CN104166184A - 光耦合装置及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及光通信技术领域。本发明实施例提供一种光耦合装置，包括：第一平面光波导、第二平面光波导和光栅耦合器，第一平面光波导的截面尺寸大于第二平面光波导的截面尺寸，光栅耦合器与第二平面光波导的一端相连通，第一平面光波导与光栅耦合器相对应的位置设置一反射端面，反射端面与第一平面光波导的延伸方向之间的夹角为锐角；光从第二平面光波导传输到光栅耦合器后，从光栅耦合器传播到反射端面，并经反射端面反射后形成的出射光耦合到第一平面光波导中并在第一平面光波导中传输。利用本发明实施例提供的技术方案能够降低工艺的复杂度并降低成本。此外，本发明实施例还提供相应的光模块。

Description

光耦合装置及光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光耦合装置及光模块。 

背景技术

光波导(Optical Waveguide)是由光透明介质(如石英玻璃)构成的用于传输光频电磁波的导行结构，平面光波导(PLC，Planar Light wave Circuit)是指光波导位于同一个平面内。参阅附图1a，为现有技术提供的一种光耦合装置。该光耦合装置包括设置在上层基底上的上层平面光波导和设置在下层基底上的下层平面光波导，下层平面光波导的一端与下层光栅耦合器连接，上层平面光波导的一端与上层光栅耦合器连接，上下基底之间通过定为结构固定连接。在该方案中，为实现将下层平面光波导内传输的光要耦合到上层平面光波导中，需将下层平面光波导内传输的光传输到下层光栅耦合器中，经下层光栅耦合器对光的模场大小和传播方向进行调整后，传输到上层光栅耦合器中，同样的，经上层光栅耦合器对光的模场大小和传播方向进行调整后，耦合到上层平面光波导中。这种耦合方式需要使用两个光栅耦合器，要制备一个有效的光栅耦合器，需要受平面光波导的尺寸以及材料的折射率的限制等，制备工艺比较复杂，从而导致该光耦合装置的制备工艺比较复杂，且制备成本较高。 

发明内容

本发明提供一种光耦合装置，用于解决现有技术中存在的光耦合装置的制备工艺比较复杂度，且制备成本较高的技术问题。 

第一方面，本发明实施例提供一种光耦合装置，该包括第一平面光波导、第二平面光波导和光栅耦合器，所述第一平面光波导的截面尺寸大于所述第二平面光波导的截面尺寸， 

所述光栅耦合器与所述第二平面光波导的一端相连通，所述第一平面光波导与所述光栅耦合器相对应的位置设置一反射端面，所述反射端面与所述第一平面光波导的延伸方向之间的夹角大于0°且小于90°；光从所述第二平面光波导传输到所述光栅耦合器后，从所述光栅耦合器传播到所述反射端面，并经所述反射端面反射后形成的出射光的截面和所述第一平面光波导的光模场的截面至少有部分重合，且重合部分的所述出射光的传播方向在所述光模场的传播方向上存在分量，以实现将与所述光模场的截面相重合且在所述光模场的传播方向上存在分量的部分所述出射光耦合到所述第一平面光波导中并在所述第一平面光波导中传输。 

结合第一方面，在第一种可能的实现方式下，所述光栅耦合器的光模场的截面尺寸小于或者等于所述第一平面光波导的光模场的截面尺寸，以使光从所述光栅耦合器传播到所述反射端面，并经所述反射端面反射后形成的出射光的截面和所述第一平面光波导的光模场的截面相重合。 

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式下，所述出射光的传播方向与所述第一平面光波导的光模场的传播方向相同。 

结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式或者第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式下，所述第一平面光波导和所述第二平面光波导的间距大于0且小于200μm。 

结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式或者第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式下，所述光栅耦合器和所述第一平面光波导内对应于所述光栅耦合器的波导段之间存在透光介质。 

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第四种可能的实现方式中任一种实现方式，在第五种可能的实现方式下，所述第一平面光波导的外表面包裹有保护层，且所述第一平面光波导内对应于所述光栅耦合器的波导段的外表面包裹的保护层使用透光材料制成。 

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第五种可能的实现方式中任一种实现方式，在第六种可能的实现方式下，所述反射端面上覆盖有一层镀膜，或者，所述反射端面经过了研磨抛光处理。 

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第六种可能的实现方式中任一种实现方式，在第七种可能的实现方式下，还包括第一基底和第二基底： 

所述第一平面光波导设置在所述第一基底上，所述第二平面光波导设置在所述第二基底上，所述第一基底位于所述第一平面光波导与所述第二平面光波导相背离的一侧，所述第二基底位于所述第二平面光波导与所述第一平面光波导相背离的一侧。 

结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式下，所述第一基底和所述第二基底之间定位连接。 

第二方面，本发明还提供一种光模块，包括电光转换器和如第一方面任一种可能的实现方式所述的光耦合装置，所述电光转换器接收电信号并将所述电信号转换为光信号，所述电光转换器将所述光信号传输给所述光耦合装置。 

可知，本发明实施例提供的光耦合装置，为实现截面尺寸不同的第一平面光波导和第二平面光波导之间的光耦合，使截面尺寸较小的第二平面光波导的一端与光栅耦合器连通，以使第二平面光波导内传输的光经过光栅耦合器后，光模场得以放大同时传播方向得以改变；在截面尺寸较大的第一平面光波导上对应于光栅耦合器的位置设置反射端面，用于使光从光栅耦合器传输到该反射端面处时在该反射端面处发生反射，然后反射光在第一平面光波导内传输，以实现将光从第二平面光波导耦合到第一平面光波导，本发明实施例提供的光耦合装置相对于现有技术提供的光耦合装置来说，降低了制备工艺的复杂度；且本发明实施例提供的光耦合装置采用光栅耦合器和反射端面实现光耦合，相对于现有技术需要同时使用两个光栅耦合器来说，不仅该反射端面的打磨在工艺上比较容易实现，并且该反射端面的打磨相对于制备光栅耦合器来说成本要低的多，也即本发明实施例提供的光耦合装置不仅降低了制备工艺的复杂度，而且降低了成本。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1a为现有技术提供的一种光耦合装置的结构示意图； 

图1b为本发明实施例提供的一种光耦合装置的结构示意图； 

图1c为反射光的截面和第一平面光波导的光模场的截面的结构示意图； 

图2为本发明实施例提供的另一种光耦合装置的结构示意图； 

图3为本发明实施例提供的再一种光耦合装置的结构示意图； 

图4为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

实施例一 

参见附图1b，为本发明实施例提供的一种光耦合装置的结构示意图，该光耦合装置包括第一平面光波导101、第二平面光波导103和光栅耦合器105，其中第一平面光波导101的截面尺寸与第二平面光波导103的截面尺寸大小不等，图1b所示的是，第一平面光波导101的截面尺寸比第二平面光波导103的截面尺寸大。在本发明实施例中，光栅耦合器105与第二平面光波导103的一端相连通，第一平面光波导101内对应于光栅耦合器105的位置设置一反射端面107，该反射端面107与第一平面光波导101的延伸方向之间的夹角大于0°且小于90°。进一步参阅附图1b，可知光在该光耦合装置中的传输线路图，即光从第二平面光波导103传输到光栅耦合器105，然后从光栅耦合器105耦合到第一平面光波导101，以实现在第一平面光波导101中传输。具体的，光从光栅耦合器105耦合到第一平面光波导101，是指光按照图1b所示的沿着与反射端面107呈β夹角的方向进入第一平面光波导101中，然后经该反射端面107反射后，在第一平面光波导101中传输。 

需要说明的是，在第一平面光波导101的截面尺寸不等于第二平面光波导103的截面尺寸时，优选的，光栅耦合器105和截面尺寸较小的平面光波导连通，例如，图1b中，第二平面光波导103的截面尺寸小于第一平面光波导101的截面尺寸，则光栅耦合器105和第二平面光波导103的一端连通，同时在第一平面光波导101 内对应于光栅耦合器105的位置设置反射端面107。这是因为，截面尺寸比较大的平面光波导的反射端面的尺寸会比较大，进而改变光路的能力比较强，则经该反射端面反射后耦合到波导的光就比较多，耦合效率相对于在截面尺寸比较小的平面光波导上设置反射端面要高。应当理解的是，在第一平面光波导101的截面尺寸比第二平面光波导103的截面尺寸小时，光栅耦合器将与第一平面光波导101的一端相连通，而在第二平面光波导103内对应于光栅耦合器105的位置设置一反射端面，同样的，该反射端面与第二平面光波导的延伸方向之间的夹角大于0°且小于90°。需要说明的是，本实施例中，由于第二平面光波导103的截面尺寸小于第一平面光波导101的截面尺寸，所以第二平面光波导103中的光先传输到光栅耦合器105中，经光栅耦合器105改变光的模场大小以与第一平面光波导101的光模场相匹配。 

值得注意的是，影响光从第二平面光波导103到第一平面光波导101的耦合效率的因素有至少有下述两个：一是第二平面光波导103和第一平面光波导101的光模场的匹配度；二是经反射端面反射后形成的出射光的传播方向在第一平面光波导101的光模场的传播方向上的分量大小。优选的，在经反射端面107反射后形成的出射光的传播方向与第一平面光波导101的光模场的传播方向相同的情况下，将光栅耦合器105的光模场设计成与第一平面光波导101的光模场相同，则光从光栅耦合器105传播到反射端面107，并经反射端面107耦合到第一平面光波导101时，出射光的截面尺寸与第一平面光波导101的光模场的截面尺寸重合面积就越大，耦合效率就越高。对于影响光从第二平面光波导103到第一平面光波导101的耦合效率的第二个因素，需要通过控制光从光栅耦合器105传播到反射端面107时，光与反射端面107的夹角来实现，具体可以通过设计光与反射端面107的夹角来实现反射光的传播方向在第一平面光波导101的光模场的传播方向上的分量最大化。其中，光栅耦合器是一种能够改变平面光波导输出的光模场的大小及方向的光学装置。也即，本实施例中，光从第二平面光波导103耦合到第一平面光波导101是依靠光栅耦合器105和反射端面107共同改变光的传播方向以及光栅耦合器105改变光的模场以提高耦合效率实现的。 

具体的，所述经所述反射端面反射后形成的出射光的截面和所述第一平面光波导的光模场的截面至少有部分重合，且重合部分的所述出射光的传播方向在所述光模场的传播方向上存在分量，可通过参见附图1c进行理解。参见附图1c, 为本发明实施例提供的反射光和第一平面光波导的光模场的结构示意图，304为反射光光束的截面，305指示了反射光光束的传播方向；302为第一平面光波导的光模场，301为第一平面光波导的光模场的截面，306是指了该光模场的传输方向。303为反射光光束的截面304和第一平面光波导的光模场的截面301的重合部分，σ为反射光光束的传播方向305和第一平面光波导的光模场的传输方向306的夹角，sinσ为反射光光束的传播方向305在第一平面光波导的光模场的传输方向306上的分量。在附图1c所示的实施例中，反射光光束在第一平面光波导的光模场302上传输的分量为：反射光光束的截面304和第一平面光波导的光模场的截面301的重合部分303与sinσ的乘积。 

进一步的，在本发明实施例中，第一平面光波导101和第二平面光波导103可以是互相平行的，也可以不是互相平行的，但第一平面光波导101和第二平面光波导103之间的间距需要限制在大于0且小于200um的范围内。 

应当知道的是，本发明中使用可以是均匀光栅耦合器、变迹光栅耦合器、聚焦光栅耦合器等任何能够改变光模场的大小及方向的光栅耦合器。 

需要说明的是，光栅耦合器105和第一平面光波导101内对应于光栅耦合器105的波导段之间存在透光介质，该透明介质是指允许特定波长的光至少部分穿透的介质，可以空气、透光胶等允许光穿透的介质。 

进一步的，第一平面光波导101的外表面可以包裹有保护层，值得注意的是，第一平面光波导101内对应于光栅耦合器105的波导段的外表面包裹的保护层使用透明材料制成，以便于光从光栅耦合器105顺利的传播到反射端面107上。当然，第一平面光波导101内不对应于光栅耦合器105的波导段的外表面包裹的保护层可以使用透明材料制成，也可以使用不透明材料制成，本发明对此不做限制性规定的。进一步的，第二平面光波导103的外表面也可以包裹有保护层，该保护层可以使用透光材料制成，也可以使用不透明材料制成，本发明对此也不做限制性规定的。 

进一步的，反射端面107可以通过碾磨抛光的方式提高反射效率，也可以在反射端面107的外表面上增加一层镀膜，以提高反射效率。 

可知，本发明实施例提供的光耦合装置，对于第一平面光波导和第二平面光波导之间进行光耦合且第一平面光波导的截面尺寸大于第二平面光波导的截面尺寸的情形，通过在第二平面光波导上设置光栅耦合器，以增大在该第二平面 光波导上传输的光的模场；同时，在第一平面光波导上对应于光栅耦合器的位置设置反射端面，用于使光从光栅耦合器传输到该反射端面处时在该反射端面处发生反射，然后反射光在第一平面光波导内传输，以实现将光从第二平面光波导耦合到第一平面光波导，本发明实施例提供的光耦合装置相对于现有技术提供的光耦合装置来说，降低了制备工艺的复杂度；且本发明实施例提供的光耦合装置采用一个光栅耦合器和一个反射端面实现光耦合，相对于现有技术需要同时使用两个光栅耦合器来说，不仅该反射端面的打磨在工艺上比较容易实现，并且该反射端面的打磨相对于制备光栅耦合器来说成本要低的多，也即本发明实施例提供的光耦合装置不仅降低了制备工艺的复杂度，而且降低了成本。在本发明的另一实施例中，参阅附图2，所述光耦合装置还包括第一基底212和第二基底216，所述第一基底212用于承载所述第一平面光波导211，所述第二基底216用于承载所述第二平面光波导213，所述第一平面光波导211与所述第二平面光波导213相对设置，所述第一基底212位于所述第一平面光波导211与所述第二平面光波导213相背离的侧面上，所述第二基底216位于所述第二平面光波导213与所述第一平面光波导211相背离的侧面上。进一步的，参阅附图2，第一平面光波导211所在的第一基底212和第二平面光波导213所在的第一基底216之间通过定位结构214定位连接。具体的，可以通过下述方法中的任一种方法实现：第一、第一基底212上面可以设置至少一个导销，第二基底216上设有与所述至少一个导销相配合的销孔，第一基底212和第二基底216之间通过对应的导销和销孔之间的导向实现对位。应当知道的是，也可以在第二基底216上设置导销，在第一基底212上设置销孔，其效果是一样的。第二、第一基底212上蚀刻至少一个凹槽，第二基底216上设有与所述至少一个凹槽相配合的凸台，第一基底212和第二基底216之间通过对应的凹槽和凸台实现定位连接。应当知道的是，也可以在第二基底216上蚀刻凹槽，在第一基底212上设置凸台，其效果是一样的。第三，第一平面光波导211所在的第一基底212和第二平面光波导213所在的第二基底216之间可以胶接固定，优选的，使用透光胶实现第一基底212和第二基底216之间的胶接固定。需要说明的是，任意能够实现第一基底212和第二基底216之间定位连接的方法都在本发明的保护范围内，不限于上述列举的三种方案。 

通过在承载第一平面光波导的第一基底和承载第二平面光波导的第二基底之间设置定位结构，可以保证第一平面光波导和第二平面光波导之间的间距不随 意发生变化，进而保证第一平面光波导和第二平面光波导之间的光耦合不会因为间距的改变而发生波动。 

实施例二 

参阅附图3，为本发明的另一个实施例，光在第一平面光波导311中朝着反射端面315的方向传输，经过反射端面315反射后，反射光传输到光栅耦合器317，经光栅耦合器317改变其传播方向和光模场后，从光栅耦合器317传递到第二平面光波导313中并在第二平面光波导313中传输，从而实现将光从第一平面光波导311耦合到第二平面光波导313。 

应当理解的是，该实施例和前述实施例一的区别仅在于光的传输线路不同，实施例一光的传输线路是从第二平面光波导到光栅耦合器，再到第一平面光波导；本实施例中，光的传输线路是从第一平面光波导到光栅耦合器，再到第二平面光波导；不管是前述实施例一还是本实施例，使用的光耦合装置是相同的，所以，使用于前述实施例一的光耦合装置的特征同样适用于本实施例，此处不再赘述。 

实施例三 

进一步的，参阅附图4，为本发明实施例提供的一种光模块40，该光模块40包括电光转换器41和前述实施例所述的光耦合装置42，当然，该光模块还可以包括其他光电子器件、功能电路以及光接口等，应当理解的是，光模块40和现有的光模块的区别主要在于光耦合装置42。 

具体的，电光转换器41用于将接收到的电信号转换成光信号，并将光信号传输给光耦合装置42。光耦合装置42进一步用于将光信号进行耦合，再将耦合信号通过光纤传递出去。 

结合实施例一和二可知，由于本发明实施例使用的光耦合装置制备工艺简单且成本低，所以，相应的，本发明实施例提供的光模块相对于现有的光模块来说，在一定程度降低了制备工艺的复杂度，降低了成本。 

其中上述实施例之间可以相互参见。 

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。 

Claims (10)

1.一种光耦合装置，其特征在于，包括第一平面光波导、第二平面光波导和光栅耦合器，所述第一平面光波导的截面尺寸大于所述第二平面光波导的截面尺寸，

所述光栅耦合器与所述第二平面光波导的一端相连通，所述第一平面光波导与所述光栅耦合器相对应的位置设置一反射端面，所述反射端面与所述第一平面光波导的延伸方向之间的夹角大于0°且小于90°；

光从所述第二平面光波导传输到所述光栅耦合器后，从所述光栅耦合器传播到所述反射端面，并经所述反射端面反射后形成的出射光的截面和所述第一平面光波导的光模场的截面至少有部分重合，且重合部分的所述出射光的传播方向在所述光模场的传播方向上存在分量，以实现将与所述光模场的截面相重合且在所述光模场的传播方向上存在分量的部分所述出射光耦合到所述第一平面光波导中并在所述第一平面光波导中传输。

2.根据权利要求1所述的光耦合装置，其特征在于：

所述光栅耦合器的光模场的截面尺寸小于或者等于所述第一平面光波导的光模场的截面尺寸，以使光从所述光栅耦合器传播到所述反射端面，并经所述反射端面反射后形成的出射光的截面和所述第一平面光波导的光模场的截面相重合。

3.根据权利要求2所述的光耦合装置，其特征在于：

所述出射光的传播方向与所述第一平面光波导的光模场的传播方向相同。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光耦合装置，其特征在于：

所述第一平面光波导和所述第二平面光波导的间距大于0且小于200μm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的光耦合装置，其特征在于：

所述光栅耦合器和所述第一平面光波导内对应于所述光栅耦合器的波导段之间存在透光介质。

6.根据权利要求1至5任一项所述的光互联装置，其特征在于：

所述第一平面光波导的外表面包裹有保护层，且所述第一平面光波导内对应于所述光栅耦合器的波导段的外表面包裹的保护层使用透光材料制成。

7.根据权利要求1至6任一项所述的光耦合装置，其特征在于：

所述反射端面上覆盖有一层镀膜，或者，所述反射端面经过了研磨抛光处理。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光耦合装置，其特征在于，还包括第一基底和第二基底：

所述第一平面光波导设置在所述第一基底上，所述第二平面光波导设置在所述第二基底上，所述第一基底位于所述第一平面光波导与所述第二平面光波导相背离的一侧，所述第二基底位于所述第二平面光波导与所述第一平面光波导相背离的一侧。

9.根据权利要求8所述的光耦合装置，其特征在于：

所述第一基底和所述第二基底之间定位连接。

10.一种光模块，其特征在于，包括电光转换器和如权利要求1至9任一项所述的光耦合装置，所述电光转换器接收电信号并将所述电信号转换为光信号，所述电光转换器将所述光信号传输给所述光耦合装置。