TFF WDM无源器件组成结构

2022-05-31 10:10

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）

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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。

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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