公式5):

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(5)在G-Lens中,当入射面位于端面,I=0 ,I'=z,可简化公式5得到(公式6):

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(6)我们令r0=0 ,就可以得出(公式7):

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(7)节距(公式8):

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由此可看出,如若z=P/4 时,

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,此时有

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,输出为平行光线。将光纤置于G-Lens焦点处,按照理论选取G-Lens的透镜长度为 时,正是四分之一个正弦周期,所以当将光纤从G-Lens焦点处入射后,在出射位置会形成一组平行光;由于光路可逆,一组平行光入射时,刚好可以将一组平行光聚焦到一点,可以完成准直和聚焦。

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G-Lens内部光路传播曲线图

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Z=0.25P时,聚焦原理3D模型如图:

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③Dual fiber Pigtail:双纤准直器

1. 机械尺寸图:

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2. 作用:作为光的输入/输出载体,起到保护光纤的作用,在斜8°面镀增透膜后更利于光纤传输,在TFF WDM器件中,其中一根光纤作为输入端COM,另一端作为输出端Reflect,斜8°面再与G-Lens的斜8°面进行耦合后光线从COM入光后在G-Lens另一端垂直于光轴的面上聚焦,最终根据filter上两面所镀膜系的具体波段,反射和透射出俩段无关的波段,其中反射波段从双纤pigtail的输出端Reflect出射。

④Single fiber Pigtail:单纤准直器

1. 机械尺寸图:

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2. 作用:作为光的输入/输出载体,起到保护光纤的作用,耦合C-Lens,接收从双纤pigtail输入端COM经filter透射出的波段,输出端为Pass。

⑤Glass Tube:玻璃管

1. 机械尺寸图:

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2. 作用:主要起到固定和连接的作用,保护内部光路的稳定性,其中玻璃管①较短,用于双纤准直器部位,起到封腰鼓的作用,保证与单纤准直器外径尺寸一致;玻璃管②起到固定单纤pigtail的作用,包裹C-Lens和单纤准直器的点胶处;玻璃管③保护与连接单双纤两端,保证光路的稳定性和可靠性。

⑥Filter:滤波片

作用:常规尺寸都是1.4*1.4*1.0mm的矩状晶体,由玻璃衬底,再将几十层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜组合而成。以高/低折射率介质膜构成的周期结构,从而对一定的波长范围呈通带,而对另外的波长范围呈阻带,形成所要求的滤波特性。其功能类似于部分反射膜,中间的腔层将两个反射镜隔开;而在玻璃基底的另一面也会镀上一层增透膜,增加波长的透过率,正反镀膜面可用肉眼分辨,一般都是反射面的颜色更深一些,如图。

TFF WDM无源器件组成结构

我司现有TFF WDM的种类繁多,波长覆盖1250~1700nm,光纤种类也可区别分类为G657A1,G657A2,G657B3,OM1,OM2,OM3,OM4...并且根据波段的不同,带宽可选50GHz,100GHz,150GHz,200GHz,400Gz,800Ghz...还可制作1250~1700nm波长范围内的FWDM无源器件,各种带宽均可满足。

在过去的3年时间里,5G通信建设无疑是最热门的话题。作为全球最大的无源WDM生产商,在中国电信的5G LAN-WDM,中国移动的5G MWDM,韩国的5G-PON等各类5G无源方案里,均有我司的参与与制作。

       原文标题 : TFF WDM无源器件组成结构

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