CN101800218A - 集成光收发功能的同轴激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光通信技术领域中集成光收发功能的同轴激光器，管帽与光收发组件载体组成密封结构，该密封结构内具有光分路组件和光收发组件分别固定于光收发组件载体上，光收发组件具有光发射端和光接收端，光分路组件具有一个45°滤光片，45°滤光片正面镀有反射膜和增透膜，反面镀增透膜或不镀膜；以45°角设置于光分路组件的最上部；光发射端或光接收端设置于45°滤光片的正面的侧部，相对应的光接收端或光发射端设置于45°滤光片的反面的下部；本发明通过一次耦合焊接，其外围配套结构件省掉了一半，后续耦合生产的加工时间缩短了一半，实现了光电器件发射与探测集成化、小型化和低成本，对光的整合和汇聚的稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域中的半导体光电器件，尤其涉及同轴激光器。
背景技术
光通信技术作为信息时代的核心技术之一，在语音通信、数据交换、视频传输、传感、精密测量等领域得到广泛的应用。信息的传递离不开对信号的收和发。目前，单纤双向器件作为信号收发的核心器件，当在同一根光纤内同时传输两种波长的光信号时，单纤双向器件的结构是：将一个半导体激光器和一个半导体探测器通过两次耦合焊接固定在装好分光片的金属结构件中，其缺陷是：结构和工艺比较复杂，制造成本高，加工时间周期长。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的缺陷，提供一种结构简单、成本低廉、加工时间短的集成光收发功能的同轴激光器，通过微加工、微组装工艺，将信号光源的发射与探测的芯片同时集成在一个同轴激光器中。
本发明采用的技术方案是：上部具有透镜系统的管帽与光收发组件载体组成密封结构，该密封结构内具有光分路组件和光收发组件分别固定于光收发组件载体上，光纤从管帽上部的透镜系统伸入；所述光收发组件具有光发射端和光接收端，光分路组件具有一个45°滤光片，所述45°滤光片的正面镀有反射膜和增透膜，反面镀有增透膜或不镀膜；45°滤光片相对于水平方向以45°角设置于光分路组件的最上部；光发射端或光接收端设置于45°滤光片的正面的侧部，相对应的光接收端或光发射端设置于45°滤光片的反面的下部；光发射端发射的和光接收端接收的光的波长不相等，且光路聚交于45°滤光片的正面上。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过一次耦合焊接，完成对光信号收发芯片的对准和固定，与现有技术对比，本发明减少了零部件数量，减小了外观尺寸，其外围配套结构件省掉了一半，后续耦合生产的加工时间也缩短了一半，实现了光电器件发射与探测集成化、小型化和低成本的要求。
2、对光的整合和汇聚的稳定性高，可以保证输出光功率和输入响应度满足使用要求。
3、可广泛应用于数字光通信、光纤到户、视频监控等相关器件和场合。
附图说明
图1是本发明光分路组件2为45°滤光片2-1、光发射端3-1位于45°滤光片2-1侧面、光接收端3-2位于45°滤光片2-1下面以及光传播方向的示意图。
图2是图1中45°滤光片2-1放大结构示意图。
图3是光分路组件2为45°滤光片2-1、光发射端3-1位于45°滤光片2-1下面、光接收端3-2位于45°滤光片2-1侧面以及光传播方向的示意图。
图4是0°滤光片2-2放大结构示意图。
图5是光分路组件2为45°滤光片2-1和0°滤光片2-2、光发射端3-1位于45°滤光片2-1侧面、光接收端3-2位于0°滤光片2-2下面以及光传播方向的示意图。
图6是光分路组件2为45°滤光片2-1和0°滤光片2-2、光发射端3-1位于0°滤光片2-2下面、光接收端3-2位于45°滤光片2-1侧面以及光传播方向的示意图。
具体实施方式
参照图1，管帽1是一种具有光路汇聚及密封作用的结构，与光收发组件载体4罐型封装，管帽1的上部具有透镜系统，管帽1的透镜系统起到对光的整合和汇聚作用。在管帽1密封结构内部集成了光分路组件2和光收发组件3，光分路组件2和光收发组件3分别固定安装在光收发组件载体4上面。光纤5起光信号传输的作用，光纤5从管帽1上部伸入管帽1内。光收发组件3所发射和接收的信号经过管帽1的透镜系统后通过光纤5传输，管帽1的透镜系统将半导体激光器发射的光发射信号汇聚耦合到光纤5中去，并且将光纤5传播过来的光接收信号汇聚耦合到半导体探测器芯片上。
光收发组件3具有光发射端3-1和光接收端3-2，光发射端3-1是由半导体激光器芯片粘贴陶瓷基片上，将电信号转换为光信号。光接收端3-2是由半导体探测器芯片粘贴到陶瓷基片上，将接收到的光信号转换为电信号。
光分路组件2具有一个起光路控制作用的45°滤光片2-1。如图2，在45°滤光片2-1的正面2-1-1同时镀有反射膜和增透膜，反面2-1-2可镀有增透膜或不镀膜。
相对于水平方向，将45°滤光片2-1以45°角设置于光分路组件2的最上部，将光发射端3-1或光接收端3-2设置于45°滤光片2-1的正面2-1-1的侧部，相对应地，将光接收端3-2或光发射端3-1设置于45°滤光片2-1的反面2-1-2的下部。具体是：当光发射端3-1设置于45°滤光片2-1的正面2-1-1的侧部时，光接收端3-2便设置于45°滤光片2-1的反面2-1-2的下部，其结构如图1所示。为保证光发射端3-1和光接收端3-2的两路光在同一根光纤5中传输，图1中发射和接收的光的光路聚交于45°滤光片的正面2-1-1上，并且发射光的波长和接收光的波长不能相等。
图1所示同轴激光器的工作原理是：光发射端3-1的半导体激光器芯片将接收到的电信号转化为光信号，通过45°滤光片2-1正面2-1-1的反射膜反射并通过管帽1的透镜系统汇聚进入光纤5，见图1中带箭头实线所表示的光路。光纤5传输过来的光信号经过管帽1的透镜系统汇聚，并通过45°滤光片2-1正面2-1-1的增透膜透射到光接收端3-2的半导体探测器芯片上，并由半导体探测器芯片转化为电信号，见图1中带箭头虚线所表示的光路。
当光接收端3-2设置于45°滤光片2-1的正面2-1-1的侧部时，光发射端3-1便设置于反面2-1-2的下部，具体结构如图3所示，图3中的光发射端3-1和光接收端3-2所分别发射和接收的光的光路必须聚交于45°滤光片的正面2-1-1上，并且发射光的波长和接收光的波长不能相等。陶瓷基片联通半导体激光器或半导体探测器的电极，并起到散热和调节焦距的作用。光收发组件载体4是承载光收发的组件，其管脚数目需大于四条，并且负责将芯片的电极与外部电路联通。
图3所示同轴激光器的工作原理是：光发射端3-1的半导体激光器芯片将接收到的电信号转化为光信号，通过45°滤光片2-1正面2-1-1的增透膜透射并通过管帽的透镜系统汇聚进入光纤5，见图3中带箭头实线所表示的光路。光纤5传输过来的光信号经过管帽1的透镜系统汇聚，并通过45°滤光片2-1正面2-1-1的反射膜反射到光接收端3-2的半导体探测器芯片上，并由半导体探测器芯片转化为电信号，见图3中带箭头虚线所表示的光路。
本发明利用了45°滤光片正反两面镀膜层的不同而具有的改变光路的特性，从而使半导体激光器发射的光和半导体探测器接收的光在通过45°滤光片时其中一路光发生方向改变，使得两种不同波长和正反两个方向的光信号在同一根光纤中传输，实现在一个同轴激光器内同时具有光信号发射与接收的功能。
本发明在具体实施时，光分路组件2还可增加安装一个0°滤光片2-2，见图4所示，该0°滤光片2-2的正面2-2-1需同时镀反射膜和增透膜，反面2-2-2可镀增透膜或不镀膜。
0°滤光片2-2的具体应用见图5和图6所示，其中，图5中，光分路组件2包括一个45°滤光片2-1和一个0°滤光片2-2，光发射端3-1位于45°滤光片2-1侧面，光接收端3-2位于45°滤光片2-1的下面，并且，在光接收端3-2和45°滤光片2-1之间水平安装一个0°滤光片2-2。为保证两路光在同一根光纤5中传输，发射和接收的光的光路聚交于45°滤光片的正面2-1-1上，并且发射光的波长和接收光的波长不能相等。其工作原理是：光发射端3-1的半导体激光器芯片将接收到的电信号转化为光信号，通过45°滤光片2-1正面2-1-1的反射膜反射并通过管帽1的透镜系统汇聚进入光纤5。光纤5传输过来的光信号经过管帽1的透镜系统汇聚，并通过45°滤光片2-1正面2-1-1和0°滤光片2-2正面2-2-1的增透膜透射到光接收端3-2的半导体探测器芯片上，并由半导体探测器芯片转化为电信号。
图6中，光分路组件2包括一个的45°滤光片2-1和一个0°滤光片2-2，光发射端3-1位于45°滤光片2-1下面，光接收端3-2位于45°滤光片2-1的侧面，并且，在光接收端3-2和45°滤光片2-1之间垂直安装一个0°滤光片2-2。为保证两路光在同一根光纤5中传输，发射和接收的光的光路聚交于45°滤光片的正面2-1-1上，并且发射光的波长和接收光的波长不能相等。其工作原理是：光发射端3-1的半导体激光器芯片将接收到的电信号转化为光信号，通过45°滤光片2-1正面2-1-1的增透膜透射并通过管帽1的透镜系统汇聚进入光纤5。光纤5传输过来的光信号经过管帽的透镜系统汇聚，并通过45°滤光片2-1正面2-1-1的反射膜反射和0°滤光片2-2正面2-2-1的增透膜透射到光接收端的半导体探测器芯片上，并由半导体探测器芯片转化为电信号。
本发明在管帽1内封装了对光路起控制作用的结构，如45°滤光片、0°滤光片，以及起到光收、发作用的半导体激光器芯片和探测器芯片，通过45°滤光片改变光路的特性实现在同一同轴激光器内具有发射和接收光信号的功能。
Claims (3)
1.一种集成光收发功能的同轴激光器，上部具有透镜系统的管帽(1)与光收发组件载体(4)组成密封结构，其特征是：该密封结构内具有光分路组件(2)和光收发组件(3)分别固定于光收发组件载体(4)上，光纤(5)从管帽(1)上部的透镜系统伸入；所述光收发组件(3)具有光发射端(3-1)和光接收端(3-2)，光分路组件(2)具有一个45°滤光片(2-1)，所述45°滤光片(2-1)的正面(2-1-1)镀有反射膜和增透膜，反面(2-1-2)镀有增透膜或不镀膜；45°滤光片(2-1)相对于水平方向以45°角设置于光分路组件(2)的最上部；光发射端(3-1)或光接收端(3-2)设置于45°滤光片(2-1)的正面(2-1-1)的侧部，相对应的光接收端(3-2)或光发射端(3-1)设置于45°滤光片(2-1)的反面(2-1-2)的下部；光发射端(3-1)发射的和光接收端(3-2)接收的光的波长不相等，且光路聚交于45°滤光片(2-1)的正面(2-1-1)上。
2.根据权利要求1所述的集成光收发功能的同轴激光器，其特征是：光分路组件(2)具有一个0°滤光片(2-2)，该0°滤光片(2-2)的正面(2-2-1)镀有反射膜和增透膜，反面(2-2-2)镀增透膜或不镀膜；光发射端(3-1)位于45°滤光片(2-1)侧面，光接收端(3-2)位于45°滤光片(2-1)下面，所述0°滤光片(2-2)水平设置于光接收端(3-2)和45°滤光片(2-1)之间。
3.根据权利要求1所述的集成光收发功能的同轴激光器，其特征是：光分路组件(2)具有一个0°滤光片(2-2)，该0°滤光片(2-2)的正面(2-2-1)镀有反射膜和增透膜，反面(2-2-2)镀增透膜或不镀膜；光发射端(3-1)位于45°滤光片(2-1)下面，光接收端(3-2)位于45°滤光片(2-1)的侧面，所述0°滤光片(2-2)垂直设置于光接收端(3-2)和45°滤光片(2-1)之间。
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