CN101652689A - 用于光学三路复用器的准直球透镜 - Google Patents

用于光学三路复用器的准直球透镜 Download PDF

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Abstract

公开了一种光学三路复用器。所述光学三路复用器包括光纤，第一球透镜，其光学耦合第一光电设备和第一波长选择滤波器之间的第一光信号，以及第二球透镜，其光学耦合第二光电设备和第一波长选择滤波器之间的第二光信号。所述光学三路复用器还包括光学耦合第一波长选择滤波器和第三球透镜之间的第一和第二光信号的第二波长选择滤波器，以及光学耦合第三光电设备和第二频率选择滤波器之间的第三光信号的第四球透镜。所述第二波长选择滤波器光学耦合第四球透镜和第三球透镜之间的第三光信号。这样，每个光信号均被选择性地耦合在所述光电设备中的一个和光纤之间。

Description

用于光学三路复用器的准直球透镜
背景技术
在对高速多媒体业务的增长的需求的驱动下，对宽带光纤接入网的兴趣在增长。光纤接入网通常被称为光纤到路边(FTTC)、光纤到楼宇(FTTB)、光纤到驻地(FTTP)或者光纤到户(FTTH)。每个这样的网络提供从中央局经由光纤到楼宇或者家庭的接入。由于这样的光缆的传输量远大于每个用户实际所需的带宽，因此开发了通过分路器在许多用户之间共享的无源光网络(PON)。
例如，对于FTTH市场，双向数据传输需要在光电模块中封装及排列多个元件，所述光电模块包括用于上行和下行流数据传输的双工器或者用于视频覆盖加双向数据传输的三路复用器。然而，这些设备对成本非常敏感，对于三路复用器更是如此，因为三路复用器对所有三路光信号都需要高性能，包括高输出功率、高灵敏度以及低分散。
传统上，非球透镜用于获得高耦合效率，例如大于50％的耦合效率。但是，非球透镜比球透镜昂贵很多。此外，如果使用单个球透镜，则通常可达到的最大耦合效率仅为30％，或者可能获得的耦合效率甚至低至10％～20％。因此，有利的是以相对低的成本制造的包括高输出功率、高灵敏度以及低分散的改进的三路复用器。
这里所要求保护的主题内容不限于解决任何特定缺点或者仅在诸如这里所描述的那些在特定的环境中操作的实施例。相反地，提供这样的环境和缺点仅仅为了说明其中可以实践若干实施例的技术领域的例子。
发明内容
公开了一种光学三路复用器。所述光学三路复用器包括光纤，三路复用光信号在所述光纤内传输。光学三路复用器还包括第一球透镜，其光学耦合第一光电设备和第一波长选择滤波器之间的第一光信号。光学三路复用器还包括第二球透镜，其光学耦合第二光电设备和第一波长选择滤波器之间的第二光信号。光学三路复用器还包括第二波长选择滤波器，其光学耦合第一波长选择滤波器和第三球透镜之间的第一和第二光信号。光学三路复用器还包括第四球透镜，其光学耦合第三光电设备和第二频率选择滤波器之间的第三光信号。第二波长选择滤波器光学耦合第四球透镜和第三球透镜之间的第三光信号。这样，每个光信号通过两个球透镜被选择性地耦合在所述光电设备中的一个和光纤之间。
公开了一种光学三路复用器，其包括光纤、第一光学组件、第二光学组件和第三光学组件。第一光学组件包括布置在第一光学部件的容器中的第一球透镜以及第一光电设备。第二光学组件包括布置在第二光学组件的容器中的第二球透镜以及第二光电设备。第三光学组件包括布置在第三光学组件的容器中的第四球透镜和第三光电设备。光学三路复用器还包括第一波长选择滤波器。第一球透镜光学耦合第一光电设备和第一波长选择滤波器之间的第一光信号。第二球透镜光学耦合第二光电设备和第一波长选择滤波器之间的第二光信号。光学三路复用器还包括第二波长选择滤波器，其光学耦合第一波长选择滤波器和第三球透镜之间的第一和第二光信号。第二波长选择滤波器还光学耦合第四球透镜和第三球透镜之间的第三光信号。每个所述光信号通过两个球透镜而被准直。第一光电设备被配置用来接收具有约1490纳米的相关波长的第一光信号，第二光电设备被配置用来发射具有约1310纳米的相关波长的第二光信号，以及第三光电设备被配置用来接收具有约1555纳米的相关波长的第三光信号。光学三路复用器还包括第一阻挡滤波器，其配置用来允许第一光信号通过所述第一阻挡滤波器到第一球透镜，以及配置用来阻止从第一波长选择滤波器反射的其他波长的光通过所述第一阻挡滤波器。光学三路复用器还包括第二阻挡滤波器，其配置用来允许第三光信号通过所述第二阻挡滤波器到第四球透镜，以及配置用来阻止从第二波长选择滤波器反射的其他波长的光通过所述第二阻挡滤波器。
从以下说明和所附的权利要求，本发明的这些和其他方面将变得更加充分清楚。
附图说明
为了进一步阐明本发明的以上和其他方面，将参考在附图中示出的本发明的具体实施例来对本发明进行更详细的描述。应当理解，这些图仅描绘了本发明的典型实施例，因此不能被认为是对本发明范围的限制。将通过使用附图更具体和详细地来描述和解释本发明，其中：
图1公开了光学三路复用器的光学布局。
图2公开了本发明光学三路复用器的示例实施例。
具体实施方式
本发明涉及光学三路复用器。光学三路复用器对在三个光电设备和单个光纤之间的三个光信号进行多路分解和多路复用。如这里所提到的，光电设备可以指光发射器或光检测器。光发射器的一个例子是激光器或发光二极管(LED)。激光器的例子包括边缘发射激光器，诸如双异质结构激光器、量子阱激光器、应变层激光器、分布式反馈激光器和分布式布拉格反射器激光器。激光器的进一步的例子包括垂直腔表面发射激光器(VCSELs)，其具有发射垂直于半导体设备的平面的光的垂直激光器腔。光接收器的例子包括PIN二极管，诸如光电二极管、雪崩光电检测器和金属-半导体-金属检测器。
这样的光电设备通常包含在TO-Can型的光学封装中。TO-Can封装的例子包括TO-46和TO-56封装。TO-Can封装通常包括具有用于发射或接收数据的光电设备的金属外壳，光电设备位于其上的头部，从二极管引出的用于连接到电源的金属接触引线以及与所述二极管相对的玻璃窗，其中，光信号穿过所述玻璃窗。所述TO-Can封装被密闭封装。根据这里所公开的实施例，可以使用光信号穿过的球透镜来取代所述玻璃窗。球透镜使穿过所述球透镜的光信号准直。
参考图1，公开了光学三路复用器的光学布局。所述光学三路复用器包括光纤100，其内传输三路复用光信号。该三路复用器还包括第一球透镜105，其光学耦合第一光电设备115和第一波长选择滤波器120之间的第一光信号110。光学三路复用器还包括第二球透镜125，其光学耦合第二光电设备135和第一波长选择滤波器120之间的第二光信号130。光学三路复用器还包括第二波长选择滤波器140，其光学耦合第一波长选择滤波器120和第三球透镜145之间的第一光信号110和第二光信号130。光学三路复用器还包括第四球透镜150，其光学耦合第三光电设备160和第二频率选择滤波器140之间的第三光信号155。第二波长选择滤波器140还光学耦合第四球透镜150和第三球透镜145之间的第三光信号155。这样，光信号110、130和155中的每一个通过球透镜105、125、145和150中的两个被可选择地耦合在光电设备115、135及160中的一个和光纤100之间。
光电设备115、135和160配置用来发射和/或接收光信号，所述光信号所具有的相关波长不同于其他光电设备115、135和160中的每一个。所述光波长可以在375纳米和1800纳米之间。
在一个示例实施例中，第一光电设备115包括配置用来接收第一光信号110的光接收器，第二光电设备135包括配置用来发射第二光信号130的光发射器，以及第三光电设备160包括配置用来接收第三光信号155的光接收器。第一光电设备115可以配置用来接收具有约1490纳米的相关波长的第一光信号110。第二光电设备135可以配置用来发射具有约1310纳米的相关波长的第二光信号130。第三光电设备160可以配置用来接收具有约1555纳米的相关波长的第三光信号155。如这里所提到的，约1310纳米可以指在1290纳米和1330纳米之间，约1490纳米可以指在1480纳米和1500纳米之间，以及约1555纳米可以是在1550纳米和1560纳米之间。
第一波长选择滤波器120可以配置用来反射第一光信号110以及允许第二光信号130通过该第一频率选择滤波器120。例如，第一波长选择滤波器120可以反射具有1490纳米波长的光以及允许具有1310纳米波长的光通过该第一频率选择滤波器120。第二波长选择滤波器140可以配置用来反射第三光信号155以及允许第一光信号110和第二光信号130通过该第二频率选择滤波器140。例如，第二波长选择滤波器140可以配置用来反射具有1555纳米波长的光以及允许具有1490纳米波长的光和具有1310纳米波长的光通过该第二波长选择滤波器140。
光学三路复用器还可包括第一阻挡滤波器165，其配置用来允许第一光信号110通过第一阻挡滤波器165到第一球透镜105。第一阻挡滤波器165还可以配置用来阻止从第一球透镜105反射的光通过该第一阻挡滤波器165。因此，阻止了来自第一球透镜105的任何背反射穿过第一阻挡滤波器165。例如，第一阻挡滤波器165可以配置用来仅允许与约1490纳米的波长相关联的光通过第一阻挡滤波器165。
光学三路复用器还可包括第二阻挡滤波器170，其配置用来允许第三光信号155通过第二阻挡滤波器到第三球透镜150。第二阻挡滤波器170还可以配置用来阻止从第三球透镜150反射的光通过第二阻挡滤波器170。因此，阻止了来自第三球透镜150的任何背反射穿过第二阻挡滤波器170。例如，第二阻挡滤波器170可以配置用来仅允许与约1555纳米的波长相关联的光通过第二阻挡滤波器170。
参考图2，示出了本发明的第二示例实施例。与图1相似，图2的实施例示出了光学三路复用器。所述光学三路复用器包括其内传输三路复用光信号的光纤200。所述光纤200由配置用来容纳光纤200的末端的光纤接收器205来接纳。
所述三路复用器还包括第一球透镜210，其光学耦合第一光电设备220和第一波长选择滤波器225之间的第一光信号215。所述光学三路复用器还包括第二球透镜230，其光学耦合第二光电设备240和第一波长选择滤波器225之间的第二光信号235。所述光学三路复用器还包括第二波长选择滤波器245，其光学耦合第一波长选择滤波器225和第三球透镜250之间的第一光信号215和第二光信号235。光学三路复用器还包括第四球透镜255，其光学耦合第三光电设备265和第二频率选择滤波器245之间的第三光信号260。第二波长选择滤波器245光学耦合第四球透镜255和第三球透镜250之间的第三光信号260。这样，光信号215、235或者260中的每一个通过两个球透镜而被可选择地耦合在光电设备220、240或265中的一个和光纤200之间。
光电设备220、240和265中的每一个包含在光学组件内。例如，第一光电设备220包含在第一光学组件270内，第二光电设备240包含在第二光学组件275内，以及第三光电设备265包含在第三光电组件280内。光学组件270、275和280中的每一个包括头部，以及用于为发送到和/或来自光电设备220、240和265的信号提供电源的引线。
光学组件270、275和280中的每一个还包括容器285。根据图2所示的实施例，第一球透镜210被合并到第一光学组件270的容器285中，第二球透镜230被合并到第二光学组件275的容器285中，以及第四球透镜255被合并到第三光学组件280的容器285中。
光学组件270、275和280中的每一个可以为任何类型的光学封装。例如，光学组件270、275和280可以为TO-Can型光学封装，其包括头部、容器以及第一球透镜210、第二球透镜230或者第四球透镜255中的一个。
光电设备220、240和265配置用来发射和/或接收光信号，所述光信号所具有的相关波长不同于其他光电设备中的每一个。所述光学波长可以在375纳米和1800纳米之间。
在一个示例实施例中，第一光电设备220包括配置用来接收第一光信号215的光接收器，第二光电设备230包括配置用来发射第二光信号235的光发射器，以及第三光电设备265包括配置用来接收第三光信号260的光接收器。第一光电设备220可配置用来接收具有约1490纳米的相关波长的第一光信号215。第二光电设备240可配置用来发射具有约1310纳米的相关波长的第二光信号235。第三光电设备265可以配置用来接收具有约1555纳米的相关波长的第三光信号260。
第一波长选择滤波器225可配置用来反射第一光信号215以及允许第二光信号235通过该第一频率选择滤波器225。例如，第一波长选择滤波器225可以反射具有1490纳米波长的光以及允许具有1310纳米波长的光通过该第一频率选择滤波器225。第二波长选择滤波器245可配置用来反射第三光信号260以及允许第一光信号215和第二光信号235通过该第二频率选择滤波器245。例如，第二波长选择滤波器245可配置用来反射具有1555纳米波长的光以及允许具有1490纳米波长的光和具有1310纳米波长的光通过该第二波长选择滤波器245。
所述光学三路复用器还可包括第一阻挡滤波器290，其配置用来允许第一光信号215通过第一阻挡滤波器290到第一球透镜210。第一阻挡滤波器290还可配置用来阻止从第一球透镜210反射的光通过第一阻挡滤波器290。因此，阻止了来自第一球透镜210的任何背反射穿过第一阻挡滤波器290。例如，第一阻挡滤波器290可以配置用来仅允许与约1490纳米的波长相关联的光通过该第一阻挡滤波器290。
所述光学三路复用器还可包括第二阻挡滤波器295，其配置用来允许第三光信号260通过改第二阻挡滤波器295到第三球透镜255。第二阻挡滤波器295还可以配置用来阻止从第三球透镜255反射的光通过该第二阻挡滤波器295。因此，阻止了来自第三球透镜255的任何背反射穿过该第二阻挡滤波器295。例如，第二阻挡滤波器295可以配置用来仅允许与1555纳米的波长相关联的光通过该第二阻挡滤波器295。
所述光学三路复用器还可包括外壳296。外壳296围住第一频率选择滤波器225、第二频率选择滤波器245以及第三球透镜250。外壳296包括用于容纳第一光学组件270、第二光学组件275和第三光学组件280的容器部分285的开口，所述容器部分285分别包含第一光电设备220、第二光电设备240和第三光电设备265。
由此，在图1和2的实施例中，以在两个球透镜之间具有光信号的准直光束的方式来使用所述两个球透镜，以达到相对高的耦合。例如，相对于传统的实施例，这样的耦合可以得到约50％或更高的耦合效率。
这里所公开的实施例可以以任何其他光波长来操作。此外，可以交换、取代或者改变信号的波长。例如，任何光信号，诸如在图1和2所示的那些，可以具有在375纳米和1800纳米之间的任何波长。第一光信号的波长可以具有所公开的用于第二光信号或者第三光信号的波长，反之亦然，只要每个光信号具有不同的波长。因此，本发明不限于这里所公开的作为例子的那些特定的波长。
这里所公开的实施例可展现优于现有技术的一个或多个益处。例如，所述实施例可具有相对高的激光器到光纤的耦合效率以及低成本。由于是被放置于准直光束中，因此，所述实施例可具有较好的光学滤波器性能(较低的插入损耗和高隔离)。由于耦合对滤波器的角运动不敏感，因此，所述实施例可具有较好的稳定性。所述实施例可具有较长的工作距离，这使得设计灵活，诸如在两个透镜之间加入额外的元件而不改变其他部分。所述实施例可具有较低的接收器光学装置的偏差，这也增加了接收器的灵敏度和稳定性。
这里所要求保护的主题不限于解决任何特定的缺点或者仅在诸如这里所描述的在特定环境中操作的实施例。所述实施例不限于任何期望的效率或插入益处。相反地，提供这样的环境、优点和缺点仅用于示出其中可实践若干实施例的技术领域。
应理解，所述附图是这样的示例性实施例的图解的和示意性的表示，因此，它们并非是对本发明的范围的限制，也不一定是按照比例绘制的。可以以其他具体的形式来实施本发明而不脱离本发明的精神或本质特征。应认为所描述的实施例在所有方面仅作为说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附权利要求而不是由前面的描述来指出。落入权利要求的等同内容的含义和范围内的所有变化均包括在本发明的范围内。对本领域普通技术人员而言在本发明的领域内已知的装置和处理技术的详细描述不包括在内。

Claims (19)

1.一种光学三路复用器，包括：
光纤；
第一球透镜，其光学耦合第一光电设备和第一波长选择滤波器之间的第一光信号；
第二球透镜，其光学耦合第二光电设备和第一波长选择滤波器之间的第二光信号；
第二波长选择滤波器，其光学耦合第一波长选择滤波器和第三球透镜之间的所述第一和第二光信号；和
第四球透镜，其光学耦合第三光电设备和第二频率选择滤波器之间的第三光信号；
所述第二波长选择滤波器光学耦合第四球透镜和第三球透镜之间的所述第三光信号。
2.根据权利要求1所述的光学三路复用器，其中所述光电设备中的每一个配置用来发射和/或接收光信号，所述光信号具有的相关波长不同于其他光电设备中的每一个。
3.根据权利要求1所述的光学三路复用器，其中所述第一光电设备包括配置用来接收所述第一光信号的光接收器，第二光电设备包括配置用来发射所述第二光信号的光发射器，以及所述第三光电设备包括配置用来接收所述第三光信号的光接收器。
4.根据权利要求3所述的光学三路复用器，其中所述第一光电设备包括配置用来接收所述第一光信号的光电二极管，所述第二光电设备包括配置用来发射所述第二光信号的激光器，以及所述第三光电设备包括配置用来接收所述第三光信号的激光器。
5.根据权利要求3所述的光学三路复用器，其中所述第一光电设备配置用来接收具有约1490纳米的相关波长的第一光信号，所述第二光电设备配置用来发射具有约1310纳米的相关波长的第二光信号，以及所述第三光电设备配置用来接收具有约1555纳米的相关波长的第三光信号。
6.根据权利要求1所述的光学三路复用器，其中所述光电设备中的每一个配置用来发射和/或接收光信号，所述光信号具有在375纳米和1800纳米之间的不同的相关波长。
7.根据权利要求1所述的光学三路复用器，其中第一频率选择滤波器配置用来反射所述第一光信号，以及配置用来允许所述第二光信号通过所述第一频率选择滤波器。
8.根据权利要求7所述的光学三路复用器，其中所述第一波长选择滤波器配置用来反射与1490纳米的波长相关联的光，以及配置用来允许与1310纳米的波长相关联的光通过所述第一频率选择滤波器。
9.根据权利要求7所述的光学三路复用器，其中所述第二频率选择滤波器配置用来反射所述第三光信号，以及配置用来允许所述第一和第二光信号通过所述第二频率选择滤波器。
10.根据权利要求7所述的光学三路复用器，还包括第一阻挡滤波器，其配置用来允许所述第一光信号通过所述第一阻挡滤波器到所述第一球透镜，以及配置用来阻止从所述第一球透镜反射的光通过所述第一阻挡滤波器。
11.根据权利要求10所述的光学三路复用器，还包括第二阻挡滤波器，其配置用来允许所述第三光信号通过所述第二阻挡滤波器到所述第四球透镜，以及配置用来阻止从所述第四球透镜反射的光通过所述第二阻挡滤波器。
12.根据权利要求11所述的光学三路复用器，其中所述第一阻挡滤波器仅允许约1490纳米的相关波长通过所述第一阻挡滤波器；以及第二阻挡滤波器仅允许与1555纳米的波长相关联的光通过所述第二阻挡滤波器。
13.根据权利要求1所述的光学三路复用器，其中所述光电设备中的每一个包含在光学组件内。
14.根据权利要求13所述的光学三路复用器，其中所述第一球透镜被合并到第一光学组件的容器中，在所述容器内布置有所述第一光电设备，所述第二球透镜被合并到第二光学组件的容器中，在所述第二光学组件的容器内布置有所述第二光电设备，以及所述第三球透镜被合并到第三光学组件的容器中，在所述第三光学组件的容器内布置有所述第三光电设备。
15.根据权利要求1所述的光学三路复用器，还包括外壳，所述外壳围住所述第一和第二频率选择滤波器以及第三球透镜，所述外壳包括用于接纳第一、第二和第三光学组件的容器部分的开口，所述容器部分分别包含所述第一、第二和第三光电设备。
16.根据权利要求15所述的光学三路复用器，其中所述第一、第二和第三光学组件的容器部分分别包括所述第一、第二和第四球透镜。
17.根据权利要求15所述的光学三路复用器，其中所述光学组件的每一个包括TO-Can型封装，所述TO-Can型封装包括头部、容器以及所述第一、第二或者第四球透镜中的一个。
18.一种光学三路复用器，包括：
光纤；
第一光学组件，包括：
布置在所述第一光学部件的容器中的第一球透镜；和
第一光电设备；
第二光学组件，包括：
布置在所述第二光学组件的容器中的第二球透镜；和
第二光电设备；
第一波长选择滤波器，所述第一球透镜光学耦合所述第一光电设备和所述第一波长选择滤波器之间的第一光信号，所述第二球透镜光学耦合第二光电设备和所述第一波长选择滤波器之间的第二光信号；
第三光学组件，包括：
布置在所述第三光学组件的容器中的第四球透镜；和
第三光电设备；以及
第二波长选择滤波器，其光学耦合所述第一波长选择滤波器和第三球透镜之间的第一和第二光信号，所述第二波长选择滤波器还光学耦合所述第四球透镜和所述第三球透镜之间的第三光信号，其中所述光信号中的每一个通过两个球透镜而被准直，并且其中所述第一光电设备配置用于接收具有约1490纳米的相关波长的第一光信号，所述第二光电设备配置用来发射具有约1310纳米的相关波长的第二光信号，以及所述第三光电设备配置用来接收具有约1555纳米的相关波长的第三光信号；
第一阻挡滤波器，其配置用来允许第一光信号通过所述第一阻挡滤波器到所述第一球透镜，以及配置用来阻止从所述第一球透镜反射的光通过所述第一阻挡滤波器；和
第二阻挡滤波器，其配置用来允许第三光信号通过所述第二阻挡滤波器到所述第四球透镜，以及配置用来阻止从所述第四球透镜反射的光通过所述第二阻挡滤波器。
19.根据权利要求18所述的光学三路复用器，其中所述光学组件中的每一个包括TO-46或TO-56型光学封装。
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