CN102043209A - 紧凑型光抽头监测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及紧凑型光抽头监测器装置，是一种用于光抽头监测器的紧凑型光探测器(PD)单向性解决方案，其降低了光抽头模块的整体尺寸。该解决方案使用透镜将来自于输入光纤和输出光纤的光分离，并随后在所述监测器PD的前面加上了掩模或隔离片，以阻止来自于输出光纤的任何光进入到光探测器组件。
Description
技术领域
本发明涉及一种紧凑型光抽头监测器，并且特别涉及一种包括了阻止多余的光进入到光探测器以提高光探测器测量的精度的单向性解决方案(uni-directivity solution)的光抽头监测器。
背景技术
参考图1，与本发明一样，传统的集成式光抽头监测器10包括两个波导，即输入光纤1(输入波导)和输出光纤2(输出波导)；一个准直透镜组3，一个抽头滤波器(tap filter)或抽头涂层4，一个成像透镜组6，和一个包含光探测器芯片9的光探测器(PD)组件8。
从所述输入光纤1发射的光被透镜组3准直，并被直接定向到抽头滤波器或涂层4上。已准直的光束的第一部分被所述抽头滤波器或涂层4反射到所述透镜组3，该透镜组3将所述第一部分会聚到输出光纤2。已准直的光束的第二部分被所述成像透镜组6会聚到光探测器芯片9，以监控所述输入光束的输出光功率。
不幸的是，任何从所述输出光纤2发射或向后反射回来的光也将被会聚到所述光探测器芯片9，这使得所提供的对来自于输入光纤1的光部分的光功率的测量值不准确。
于2008年2月19日签发给Nogata等人的美国第7,333,693号专利公开了一种改进传统的光抽头模块的尝试，其中来自于输入光纤的光和来自于输出光纤的光被一个成像透镜定向成稍微不同的方向。不幸的是，不需要的反射光仍然进入到了所述光探测器组件8，由于所述光探测器组件8的壁的多次反射导致了探测器芯片9的过高的功率读数。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，而提供一种透镜装置和掩模，所述透镜装置分离了来自于输入光纤和输出光纤的光，所述掩模阻止任何来自于输出光纤的光进入到光探测器组件。
因此，本发明涉及一种紧凑型光抽头监测器装置，该装置包括：
输入波导，用于发射光信号；
准直透镜，用于准直所述光信号；
抽头滤波器，用于以锐角入射角接收已准直的所述光信号，以锐角反射角反射所述光信号的第一部分，并且用于通过所述光信号的第二部分；
输出波导，其与所述输入波导空间分离，用于输出所述光信号的所述第一部分；
成像透镜，用于会聚所述光信号的所述第二部分，并且空间分离来自于所述输入波导的光和来自于所述输出波导的光；
光探测器，其包括有源区域，用于接收所述光信号的所述第二部分并提供所述第二部分的光功率的测量；
掩模，其覆盖所述有源区域的一部分，阻止来自于所述输出波导的光到达所述光探测器的所述有源区域。
附图说明
下面参考代表了本发明的优选实施例的附图对本发明进行详细的描述，其中：
图1示出了传统的光抽头监测器；
图2示出了根据本发明的光抽头监测器的横截面视图；
图3示出了图2中的光抽头监测器的光探测器组件；和
图4示出了图2中的光探测器组件的掩模的一个可替换的实施例。
具体实施方式
参考图2，根据本发明的集成式光抽头监测器11包括两个波导，即输入光纤12和输出光纤13；一个准直透镜组，例如变折射率透镜14；一个抽头滤波器或抽头涂层16；一个成像透镜组，例如变折射率透镜17；一个掩模或隔离片18；以及一个包括光探测器(PD)21的光探测器(PD)组件19。可用任何波导或任何光传输介质来代替输入光纤1和输出光纤2。
从输入光纤1发射的光由透镜组14准直形成准直光AC，并被定向到所述抽头滤波器或涂层16。所述准直光AC的第一部分BF被所述抽头滤波器或涂层16在所述透镜组14中以锐角反射角反射，该透镜组14将所述第一部分BF会聚到输出光纤13。所述准直光AC的第二较小(1％到10％)部分CF由成像透镜组17会聚，并通过掩模18的透明部分进入光探测器(PD)组件19，并到达所述光探测器21上来监控所述输入光束A的输出光功率。理想的是，准直透镜14的光轴OA1和成像透镜17的光轴OA2彼此是共线(colinear)排列的，输入光纤12到光轴的间隔距离与输出光纤13到光轴的间隔距离相等。从输出光纤13发射或反射的任何光DF通过抽头滤波器16被定向到掩模18的掩蔽部分，该部分阻止光DF进入到PD组件19并阻止光DF到达光探测器21上。
由于输入光纤12和输出光纤13是对称的，以及准直透镜14和成像透镜17是对称的，入射光A被抽出的部分CF被定向到透镜14的光轴OA1和成像透镜17的光轴OA2的一侧，而剩余的光DF被定向到光轴OA1和OA2的相对一侧。因此，光探测器21优选被放置在光轴OA1和OA2的一侧，而掩模18的掩蔽部分被放置在光轴OA1和OA2的相对一侧。输入光纤12和输出光纤13之间相对称排列以及透镜14和透镜17相对称排列的其它排列方式也是可能的。
会聚光CF和由透镜17出射的剩余的光DF之间分开的距离取决于输入光纤12和输出光纤13之间的距离，以及准直透镜14与会聚透镜17的焦距的组合。不幸的是，如果没有掩模18，不需要的反射光仍会进入到光探测器组件19，导致了光探测器21过高的功率读数。
集成式PD监测器的典型的结构如图1所示；但是，如图2所示，具有掩模或隔离片18的监测器PD11可减小尺寸，并且PD组件19可直接与透镜17相连，使得整个组装尺寸成为非常紧凑的集成件。同时含有输入光纤12和输出光纤13的双光纤尾纤22可与准直透镜14和带有抽头滤波器16的成像透镜17连接在一起，例如用粘合剂固定，其中所述的抽头滤波器被涂覆在准直透镜14或成像透镜17的任何一个上或涂覆到位于两者之间的单独的基底上。具有掩模或隔离片18的PD组件11的尺寸的一个例子是小于1.8mm x 1.8mm x 1.2mm。
监测器PD组件19的形状和设计并不重要，其依赖于整体组件的结构。所述的单向性是指来自于一个方向的光比来自于另一个方向的光具有更高的功率，例如，当光从输入光纤12发出时，所述光探测器21具有正常响应I1，但是当光从输出光纤13发出时，所述光探测器21具有低得多的响应I2。通常的要求为-10*log(I2/I1)＞15dB或更高。
下面是根据本发明的PD组件19的实验结果图表，其表明了在所有的情况下指向性都超过了19dB。
参考图3，典型组装的光探测器21包括具有有源区域22的光探测器芯片25，所述有源区域22被安装在基底23上。焊锡垫24被设置在基底23上，用于将光探测器芯片25与从光探测器21的相对侧延伸出的电引线26电连接。例如透明玻璃的透明的窗27被放置在所述光探测器芯片25的上面以保护其免受环境因素的影响。
使用掩模或隔离片18阻止了来自于输出光纤13的反射光进入到光探测器组件19并阻止其被PD芯片25检测到。如图2所示，所述的掩蔽部分28是矩形的，因此具有与所述窗27的边平行的直边，其覆盖了所述光探测器组件19的开口的一部分和所述光探测器组件19的一侧的有源区域22的一部分，所述被反射的光DF被透镜17定向到该部分。所述掩模18的掩蔽部分28的确切的形状并不非常重要，但是，如图4所示，基于相对于所述PD芯片25的成像点间隔距离和入射到PD芯片25的反射光的方向，所述掩模18的掩蔽部分28覆盖所述PD芯片的有源区域22的1/3～2/3，优选0.4到0.6是理想的，以阻断所述反射光并阻止它入射到所述PD芯片25的有源区域22上。如图3所示，所述掩蔽部分28可被放置成位于玻璃窗27上(on)或者在玻璃窗27的上方(over)，或如图4所示被设置在所述玻璃窗27的内部，直接位于所述芯片25上或在所述芯片25的上方，以覆盖所述反射光要进入的所述有源区域22的一部分，因此阻止所述PD芯片25测量到所述反射光。
所述掩蔽部分28可以用任何适合的材料制作，例如：金属、塑料、环氧树脂、胶或任何遮光材料。也可使用吸光或反光涂层。
Claims (9)
1.一种紧凑型光抽头监测器装置，包括：
输入波导，用于发射光信号；
准直透镜，用于准直所述光信号；
抽头滤波器，用于以锐角入射角接收已准直的所述光信号，以锐角反射角反射所述光信号的第一部分，并且用于通过所述光信号的第二部分；
输出波导，其与所述输入波导空间分离，用于输出所述光信号的所述第一部分；
成像透镜，用于会聚所述光信号的所述第二部分，并且空间分离来自于所述输入波导的光和来自于所述输出波导的光；
光探测器，其包括有源区域，用于接收所述光信号的所述第二部分并提供所述第二部分的光功率的测量；
掩模，其覆盖所述有源区域的一部分，阻止来自于所述输出波导的光到达所述光探测器的所述有源区域。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光探测器包括覆盖光探测器芯片的玻璃窗，并且其中所述掩模被安装在所述玻璃窗上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光探测器包括光探测器芯片，并且其中所述掩模被直接安装在所述光探测器芯片上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述掩模包括的材料选自由金属、塑料、环氧树脂和胶组成的组。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述掩模包括吸光涂层材料或反光涂层材料。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述掩模覆盖了所述光探测器的所述有源区域的1/3～2/3。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述准直透镜由光轴所限定，并且其中所述光信号的所述第二部分由所述准直透镜定向到所述光轴的一侧，而来自于所述输出波导的光由所述准直透镜定向到所述光轴的相对侧。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入波导和所述输出波导与所述光轴间隔相等的距离。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述准直透镜和所述成像透镜与位于它们之间的所述抽头滤波器连接在一起；并且其中所述掩模和所述光探测器被安装在所述成像透镜的一端，与所述成像透镜形成了单个集成件。
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