CN102486554B - 光通讯系统 - Google Patents

Abstract

一种光通讯系统，其包括承载体以及设置在该承载体上的光信号处理模块及光信号传输模块，该光信号处理模块通过该光信号传输模块发射或/和接收光信号，在该光信号处理模块与该光信号传输模块之间还设置有一个单晶硅透镜，由该光信号传输模块输入的外部光信号射入该单晶硅透镜并在该单晶硅透镜内发生全反射后射出至该光信号处理模块，由该光信号处理模块发射的光信号射入该单晶硅透镜并在该单晶硅透镜内发生反射后射出至该光信号传输模块。与现有技术相比，该光通讯系统不需要弯折光纤即可实现平行于承载体走线的设计架构。

Description

光通讯系统

技术领域

本发明涉及一种光通讯系统。

背景技术

在光通讯传输技术中，信号是以光的形式输出并进行传输，然后在应用端再将光信号转化为电信号以进行应用。

目前所使用的具有光信号输入及输出双重功能的光通讯系统中一般都设置有光信号发射单元以及光信号接收单元，该光信号发射单元以及光信号接收单元通常会设置在一块承载体上，且以垂直于该承载体的方向进行光信号的发射以及接收。

然而，为了节省光通讯传输系统的空间，一般传输光信号的光纤都会沿着平行于该承载体的方向走线，这样光纤若要与光信号发射单元以及光信号接收单元以直接对准的方式进行耦合对接的话，势必就要将光纤进行弯折，而这种方式会大大降低光信号传输效率。

发明内容

有鉴于此，提供一种结构简单且传输效率高的光通讯系统实为必要。

一种光通讯系统，其包括承载体以及设置在该承载体上的光信号处理模块以及光信号传输模块，在该光信号处理模块与该光信号传输模块之间还设置有单晶硅透镜，该单晶硅透镜包括第一光学面及第三光学面，其中，该第一光学面与该光信号传输模块相对，该第三光学面与该光信号处理模块相对，由该光信号传输模块输入的外部光信号由该第一光学面进入该单晶硅透镜并在该单晶硅透镜内发生全反射后自该第三光学面射出至该光信号处理模块，由该光信号处理模块发射的光信号由该第三光学面进入该单晶硅透镜并在该单晶硅透镜内发生反射后自该第一光学面射出至该光信号传输模块。

与现有技术相比，本发明提供的该光通讯系统采用单晶硅透镜做为光信号处理模块与光信号传输模块之间的光路弯转组件，从而使该光通讯系统不用弯折光纤就能够实现光纤沿着平行于该承载体的方向走线的目的，节省了光电传输架构的空间，另外，由于单晶硅透镜由晶圆制作而成，而每片晶圆一次可以切割成数千片透镜，因此具有很高的生产速度，从而相对降低了光通讯系统的生产成本。

附图说明

图1是本发明实施方式所提供的光通讯系统的结构示意图。

图2是本发明实施方式所提供的光通讯系统的结构分解示意图。

图3是图1所示的光通讯系统沿III-III线的剖面图。

图4是硅晶体的晶面示意图。

图5是本发明另一实施方式所提供的光通讯系统的剖面图。

主要元件符号说明

光通讯系统                    100

承载体                        10

定位孔                        11

光信号传输模块                20

光纤接头                      21

本体                          211

定位柱                        212

收容孔                        213

光纤                          22

光信号处理模块                30

光信号接收单元                31

光信号发射单元                32

单晶硅透镜                    40

第一光学面                    41

第二光学面                    42

第三光学面                    43

楔形座                    50

楔形杆                    51

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。

请一并参见图1至图3，本发明实施方式所提供的光通讯系统100，其包括承载体10、光信号传输模块20、光信号处理模块30以及单晶硅透镜40，其中该光信号传输模块20、光信号处理模块30以及单晶硅透镜40均设置在该承载体10上。

该光信号传输模块20包括光纤接头21以及光纤22，其中，该光纤接头21用于收容固定该光纤22，该光纤22用于传输光信号，在本发明中，该光信号传输模块20的光信号传输方向与该承载体10平行。

该光纤接头21包括本体211以及定位柱212，在该本体211上开设有收容孔213，该收容孔213用于收容固定该光纤22。在该承载体10上开设有定位孔11用于配合该定位柱212，该光纤接头21通过该相互配合的定位柱与定位孔结构固定在该承载体10上。

在本实施方式中，该光信号传输模块20包括有两条光纤22，其中一条用于外部光信号进入该光通讯系统100，另一条用于将该光通讯系统100所发射的光信号向外部输送。

可以理解的，该光纤22的数量可以是一个或者两个以上，并且该光纤22也可以根据不同的需要只用于向外部输送光信号或者由外部向该光通讯系统100输送光信号。

该光信号处理模块30包括一个光信号接收单元31以及一个光信号发射单元32，其中，该光信号接收单元31用于接收由该光信号传输模块20传输过来的外部光信号，该光信号发射单元32用于发射光信号并通过该光信号传输模块20向外部传输。

在本发明中，该光信号处理模块30接收和发射光信号之方向大致垂直于该承载体10。

可以理解的，该光信号处理模块30也可以只用于接收或者发射光信号，即，根据不同的设计需要，该光信号处理模块30可以只包括光信号接收单元31或者光信号发射单元32。

该单晶硅透镜40设置于该光信号处理模块30与该光信号传输模块20之间，其用于改变该光信号处理模块30与该光信号传输模块20之间的光信号的传输方向。

该单晶硅透镜40包括有第一光学面41、第二光学面42以及与该第一光学面41及第二光学面42均相连接的第三光学面43，其中，该第一光学面41与该光信号传输模块20相对，该第三光学面43与该光信号处理模块30相对，由该光信号传输模块20输入的外部光信号由该第一光学面41进入该单晶硅透镜40并在该第二光学面42处发生全反射后自该第三光学面43射出至该光信号处理模块30，相反的，由该光信号处理模块30发射的光信号由该第三光学面43进入该单晶硅透镜40并在该第二光学面42处发生全反射后自该第一光学面41射出至该光信号传输模块20。

优选的，该第一光学面41大致垂直于该光信号传输模块20的光信号传输方向，该第三光学面43大致垂直于该光信号处理模块30的光信号发射方向。

可以理解的，射入该单晶硅透镜40内的光信号至少经过一次全反射后再由该单晶硅透镜40射出。

在本实施方式中，光信号在进入该单晶硅透镜40后都需要经过该第二光学面42的反射以改变传输方向，为了使得光信号在该第二光学面42处的光损耗降至最低，就需要保证该第二光学面42具有良好的光学性能。

根据硅晶体的晶格结构，在硅晶体中主要有(100)、(110)、(111)三个晶面，其相对位置如图4所示，在该三个晶面中，沿(111)晶面所形成的光学面光学性能最佳，并且当以单晶硅的(100)晶面为基底进行蚀刻时，其蚀刻方向沿着(111)晶面进行，因此在本发明中，该单晶硅透镜40的第二光学面42是沿着(111)晶面形成的。

优选的，在本实施方式中，该单晶硅透镜40的第二光学面42是以单晶硅的(即该第三光学面43)为衬底采用蚀刻的方式形成。

可以理解的，该第二光学面42也可以沿着(111)晶面采用机械切割的方式形成。

根据硅晶体晶格结构，该单晶硅透镜40的(111)晶面(即第二光学面42)与衬底(100)晶面(即第三光学面43)之间的夹角Φ约为54度，该夹角Φ大于硅晶体能够发生全反射的临界角(约为24度)。因此，在本发明中，由该光信号传输模块20所输送的外部光信号以大致垂直于该第一光学面41的方向射入该单晶硅透镜40后，能够在该第二光学面42处发生全反射后从该第三光学面43射出至该光信号处理模块30。

根据反射原理，当平行光在45度角的斜面上发生反射时，其入射光与反射光相互垂直，而本发明中所使用的该单晶硅透镜40的反射面(即第二光学面42)的倾角Φ大于45度，当将该单晶硅透镜40平放于该承载体10上时，该第二光学面42与该承载体10之间的夹角就等于该第二光学面42的倾角Φ，从而由该光信号传输模块20所输送的外部光信号以大致垂直于该第一光学面41的方向(即以平行于该承载体10的方向)射入该单晶硅透镜40后，虽然能够使光信号发生全反射不会导致光信号损失，但反射后的光信号会以斜射的方式射入该光信号处理模块30，这样就会影响该光信号处理模块30的转换效率，相反的，根据光路可逆的原理，由该光信号处理模块30发射出去的光信号也必须要以相对于该承载体10倾斜的方式设向该单晶硅透镜40的第二光学面42，才能够被该第二光学面42反射至该光信号传输模块20。

因此，在本实施方式中，优选的，在该单晶硅透镜40的第三光学面43下方进一步设置一个具有倾角θ的楔形座50用于支撑该单晶硅透镜40。该楔形座50包括两个楔形杆51，该两个楔形杆51相对的设置在该承载体10上，并将该光信号处理模块30夹设在该两个楔形杆51之间。该楔形座50在该承载体10上的摆放方式为沿着由该光信号传输模块20所传输进来的外部光信号的射入方向由低到高摆放。当该单晶硅透镜40放置于该楔形座50上后，该单晶硅透镜40的第二光学面42与该外部光信号的射入方向的夹角(也就是与该承载体10的夹角)就会变小(根据三角关系，该变化量为Φ-θ)，通过设定该楔形座50的倾角θ的大小(例如，设定该倾角θ为9度)，使得外部光信号在该第二光学面42上的入射角接近于45度，从而使得外部光信号在经过该第二光学面42反射后能够以大致垂直于该承载体10的方向射入该光信号处理模块30，相反的，由该光信号处理模块30也可以以大致垂直于该承载体10的方向向外射出光信号，从而保证了该光通讯系统100的光学传输效率。优选的，该楔形座50的倾角θ的范围为7～9度。

当然，当该单晶硅透镜40放置于该楔形座50上后，外部光信号相对于该单晶硅透镜40的第一光学面41的射入角也会发生微小变化而变的不垂直，外部光信号以不垂直的方式射向该第一光学面41上时，就会在进入该第一光学面41后发生折射，光路发生改变从而影响光信号的传输效率，但是这些影响在可接受范围之内，当然，如图5所示，可以采用对该第一光学面41进行切割加工以使该单晶硅透镜40放置于该楔形座50上后，外部光信号依然能够在该第一光学面41处垂直入射，这样就能够进一步的提高光信号的传输效率。当然，对第一光学面41加工以使光信号能够垂直入射的方法也适用于该单晶硅透镜40的第三光学面43。

与现有技术相比，本发明提供的该光通讯系统100采用单晶硅透镜40做为光信号处理模块30与光信号传输模块20之间的光路弯转组件，从而使该光通讯系统100不用弯折光纤就能够实现光纤沿着平行于该承载体的方向跑线的目的，节省了光电传输架构的空间，另外，由于单晶硅透镜由晶圆制作而成，而每片晶圆一次可以切割成数千片透镜，因此具有很高的生产速度，从而相对降低了光通讯系统的生产成本。

可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化等用于本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种光通讯系统，其包括承载体以及设置在该承载体上的光信号处理模块以及光信号传输模块，该光信号传输模块包括光纤接头及光纤，该光纤接头包括本体及定位柱，该本体上开设有收容孔，用于收容及固定光纤，该承载体上开设有与定位柱配合的定位孔，以将该光纤接头固定在承载体上，其特征在于，在该光信号处理模块与该光信号传输模块之间还设置有单晶硅透镜，该单晶硅透镜包括第一光学面、第二光学面及第三光学面，其中，该第三光学面连接在该第一及第二光学面之间，该第一光学面与该光信号传输模块相对，该第三光学面与该光信号处理模块相对，该第二光学面沿该单晶硅透镜的(111)晶面形成，由该光信号传输模块输入的外部光信号由该第一光学面进入该单晶硅透镜并在该第二光学面发生全反射后自该第三光学面射出至该光信号处理模块，由该光信号处理模块发射的光信号由该第三光学面进入该单晶硅透镜并在该第二光学面发生反射后自该第一光学面射出至该光信号传输模块。

2.如权利要求1所述的光通讯系统，其特征在于：该光信号处理模块包括一个光信号接收单元或/和一个光信号发射单元，其中该光信号接收单元用于接收外部光信号并转换为电信号，该光信号发射单元用于将电信号转换为光信号并向外部发射。

3.如权利要求2所述的光通讯系统，其特征在于：该第二光学面与该第三光学面相互连接，且该第三光学面沿着单晶硅的(100)晶面形成。

4.如权利要求3所述的光通讯系统，其特征在于：该光信号处理模块发射或/和接收光信号的方向垂直于该承载体，该光信号传输模块的光信号传输方向平行于该承载体。

5.如权利要求4所述的光通讯系统，其特征在于：该第一光学面与该光信号传输模块的光信号传输方向相垂直，该第三光学面与该光信号处理单元的光信号接收或/和发射方向相垂直。

6.如权利要求5所述的光通讯系统，其特征在于：该光通讯系统还包括有一楔形座以用于支撑该单晶硅透镜，该楔形座沿着由该光信号传输模块所传输进来的外部光信号的射入方向由低到高摆放在该承载体上，该光信号处理模块位于该楔形座的底部以接收由该单晶硅透镜射出的光信号或/和向该单晶硅透镜发射光信号。

7.如权利要求6所述的光通讯系统，其特征在于：该楔形座包括两个楔形杆，该两个楔形杆相对设置在该光信号处理模块的两侧。

8.如权利要求7所述的光通讯系统，其特征在于：该楔形座的倾角范围为7～9度。