CN105700089A - 一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件及其制备方法，涉及光通信领域，该组件包括一电路板；一VCSEL激光器，VCSEL激光器位于电路板的顶部；一功率探测器，功率探测器位于电路板的顶部；一光纤阵列，光纤阵列位于电路板的上方，光纤阵列包括若干光纤，且每条光纤与相对应的VCSEL激光器、功率探测器每一象元一对一对准，光纤包括一端头，端头包括一反射光学面和一检测光学面，反射光学面位于VCSEL激光器的上方，检测光学面位于功率探测器的上方。本发明不受外部仪器的限制，检测难度较低，且精确度较高。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体涉及一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件及其制备方法。
背景技术
近年来，由于光通信和计算机领域中机群、网络运算系统的迅猛发展，通信容量激增，在此状况下，大容量不再是唯一追求的目标，通信的速度问题越来越受到人们的关注，特别是在一些要求高速的系统中，并行光通信的需求也越来越大。
在强大的市场驱动下，用于信息领域中各种新型主动器件和被动器件大量涌现：用于宽带高速领域的面发射激光阵列VCSEL(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，垂直腔面发射激光器)芯片、光接收PIN(PersonalIdentificationNumber，个人识别密码)芯片，各种用途的复用、解复用、分束器等平面波导芯片、微光机电开关MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)芯片等相继研制成功。
带有面发射激光阵列VCSEL芯片(以下简称VCSEL芯片)的制作成实用器件时，需要与耦合效率较高的并行光纤阵列耦合组件相配合。
目前，通常采用以下两种方式实现VCSEL芯片和光纤阵列的耦合：a、先将光纤阵列上所有光纤的阵列端加工成对于光纤轴线45°光学平面，然后将加工后光纤的每一条纤芯与VCSEL芯片的每一象元一对一对准，见中国专利03128028.5；b、在激光阵列和光纤阵列之间加上透镜阵列，利用透镜阵列的汇聚的特点来将激光阵列和光纤阵列分别对准进行耦合，具有较高的耦合效率。
VCSEL激光器，具有极低阈值电流、噪声小、动态单模工作好、输出光斑为圆形，极易实现与光纤耦合等优点，在高速激光通信、光互连、气体检测、光存储等方面具有广泛的应用前景。由于其具有较小发散角和圆对称光斑，使其与光纤的耦合效率大大提高，耦合效率可以大于90％。
VCSEL激光器在使用时，需要根据输出功率对VCSEL激光器的发射功率进行调整，并根据输出功率对垂直腔面发射激光器的功率进行调制，并根据监测的功率大小实时控制其工作状态。
目前，通过在垂直腔面发射激光器芯片上集成功率探测芯片，对发射激光器芯片的工作状态进行控制，这种方式虽然集成化程度较高，但是由于两个芯片集成在同一衬底上，两种芯片的功能会相互影响，不能达到最佳的工作状态，给实际使用带来了不便。
垂直腔面发射激光器的性能会不同程度影响功率探测芯片的性能，同时，探测芯片的设置也会影响其高速调制性能，而且目前大多数高速或高功率垂直腔面发射激光器，由于VCSEL激光器的结构特点，在激光器模块内部很难实现对其芯片功率进行监测，所以光纤耦合输出的垂直腔面发射激光器很少具有功率监测功能。
因此，目前通常是用多个光分支器连接光纤阵列的每一路来分出一部分用光功率计来监测VCSEL激光器的各路光功率，但是这样会带入光分支器和光功率计的误差，同时会受到光纤连接器类型是否匹配，光功率计等仪表是否齐全的限制。
通常是用多个光分支器连接光纤阵列的每一路来分出一部分用光功率计来监测VCSEL激光器的各路光功率，但是这样会带入光分支器和光功率计的误差，同时会受到光纤连接器类型是否匹配，光功率计等仪表是否齐全的限制，检测难度较大，且精确度较低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件及其制备方法，不受外部仪器的限制，检测难度较低，且精确度较高。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，包括：
一电路板；
一VCSEL激光器，所述VCSEL激光器位于电路板的顶部；
一功率探测器，所述功率探测器位于电路板的顶部；
一光纤阵列，所述光纤阵列位于电路板的上方，所述光纤阵列包括若干光纤，且每条光纤与相对应的VCSEL激光器、功率探测器每一象元一对一对准，所述光纤包括一端头，所述端头包括一反射光学面和一检测光学面，所述反射光学面位于VCSEL激光器的上方，所述检测光学面位于功率探测器的上方。
在上述技术方案的基础上，所述反射光学面与光纤中心轴的夹角α为40～50°。
在上述技术方案的基础上，所述检测光学面与光纤中心轴的夹角β为30～40°。
在上述技术方案的基础上，所述反射光学面与检测光学面的面积之比为大于等于1。
在上述技术方案的基础上，所述VCSEL激光器与功率探测器之间的距离h为1～10mm。
在上述技术方案的基础上，所述VCSEL激光器与功率探测器的顶部与光纤底部之间的距离L均为0.1～2mm。
在上述技术方案的基础上，所述反射光学面与检测光学面的相交之处位于光纤的中心。
在上述技术方案的基础上，相邻光纤之间的距离为250μm。
一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件的制备方法，包括以下步骤：
S1、预制多模光纤阵列，对光纤的端头进行研磨，得到与光纤中心轴夹角α为40～50°的反射光学面；
S2、对反射光学面的上部进行研磨，且研磨部分的面积小于反射光学面总面积的一半，得到检测光学面，且检测光学面与光纤中心轴夹角为β为30～40°；
S3、将光纤阵列每条光纤与面VCSEL激光器的每个象元一一对准，调整功率探测器上接受到的光功率和VCSEL激光器的发射光功率之间的比值，然后依次对功率探测器、VCSEL激光器和光纤阵列进行固化，最后使得电路板、功率探测器、VCSEL激光器和光纤阵列成为一个整体，得到具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件。
在上述技术方案的基础上，所述功率探测器上接受到的光功率和VCSEL激光器的发射光功率之间的比值为9:1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件及其制备方法，包括功率探测器和若干光纤，每一光纤的端头均包括一反射光学面和一检测光学面，由VCSEL激光器发射的激光能够经由检测光学面进入功率探测器，进而实施监测VCSEL激光器的实际功率，并根据实际需要实时调整VCSEL激光器的发射功率，使得VCSEL激光器与光纤的其他组件相匹配，进而增强VCSEL激光器的稳定性，提高组件的稳定性，使组件能够始终保持最佳性能和稳定性。
同时，本发明不需要另外引入外部设备，与现有技术中用多个光分支器连接光纤阵列的每一路来分出一部分用光功率计来监测VCSEL激光器的各路光功率，光分支器和光功率计存在误差相比，本发明不仅成本较低，而且耦合时不受外界仪器设备的限制。而且在外界环境变化时能够通过检测实时的光功率并且调节。
附图说明
图1为本发明实施例中具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件的结构示意图。
图中：1-电路板，2-VCSEL激光器，3-功率探测器，4-光纤阵列，5-光纤，6-端头，7-反射光学面，8-检测光学面。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，包括一电路板1、一VCSEL激光器2、一功率探测器3和一光纤阵列4，VCSEL激光器2和功率探测器3均位于电路板1的顶部，且VCSEL激光器2与功率探测器3的顶部与光纤5底部之间的距离L均为0.1～2mm；VCSEL激光器2与功率探测器3之间的距离h为1～10mm。
光纤阵列4位于电路板1的上方，光纤阵列4包括若干光纤5，每条光纤5与相对应的VCSEL激光器2、功率探测器3每一象元一对一对准，相邻光纤5之间的距离为250μm，且误差小于0.2um，光纤5包括一端头6，端头6包括一反射光学面7和一检测光学面8，反射光学面7与检测光学面8的面积之比为大于等于1，反射光学面7与检测光学面8的相交之处位于光纤5的中心，反射光学面7位于VCSEL激光器2的上方，检测光学面8位于功率探测器3的上方，反射光学面7与光纤5中心轴的夹角α为40～50°，检测光学面8与光纤5中心轴的夹角β为30～40°。
本发明能够实时监测VCSEL激光器各路功率，并且能够对其进行实时调节，增强VCSEL激光器的稳定性，来提高组件的稳定性，使组件能够始终保持最佳性能。
本发明还提供一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件的制备方法，包括以下步骤：
S1、预制OM3的12通道的高精度多模光纤阵列4，多模光纤阵列4中相邻两光纤5之间的间距为250um，且误差小于0.2um，对光纤5的端头6即裸露纤头进行研磨，得到与光纤5中心轴夹角为α的反射光学面7，使得由VCSEL激光器中射出的激光经由反射光学面7后能够射入光纤5中。
S2、对反射光学面7的上部进行研磨，且研磨部分的面积小于反射光学面7总面积的一半，得到检测光学面8，且检测光学面8与光纤5中心轴夹角为β。
S3、将光纤阵列4每条光纤5与面VCSEL激光器2的每个象元一一对准，调节功率探测器3使得VCSEL激光器2射入反射光学面7与检测光学面8相交之处的光线能够进入功率探测器3中。
S4、根据实际情况，调整功率探测器3上接受到的光功率和VCSEL激光器2的发射光功率达到需要的比值，本实施例中，该比值设置为9:1，然后依次对功率探测器3、VCSEL激光器2和光纤阵列4进行固化，最后使得电路板4、功率探测器3、VCSEL激光器2和光纤阵列4成为一个整体。
通过观察MPD芯片4的光功率来调整VCSEL激光器2的发射光功率，使光纤阵列4的单根光纤与VCSEL芯片2的接收象元能够一一对准，并且具有较高的耦合效率和一致性，同时又控制了整个组件的稳定性。
在实际使用中，光纤5的的主要反射光学面7与光纤5的中心轴之间的夹角α与检测光学面8与光纤5的中心轴之间的夹角β的差值越大，VCSEL激光器2与功率探测器3之间的距离h越大。本实施例中，功率探测器3选用MPD芯片。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，其特征在于，包括：
一电路板(1)；
一VCSEL激光器(2)，所述VCSEL激光器(2)位于电路板(1)的顶部；
一功率探测器(3)，所述功率探测器(3)位于电路板(1)的顶部；
一光纤阵列(4)，所述光纤阵列(4)位于电路板(1)的上方，所述光纤阵列(4)包括若干光纤(5)，且每条光纤(5)与相对应的VCSEL激光器(2)、功率探测器(3)每一象元一对一对准，所述光纤(5)包括一端头(6)，所述端头(6)包括一反射光学面(7)和一检测光学面(8)，所述反射光学面(7)位于VCSEL激光器(2)的上方，所述检测光学面(8)位于功率探测器(3)的上方。
2.如权利要求1所述的一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述反射光学面(7)与光纤(5)中心轴的夹角α为40～50°。
3.如权利要求1所述的一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述检测光学面(8)与光纤(5)中心轴的夹角β为30～40°。
4.如权利要求1所述的一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述反射光学面(7)与检测光学面(8)的面积之比为大于等于1。
5.如权利要求1所述的一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述VCSEL激光器(2)与功率探测器(3)之间的距离h为1～10mm。
6.如权利要求1所述的一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述VCSEL激光器(2)与功率探测器(3)的顶部与光纤(5)底部之间的距离L均为0.1～2mm。
7.如权利要求1所述的一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述反射光学面(7)与检测光学面(8)的相交之处位于光纤(5)的中心。
8.如权利要求1所述的一种具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件，其特征在于：相邻光纤(5)之间的距离为250μm。
9.一种权利要求1至8中任一项所述具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预制多模光纤阵列(4)，对光纤(5)的端头(6)进行研磨，得到与光纤(5)中心轴夹角α为40～50°的反射光学面(7)；
S2、对反射光学面(7)的上部进行研磨，且研磨部分的面积小于反射光学面(7)总面积的一半，得到检测光学面(8)，且检测光学面(8)与光纤(5)中心轴夹角为β为30～40°；
S3、将光纤阵列(4)每条光纤(5)与面VCSEL激光器(2)的每个象元一一对准，调整功率探测器(3)上接受到的光功率和VCSEL激光器(2)的发射光功率之间的比值，然后依次对功率探测器(3)、VCSEL激光器(2)和光纤阵列(4)进行固化，最后使得电路板(4)、功率探测器(3)、VCSEL激光器(2)和光纤阵列(4)成为一个整体，得到具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件。
10.如权利要求9所述的具有功率监测功能的光纤阵列耦合组件的制备方法，其特征在于：所述功率探测器(3)上接受到的光功率和VCSEL激光器(2)的发射光功率之间的比值为9:1。
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Effective date of registration: 20181119 Address after: 523343 Zhongjiu Road, Wang Shajie Village, Miaobian, Shipai Town, Dongguan City, Guangdong Province Patentee after: DONGGUAN MENTECH OPTICAL & MAGNETIC Co.,Ltd. Address before: 430000 999 new high tech Avenue, East Lake New Technology Development Zone, Wuhan, Hubei Patentee before: WUHAN YAOSHENG INTERCONNECT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
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Effective date of registration: 20240112 Address after: 438000 east of Changjiang 1st Road and north of Tangdu 5th Road, Huangzhou District, Huanggang City, Hubei Province Patentee after: Hubei Mingpu Guangtong Technology Co.,Ltd. Address before: 523343 Zhongjiu Road, Wang Shajie Village, Miaobian, Shipai Town, Dongguan City, Guangdong Province Patentee before: DONGGUAN MENTECH OPTICAL & MAGNETIC Co.,Ltd. |