CN105929491A - 与单根光纤通信的双向光学组件及配备该组件的光收发器 - Google Patents

与单根光纤通信的双向光学组件及配备该组件的光收发器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种接收来自单根光纤的Rx光且向单根光纤发射Tx光的光学组件。在光学组件中，Rx光在耦合块体中以最短路径进入光电二极管(PD)，耦合块体设置有构成路径的表面，而从激光二极管(LD)发射的Tx光在耦合块体中以迂回方式行进，并且Rx光和Tx光这两者以锐角进入WDM过滤器。将Rx光会聚在PD上且使Tx光准直的透镜与安装在印刷电路板(PCB)上的各个装置精确地对准。

Description

与单根光纤通信的双向光学组件及配备该组件的光收发器
技术领域
本发明涉及一种光学组件，具体而言，本发明涉及一种将发射光发射至单根光纤并接收来自单根光纤的接收光的双向光学组件以及配备有该光学组件的光收发器。
背景技术
当发射光束和接收光束均在光纤中传播时，使用波分复用(WDM)过滤器将发射光束与接收光束分离。一种类型的WDM过滤器将多个光学薄膜层叠在基板上，多个光学薄膜的厚度相当于光束的四分之一波长(λ/4)。薄膜的数量决定发射光束与接收光束之间的光区分性能，即WDM过滤器的截止性能。锐截止性能需要薄膜的一定的层叠数量。
发射光束和/或接收光束进入WDM过滤器的角度也决定截止性能。随着光束的入射角变大，即，随着入射角偏离法线角，变得难以实现WDM过滤器的设计截止性能。将入射角设定为接近WDM过滤器的法线，使得即使WDM过滤器减少了薄膜的层叠数量，也可以得到设计的截止性能。
各种现有技术公开了与单根光纤光耦合的双向光学组件。文献之一公开了：发射器组件和接收器组件均具有与安装有WDM过滤器的壳体组装在一起的同轴壳体。WDM过滤器相对于发射器组件的光轴和接收器组件的光轴形成45°的角度。其他文献也公开了一种包括透镜组件的光学组件，该光学组件将发射器装置和接收器装置覆盖起来，并在透镜组件中将发射光束与接收光束分离。然而，在这些现有文献中，发射光束和/或接收光束相对于WDM过滤器的入射角被设定成与第一现有文献中的入射角一样的45°。一些现有文献公开了：在透镜组件的布置中，相对于WDM过滤器的入射角被设定成锐角，但留下了包括发射光束与接收光束之间的串扰在内的各种问题。
发明内容
本申请的一个方面涉及双向光学组件。双向光学组件安装在电路板上，并且使均安装在所述电路板上的半导体激光二极管(LD)和半导体光电二极管(PD)与被固定在所述双向光学组件中的内部光纤光耦合。所述内部光纤传输从所述LD输出的发射光束以及向所述PD提供的接收光束。所述双向光学组件包括基座、透镜、耦合块体和波分复用(WDM)过滤器。所述基座安装在所述电路板上。所述透镜安装在所述基座上并且包括第一透镜元件和第二透镜元件。所述耦合块体安装在所述基座上，并且使从所述LD输出的所述发射光束通过所述第一透镜元件与所述内部光纤光耦合，并且使从所述内部光纤输出的所述接收光束通过所述第二透镜元件与所述PD光耦合。所述WDM过滤器被固定在所述耦合块体中。本申请的双向光学组件的特征在于，从所述内部光纤提供的所述接收光束以小于20°的入射角进入所述WDM过滤器，并且从所述LD输出的所述发射光束以与所述入射角大致相同的角度进入所述WDM过滤器。
附图说明
可以通过参考附图阅读本发明的各个实施例的以下详细描述来更完全地理解本发明，其中：
图1示出了根据本申请的实施例的光收发器的外观；
图2通过移除光收发器的顶部壳体示出光收发器的内部；
图3是根据本发明的实施例的光学组件的外观；
图4是图3所示的光学组件的分解图；
图5A是框架的顶部的透视图，而图5B是框架的底部的透视图；
图6A至图6C示出了设置在框架的第五凹部中的会聚/准直透镜的各种构造；
图7A是根据本发明的第一实施例的光学组件的耦合块体的顶部的透视图，而图7B是耦合块体的底部的透视图；
图8示出了光学组件的纵截面图；
图9A是根据本发明的第二实施例的另一种耦合块体的顶部的透视图，而图9B是耦合块体的底部的透视图；
图10示出了设置有图9A和图9B所示的耦合块体的光学组件的纵截面图；
图11放大示出了第二凹部的设置有两个表面的后壁，这两个表面相对于电路板的主表面具有彼此不同的角度；
图12A是根据本发明的第三实施例的另一种耦合块体的顶部的透视图，而图12B是耦合块体的底部的透视图；
图13是安装有光纤绕线筒的电路板的透视图；
图14A示出了光纤绕线筒的顶部，而图14B示出了光纤绕线筒的底部；
图15A示出了对图14A和图14B所示的光纤绕线筒变型得到的另一种光纤绕线筒，图15B示出了同样对图14A和图14B所示的光纤绕线筒变型得到的另一种光纤绕线筒；
图16示出了包括光学组件、图15A所示的光纤绕线筒以及光学端口在内的中间组件；
图17A和图17B示出了光学端口以及与内部光纤光耦合的光学组件的另一种中间组件，内部光纤缠绕在具有另一种布置的光纤绕线筒中，其中，图17A从上方示出了中间组件，而图17B从下方示出了中间组件；
图18A示出了在局部移除顶部壳体时的设置在底部壳体上的光学端口，而图18B示出了带有防护部的光学端口；以及
图19示出了在将凸缘插入到顶部壳体的凹部中时的设置在顶部壳体中的光学端口。
具体实施方式
接下来，将参考附图对本发明的一些实施例进行描述。在附图的描述中，将用彼此相同或相似的附图标记来表示彼此相同或相似的部件，而不做重复说明。
第一实施例
图1示出了根据本申请的实施例的光收发器1的外观。图1所示的光收发器1是插拔式光收发器的类型，该插拔式光收发器要被插入到在主设备中所准备的框架系统中并遵循所谓的四通道小型封装可插拔(QSFP)标准，该标准是在光通信设备的领域中所规定的多源协议(MSA)的一种。光收发器1设置有由顶部壳体2A和底部壳体2B构成的壳体。在顶部壳体2A与底部壳体2B之间形成空间，以将光学部件和电气部件封闭在内部。壳体2的两侧设置有滑动件7，该滑动件7随着拉杆8的拉引一起操作而可以沿壳体2的纵向移动。当光收发器1设置在主设备的框架系统中时，向前拉引拉杆8，使得形成在臂部7的相应端部处的凸起部7a解除光收发器1与框架系统之间的接合，并且可以从框架系统中取出光收发器1。壳体2的前部设置有接纳光连接器的一对光学端口或光学插座，光连接器被固定在外部光纤的端部中。此外，壳体2的后部设置有电插塞6，光收发器1可以通过电插塞6与主设备通信。在下文的描述中，方向“前”或“前侧”与形成有光学插座4的一侧对应，而另一个方向“后”或“后侧”与设置有电插塞6的一侧对应。然而，这些方向标记仅是出于说明的目的，而不影响本发明的范围。
图2通过移除顶部壳体2A示出光收发器1的内部。光收发器1将两个光学端口19(19A和19B)、光纤绕线筒50、两个光学组件20(20A和20B)和电路板10封闭在两个壳体2A和2B之间的空间中。电路板10用于安装光纤绕线筒50、两个光学组件20和电路板10的一些电子电路10a。此外，电路板10的后端形成有电插塞6。两个光学组件20借助于在光纤绕线筒50中缠绕的内部光纤9与相应的光学端口19光耦合。在后续的说明中将对光学组件20和光纤绕线筒50的细节进行描述。
光学端口19均包括套筒19a和凸缘19b。虽然未在图2中示出，套管19a凸出到光学插座4中以接纳光学插芯，该光学插芯附接在外部光纤的端部中并被固定在设置在光学插座4中的光连接器中。因此，外部光纤可以与光学组件20光耦合，确切的说，安装在电路板10上的半导体光学装置通过光学组件20和内部光纤9与外部光纤光耦合。光学端口19的凸缘19b可以被支撑在顶部壳体2A与底部壳体2B之间，以形成物理尺寸遵循LC连接器标准的光学插座4。底部壳体2B的外周还设置有凹槽，密垫被置于该凹槽中。可以通过将凹槽中的密垫挤压在两个壳体2A和2B之间来有效地屏蔽两个壳体2A和2B之间的空间。
图3放大示出了根据本发明的实施例的光学组件20，而图4是图3所示的光学组件的分解图。在图3中，省略了与光学组件20耦合的内部光纤9以及安装有光学组件20的电路板10。本实施例的光学组件20主要包括支架(也称为“基座”)30和耦合块体40，其中，耦合块体40安装在支架30上。支架30和耦合块体40优选地由树脂制成。具体而言，耦合块体40可以由基本上可使要经过光学组件20的光束透过的树脂制成，而支架30优选地由液晶聚合物(LCP)制成。
在常规的光学组件(尤其是光学组件的传输速度至多为10Gbps)中，在该光学组件内部所使用的光电二极管(PD)具有直径为约70μm至100μm的光感测区域。对这种PD而言，将光束会聚到PD的感测区域上的透镜的对准精度在与PD或透镜的光轴垂直的平面中为约10μm，而在透镜与PD之间的一定距离处为约30μm。然而，随着光学组件处理光信号变得更快；PD的光感测区域变得更小以减小PD的寄生电容并响应于这种快速信号。例如，可以以25Gbps传输速度操作的PD设置有直径为40μm的感测区域，用于50Gbps传输速度的另一个PD允许设置有直径仅为30μm的感测区域并且与透镜的位置偏差在10μm内。
一种类型的树脂(即，通常称为ULTEMTM的非晶性热塑性聚醚酰亚胺)已经在光学组件中被广泛使用，以覆盖半导体光学装置，这是因为ULTEMTM基本上可使要经过光学组件的光束透过，并容易地形成各种形状。树脂通常一体形成由面形状的树脂形成的整体透镜，其中，整体透镜与半导体装置耦合。然而，就热膨胀系数而言，这种树脂(ULTEMTM)相对于玻璃纤维环氧树脂(glass epoxy)(其通常称为FR4并广泛用于印刷电路板(PCB))固有地表现出大的差异。也就是说，ULTEMTM具有55.8ppm/℃的线性热膨胀系数，而FR4具有13ppm/℃的线性热膨胀系数。因此，在环境温度从设计温度开始增加或减小的同时，安装在由FR4制成的PCB上的PD与由ULTEM形成的会聚透镜之间的光耦合效率降低。
本实施例的光学组件20设置有作为光耦合部件的两个主体，且位于安装在电路板10上的半导体装置和与光学组件20组装在一起的内部光纤9之间。具体而言，光学组件20设置有：支架30，其由LCP制成并安装有透镜22，该透镜22具有用于光发射和光接收的两个透镜元件22a；以及耦合块体40，其使内部光纤9与安装在支架30上的透镜元件22a耦合。虽然由ULTEMTM制成的耦合块体40的热膨胀系数与安装有半导体装置12和14的电路板10的热膨胀系数有大的差异，但是本实施例的光学组件20在耦合块体40与电路板10之间设置有支架30，所以可以有效地补偿耦合块体40与电路板10之间的热膨胀系数的大差异。
应需要考虑耦合块体40与支架30之间的热膨胀系数的差异。然而，穿过耦合块体40的光束被转换成准直光束，该准直光束的直径约为0.5mm至0.7mm；各个部件(即，支架30和耦合块体40)的热特性的差异比支架30和电路板10之间的热特性的差异小得多。
图5A是从上方看到的支架30的透视图，并且图5B是从下方看到的支架30的透视图。支架30包括具有斜切前侧的矩形实体。支架30的前端设置有引导槽31a，内部光纤9被置于该引导槽31a中。支架30设置有与引导槽31a相连的第一凹部31，该第一凹部31与设置在耦合块体40中的第一凹部41对应，其中，形成在耦合块体40中的前透镜46在第一凹部41中露出并凸出。在第一凹部31后方，支架30形成有具有一对对准侧部32a的大的前空腔32。
如说明书后续说明的那样，对准侧部32a抵靠在设置在耦合块体40中的对准侧部47a，这可以部分地确定支架30与耦合块体40之间在支架30的横向上的位置关系。可以通过将设置在耦合块体40中的引导销49置于支架30的引导孔39中来确定沿着纵向的其他位置关系。如上所述，支架30与耦合块体40之间的光耦合所需的支架30和耦合块体40之间的位置精度比不上支架30和电路板10之间的位置精度。当耦合块体40的引导销49被置于支架30的引导孔39中时，耦合块体40可以以引导销49作为旋转中心在各个对准侧部32a和47a之间的间隙内进行旋转。然而，该间隙仅为几个微米，这比支架30和耦合块体40两个部件之间的位置容差小得足够多。引导销49与对准侧部32a和47a的组合机构可以实现光学组件20所需的在支架30与耦合部件40之间的足够精度。
支架30设置有位于支架30两侧的两个上隆起部35b之间的紧邻前空腔32的上中空部35a。也就是说，上中空部35a被上隆起部35b包围。耦合块体40设置在上中空部35a上。另一方面，在支架30的底部中，下中空部36a被下隆起部36b包围，使得下中空部36a确保了将安装在电路板10上的半导体装置封闭在其中的空间。支架30还设置有位于上中空部35a的几乎中部处的紧邻前空腔32的后开口37。后开口37从上中空部35a穿透至下中空部36a。具有准直/会聚透镜元件22a的透镜22将后开口37完全覆盖起来，在本实施例中，该准直/会聚透镜元件22a主要由石英玻璃制成。该透镜22用作用于从安装在电路板10上的LD 12发射出的光束的准直透镜以及用于朝同样安装在电路板10上的PD 14发射的光束的会聚透镜。
本实施例的透镜22由石英玻璃制成，具体而言，透镜22通过蚀刻石英玻璃或按压软化石英玻璃来形成。然而，如图6A至图6C所示，透镜22可以是安装在硅石基底上或安装在由石英玻璃制成的透镜阵列上的由环氧树脂制成的复制透镜(replica lens)的类型。对图6B和图6C所示的构造而言，假设硅石基底22b或硅石透镜具有0.4mm的厚度，而环氧树脂22c具有0.05mm的厚度，硅石基底22b和环氧树脂22c的复合热膨胀系数变成13.6ppm/℃，这近似等于由FR4制成的电路板10的热膨胀系数。图6B所示的透镜设置有硅石基底22b，该硅石基底22b的表面安装有环氧树脂22c和透镜元件22a；而图6C所示的透镜也设置有硅石基底22b和环氧树脂22c，但不仅环氧树脂22c的表面而且硅石基底22b的表面也都形成有透镜元件22a。因此，图6C所示的透镜的透镜元件22a的曲率是平缓的。不仅便于形成树脂22c的平缓表面而且还便于形成硅石基底22b的平缓表面。因此，本实施例的光学组件20优选地使用由复合材料制成的透镜。
透镜22被置于支架30的第五凹部33中，其中，第五凹部33形成在上中空部35a的中部，并且在第五凹部33中设置有后开口37。如上所述，安装在支架30上的透镜22与安装在电路板10上的光学装置之间的光学对准是本发明的光学组件20的一个关键因素。透镜22被安装在第五凹部33中，使得透镜22的后边缘和一个侧边缘分别抵靠在第五凹部33的后边缘33a和侧边缘33b上。因此，透镜22相对于第五凹部33的前边缘33c和另一个侧边缘形成间隙。此外，支架30设置有位于相应下隆起部36b中的引导销38，该引导销38被插入到设置在电路板10中的孔16中。引导销38分别被置于PD 14和LD 12的安装位置之间。也就是说，引导销38把沿着横向布置在电路板10上的PD 14和LD 12置于引导销38之间，这可以提高这些装置12、14与支架30上的透镜22的对准。
在第五凹部33后方，支架30(确切的说，支架30的上中空部35a)设置有引导孔39，该引导孔39接纳设置在耦合块体40的底部中的引导销49。具体而言，在将引导销49插入到引导孔39的同时耦合块体40被置于支架30的上中空部35a上，并且对准侧部47a被放置在前空腔32的对准侧部32a之间。当将耦合块体40的前块体47置于支架30的前空腔32中时，支架30和耦合块体40的两个对准侧部32a和47a分别在其间形成间隙，这使透镜20与耦合块体40失准。也就是说，耦合块体40可以以引导销49作为旋转中心在对准侧部32a和47a之间的间隙范围内旋转。然而，穿过耦合块体40的光束被转换成各个准直光束，并且透镜22设置为相对于前空腔中的对准侧部32a更接近引导孔39，从而可以忽略耦合块体40与支架30之间的在透镜22的安装位置处的失准。
图7A是根据本发明的第一实施例的光学组件20的耦合块体40的顶部的透视图。图7B是耦合块体40的底部的透视图。如上所述，耦合块体40可以由非晶性热塑性聚醚酰亚胺(通常称为ULTEMTM)制成，ULTEMTM基本上可透过从本实施例的光学组件20输出的光以及输入到光学组件20的光。具体而言，要经过本光学组件20的光具有与砷化镓(GaAs)的能隙对应的约0.94μm的波长。如图7A和图7B所示，在耦合块体40的顶部和底部从耦合块体40的前部至后部设置有若干个凹部，以形成前透镜46和多个反射面。
具体而言，耦合块体40的前端设置有引导槽41a，该引导槽41a与支架30的凹槽31a组合起来而将内部光纤9置于内部。也就是说，两个引导槽41a和31a形成孔，内部光纤9通过该孔进行设置。在本实施例中，内部光纤9是多模光纤的类型。耦合块体40设置有紧邻引导槽41a的第一凹部41，该第一凹部41具有设置有前透镜46的后壁41b。前透镜46具有如下功能：使来自内部光纤9的光束准直以及将从前透镜46输出的另一光束会聚在内部光纤9的端部上。在前透镜后方，耦合块体40的底部设置有前块体47。如上所述，前块体47被置于支架30的前空腔32中，以使耦合块体40与支架30对准。
耦合块体40设置有紧邻前块体47的凸出部45，该凸出部45的横截面是由第一折射面45a和第二折射面45b构成的三角形。下文将说明这些折射面45a和45b的光学特性。耦合块体40的顶部设置有位于底面的前块体47与凸出部45之间的位置处的第二凹部42。第二凹部42的后壁42b设置有第二反射面。再次关注底部，耦合块体40还设置有位于凸出部45后方的第三凹部43。在第三凹部43的后方，波分复用(WDM)过滤器24设置为相对于第三凹部43的后壁43b具有间隙。也就是说，第三凹部43的后壁43b的两侧具有台阶部。WDM过滤器24附接至上台阶部以相对于后壁43b的下台阶部形成间隙。将WDM过滤器24固定至耦合块体40的过剩的粘合剂流动到台阶部的两侧中，以便不妨碍穿过WDM过滤器24的光束。
耦合块体40的顶部设置有紧邻第三凹部43的第四凹部44，而耦合块体40的底部分别设置有输入表面48a和输出表面48b。第四凹部44的前壁44a具有第一反射面。输入表面48a和输出表面48b相对于耦合块体40的底部的主表面倾斜。从电路板10上的LD 12输出的光束在经过安装在支架30上的透镜22的准直之后进入输入表面48a，而从输出表面48b输出的光束在被透镜22会聚之后被同样位于电路板上的PD 14接收。因为这两个表面48a和48b相对于电路板10的主表面倾斜，所以没有向后反射光束。也就是说，从LD 12输出的光束不返回至LD 12，并且来自内部光纤9的光束不返回至内部光纤9。
图8示出了图3至图7B所示的光学组件20的纵截面图，其中，图8是沿着内部光纤9的光轴截取得到的。首先，将对从内部光纤9进入光学组件20的光束的光耦合进行说明。
首先，形成在第一凹部41的后壁41b或前块体47的前壁中的前透镜46将从内部光纤9的末端输出的光束(在下文中称为Rx光束)准直。穿过前透镜46且被前透镜46准直的Rx光束在前块体47中笔直地前进至凸出部45的第二折射面45b，即，凸出部45的后壁45b。然后，在第二折射面45b处被折射的Rx光束以约10°的入射角进入WDM过滤器24并穿过WDM过滤器24。
然后，Rx光束再次进入耦合块体40并被第四凹部44的前壁44a的第一反射面反射向输出表面48b。从输出表面48b输出的Rx光束穿过具有会聚透镜功能的透镜22并被聚焦在安装在电路板10上的PD 14上。因此，来自内部光纤的Rx光束与下述的从LD 12输出的光束(在下文中称为Tx光束)相比以更短的路径到达PD 14。
也就是说，首先，放置在LD 12上方的透镜22将从电路板10上的LD 12输出的Tx光束准直，然后Tx光束从输入表面48a进入耦合块体40。进入耦合块体40的Tx光束被第四凹部44的前壁44a的第一反射面向前反射，Tx光束从耦合块体40中的WDM过滤器24上方经过，被第二凹部42的后壁42b的第二反射面向下反射，被凸出部45的前折射面45a反射，Tx光束在从凸出部45的后壁45b输出之后进入WDM过滤器24并被WDM过滤器24反射，Tx光束再次进入凸出部的后折射面45b，并最终被前透镜46会聚到内部光纤9的端部上。因此，从LD 12输出的Tx光束绕过WDM过滤器24行进并从WDM过滤器24的前方进入，从而以锐角被向前反射。
在本实施例的光学组件20中，来自内部光纤9的Rx光束以锐角进入WDM过滤器24并穿过WDM过滤器24。另一方面，从电路板上的LD 12发射的Tx光束也以锐角进入WDM过滤器24，并被WDM过滤器24反射向内部光纤9。虽然从LD 12输出的Tx光束在耦合块体40中一路绕过WDM过滤器24行进，但是LD 12可以通过改变LD 12的驱动条件来选择性地调节光输出功率。另一方面，PD 14接收从内部光纤9提供的Rx光束，但不能够调节Rx光束的光学功率。因此，在本实施例的光学组件20中，Rx光束以最短路径进入PD 14；但是Tx光束在耦合块体40中采用迂回路径。因迂回路径造成的光损耗可以通过调节LD 12的驱动条件来补偿。
第二实施例
图9A是根据本发明的第二实施例的另一种耦合块体140的顶部的透视图，而图9B是耦合块体140的底部的透视图。图10是设置有图9A和图9B所示的耦合块体140的光学组件120的纵截面图，其中，图10是沿着内部光纤的光轴截取得到的。第二实施例的耦合块体140具有区别于第一实施例的如下特征：耦合块体140还设置有位于前块体147中的辅助透镜147c，并且后壁142b替代具有反射面功能的后壁42b。耦合块体140的其他布置与图7A和图7B所示的第一实施例的耦合块体40的其他布置大致相同。
参考图10，从内部光纤9输出的Rx光束在沿着与第一实施例的路径相同的路径行进之后进入PD 14。然而，从LD 12发射的Tx光束在第二凹部142的与第一实施例的后壁42b不同的后壁142b处被分成两个部分。具体而言，在第一反射面44a处被反射的Tx光束到达第二凹部142的后壁142b。Tx光束的第一部分在折射面142b处被反射向凸出部45的第一折射面45a，这与第一实施例的情况一样。另一方面，到达后壁142b的Tx光束的第二部分也在后壁142b处被反射，但被反射向辅助透镜147c且被辅助透镜147c会聚在安装在电路板10上的监视用PD(m-PD)18上。因此，m-PD 18可以监视从LD 12发射的Tx光束的光输出功率。
图11放大示出了图10所示的第二凹部142的后壁142b。如图11所示，后壁142b设置有两个构件：各自具有彼此不同的角度的第一表面和第二表面。如第一实施例那样，来自第一反射面44a的Tx光束的进入第一表面142b的部分被反射向第一折射面45a；但是Tx光束的进入第二表面142a的其余部分被反射向辅助透镜147c。此外，两个Tx光束的比率完全取决于可以简单确定的两个表面142a和142b的表面比率。通常，第一表面142b变成第二凹部142的后壁142b的主要部分。因此，由这两个表面142a和142b形成的结构有时称为波动结构(blip)。
本实施例的光学组件设置有m-PD 18以监视从安装在电路板10上的LD 12输出的Tx光束的光学功率。可以通过将m-PD 18的电输出反馈至LD 12的驱动条件使得驱动器10A向LD 12提供偏压电流以将m-PD 18的幅值保持为等于目标水平，从而维持会聚在内部光纤上的Tx光束的输出功率。
此外，即使在第二实施例的光学组件120中，Rx光束和Tx光束这两者也以与WDM过滤器24的表面的法线仅稍偏离的锐角进入WDM过滤器24。因此，可以增强WDM过滤器24的波长区分性能，或可以表现出WDM过滤器24的设计性能。
第三实施例
图12A是根据本发明的第三实施例的另一种耦合块体240的顶部的透视图，而图12B是耦合块体240的底部的透视图。第三实施例的耦合块体240具有与图9A和图9B所示的第二实施例的耦合块体140的布置类似的布置，但是第三实施例的耦合块体240提供区别于第二实施例的如下特征：耦合块体240的前端具有由切口241d形成的锤头结构(简称为“锤头”)241e。如下所述，锤头241e与绕线筒50的输出端口55b配合。此外，用于设置内部光纤9的沟槽41a的端部设置有加宽部241a，这可以自由地释放内部光纤9。本实施例的内部光纤9借助于绕线筒50缠绕起来，这可能对内部光纤9的刚好从耦合块体240中释放出来的部分施加机械压力。加宽的沟槽241a可以防止内部光纤9因在沟槽241a的端部处具有较大曲率而弯曲。
图13是安装有光纤绕线筒50和电子电路10a的电路板10的透视图，其中，图13省略了安装在电路板10上的光学组件20、LD 12和驱动器10A。电路板10设置有沿着横向排列的孔16(确切的说，为四个孔)。左边两个孔将一个光学组件20A置于它们之间，而右边两个孔将另一个光学组件20B置于它们之间。光学装置(即，LD 12和PD 14)安装在相应两个孔的正中间。该布置可以提高电路板10上的光学装置12和14与安装在相应支架30A和30B上的透镜22之间的光学对准。
虽然本实施例的光学装置12和14使光学有源表面(即，LD 12的光发射表面和PD14的光接收表面)露出，但是优选地利用例如光学透明树脂等将光学装置12和14覆盖起来。常常称为灌封(potting)的该布置可以保护光学装置12和14的表面不受伤害并提高光学装置12和14的可靠性。
图14A示出了光纤绕线筒50的顶部，而图14B示出了光纤绕线筒50的底部。可以由成型树脂制成的光纤绕线筒50设置有平坦的底面51，该底面51具有均从底面51向下延伸的一对腿部52a和前围栏52b。两端具有钩部的腿部52a通过利用钩部钩住电路板10的背面来将电路板10置于该一对腿部52a之间。前围栏52b与电路板10的前边缘对齐。因此，光纤绕线筒50可以在不需要任何螺纹件和/或粘合剂材料的情况下安装在电路板10的前端。光纤绕线筒50的顶部设置有内围栏54a、外围栏54b以及位于两个围栏54a和54b之间的环状通道54c。内部光纤9在围绕内围栏54a进行缠绕时被置于环状通道54c中。环状通道54c延伸到位于前部的输入端口55a和位于后部的输出端口55b，从输出端口55b引导内部光纤9。与相应光学端口19对应的两个输入端口55a被内围栏54a部分分开，而与相应光学组件20对应的两个输出端口55b被中央分隔部54d分开。此外，环状通道54c设置有从内围栏54a和外围栏54b延伸出的若干个耳片56。耳片56将环状通道54c局部地覆盖起来，使得内部光纤9在被置于环状通道54c之后不会从环状通道54c中突出。在本光纤绕线筒50中，内部围栏54a包围开口53，使得可以通过该开口53接触到安装在电路板10上的一些电气元件，这可以提高组装部件的密度。
图15A示出了对图14A和图14B所示的光纤绕线筒变型得到的另一种光纤绕线筒。光纤绕线筒150具有区别于前者绕线筒50的如下特征：光纤绕线筒150还设置有具有两个输出端口155b的后围栏157。光纤绕线筒150的其他布置与前述光纤绕线筒50的其他布置大致相同。后围栏157设置有矩形形状的输出端口155b，输出端口155b带有从输出端口155b延伸至后围栏157的上边缘的切口。如图16所示，后围栏157可以通过使耦合块体240的切口241d穿过后围栏157中的切口来临时地保持住锤头241e。
图15B示出了同样对图14A和图14B所示的光纤绕线筒变型得到的另一种光纤绕线筒250。光纤绕线筒250具有如下特征：从铰链256b延伸出的柄部256a局部地覆盖环状通道54c。柄部256a的一端从铰链256b中延伸出来，而铰链256b从外围栏54a中延伸出来。柄部256a的另一端钩在内围栏54a上。因为铰链256a的中部具有弹性弯曲部分，所以柄部256a可以弹性地钩在内围栏54a上。此外，该柄部256a从内围栏54a至外围栏54b将环状通道54c完全覆盖起来，可以防止被置于环状通道54c中的内部光纤9从环状通道54c中突出。设置在前述光纤绕线筒50和150中的耳片56将环状通道54c局部地覆盖起来，并且置于环状通道54c中的光纤9可能从环状通道54c中鼓出。本光纤绕线筒250的柄部256a将环状通道54c完全地覆盖起来，并且光纤9完全不能从环状通道54c中突出。此外，柄部256a和铰链256b可以与光纤绕线筒250的主体形成为一体。
图17A和图17B示出了与内部光纤9光耦合的光学端口19和光学组件220(220A和220B)的另一种中间组件，该内部光纤9缠绕在具有另一种布置的光纤绕线筒350中，其中，图17A从上方示出了中间组件，而图17B从下方示出了中间组件。
光纤绕线筒350设置有对图14A所示的输入端口55a变型得到的输入端口355a以及输出端口355b。此外，一对腿部52a和前围栏52b被替换成四个腿部352a和352b，这四个腿部352a和352b的各端部具有钩部以钩住电路板10的背面。因为这些腿部352a和352b布置在光纤绕线筒350的前端和后端中，所以电路板10需要设置有与后腿部352b对应的切口。虽然外围栏354b和中间圆筒体354a形成位于外围栏354b与中间圆筒体354a之间的环状通道354c，但是环状通道354c朝电路板10敞开。围绕中间圆筒体354a缠绕内部光纤9并将光纤绕线筒350安装在电路板10上，使得内部光纤9不从环状通道354c中突出。
本实施例的光纤绕线筒350具有如下特征：光纤绕线筒350的输入端口355a可以固定光学端口19A和19B的防护部19c。具体而言，图17A和图17B所示的本实施例的光学端口19A和19B还设置有用于将光学端口19A和19B的后部(即，位于凸缘19b后方的部分)覆盖起来的相应的防护部19c。防护部19c与光纤绕线筒350的输入端口355a钩在一起。因此，光学端口19A和19B可以与光纤绕线筒150临时组装在一起。此外，如上所述，光学组件220的耦合块体240的前端设置有锤头241e。将锤头241e与光纤绕线筒350的输出端口355b钩在一起，使得光学组件220也可以与光纤绕线筒350临时地组装在一起。因此，在光收发器1的组装过程期间，随着将光纤绕线筒350插置在光学端口19A和19B与光学组件220A和220B之间，可以将光学端口19A和19B与光学组件220A和220B临时地联接起来。图17A和图17B省略了电路板10以示出光纤绕线筒350的底部与基座30的底部。
图18A示出了设置在底部壳体2B上的光学端口19，其中，图18A局部切断了顶部壳体2A以示出底部壳体2B上的光学端口19的布置。图18B示出了光学端口19。如图18B所示，从前往后，光学端口19设置有：套筒19a，其接纳被固定在外部光纤的端部中的插芯；凸缘19b，其通过被置于顶部壳体2A与底部壳体2B之间来使光学端口19相对于光学插座4定位；防护部19c，其将光学端口19的位于凸缘19b后方的一部分覆盖起来；以及耳片19d，其固定从光学端口19的后端中伸出的内部光纤9并与光纤绕线筒350的输入端口355a钩在一起。具体而言，防护部19c具有盒体部分、缩小部分和加宽部分，该加宽部分的端部具有耳片19d。参考图18A，防护部19c的缩小部分穿过顶部壳体2A的固定有屏蔽密垫3的前分隔部2a。顶部壳体2A仅将防护部19c的加宽部分封闭在两个壳体2A与2B之间的空间中，并且位于加宽部分的后端的耳片19d被置于光纤绕线筒350的输入端口355a中。因此，仅防护部19c的缩小部分穿过前分隔部2a，并且前分隔部2a设置有屏蔽密垫3，从而可以有效地屏蔽壳体2的内部空间。
图19示出了顶部壳体2A和光学端口19的另一个布置，其中，光学端口19不具有位于凸缘19b后方的耳片19d。仅防护部19c从凸缘19b延伸出来，并且内部光纤9从防护部19c的后端中延伸出来。顶部壳体2A设置有紧邻光学插座4的凹部2b，光学端口19A和19B的凸缘被置于凹部2b中。套筒19a凸出到光学插座的相应空腔中，以接纳外部光纤的被插入到光学插座4中的插芯。前分隔部2a设置有相应切口2c，内部光纤9穿过切口2c。屏蔽密垫3覆盖住切口2c。因此，在光收发器的前部中，有效地屏蔽了由顶部壳体2A和底部壳体2B形成的空间。没有任何内部光纤的常规光收发器需要使电路板10上的电子电路与设置在光学插座4后方的光学子组件联接。因此，这种光收发器需要传导光学子组件正后方的电信号。从EMI噪声的角度来看，该常规布置具有固有的缺点。
虽然出于说明的目的在本文中描述了本发明的特定实施例，但是本领域的技术人员将容易想到许多修改和变化。例如，虽然所述实施例着眼于如下布置：仅一个LD发射一束Tx光，并且仅一个PD接收一束Rx光。然而，本光学组件的布置可以扩展成包括多个LD和PD的布置。因此，所附权利要求束意图涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有此类修改和变化。

Claims (13)

1.一种安装在电路板上的双向光学组件，所述双向光学组件使均安装在所述电路板上的半导体激光二极管和半导体光电二极管与被固定在所述双向光学组件中的内部光纤光耦合，所述内部光纤用于传输从所述半导体激光二极管输出的发射光束以及向所述半导体光电二极管提供的接收光束，所述双向光学组件包括：
基座，其安装在所述电路板上；
透镜，其包括第一透镜元件和第二透镜元件，所述透镜安装在所述基座上；
耦合块体，其安装在所述基座上，所述耦合块体使从所述半导体激光二极管输出的所述发射光束通过所述第一透镜元件与所述内部光纤光耦合，并且使从所述内部光纤输出的所述接收光束通过所述第二透镜元件与所述半导体光电二极管光耦合；以及
波分复用过滤器，其被固定在所述耦合块体中，
其中，从所述内部光纤提供的所述接收光束以小于20°的入射角进入所述波分复用过滤器，并且从所述半导体激光二极管输出的所述发射光束以与所述入射角大致相同的角度进入所述波分复用过滤器。
2.根据权利要求1所述的双向光学组件，
其中，所述入射角小于或等于10°。
3.根据权利要求1所述的双向光学组件，
其中，从所述半导体激光二极管输出的所述发射光束在所述耦合块体中绕过所述波分复用过滤器传播之后进入所述波分复用过滤器。
4.根据权利要求3所述的双向光学组件，
其中，所述耦合块体包括：第一凹部、第二凹部、第三凹部和第四凹部，其从固定有所述内部光纤的一侧开始顺次布置；以及凸出部，其位于所述第一凹部与所述第三凹部之间；所述第一凹部、所述第三凹部和所述凸出部形成在所述耦合块体的面对所述基座的底面中，所述第二凹部和所述第四凹部形成在所述耦合块体的与所述底面相反的顶面中，
所述第三凹部固定所述波分复用过滤器，并且
所述发射光束在所述第四凹部的界面、所述第二凹部的界面和所述凸出部的界面处被反射之后进入所述波分复用过滤器。
5.根据权利要求4所述的双向光学组件，
其中，所述波分复用过滤器将从所述凸出部的所述界面提供的所述发射光束朝固定在所述第一凹部中的所述内部光纤反射。
6.根据权利要求5所述的双向光学组件，
其中，被所述波分复用过滤器反射的所述发射光束通过形成在所述第一凹部的所述界面中的透镜进入所述内部光纤。
7.根据权利要求4所述的双向光学组件，
其中，所述电路板的面对所述第一凹部的部分中还安装有监视用光电二极管，并且
所述第二凹部的所述界面设置有相对于所述第二凹部的所述界面形成角度的波动结构，所述波动结构将所述发射光束的被所述第四凹部的所述界面反射的一部分朝所述监视用光电二极管反射。
8.根据权利要求7所述的双向光学组件，
其中，所述耦合块体还包括辅助透镜，所述辅助透镜将所述发射光束的被所述波动结构反射的一部分会聚在所述监视用光电二极管上。
9.根据权利要求3所述的双向光学组件，
其中，所述耦合块体包括从固定有所述内部光纤的一侧开始顺次布置的第一凹部、第二凹部、第三凹部和第四凹部，所述第一凹部和所述第三凹部形成在所述耦合块体的面对所述基座的底面中；所述第二凹部和所述第四凹部形成在所述耦合块体的与所述底面相反的顶面中，并且
所述接收光束在所述耦合块体的位于所述第一凹部与所述第三凹部之间的部分中传播、透射通过所述波分复用过滤器并在所述第四凹部的界面处被反射之后进入所述半导体光电二极管。
10.根据权利要求9所述的双向光学组件，
其中，从所述内部光纤提供的所述接收光束通过形成在所述第一凹部的界面中的透镜进入所述波分复用过滤器。
11.根据权利要求1所述的双向光学组件，
其中，所述耦合块体由非晶性热塑性聚醚酰亚胺制成，而所述基座由液晶聚合物制成。
12.根据权利要求1所述的双向光学组件，
其中，所述基座设置有引导孔以及具有一对对准侧部的开口，并且所述耦合块体设置有引导销以及具有一对对准侧部的块体，在使所述块体的所述对准侧部与所述开口的所述对准侧部接触时，所述引导销被置于所述引导孔中并且所述块体被置于所述开口中。
13.根据权利要求1所述的双向光学组件，
其中，所述基座具有一对引导销，所述引导销要被插入到设置在所述电路板中的相应孔中，所述引导销与所述半导体激光二极管和所述半导体光电二极管并排布置，并且所述半导体激光二极管和所述半导体光电二极管被置于所述引导销之间。
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