CN104126139B - 使用干涉滤光片的光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用干涉滤光片的光模块，沿光轴(5)的方向，在干涉滤光片(3)的前方及后方分别设有第1及第2准直透镜(51、52)，从前方输入光Lin，则会从后方输出特定波长范围的光Lout。干涉滤光片相对光轴倾斜地设置在前后两端设有开口的中空筒状滤光片箱(2a)内。滤光片箱具有滤光片收纳部(21)，以及分别从前方和后方的开口(24、25)保持该开口的形状延伸到滤光片收纳部的管状的第1及第2光通道部(22、23)。第1及第2准直透镜分别与滤光片箱前后的开口相对设置。从前方观察时，相对于第1准直透镜的表观直径φ2，前方的第1光通道部的开口的口径φ1缩小。据此，该光模块可以抑制返回光。

Description

使用干涉滤光片的光模块

技术领域

本发明涉及一种使用干涉滤光片的光模块，具体涉及抑制这种光模块中漫射光的技术。

背景技术

干涉滤光片包括玻璃基板以及在其上形成的电介质薄膜，可以透过特定波长范围的光，反射其他波长的光。这种干涉滤光片用于诸如构成光通讯系统的光模块，以便分离光通讯所需要的波长范围的光和其他波长的光(噪音)。图1A和图1B表示了使用干涉滤光片3的光模块1的结构。图1A是用包含光轴5的剖面将光模块1剖开的剖面图。图1B是图1A所示圆内部分的放大图。在光模块1中，由套管(61、62)支持的2条光纤(41、42)以开口端(43、44)相向的方式设置在光轴5上，相向的开口端(43、44)之间形成光路。从一侧的光纤41射入光(输入光)Lin，就会在另一侧的光纤42射出输出光Lout。

如果将光轴5的延伸方向设为前后方向，干涉滤光片3被设置在光纤(41、42)的开口端(43、44)之间，位于前后方向的中央附近。在干涉滤光片3的前后分别设有准直透镜(51、52)。此外，图示的光模块1具有在收纳干涉滤光片3的滤光片箱2的前后分别连接准直器(33、34)的结构。准直器(33、34)是在镜筒(31、32)内收纳支持有光纤(41、42)的套管(61、62)以及准直透镜(51、52)而构成。

以下结合图1A和图1B对光模块1的工作过程加以说明。为了便于识别从输入侧光纤41射向干涉滤光片3的光路(往路)和从干涉滤光片3射向输入侧光纤41的光路(归路)，在图中只表示出相对于光轴5对称存在的光路的一方。在光模块1中，从光源向输入侧(前方)光纤41射入的输入光Lin将在光纤41的开口端(后端)43射出，该射出光经过准直透镜51形成平行的入射光L1射入干涉滤光片3。干涉滤光片3只允许入射光L1中特定波长范围的光通过到后方。透射光L2通过后方的准直透镜52与输出侧(后方)的光纤42的开口端(前端)44相结合。而没有通过干涉滤光片3的反射光L3被反射。如此例所示，从光的输入侧到输出侧的光路是在一条直线上，在这种光模块1中，为了防止由干涉滤光片3反射的反射光L3直接入射到输入侧的准直透镜51并与输入侧的光纤41相结合，将干涉滤光片3的入射面法线4相对光轴5倾斜约2°～5°，以便使滤光片箱2的内壁能够吸收干涉滤光片3的反射光L3。

但是，由干涉滤光片3反射的反射光L3尽管被反射到滤光片箱2的内壁，却不能完全被滤光片箱2的内壁所吸收，其中一部分则被滤光片箱2的内壁反射。而且，由于滤光片箱2的内壁不是镜面，反射光L3在滤光片箱2的内壁不是被镜面反射，而是如图所示被漫射。漫射光L4在滤光片箱2的内壁进一步被反射和漫射，从而形成所谓“迷光”。迷光在滤光片箱2的内壁的漫射过程中，其能量的大部分被吸收变成热，最终消失。但是，反射光L3最初被滤光片箱2的内壁漫射所形成的漫射光L4的部分漫射光L5，有时正好逆着反射光L3的光路返回。这时，漫射光L5会沿着从输入侧光纤41射出的入射光L1到达干涉滤光片3的光路逆行，成为与输入侧光纤41重新结合的“返回光”L6。

返回光L6可能沿着光纤41到达光源。在光通讯中，作为光源通常使用半导体激光元件，如果返回光入射到半导体激光元件的发光部，就会导致半导体激光振荡特性的变化，造成输出不稳定，光通讯质量下降。评价这种质量下降的指标就是众所周知的反射衰减量，有关其测量方法在如下的非专利文献1等文献中有记载。

另外，有关防止光模块中迷光的措施，在下述的专利文献1～3中有记载。专利文献1所记载的发明是为了防止由干涉滤光片反射的光的一部分入射到输出侧的光接收元件导致串扰，在滤光片箱内开设了具有比干涉滤光片的反射光扩展范围更大的开口，但其内部口径随着深度逐渐变小的锥孔，使反射光反射到锥孔的内壁，以免反射光到达光接收元件。而在专利文献2和3中所记载的光模块是在滤光片箱的内壁使用了可以吸收迷光的材料。

<现有技术文献>

<专利文献1>日本专利公报特开2007-57859号

<专利文献2>日本专利公报特开2009-20540号

<专利文献3>日本专利公报特开2007-17903号

<非专利文献1>安捷伦科技有限公司网页“安捷伦81610A系列·使用了反射衰减模块的反射衰减测量”

<URL：http：//www.home.agilent.com/upload/cmc_upload/All/5988-3435JA.pdf？&cc＝JP&lc＝jpn>

但是，专利文献1～3所记载的光模块中所采取的防止迷光的措施，是在收纳干涉滤光片的滤光片箱的内壁涂覆吸光材料膜或者开设锥孔等，进行某种加工，从而导致制造成本的增加。另外，如果滤光片箱是用注塑成型等方法一体成型时，在滤光片箱的内壁涂覆吸光材料或开设锥孔等加工本身都将变得很复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是以较低的价格提供一种使用干涉滤光片的光模块，该光模块难以发生返回光。

为解决所述技术问题，本发明所提供一种使用干涉滤光片的光模块，以光轴的延伸方向为前后方向，在所述干涉滤光片的前方及后方分别设有第1准直透镜和第2准直透镜，

其特征在于：

沿所述光轴从前方输入光，则会从后方输出特定波长范围的光，

所述干涉滤光片相对所述光轴倾斜地设置在前后两端设有开口的中空筒状滤光片箱内，

所述滤光片箱具有：收纳所述干涉滤光片的滤光片收纳部；从前方的所述开口保持该开口的形状向后延伸到所述滤光片收纳部的管状的第1光通道部；以及从后方的所述开口保持该开口的形状向前延伸到所述滤光片收纳部的管状的第2光通道部，

所述第1准直透镜以及所述第2准直透镜分别与所述滤光片箱的前方及后方的所述开口相对设置，

从前方观察时，前方的所述第1光通道部的所述开口的口径，相对于所述第1准直透镜的表观直径缩小。

另外，本发明的使用干涉滤光片的光模块，还可以具有如下特征：从后方观察时，后方的所述第2光通道部的所述开口的口径，相对于所述第2准直透镜的表观直径缩小，沿所述光轴从后方输入光，则会从前方输出特定波长范围的光。

还可以将所述滤光片收纳部制成可以使干涉滤光片对输入光的反射方向朝向所述光通道部的内部的形状。

本发明的范围还包括具有以下特征的使用干涉滤光片的光模块，在所述滤光片箱的前端和后端分别连接有第1光纤准直器和第2光纤准直器，所述第1光纤准直器包括由套管支持的光纤及所述第1准直透镜，所述第2光纤准直器包括由套管支持的第2光纤及所述第2准直透镜。优选所述套管由透明玻璃形成。

本发明能够以较低的价格提供一种使用干涉滤光片的光模块，该光模块难以发生返回光。

附图说明

图1A是表示光模块的结构及其工作状态的示意图。

图1B是表示光模块的结构及其工作状态的示意图。

图2A是表示本发明实施例的光模块的结构及其工作状态的示意图。

图2B是表示本发明实施例的光模块的结构及其工作状态的示意图。

图3是表示上述实施例的光模块的其他工作状态的示意图。

图4是表示对比例的光模块的结构及其工作状态的示意图。

图5A表示光模块的反射衰减量特性。

图5B表示光模块的反射衰减量特性。

图6是表示上述实施例的光模块的干涉滤光片倾斜角与工作状态关系的示意图。

图7是表示本发明其他实施例的光模块的结构及其工作状态的示意图。

<附图中的标记>

1、1a～1d光模块；2、2a、2d滤光片箱；3干涉滤光片；4滤光片法线；5光轴；21滤光片收纳部；22、23光通道部；24、25开口；26光通道部内壁；27收纳部内壁；31、32准直器；33、34镜筒；41、42光纤；51、52准直透镜；61、62套管；101、102反射衰减量特性；103、104反射衰减量特性；L1入射光；L2透射光；L3反射光；L4、L5、L7、L8、L9漫射光；L6返回光；θ倾斜角；φ1光通道口径；φ2透镜表观直径。

具体实施方式

＝＝＝光模块的结构及其基本工作原理＝＝＝

图2A及图2B表示本发明一实施例的光模块1a的结构。图2A是用包含光轴5的剖面将光模块1a剖开的剖面图。图2B是图2A所示圆内部分的放大图。实施例的光模块1a与图1A及图1B所示的光模块1一样，由套管(61、62)支持的2条光纤(41、42)以开口端(43、44)相向的方式设置在光轴5上，相向的开口端(43、44)之间形成光路。从一侧的光纤41射入光(输入光)Lin，就会在另一侧的光纤42射出输出光Lout。为了便于认清光路的往路和归路，在图中只表示出相对于光轴5一方的光路。

如果将光轴5的延伸方向设为前后方向，光模块1a的基本结构为，干涉滤光片3设置在前后光纤(41、42)的开口端(43、44)之间，位于前后方向的中央附近，而在干涉滤光片3的前后分别设有准直透镜(51、52)。实施例的光模块1a具有在收纳干涉滤光片3的滤光片箱2a的前后分别连接准直器(33、34)的结构。准直器(33、34)是在镜筒(31、32)内收纳支持有光纤(41、42)的套管(61、62)以及准直透镜(51、52)而构成。以上所说明的组成、结构以及工作原理与图1A和图1B所示的现有技术的例子相同。但是，本实施例的光模块1a在收纳干涉滤光片3的滤光片箱2a的结构上，以及在滤光片箱2a的内部结构与准直透镜(51、52)的透镜表观直径φ2的尺寸关系上有其特征，可以防止发生起因于迷光的返回光。下面对本实施例的光模块1a的组成和结构作具体的说明。

滤光片箱2a外观为筒状，在该筒的两端具有圆形的开口(24、25)，其内部中空使两端的开口(24、25)连接。该中空部由收纳干涉滤光片3的空间滤光片收纳部21，以及从该滤光片收纳部21分别连接到前后开口(24、25)的光通道部(22、23)构成。光通道部(22、23)具有圆形的剖面，并保持该圆形剖面的直径φ1直至开口(24、25)。另外，在这个实施例中，滤光片收纳部21为直径比光通道部(22、23)的直径大的圆筒状。

滤光片箱2a的前后连接有准直器(31、32)。准直器(31、32)在中空圆筒状的镜筒(33、34)内装有准直透镜(51、52)。位于前后的镜筒(33、34)在其前后两端具有圆形的开口，分别在与滤光片箱2a相连的一侧的开口附近设置了准直透镜(51、52)。准直透镜(51、52)的直径φ2与镜筒(33、34)的开口直径基本相同，该开口直径便成为准直透镜的表观直径φ2。在镜筒(33、34)的另一侧开口，即相对于滤光片箱2a处于外侧的开口插有支持光纤(41、42)的套管(61、62)。从光模块1a的前后两端观察时，相对于准直透镜(51、52)的表观直径φ2，滤光片箱2a的光通道部(22、23)的开口(24、25)的口径缩小。这不是说滤光片箱2a的开口口径φ1单纯地小于准直透镜(51、52)的表观直径φ2，而是从前后两端观察准直透镜(51、52)时，滤光片箱2a的开口(24、25)的范围包含在准直透镜(51、52)的范围内。下面对具有上述组成和结构的光模块1a的工作原理以及在光模块1a上采取的防止迷光的措施加以说明。

＝＝＝防止迷光的措施＝＝＝

如上所述，本实施例的光模块1a具有如下特征，即在沿光轴5的光路上，光通道部(22、23)的开口的口径φ1相对于准直透镜(51、52)的表观直径φ2缩小。图2B和图3简略地表示了本实施例的光模块1a的工作状态。本实施例的光模块1a具有可逆性，从前后的某一方输入光，就会从另一方输出光。在下面的叙述中，将基于干涉滤光片3前方的光路说明光模块1a的工作原理以及防止迷光的措施。

如图2B所示，首先考虑一下由前方入射到干涉滤光片3的入射光L1中所包含的特定波长范围的光被干涉滤光片3反射时，形成的反射光L3在前方的光通道部22的内壁26发生漫射的情况。这时，反射光L3的行进方向在前后方向的分量是朝向前方，而光通道部22的内壁26是沿前后方向延伸的。因此，在该光通道部内壁26发生的漫射光L4在前后方向的分量几乎都是朝向前方。即几乎没有返回干涉滤光片3的朝向后方的分量，所以不会有部分漫射光L3被干涉滤光片3再次反射到前方的现象。可以说在光通道部22发生的漫射光L4中几乎没有沿反射光L3的光路逆向返回的光。由于光通道部22的口径φ1相对于准直透镜51的表观直径φ2缩小，漫射光L4不会被镜筒33的后端面35反射。所以不论通过哪个途径都不会存在沿反射光L3的光路逆向返回的光。本实施例的光模块1a不发生返回光(图1A、图1B中的L6)。

干涉滤光片3的法线4与光轴5的夹角(倾斜角)θ一般约2°～5°，干涉滤光片3的光入射面接近垂直于光轴5。如图3所示，当干涉滤光片3的倾斜角θ较小时，被干涉滤光片3反射的反射光L3有可能不是在光通道部22的内壁26发生漫射，而是从光通道部22的开口24向前方直接射出。这时，从光通道部22的开口24向前方直接射出的光将入射到准直透镜51。但是，由于入射到准直透镜51的干涉滤光片3的反射光L3相对于光轴5倾斜较大的角度α，反射光L3将入射到准直透镜51的外周附近。因此，即使反射光L3被准直透镜51折射，折射后也不会与光纤41的开口端43相结合。所以不会发生返回光。

另外，作为本实施例的一个比较例，图4示出了一种光模块1b，其准直透镜51的表观直径φ2相对于光通道部22的口径φ1缩小。反射光L3射到光通道部22的内壁26发生漫射，漫射光L4的一部分L7射到镜筒33的后端面35发生漫射。在镜筒33的后端面35发生的漫射光L8的一部分L9有可能沿着干涉滤光片3的反射光L3的光路逆向返回。即有可能发生返回光L6。

在比较例的光模块1b中，当进一步减小干涉滤光片3的倾斜角θ，使反射光L3直接入射到准直透镜51时，如同光模块1，由于干涉滤光片3的反射光L3入射到准直透镜51的中心附近，反射光L3直接与光纤41结合的可能性较大。＝＝＝反射衰减特性＝＝＝

以上说明了本实施例的光模块1a中防止迷光的措施以及在该措施下能够防止返回光发生的原理。以下说明对本实施例的光模块1a及图1A和图1B所示的光模块1的反射衰减量进行测量的结果。反射衰减量是指实际向光纤(41、42)输入的入射光强度与返回到该输入端的返回光强度的比。

图5A表示图1A和图1B所示光模块1的反射衰减量与波长的相关性。图5B表示图2A、图2B及图3所示本实施例光模块1a的反射衰减量与波长的相关性。光模块1及光模块1a都具有可逆性，不论从前后的某一侧输入光，都会有特定波长范围的光透过干涉滤光片3从另一侧射出。在图5A及图5B中，对从前方输入光时的反射衰减量特性标有“输入侧”，对从后方输入光时的反射衰减量特性标有“输出侧”。

如图5A所示，光模块1的输入侧特性101与波长有较大的相关性，反射衰减量随波长发生较大的变化。而且，反射衰减量在透射波长范围的几乎全范围处于较小的40db～50db。而输出侧特性102虽看不出较大的波长相关性，但反射衰减量都在40db附近，可见有较强的返回光发生。输入侧与输出侧的特性(101、102)不对称，其原因可能是由于干涉滤光片3是在玻璃基板的单面形成电介质的干涉膜而制成，所以光从玻璃基板一侧入射时与从干涉膜一侧入射时的反射特性出现了不对称，也可能是由于连接相向的光纤(41、42)的开口端(43、44)的直线偏离的光轴5。不论如何，都没能得到较大的反射衰减量。假设输入侧和输出侧的特性(101、102)对称，也只能得到将输入侧和输出侧进行平均的特性，不会得到大的反射衰减量，而且存在较大的波长相关性。所以，对于光模块1需要在光源到干涉滤光片3之间的光路上设置其他光学部件(光隔离器)，以防止返回光到达光源。因此，从包括光模块1的光通讯系统整体来看，降低成本很难。

如图5B所示，本实施例的光模块1a的输入侧与输出侧双方的特性(103、104)在测量波长范围内具有50db以上的反射衰减量，最大可达60db。测量光强度的装置(光功率计)有测量极限，根据该测量极限所能得到的反射衰减量的上限约为60db。所以，基于图5B所示的特性(103、104)，可以说本实施例的光模块1a的返回光强度低于测量极限，近乎完全防止了返回光的发生。而且波长相关性小，输入侧与输出侧的特性(103、104)几乎对称。

＝＝＝其他实施例＝＝＝

<关于光模块的结构>

上述实施例中的光模块1a具有将内装有套管(61、62)和准直透镜(51、52)的准直器(31、32)连接到滤光片箱2a的结构。但是本发明的光模块的结构不限于此，将准直透镜(51、52)与滤光片箱的光通道部(22、23)的开口(24、25)相对设置即可。例如，将前后两个准直透镜(51、52)与滤光片箱2a固定在光学实验台上构成光模块也可以。

<关于可逆性>

上述实施例中的光模块1a具有可逆性，不论从前后的哪一侧都可以输入光，不论从前后的哪一方观察，相对于准直透镜(51、52)的表观直径φ2，光通道部(22、23)的开口的口径φ1都是缩小的。不言而喻，也可以将前后的某一方规定为输入方，至少从该输入方观察光模块1a时，相对于准直透镜(51或52)的表观直径φ2，光通道部(22或23)的开口口径φ1缩小即可。

<关于滤光片收纳部的形状>

上述实施例的光模块1a的滤光片收纳部21是圆筒状。但是，如图6所示的光模块1c，当干涉滤光片3的法线4与光轴的5的夹角θ较大时，干涉滤光片3的反射光L3有可能在滤光片收纳部21的内壁27漫射，而漫射光L4的部分漫射光L5可能反射到干涉滤光片3成为返回光L6。因此，如图7所示的光模块1d，可以根据干涉滤光片3的设置角度，改变滤光片箱2d内的滤光片收纳部21d的形状，以便保证反射光L3进入到光通道部22的内部。图中所示的例子是将滤光片收纳部21d的形状变成了前后方向为短轴的椭圆体状。众所周知，如果干涉滤光片3的法线4与光轴5的夹角θ过大，入射光L1入射干涉滤光片3的干涉膜的角度就大，这会使特性变坏。为此干涉滤光片通常设置成接近与光轴5垂直的角度。所以可以说，考虑起因于干涉滤光片3设置角度大而发生的返回光的必要性不大。

<关于套管的材料>

上述实施例的光模块1a几乎可以完全去除起因于干涉滤光片3的反射光L3的返回光。但是，尽管从光纤(41、42)射出的光是定向性很高的激光光线，也有微小的发散。在光纤(41、42)的开口端附近，发散的光可能射到套管(61、62)。很多套管(61、62)是由氧化锆等白色的、可以漫射光的材料制成。所以射到套管(61、62)的光可能发生漫射，一部分漫射光可能成为返回光。因此，如果将透明的玻璃作为套管(61、62)的材料，就可以抑制起因于套管(61、62)光漫射的返回光，期待得到更高的反射衰减量。

<实用性>

本发明可以利用于光通讯技术。

Claims (4)

1.一种使用干涉滤光片的光模块，以光轴的延伸方向为前后方向，在所述干涉滤光片的前方及后方分别设有第1准直透镜和第2准直透镜，

其特征在于：

沿所述光轴从前方输入光，则会从后方输出特定波长范围的光，

所述干涉滤光片相对所述光轴倾斜地设置在前后两端设有开口的中空筒状滤光片箱内，

所述滤光片箱具有：收纳所述干涉滤光片的滤光片收纳部；从前方的所述开口保持该开口的形状向后延伸到所述滤光片收纳部的管状的第1光通道部；以及从后方的所述开口保持该开口的形状向前延伸到所述滤光片收纳部的管状的第2光通道部，

所述第1准直透镜以及所述第2准直透镜分别与所述滤光片箱的前方及后方的所述开口相对设置，

从前方观察时，前方的所述第1光通道部的所述开口的口径，相对于所述第1准直透镜的表观直径缩小，

所述滤光片收纳部制成可以使干涉滤光片对输入光的反射方向朝向所述光通道部的内部的形状。

2.根据权利要求1所述的使用干涉滤光片的光模块，

其特征在于：

从后方观察时，后方的所述第2光通道部的所述开口的口径，相对于所述第2准直透镜的表观直径缩小，

沿所述光轴从后方输入光，则会从前方输出特定波长范围的光。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的使用干涉滤光片的光模块，

其特征在于：

在所述滤光片箱的前端和后端分别连接有第1光纤准直器和第2光纤准直器，所述第1光纤准直器包括由套管支持的光纤及所述第1准直透镜，所述第2光纤准直器包括由套管支持的第2光纤及所述第2准直透镜。

4.根据权利要求3所述的使用干涉滤光片的光模块，

其特征在于：所述套管由透明玻璃制成。