CN104730655B - 一种光学器件及收发一体光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学器件及收发一体光器件，主要包括分光面以及相对设置并且相互平行的第一面和第二面；所述分光面分别与所述第一面和所述第二面相交，且所述分光面与所述第一面的夹角不等于90度；所述分光面与所述第一面之间的介质和所述分光面与所述第二面之间的介质相同，且所述介质由透光型材料组成。采用上述方法，可以用以解决现有技术中的两侧边缘光线的聚焦点无法与中轴光线汇聚到一点，使得聚焦光斑发生形成，影响光信号耦合效率的问题。

Description

一种光学器件及收发一体光器件
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，更具体的涉及一种光学器件及收发一体光器件。
背景技术
在光纤通信系统中，目前所应用光器件，其光路滤光部分均采用波片方式设计，如图1所示，该光器件包括激光发射器11、第一波片12、探测器13、第二波片14和光纤适配器15。其中，激光发射器11发射端的中心轴16-1和光纤适配器15接收端的中心轴16-2相互平行，但是不重合。第一波片12设置在激光发射器11和光纤适配器15之间，且第一波片12与激光发射器11的发射端和光纤适配器15的接收端呈现一定的夹角。与探测器13接收端平行设置的第二波片14为滤波片，对来自于光纤适配器15且被第一波片12反射的光信号进行滤波，来自光纤适配器15的光信号通过第二波片14之后，部分通过探测器13的接收端进入到探测器13中。
如图2所示，激光发射器发射的光信号包括中轴光线21、边缘光线22和边缘光线23，其中，边缘光线22和边缘光线23相对于中轴光线21相互对称。由于激光发射器发射的光信号的光路与波片24的光轴24-1的夹角呈45度，所以当光信号中的中轴光线21相对于波片24呈45度入射的时候，会造成边缘光线22和边缘光线23的相对于波片24的光轴24-1分别具有不同的入射角，其中，边缘光线22相对于波片24的光轴24-1的入射角为θ1，边缘光线23相对于波片24的光轴24-1的入射角度θ2，且θ1≠θ2。
根据光的折射定律，由于中轴光线21、边缘光线22和边缘光线23相对于波片24的光轴24-1的入射角分别为45度、θ1和θ2，且波片24具有相同的折射率，所以当中轴光线21、边缘光线22和边缘光线23从波片24射出之后，分别会产生不同的折射角，其中，边缘光线22通过波片24之后的折射角最大，边缘光线23通过波片24之后的折射角最小，而中轴光线21通过波片24之后的折射角介于边缘光线22通过波片24之后的折射角和边缘光线23通过波片24之后的折射角之间。由于边缘光线22通过波片24之后的折射角和边缘光线23通过波片24之后的折射角不同，所以边缘光线22通过波片24的光线与边缘光线23通过波片24之后的光线与中轴光线21通过波片24之后的光线不对称，因此，中轴光线21、边缘光线22和边缘光线23在在光纤适配器的接收端的聚焦点无法汇聚到中心光轴的同一点上，图2中25所示的即为产生错位的聚焦点。
现有技术中，光束通过设置在激光发射器和光纤适配器之间的波片后，在形成汇聚光斑的时候，由于中轴光线两侧的边缘光线通过波片之后，具有不同折射角，导致两侧边缘光线的聚焦点无法与中轴光线汇聚到一点，使得聚焦光斑发生形成，从而影响了光信号耦合效率。
发明内容
本发明实施例提供一种光学器件及收发一体光器件，用以解决现有技术中的两侧边缘光线的聚焦点无法与中轴光线汇聚到一点，使得聚焦光斑发生形成，影响光信号耦合效率的问题。
本发明实施例提供一种光学器件，包括分光面以及相对设置并且相互平行的第一面和第二面；
所述分光面分别与所述第一面和所述第二面相交，且所述分光面与所述第一面的夹角不等于90度；
所述分光面与所述第一面之间的介质和所述分光面与所述第二面之间的介质相同，且所述介质由透光型材料组成。
本发明实施例还提供一种收发一体光器件，包括上述光学器件，激光发射器、适配器；
所述光学器件位于所述激光发射器和上述适配器之间；
所述激光发射器的发射端和所述适配器的接收端分别垂直于所述光学器件的第一面和第二面。
本发明实施例提供一种光学器件，包括分光面以及相对设置并且相互平行的第一面和第二面；所述分光面分别与所述第一面和所述第二面相交，且所述分光面与所述第一面的夹角不等于90度；所述分光面与所述第一面之间的介质和所述分光面与所述第二面之间的介质相同，且所述介质由透光型材料组成。上述实施例中，当第一束光从光学器件的第一面入射到光学器件的分光面，该分光面对第一束光进行透射并从光学器件的第二面射出；若第二束光从光学器件的第二面入射到光学器件的分光面，分光器的分光面对第二束光进行反射，并器改变第二束光的传输光路。由于光学器件的第一面和第二面相对设置，并且相互平行，若第一束光的光轴与光学器件的第一面相互垂直，且光学器件的分光面对第一束光进行透射，则第一束光可以从光学器件的第二面射出，并且不改变第一束光的传输光路；相应地，与第一束光相互对称的两束边缘光入射到光学器件的第一面时，会有相同的入射角，当两束边缘光线进入光学器件之后，由于具有相同的入射角，且光学器件是由介质相同的透光材质组成，所以两束边缘光线通过光学器件的第一面之后，具有相同的折射角，两束边缘光线从光学器件的分光面透射后，入射到光学器件的第二面，由于两束边缘光线通过光学器件的第一面后，具有相同的折射角，因此，这两束边缘光线入射到光学器件的第二面时会具有相同的入射角，相应地，这两束边缘光通过光学器件的第二面之后，也会具有相同的折射角；由于这两束边缘光线在入射光学器件第一面之前，与第一束光相互对称，而这两束边缘光线从光学器件的第二面射出之后，具有相同的折射角，因此，这两束边缘光线仍然以第一束光为对称轴相互对称。当第一束光和与第一束光相互对称的边缘光线汇聚时，可以汇聚到一点，从而减少聚焦光斑的形变，提高光信号耦合效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种收发一体光器件结构示意图；
图2为针对图1所示的波片的光路传输示意图；
图3a为本发明实施例提供的一种光学器件结构示意图；
图3b为本发明实施例提供的另一种光学器件结构示意图；
图3c为本发明实施例提供的另一种光学器件结构示意图；
图4a为本发明实施例提供的一种收发一体光器件结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的一种收发一体光器件的另外一种结构示意图；
图5为本发明针对图4a和图4b所示的收发一体光器件中激光发射器发出的光束的光路传输示意图；
图6为本发明针对图4a和图4b所示的收发一体光器件中光纤适配器发出的光束的光路传输示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种光学器件，包括分光面以及相对设置并且相互平行的第一面和第二面；所述分光面分别与所述第一面和所述第二面相交，且所述分光面与所述第一面的夹角不等于90度；所述分光面与所述第一面之间的介质和所述分光面与所述第二面之间的介质相同，且所述介质由透光型材料组成。上述实施例中，当第一束光从光学器件的第一面入射到光学器件的分光面，该分光面对第一束光进行透射并从光学器件的第二面射出；若第二束光从光学器件的第二面入射到光学器件的分光面，分光器的分光面对第二束光进行反射，并器改变第二束光的传输光路。由于光学器件的第一面和第二面相对设置，并且相互平行，若第一束光的光轴与光学器件的第一面相互垂直，且光学器件的分光面对第一束光进行透射，则第一束光可以从光学器件的第二面射出，并且不改变第一束光的传输光路；相应地，与第一束光相互对称的两束边缘光入射到光学器件的第一面时，会有相同的入射角，当两束边缘光线进入光学器件之后，由于具有相同的入射角，且光学器件是由介质相同的透光材质组成，所以两束边缘光线通过光学器件的第一面之后，具有相同的折射角，两束边缘光线从光学器件的分光面透射后，入射到光学器件的第二面，由于两束边缘光线通过光学器件的第一面后，具有相同的折射角，因此，这两束边缘光线入射到光学器件的第二面时会具有相同的入射角，相应地，这两束边缘光通过光学器件的第二面之后，也会具有相同的折射角；由于这两束边缘光线在入射光学器件第一面之前，与第一束光相互对称，而这两束边缘光线从光学器件的第二面射出之后，具有相同的折射角，因此，这两束边缘光线仍然以第一束光为对称轴相互对称。当第一束光和与第一束光相互对称的边缘光线汇聚时，可以汇聚到一点，从而减少聚焦光斑的形变，提高光信号耦合效率。
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图3a示例性示出了本发明实施例提供的一种光学器件结构示意图。
如图3a所示，本发明实施例提供的光学器件主要包括：相对设置并且相互平行的第一面31和第二面32，分光面33。其中，分光面33分别于第一面31和第二面32相交，且分光面33与第一面31的夹角不等于90度，即分光面33不能够垂直于第一面31；由于第一面31和第二面32是相对设置并且相互平行的，所以分光面33与第二面32的夹角也不等于90度，且分光面33与第一面31和第二面32的夹角相等。
如图3a所示，分光面33与第一面31之间的介质和分光面33与第二面之间的介质相同，而且分光面33与第一面31之间的介质和分光面33与第二面之间的介质是由透光型材料组成，比如，石英玻璃、光学玻璃、K9玻璃等。
如图3a所示，分光面上可以镀有反光膜，若分光面33与第一面31相对的一面上镀有反光膜，则从第一面31入射的光束通过分光面33时，可以被分光面33反射，从而改变光束的传输路线，而从第二面32入射的光束通过分光面33时，由于分光面33与第二面32相对的一面上没有镀反射膜，所以，分光面33对来自第二面32的光束没有反射作用，由于分光面33是有可透光材质组成，所以，来自第二面32的光束可以通过分光面33，直接从第一面31射出；若分光面33与第二面32相对的一面上镀有反光膜，则从第二面32入射的光束通过分光面33时，可以被分光面33反射，从而改变光束的传输路线，而从第一面31入射的光束通过分光面33时，由于分光面33与第一面31相对的一面上没有镀反射膜，所以，分光面33对来自第一面31的光束没有反射作用，由于分光面33是有可透光材质组成，所以，来自第一面31的光束可以通过分光面33，直接从第一面31射出。
如图3b和图3c所示，还可以包括第三面34-1或34-2，其中，第三面34-1或34-2位于分光面33镀有反射膜的一侧，也就是第三面34-1或34-2要设置在分光面33的反射面的一侧，用于接收来自分光面33反射的光束。
如图3b和图3c所示，若分光面33与第二面32相对的一面镀有反射膜，则来自第二面32的光束，通过分光面33反射之后，将从第二面32射出；若分光面33与第一面31相对的一面镀有反射膜，则来自第一面31的光束，通过分光面33反射之后，将从第二面32射出。
如图3b和图3c所示，光学器件中可以只有一面第三面34-1或34-2，且设置的一面必须位于分光面33的反射面的一侧；或者，光学器件中可以有两面第三面34-1或34-2，其中，一面位于分光面33的反射面一侧，另外一面位于分光面的反射面的另一侧。
进一步地，如图3b所述，第三面34-1可以垂直于第一面31，由于第一面31和第二面32是相对设置且相互平行的两个面，所以，当第三面34-1垂直于第一面31的时，则第三面34-1一定垂直于第二面32。
进一步地，本发明实施例提供的光学器件的第一面31可以是正方形，第二面32也可以是正方形，其中，本发明实施例对第一面31和第二面32的边长不做具体的限定。
本发明实施例提供一种光学器件，包括分光面以及相对设置并且相互平行的第一面和第二面；所述分光面分别与所述第一面和所述第二面相交，且所述分光面与所述第一面的夹角不等于90度；所述分光面与所述第一面之间的介质和所述分光面与所述第二面之间的介质相同，且所述介质由透光型材料组成。上述实施例中，当第一束光从光学器件的第一面入射到光学器件的分光面，该分光面对第一束光进行透射并从光学器件的第二面射出；若第二束光从光学器件的第二面入射到光学器件的分光面，分光器的分光面对第二束光进行反射，并器改变第二束光的传输光路。由于光学器件的第一面和第二面相对设置，并且相互平行，若第一束光的光轴与光学器件的第一面相互垂直，且光学器件的分光面对第一束光进行透射，则第一束光可以从光学器件的第二面射出，并且不改变第一束光的传输光路；相应地，与第一束光相互对称的两束边缘光入射到光学器件的第一面时，会有相同的入射角，当两束边缘光线进入光学器件之后，由于具有相同的入射角，且光学器件是由介质相同的透光材质组成，所以两束边缘光线通过光学器件的第一面之后，具有相同的折射角，两束边缘光线从光学器件的分光面透射后，入射到光学器件的第二面，由于两束边缘光线通过光学器件的第一面后，具有相同的折射角，因此，这两束边缘光线入射到光学器件的第二面时会具有相同的入射角，相应地，这两束边缘光通过光学器件的第二面之后，也会具有相同的折射角；由于这两束边缘光线在入射光学器件第一面之前，与第一束光相互对称，而这两束边缘光线从光学器件的第二面射出之后，具有相同的折射角，因此，这两束边缘光线仍然以第一束光为对称轴相互对称。当第一束光和与第一束光相互对称的边缘光线汇聚时，可以汇聚到一点，从而减少聚焦光斑的形变，提高光信号耦合效率。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种收发一体光器件，如图4a所示，包括激光发射器41、光学器件42和光纤适配器43。
如图4a所示，光学器件42位于激光器发射器41和光纤适配器43之间，其中，激光器发射器41的发射端垂直于光学器件42的第一面(图4a中未示出)，相应地，光纤适配器43的接收端垂直于光学器件42的第二面(图4a中未示出)；或者，激光器发射器41的发射端垂直于光学器件42的第二面(图4a中未示出)，相应地，光纤适配器43的接收端垂直于光学器件42的第一面(图4a中未示出)。其中，本发明实施例对上述不做具体限定。
进一步地，如图4a所示，激光发射器41和光纤适配器43相对设置在一条水平线上，其中，由于光学器件42位于激光发射41和光纤适配器43之间，所以，激光发射器41、光学器件42和光纤适配器43也相对设置在一条水平线上。
进一步地，还包括探测器，且探测器的接收端垂直于光学器件的第三面。
如图4a所示，探测器44的接收端垂直于光学器件42的第三面，光学器件42的分光面421的反射面相对于光纤适配器43设置，且分光面421的反射面水平超上，所以，光学器件42的分光面421对来自与光纤适配器43的光束起到反射的作用，来自光纤适配器43的光束被光学器件的分光面421反射之后，通过光学器件的第三面(图4a中未示出)射出，由于探测器44的接收端垂直于光学器件42的第三面，所以从光学器件42射出的光束可以部分射入到探测器44中。或者，如图4b所示，光学器件42的分光面421的反射面相对于光纤适配器43设置，且分光面421的反射面水平超下，所以，光学器件42的分光面421对来自与光纤适配器43的光束起到反射的作用，来自光纤适配器43的光束被光学器件的分光面421反射之后，通过光学器件的第三面(图4a中未示出)射出，由于探测器44的接收端垂直于光学器件42的第三面，所以从光学器件42射出的光束可以部分射入到探测器44中。本发明实施例对光学器件的分光面的反射面的朝向不做具体限定。
图5为本发明针对图4a和图4b所示的收发一体光器件激光发射器发出的光束的光路传输示意图。以图4a或图4b所示的激光发射器41发射的第一束光为例，如图5所示，第一束光由中轴光线52、边缘光线51和边缘光线53表示，其中，中轴光线52位于第一束光的光轴位置，边缘光线51和边缘光线53相对于中轴光线52相互对称。且边缘光线51相对于光学器件54的第一面541的入射角为o1，边缘光线53相对于光学器件54的第一面541的入射角为o2；由于激光发射器发射的第一束光的光轴与光学器件54的第一面541相互垂直，所以在本发明实施例中，边缘光线51相对于光学器件54的第一面541的入射角和边缘光线53相对于光学器件54的第一面541的入射角相等，所以o1＝o2。如图5所示，由于光学器件54的第一面541和激光发射器发射的第一束光的光轴相互垂直，且第一束光中的边缘光线51和边缘光线53相对于光学器件54的第一面541具有相同的入射角。所以，根据光的折射定律，当激光发射器发射的第一束光射入光学器件54的时候，中轴光线52的传输光路会与第一束光的光轴保持一致；而边缘光线51和边缘光线53因为相对于光学器件54的第一面541具有相同的入射角，所以边缘光线51和边缘光线53相对于光学器件54具有相同的折射角，而且由于光学器件54是有相同的透过介质组成，所以，边缘光线51和边缘光线53会在通过光学器件54的第一面541之后，分别沿着形同的折射角方向进行传输。
如图5所示，当中轴光线52、边缘光线51和边缘光线53在传输到光学器件54的分光面543时，由于光学器件54的分光面543的反射面与光学器件54的第二面542相对设置，所以，光学器件54的分光面543对中轴光线52、边缘光线51和边缘光线53不会起到反射作用。当中轴光线52、边缘光线51和边缘光线53通过光学器件54的分光面543之后，传输到光学器件54的第二面542上，由于光学器件54的第一面541和光学器件54的第二面542相互平行，所以，中轴光线52会按照第一束光的光轴垂直射出光学器件54的第二面542；由于边缘光线51和边缘光线53在光学器件54中传播的时候具有相同的折射角，所以边缘光线51和边缘光线53射出光学器件54的第二面542之后，仍具有相同的折射角。
如图5所示，由于边缘光线51和边缘光线53在射出光学器件54的第二面542的时候具有相等的折射角，且分别与中轴光学52相互对称，所以边缘光线51和边缘光线53在通过光学器件54的第二面542之后能够与中轴光线52汇聚到一点，图5中55为中轴光线52、边缘光线51和边缘光线53在通过光学器件54之后形成的聚焦光斑。
如图6所示，为本发明实施例针对图4a和图4b所示的收发一体光器件光纤适配器发出的光束的光路传输示意图。以图4a或图4b所示的光纤适配器44发射的第二束光为例，如图6所示，第二束光由中轴光线62、边缘光线61和边缘光线63表示，其中，中轴光线62位于第二束光的光轴位置，边缘光线61和边缘光线63相对于中轴光线62相互对称。且边缘光线61相对于光学器件64的第二面642的入射角为与边缘光线63相对于光学器件64的第二面642的入射角相等；由于激光发射器发射的第二束光的光轴与光学器件64的第二面642相互垂直，所以在本发明实施例中，边缘光线61相对于光学器件64的第二面642的入射角和边缘光线63相对于光学器件64的第二面642的入射角相等。如图6所示，由于光学器件64的第二面642和光纤适配器发射的第二束光的光轴相互垂直，且第二束光中的边缘光线61和边缘光线63相对于光学器件64的第二面642具有相同的入射角。所以，根据光的折射定律，当光纤适配器发射的第二束光射入光学器件64的时候，中轴光线62的传输光路会与第二束光的光轴保持一致；而边缘光线61和边缘光线63因为相对于光学器件64的第二面642具有相同的入射角，所以边缘光线61和边缘光线63相对于光学器件64具有相同的折射角，而且由于光学器件64是有相同的透过介质组成，所以，边缘光线61和边缘光线63会在通过光学器件64的第二面642之后，分别沿着形同的折射角方向进行传输。
如图6所示，当中轴光线62、边缘光线61和边缘光线63在传输到光学器件64的分光面643时，由于光学器件64的分光面643的反射面与光学器件64的第二面642相对设置，所以，光学器件64的分光面643会对中轴光线62、边缘光线61和边缘光线63起到反射作用。当中轴光线62、边缘光线61和边缘光线63入射到光学器件64的分光面643之后，按照光的反射定律，可以确定中轴光线62与光学器件64的分光面643的夹角为45度，所以，中轴光线62被光学器件64的分光面643反射之后，可以沿着与第二束光的光轴相互垂直的光轴继续传播，中轴光线62在光学器件64中改变了传播方向之后，从光学器件64的第三面644垂直射出。其中，边缘光线61和边缘光线63相对于中轴光线62相互对称，在光学器件64中传播的时候具有相同的折射角，所以，当边缘光线61和边缘光线63传播到光学器件64的分光面643时，会被光学器件64的分光面643反射，被反射的边缘光线61和边缘光线63在光学器件64中改变传播方向，改变传播的边缘光线61和边缘光线63和改变传播方向的中轴光线62会先后射出光学器件64的第三面644。最后有部分光线进入垂直于光学器件64的第三面644的探测器的接收端。
上述实施例中的一种收发一体光器件，由于设置在激光发射器和所述适配器的光学器件具有相对设置并且相互平行的第一面和第二面，激光发射器和适配器相对设置在一条水平线上，而且激光发射器的发射端和适配器的接收端分别垂直于光学器件的第一面和第二面，当从激光发射器发射的第一束光可以垂直从光学器件的第一面入射到光学器件的分光面；第一束光的相互对称的两束边缘光线也可以从光学器件的第一面入射到光学器件的分光面，且第一束光的相互对称的两束边缘光线经过光学器件的第一面折射后，入射到光学器件的分光面，其中，相互对称的两束边缘光线经光学器件的第一面折射后，具有相同的折射角。由于光学器件的分光面对第一束光进行透射，所以，第一束光以及第一束光的相互对称的两束边缘光线可以通过光学器件的分光面并且到达光学器件的第二面；由于光学器件的第一面和第二面相互平行，所以，第一束光通过光器件的分光面之后，可以垂直入射到光学器件的第二面；相应地，第一光束的相互对此的两束边缘光线在光学器件的第一面折射之后具有相同的折射角，所以，第一光束的相互对称的两束边缘光线通过光器件的分光面之后，入射到光学器件的第二面时仍具有相同的入射角，那么通过光学器件第二面折射后的与第一束光相互对称的两束边缘光线任然具有相同的折射角，所以第一束光和与第一束光相互对称的两束边缘光线通过光学器件之后，能够与第一束光汇聚到一点，减小聚焦光斑的形变，提高光信号耦合效率。本发明实施例提供的一种收发一体光器件，可以在减少聚焦光斑的形变，节省了光器件构成部件的数量，简化了工艺流程。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种光学器件，其特征在于，包括分光面以及相对设置并且相互平行的第一面和第二面；
所述分光面分别与所述第一面和所述第二面相交，且所述分光面与所述第一面的夹角不等于90度；
所述分光面与所述第一面之间的介质和所述分光面与所述第二面之间的介质相同，且所述介质由透光型材料组成；
其中，第一束光从所述第一面入射到所述分光面，所述分光面对所述第一束光进行透射并从所述第二面射出；第二束光从所述第二面入射到所述分光面，所述分光面对所述第二束光进行反射；所述第一束光为汇聚光。
2.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，还包括第三面；
所述第三面位于与所述分光面的反射面一侧。
3.如权利要求2所述的光学器件，其特征在于，所述第三面垂直于所述第一面。
4.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述分光面与所述第一面的夹角为45度。
5.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，
所述第一面为正方形，所述第二面为正方形。
6.一种收发一体光器件，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的光学器件，激光发射器、适配器；
所述光学器件位于所述激光发射器和所述适配器之间；
所述激光发射器的发射端和所述适配器的接收端分别垂直于所述光学器件的第一面和第二面。
7.如权利要求6所述的光器件，其特征在于，所述光器件还包括探测器；
所述探测器的接收端垂直于所述光学器件的第三面。
8.如权利要求6所述的光器件，其特征在于，所述激光发射器和所述适配器相对设置在一条水平线上。
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