CN103487899A - 一种单纤双向光收发器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单光纤双向光收发器件，包括TO管座、封装在TO管壳内的激光器、封装在TO管壳内的探测器、不等厚透镜光栅和光纤连接器，其中，TO管座切面呈直角梯形，其直角面与TO管脚相连，管脚方向与TO管壳轴向方向平行；激光器与探测器焊接在TO管座的斜面上，二者并列排布，电极引线由管座斜面经整个TO管座引至管脚，与管脚相连；不等厚透镜光栅倾斜放置固定，与TO管壳轴向方向夹角为β；激光器发出光信号，经过不等厚透镜光栅折射，进入光纤连接器中的光纤；外界光由光纤入射进该单光纤双向光收发器件，经过不等厚透镜光栅折射，进入探测器。利用本发明，不仅节约了成本，同时也方便BOSA模块的焊接与安装。

Description

一种单纤双向光收发器件

技术领域

本发明涉及光学通信技术领域，尤其是一种用于光学通信传输的单光纤双向光收发器件。

背景技术

光通信技术已成为现代通信的最主要支柱，在现代通信中起着中流砥柱的作用。同时，光通信作为一门逐步走向成熟的新兴技术，其近年来迅猛的发展速度是通信史上罕见的。光通信注定成为未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

单光纤双向光收发器件(Bi-direction Optic Sub-assembly，简称BOSA)是集发射、接收为一体的光电转换器件，其能够实现数据在单根光纤中双向传输的功能，是光通信系统中一种至关重要的器件。为实现单纤接收和发射的功能，BOSA一般包括激光器、探测器、波分复用滤光片、光纤连接器等部件。作为传输数据的信号源，激光器一般采用分布式反馈(Distributed Feedback，DFB)激光器，同时配合隔离器使用，以保证光学系统的稳定。目前大量商用的自由空间隔离器采用两片偏振片和一片45°法拉第旋光器组成，还有部分隔离器采用两个双折射晶体和一片45°法拉第旋光器组成。作为传输数据的接收端，探测器一般采用红外光谱的InGaAs探测器，配合互阻放大器(TIA)使用，不仅光电转换效率高，而且性能稳定可靠。

波分复用系统是BOSA系统重要组成部分，通过对波长选择性的反射和透射，可使不同波段的光进入不同的系统。一端来自光纤的信号光(上行或下行)经过波分复用滤光片，经45°滤光片反射进入光电探测器，而另一端激光器发出的光(下行或上行)经过该滤光片，透射进入光纤系统中，从而实现单纤双向的功能。

在目前的BOSA系统中，激光器和探测器都是呈垂直角度排列，隔离器和波分复用系统是独立使用的。现有技术的这种设计存在着结构复杂、安装困难、造价高等不足之处。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷与不足，提供一种新的结构设计的单光纤双向光收发器件。本发明的单光纤双向光收发器件结构简单而紧凑，集成性高，易于安装，并且能够降低器件制造成本。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种单光纤双向光收发器件，该单光纤双向光收发器件包括晶体管外壳(Transistor-Outline，TO)管座1、封装在TO管壳内的激光器2、封装在TO管壳内的探测器3、不等厚透镜光栅4和光纤连接器5，其中：TO管座1切面呈直角梯形，其直角面与TO管脚相连，管脚方向与TO管壳轴向方向平行；激光器2与探测器3焊接在TO管座1的斜面上，二者并列排布，电极引线由管座斜面经整个TO管座1引至管脚，与管脚相连；不等厚透镜光栅4倾斜放置固定，与TO管壳轴向方向夹角为β；激光器2发出光信号，经过不等厚透镜光栅4折射，进入光纤连接器5中的光纤；外界光由光纤入射进该单光纤双向光收发器件，经过不等厚透镜光栅4折射，进入探测器3。

上述方案中，所述激光器2的光发射面与探测器3的光接收面均保持与TO管座1斜面平行。

上述方案中，所述TO管座1的斜面被拆分为两部分，两部分斜面与TO管壳轴向方向夹角分别为α2和α3，激光器2和探测器3分别处于两个不同部分的斜面上，配合不等厚透镜光栅4的折射率和位置，使激光器2出射的波长为λ2的光信号最后以平行TO管壳轴向方向进入光纤连接器5，又使波长为λ3的光信号从光纤入射进来后，经过不等厚透镜光栅4的折射，垂直照射在探测器3上。

上述方案中，所述激光器2发射波长为λ2的光信号，光信号入射进不等厚透镜光栅4后，由于不等厚透镜光栅4对其折射率为n2，当光信号从不等厚透镜光栅4出射后，由于不等厚透镜光栅4的棱形色散效应，光信号传播方向偏转了一定角度，正好以平行于TO管壳轴向方向进入光纤连接器5。

上述方案中，波长为λ3的光信号从光纤入射进来时，其传播方向与TO管壳轴向方向平行，光信号首先入射进不等厚透镜光栅4，不等厚透镜光栅4对波长为λ3的光信号的折射率为n3，当光信号从不等厚透镜光栅4出射后，由于不等厚透镜光栅4的棱形色散效应，光信号传播方向偏转了一定角度，正好垂直照射在探测器3上。

上述方案中，所述激光器2与不等厚透镜光栅4之间还加装适用于波长为λ2的光隔离器，只有波长为λ2的光才能入射进不等厚透镜光栅4；所述探测器3与不等厚透镜光栅4之间还加装用于波长为λ3的光隔离器，只有波长为λ3的光才能入射到探测器2的表面。

上述方案中，为了改善所述不等厚透镜光栅4对光的透射率，在不等厚透镜光栅4两面镀上高透膜。

上述方案中，所述TO管壳管脚有八根，包括：一激光器电流偏置管脚、一激光器射频信号输入管脚、一激光器背光探测管脚、一探测器TIA工作电压管脚、一探测器偏置电压管脚、两探测器射频信号输出管脚，以及一激光器和探测器共用接地管脚。所述激光器2包括两射频信号输入管脚，此时TO管壳管脚一共有九根。当激光器2有内建致冷器时，还需加两根管脚，分别为致冷器的正负电压管脚。

(三)有益效果

基于上述技术方案，本发明提供的单光纤双向光收发器件中，不再像传统BOSA一样将激光器与探测器垂直放置，而是将二者并列放置在同一个TO管座上，也不再使用复杂的隔离器和波分复用系统，仅用一片不等厚透镜光栅来使不同波长的激光分束，这样使得封装在TO管座内的部件更加简单而紧凑，结构更加合理，不仅方便使用，而且达到了降低BOSA制作成本的目的。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图对本发明作进一步说明，其中：

图1是本发明提供的单光纤双向光收发器件的结构示意图。

图2是本发明提供的单光纤双向光收发器件的发射光路原理图。

图3是本发明提供的单光纤双向光收发器件的接收光路原理图。

图4是将TO管座的斜面可以拆分为两部分的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明进一步详细说明，以求更清楚明了地理解本发明的结构和工作过程，但不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的单光纤双向光收发器件包括：TO管座1、封装在TO管壳内的激光器2、封装在TO管壳内的探测器3、不等厚透镜光栅4和光纤连接器5。TO管座1切面呈直角梯形，其直角面与TO管脚相连，管脚方向与TO管壳轴向方向平行；TO管座1斜面与TO管壳轴向方向呈α夹角。激光器2与探测器3焊接在TO管座1的斜面上，二者并列排布，电极引线由管座斜面经整个TO管座1引至管脚，与管脚相连。激光器2的光发射面与探测器3的光接收面均保持与TO管座1斜面平行。不等厚透镜光栅4倾斜放置固定，与TO管壳轴向方向夹角为β。激光器2发出光信号，经过不等厚透镜光栅4折射，进入光纤连接器5中的光纤；外界光由光纤入射进BOSA，经过不等厚透镜光栅4折射，进入探测器3。

在本发明的单光纤双向光收发器件中，TO管壳管脚一般有八根，包括一激光器电流偏置管脚，一激光器射频信号输入管脚，一激光器背光探测管脚，一探测器TIA工作电压管脚，一探测器偏置电压管脚，两探测器射频信号输出管脚，以及一激光器和探测器共用接地管脚。激光器2也可以包括两射频信号输入管脚，此时TO管壳管脚一共有九根。当激光器2有内建致冷器时，还需加两根管脚，分别为致冷器的正负电压管脚。

在本发明的单光纤双向光收发器件中，如图2所示，激光器2发射波长为λ2的光信号，光信号入射进不等厚透镜光栅4后，由于不等厚透镜光栅4对其折射率为n2，当光信号从不等厚透镜光栅4出射后，由于不等厚透镜光栅4的棱形色散效应，光信号传播方向偏转了一定角度，正好以平行于TO管壳轴向方向进入光纤连接器5。

在本发明的单光纤双向光收发器件中，如图3所示，波长为λ3的光信号从光纤入射进来时，其传播方向与TO管壳轴向方向平行，光信号首先入射进不等厚透镜光栅4。不等厚透镜光栅4对波长为λ3的光信号的折射率为n3。当光信号从不等厚透镜光栅4出射后，由于不等厚透镜光栅4的棱形色散效应，光信号传播方向偏转了一定角度，正好垂直照射在探测器3上。

在本发明的单光纤双向光收发器件中，如图4所示，TO管座1的斜面可以拆分为两部分，两部分斜面与TO管壳轴向方向夹角分别为α2和α3，激光器2和探测器3分别处于两个不同部分的斜面上，配合不等厚透镜光栅4的折射率和位置，可以使激光器2出射的波长为λ2的光信号最后以平行TO管壳轴向方向进入光纤连接器5，又可以使波长为λ3的光信号从光纤入射进来后，经过不等厚透镜光栅4的折射，垂直照射在探测器3上。

在本发明的单光纤双向光收发器件中，不等厚透镜光栅4的材料选取很关键。要求其对波长为λ2和λ3的光有较好的透射率。为了改善不等厚透镜光栅4对波长为λ2和λ3的光的透射率，可以在不等厚透镜光栅4两面镀上对波长为λ2和λ3的光的高透膜。

在本发明的单光纤双向光收发器件中，不等厚透镜光栅4的厚度变化率和其放置在TO管壳中与TO管壳轴向方向夹角β很重要。要选取合适的厚度变化率，并以恰当的角度β放置不等厚透镜光栅4，以保证出射光信号经过不等厚透镜光栅4折射后以平行TO管壳轴向方向进入光纤连接器，入射光信号经过不等厚透镜光栅4折射后照射在探测器上。

在本发明的单光纤双向光收发器件中，激光器2与不等厚透镜光栅4之间可加装适用于波长为λ2的光隔离器，只有波长为λ2的光才能入射进不等厚透镜光栅4。探测器3与不等厚透镜光栅4之间可加装用于波长为λ3的光隔离器，只有波长为λ3的光才能入射到探测器2的表面。加装光隔离器可以保护激光器2，并可以保持BOSA系统的稳定。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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 (10)

1.一种单光纤双向光收发器件，其特征在于，该单光纤双向光收发器件包括TO管座(1)、封装在TO管壳内的激光器(2)、封装在TO管壳内的探测器(3)、不等厚透镜光栅(4)和光纤连接器(5)，其中：

TO管座(1)切面呈直角梯形，其直角面与TO管脚相连，管脚方向与TO管壳轴向方向平行；

激光器(2)与探测器(3)焊接在TO管座(1)的斜面上，二者并列排布，电极引线由管座斜面经整个TO管座(1)引至管脚，与管脚相连；

不等厚透镜光栅(4)倾斜放置固定，与TO管壳轴向方向夹角为β；

激光器(2)发出光信号，经过不等厚透镜光栅(4)折射，进入光纤连接器(5)中的光纤；外界光由光纤入射进该单光纤双向光收发器件，经过不等厚透镜光栅(4)折射，进入探测器(3)。

2.根据权利要求1所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，所述激光器(2)的光发射面与探测器(3)的光接收面均保持与TO管座(1)斜面平行。

3.根据权利要求1所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，所述TO管座(1)的斜面被拆分为两部分，两部分斜面与TO管壳轴向方向夹角分别为α2和α3，激光器(2)和探测器(3)分别处于两个不同部分的斜面上，配合不等厚透镜光栅(4)的折射率和位置，使激光器(2)出射的波长为λ2的光信号最后以平行TO管壳轴向方向进入光纤连接器(5)，又使波长为λ3的光信号从光纤入射进来后，经过不等厚透镜光栅(4)的折射，垂直照射在探测器(3)上。

4.根据权利要求3所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，所述激光器(2)发射波长为λ2的光信号，光信号入射进不等厚透镜光栅(4)后，由于不等厚透镜光栅(4)对其折射率为n2，当光信号从不等厚透镜光栅(4)出射后，由于不等厚透镜光栅(4)的棱形色散效应，光信号传播方向偏转了一定角度，正好以平行于TO管壳轴向方向进入光纤连接器(5)。

5.根据权利要求3所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，波长为λ3的光信号从光纤入射进来时，其传播方向与TO管壳轴向方向平行，光信号首先入射进不等厚透镜光栅(4)，不等厚透镜光栅(4)对波长为λ3的光信号的折射率为n3，当光信号从不等厚透镜光栅(4)出射后，由于不等厚透镜光栅(4)的棱形色散效应，光信号传播方向偏转了一定角度，正好垂直照射在探测器(3)上。

6.根据权利要求3所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，所述激光器(2)与不等厚透镜光栅(4)之间还加装适用于波长为λ2的光隔离器，只有波长为λ2的光才能入射进不等厚透镜光栅(4)；所述探测器(3)与不等厚透镜光栅(4)之间还加装用于波长为λ3的光隔离器，只有波长为λ3的光才能入射到探测器(2)的表面。

7.根据权利要求1所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，为了改善所述不等厚透镜光栅(4)对光的透射率，在不等厚透镜光栅(4)两面镀上高透膜。

8.根据权利要求1所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，所述TO管壳管脚有八根，包括：一激光器电流偏置管脚、一激光器射频信号输入管脚、一激光器背光探测管脚、一探测器TIA工作电压管脚、一探测器偏置电压管脚、两探测器射频信号输出管脚，以及一激光器和探测器共用接地管脚。

9.根据权利要求8所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，所述激光器(2)包括两射频信号输入管脚，此时TO管壳管脚一共有九根。

10.根据权利要求9所述的单光纤双向光收发器件，其特征在于，当激光器(2)有内建致冷器时，还需加两根管脚，分别为致冷器的正负电压管脚。

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