CN107037546A - 一种光纤阵列与pd阵列的耦合结构 - Google Patents

一种光纤阵列与pd阵列的耦合结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光纤阵列与PD阵列耦合结构，包括光纤阵列、透镜阵列与PD阵列，把光纤阵列的端面与竖直方向磨成一定角度，该角度依所用光纤材料的折射率计算得出的全反射角而定，可小于、等于或大于该全反射角，小于该全反射角时，需在端面镀一层高反射膜，以实现光线在光纤内的全内反射，光线从光纤的包层射出后，进入透镜阵列，透镜阵列与光纤阵列的粘接面做成与光纤的形状相匹配，以利于较高精度的装配和定位，减少光束插损，另外透镜阵列的外端曲面做成非球面形状，以获得更高的耦合效率，之后进入PD阵列，实现光束的接收与转换。本发明具有高耦合效率、插损小、体积小和易于装配调试等优点。

Description

一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种用于光纤阵列和PD阵列的耦合结构。
背景技术
随着通讯领域的日益发展，传统的传输技术已经很难满足传输容量及速度的要求，在典型的应用领域如数据中心、网络连接、搜索引擎、高性能计算等领域，高速收发模块以满足高密度高速率的数据传输要求应运而生。在高速的信息收发系统中，需要用高密度的光模块替代传统的光模块而采用多通道光收发技术，在这些模块中，很重要的一个功能就是实现光束的接收和转换，然而，多个分立元器件的存在使得光学模块封装时所允许的装配误差更小，对准精度要求更高，对封装中保证高的光耦合效率提出了更高的要求，并且在模块集成化小型化要求更高的背景下，分立的方式显得力不从心。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，具有高耦合效率、插损小、体积小和易于装配调试等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，包括光纤阵列、透镜阵列和PD阵列，所述光纤阵列，含若干条光纤，固定于玻璃块上设置的等间距V型槽中，该光纤阵列的端面与竖直方向被磨成一定角度；所述透镜阵列，含若干个透镜单元，粘接在含光纤阵列的玻璃块上；所述PD阵列，设置于透镜阵列的下方，用于接收和转换该透镜阵列聚焦的光信号。
光纤可由不同的材料制成，不同的材料具有不同的折射率，因而光的全反射角度也不一样，所述光纤阵列的端面与竖直方向可被磨成的角度为小于、等于和大于所用光纤材料所计算出来的全反射角，小于该反射角时，需在该光纤阵列的端面镀一层高反射膜以实现光纤内所有光线的全内反射，等于或大于该全反射角时，无需在光纤阵列的端表面镀膜，就可实现光线在光纤端面的全内反射，省去了镀膜工艺。
进一步的，所述透镜阵列和玻璃块的粘接面做成柱状的凹形面，其形状和光纤的外形相匹配，以利于装配和定位，且减少装配时的误差。
进一步的，所述透镜阵列的外侧端面为球面或者非球面，用于聚焦光纤阵列传输过来的光信号，为了提高耦合效率，通常做成非球面。
进一步的，该透镜阵列可以延伸出支架结构，用于进行辅助支撑且防尘和防水汽。
采用以上设计方案，光束在光纤阵列中传输后到达光纤阵列的内端面，在该端面发生全内反射后光束往下方传输，之后进入到透镜阵列，从透镜阵列的外端曲面射出后聚焦于PD阵列的感光面上，PD再将该光信号转换为电信号，从而实现光束的传输耦合与转换。在此设计方案中，利用光纤端面的全内反射和透镜阵列的聚焦作用实现光束的耦合，可以极大的减小系统的复杂程度，使器件做到简单小型整洁美观，且透镜阵列与光纤阵列的粘接面的形状与光纤的形状相匹配，使器件易于装配定位和调试，可提高装配效率和减少装配误差，同时各个通道之间的一致性好，耦合效率高，插损小，组装过程简单快捷，具有良好的温度性能，有利于大规模的生产应用。
附图说明
图1为光纤阵列与PD阵列的耦合结构原理的侧视图。
图2为光纤阵列与PD阵列的耦合结构原理的正视图。
图3为本发明的一种组合结构的侧视图。
图4为本发明的另一种组合结构的侧视图。
图中，1-光纤阵列，11-光纤纤芯，12-光纤端面，2-透镜阵列，21-透镜外侧端面，22-透镜内侧凹面，3-PD阵列，4-玻璃块。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做详细的描述。
由图1和2所示，一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，包括光纤阵列1、透镜阵列2和PD阵列3。
光纤阵列1，含若干条光纤，可以为1×4、1×8、1×12芯光纤或者更多，其固定于玻璃块4上设置的等间距V型槽中，该光纤阵列的端面12与竖直方向被磨成一定角度，取决于所用光纤的材料折射率，依此计算所得出来的全反射角，该端面角度可以小于、等于或大于该全反射角，小于该全反射角时，需要在该端面上镀一层高反射膜以实现光纤内光线的全内反射，而等于或大于该全反射角时，无需镀膜，就可以实现光线的全内反射，省去了镀膜工艺，如图1所示。
透镜阵列2，含若干个透镜单元，粘接在含光纤阵列的玻璃块上，每个透镜单元含有一外侧端面21和内侧凹面22，内侧凹面22的形状与光纤阵列的形状相匹配（如图2所示），易于装配和定位，同时可减少装配误差。光线被端面12全内反射后，经过光纤的包层到达透镜阵列2，从透镜阵列实现聚光的外端曲面21射出。由于光纤和透镜并不是同一种材料，其折射率对相同波长的光而言有一点差异，且光纤阵列和透镜阵列的结合处需要填充胶，所以当光线进入到透镜阵列中时其光斑并非一个正圆形，为了使透镜阵列有较高的聚焦效果，通常将该外侧端面做成非球面以提高耦合效率。其中填充胶的折射率介于光纤与透镜阵列之间，以起到减少光线从光纤阵列传输到透镜阵列过程中的损耗，提高耦合效率。
PD阵列3，设置于透镜阵列2的下方，其将从透镜阵列2出射的光信号转换成电信号，从而实现光束的耦合与转换。
图3为光纤阵列和透镜阵列的一种组合结构，在玻璃块4上按照相同的间距做成V 型槽，用于固定光纤形成光纤阵列1，然后将透镜阵列2粘接在玻璃块4上，和光纤阵列相结合为一体结构，可以依照玻璃块后端的支架来固定粘接定位。
图4为光纤阵列和透镜阵列的另外一种组合结构，其具体实施方式与图3一样，不同的是，透镜阵列2除了与玻璃块4粘接外，在其下端还延伸出了支架，一方面起到辅助支撑作用，另一方面形成一个较大的罩子将PD阵列3以及其他小元件罩在内部，起到防尘防水汽的作用。
在此光学结构中，各器件在产品内都有相应的定位位置，可以通过玻璃垫块或支架将器件固定在所需要的地方。
本发明采用微光学原理设计，可以极大地降低光束插损，提高耦合效率，组装调试过程简单快捷，具有良好的温度性能。
以上所述仅为本发明的具体实施例而已，用来对本发明的目的、技术方案和有益效果做详细的说明，不应理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，其特征在于，包括光纤阵列、透镜阵列和PD阵列，所述光纤阵列，含若干条光纤，固定于玻璃块上设置的等间距V型槽中，该光纤阵列的端面与竖直方向被磨成一定角度；所述透镜阵列，含若干个透镜单元，粘接在含有光纤阵列的玻璃块上；所述PD阵列，设置于透镜阵列的下方，用于接收和转换该透镜阵列聚焦的光信号。
2.如权利要求1所述的一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，其特征在于，所述光纤阵列的光纤芯数为4、8、12或更多中的一种。
3.如权利要求1所述的一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，其特征在于，所述光纤阵列的端面被磨成的角度为小于、等于或大于依不同的光纤材料的折射率计算出的全反射角，小于该全反射角时，需在该光纤阵列端面上镀一层高反射膜。
4.如权利要求1所述的一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，其特征在于，所述透镜阵列的外侧端面为球面或非球面。
5.如权利要求1所述的一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，其特征在于，所述透镜阵列与玻璃块的粘接面呈柱状的凹形面，与光纤阵列的外形相匹配。
6.如权利要求1所述的一种光纤阵列与PD阵列的耦合结构，其特征在于，所述透镜阵列的下端延伸出支架。
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