CN106405753B - 制作光学组件的方法及光学组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在使光学部件的光轴精确对准的同时安装光学部件的方法。该方法涉及一种光学组件，该光学组件具有信号端口和/或本振端口以及使端口与具有内置光电二极管(PD)的有源装置光耦合的光学部件，该方法包括如下步骤：(a)准备模拟壳体的基准反射镜，该壳体具有附接端口的一侧；(b)使自动准直器的光轴与基准反射镜的光轴对准；(c)用壳体替换基准反射镜；(d)使光学部件的光轴与自动准直器的光轴对准；以及(e)将光学部件安装到壳体中。

Description

制作光学组件的方法及光学组件

技术领域

本发明涉及一种制作光学组件的方法，尤其涉及一种制作相干光学组件的方法。

背景技术

已公开的国际专利申请WO2011/027895披露了一种平面光波导(PLC)类型的光解调器以及配备有PLC解调器的光传输系统。所披露的PLC解调器接收多路复用两个光信号的相干光信号，这两个光信号均具有彼此不同的偏振面且通过光的相位进行调制。光学组件配备有此类装置以及例如反射镜和/或分束器(BS)等附加部件，有时需要使这些光学组件与安装它们的壳体精确对准。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种组装光学组件的方法，光学组件设置有：光学端口，其附接至光学组件的一侧；光学器件；以及多个光学部件，其使光学端口与光学器件光耦合。该方法包括如下步骤：使自动准直器的光轴与模拟光学组件的基准反射镜的光轴对准；用光学组件替换基准反射镜；使光学部件的光轴与自动准直器的光轴对准；以及将光学部件安装到光学组件中。

本发明的另一个方面涉及一种光学组件。光学组件在其信号端口中接收信号光并在其本振端口中接收本振光。信号端口固定有会聚透镜。光学组件包括第一光混合器、第二光混合器、光耦合系统和可变光衰减器(VOA)。第一光混合器和第二光混合器均使信号光与本振光发生干涉。光耦合系统使信号光和本振光与第一光混合器和第二光混合器光耦合。光耦合系统的前端中设置有用于信号光的准直透镜。布置在信号端口与光耦合系统的准直透镜之间的可变光衰减器使信号光衰减。本发明的光学组件的特征在于：被会聚透镜会聚的信号光具有位于VOA的位置处的束腰。

附图说明

参考附图并阅读本发明的优选实施例的以下详细描述将能够更好地理解上述和其它目的、方面和优点，其中：

图1是根据本发明的实施例的光学组件的内部的俯视图；

图2是图1所示的光学组件的透视图；

图3A示出了将承载件安装到基座上的过程，图3B示出了在图3A所示的过程之后将均设置有贴片式电容器和互连电路的配线基板安装到承载件上的过程，以及图3C示出了将基座安装到壳体中的过程；

图4A示出了使自动准直器的光轴与基准反射镜对准的过程，而图4B示出了用壳体替换基准反射镜的过程；

图5A示出了将监测器光电二极管(mPD)安装到VOA承载件上，将偏振分束器(PBS)、歪斜调节器、半波板、偏振器和分束器(BS)安装到承载件上的过程，而图5B示出了将测试端口布置到壳体一侧的过程；

图6A示出了用于制备测试光束的构造的功能框图；而图6B示出了用于使光学部件对准的构造的功能框图；

图7示出了将第一反射镜和第二反射镜安装到承载件上的过程；

图8A示出了对准且安装定位为更靠近光混合器的第一透镜的过程，而图8B示出了对准且安装定位为相对于第一透镜远离光混合器的第二透镜的过程；

图9A和图9B分别示出了第一透镜的与光轴垂直和平行的对准公差，而图9C和图9D同样示出了第二透镜的与光轴垂直和平行的对准公差；

图10A示出了将用于信号光的准直透镜安装到前端的过程，而图10B示出了将可变光衰减器安装到准直透镜前方的过程；

图11A示出了用盖件密封光学组件的过程，而图11B示出了用信号端口和本振端口替换测试端口的过程；

图12A是包括设置在VOA承载件20上的VOA、BS和mPD在内的组件的透视图；图12B和图12C是安装在VOA底座上的VOA的透视图，其中，图12B示出了VOA的前视图，而图12C示出了VOA的后视图，并且图12D放大示出了VOA的前视图中的VOA的孔；

图13示出了在将VOA置于壳体中时保持测试端口的操纵器；以及

图14示出了VOA的衰减性能的实例。

具体实施方式

接下来，将参考附图对根据本发明的一些优选实例进行描述。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。

图1是根据本发明的实施例的光学组件1A的内部的俯视图，而图2是光学组件1A的透视图。本实施例的光学组件1A设置有盒形壳体2以及位于壳体2的一侧2b中的信号端口11和本振端口13。以下描述有时假设方向“前方”和/或“前”是设置有两个端口11和13的一侧；而另一个方向“后方”和/或“后”是与该侧相反的一侧。

与单模光纤(SMF)10耦合的信号端口11接收来自SMF 10的信号光SG；而与保偏光纤(PMF)12耦合的本振端口13接收来自PMF 12的本振光LO。信号光SG和本振光LO分别经由信号端口11和本振端口13被引入到壳体2中。

壳体2还在除了前侧2b之外的其余侧设置有端子3。端子3包括用于输出从信号光恢复的数据的端子、用于向安装在壳体2中的电子电路提供电力和偏压的端子以及接地件。

信号端口11设置有：筒状套筒，其收纳被固定在SMF 10的端部中的插芯；以及透镜架，其内部固定有会聚透镜。通过将透镜架固定至壳体2的前侧2b来将信号端口11与壳体2组装在一起。从SMF 10提供的信号光可以在被固定在透镜架中的透镜会聚的同时被引导到壳体2中。

本振端口13也设置有：筒状套筒，其收纳被固定在PMF 12的端部中的插芯；以及透镜架，其内部固定有准直透镜。通过将本振端口13的透镜架固定至壳体2的前侧2b来将本振端口13与壳体2组装在一起。从PMF 12提供的本振光在被透镜架中的准直透镜准直的同时进入到壳体2中。

光学组件1A还设置有两个光混合器32a和32b以及用于使两个光混合器32a和32b与相应端口11和13耦合的一些光学部件，其中，这些光学部件包括偏振分束器(PBS)26、分束器(BS)34、歪斜调节器27和35、半波板29、两个反射镜30和37以及四个透镜系统28、31、36和38。此外，光学组件1A还可以在信号端口11与PBS 26之间设置可变光衰减器(VOA)23和准直透镜25。

BS 22将来自信号端口11的信号光分离成两条光束，利用监测器光电二极管(mPD)24检测其中一条光束，该监测器光电二极管24根据信号光的功率产生电信号。BS 22表现出小于10％(通常为约5％)的分光比。

VOA 23使穿过BS 22的信号光(即，信号光的没有被分离至mPD 24的其余部分)衰减。可以利用从壳体2外部提供的电信号控制VOA 23的衰减。例如，当配备有光学组件1A的系统通过mPD 24的输出检测到信号光中的过剩功率时，系统提高VOA 23的衰减，从而降低光混合器32a和32b所接收到的功率。

准直透镜25准直穿过VOA 23的信号光。具体而言，优选地利用固定在信号端口11的透镜架中的会聚透镜会聚信号光，使得会聚的信号光的束腰与VOA 23的位置对应。因此，与VOA 23的孔相比，信号光的场尺寸被充分会聚。准直透镜25可以准直由此会聚的信号光。因为对准直光束而言设置在VOA 23下游的光学部件是可操作的，所以对信号光而言光混合器32a和32b可以表现出足够的光耦合效率。

BS 22、VOA 23和mPD 24借助于上表面设置有台阶部的VOA承载件20来安装到壳体2中。BS 22和mPD 24被置于台阶部的较高表面上，而VOA 23被置于较低表面上。

PBS 26根据偏振分离来自准直透镜25的信号光。例如，信号光的具有与壳体2底部平行的偏振的一个分量穿过PBS 26，而信号光的具有与壳体2底部垂直的偏振的另一个分量被PBS 26反射。PBS26具有1:1(即50％)的分光比。关于偏振的穿过和反射的关系是可选择的。信号光的具有与壳体2底部垂直的偏振的分量可以穿过PBS26，而具有与壳体2底部平行的偏振的另一个分量可以被PBS 26反射。夹设在光混合器32b与PBS 26之间的歪斜调节器27和第一透镜系统28可以补偿信号光的被PBS 26反射且进入到另一光混合器32a的另一个分量的光程长度。也就是说，从PBS 26至光混合器32b的光程长度比从PBS 26至另一个光混合器32a的另一个光程长度短从PBS 26至第一反射镜30的距离。歪斜调节器27可以通过使进入光混合器32b的信号光延迟来补偿该路程差。信号光的穿过PBS 26的分量穿过歪斜调节器27且被第一透镜系统28会聚，最终进入光混合器32b，第一透镜系统28依次布置有两个透镜28a和28b。

半波板29、第一反射镜30和第二透镜系统31布置在信号光的从PBS 26至另一个光混合器32a的另一个分量的光路上。信号光的被PBS 26反射的另一个分量穿过将偏振面旋转90°的半波板29，即，信号光的穿过半波板29的另一个分量具有与信号光的穿过PBS 26的分量相同的偏振面。信号光的穿过半波板29的另一个分量被第一反射镜30反射90°并被第二透镜系统31会聚而进入光混合器32a。第二透镜系统31也设置有两个透镜31a和31b，这两个透镜31a和31b沿着第二透镜系统31的光轴依次布置。第一反射镜30可以是立方体反射镜和/或平板反射镜的类型。

光学组件1A还设置有BS 34、歪斜调节器35、第三透镜系统36、第二反射镜37和第四透镜系统38，以使本振端口13与两个光混合器32a和32b光耦合。此外，光学组件1A的前端(即，在本振端口13与BS 34之间)还设置有偏振器33。

偏振器33可以限定来自本振端口13的本振光的偏振面。若干个原因可以使本振光的偏振面自设计方向起偏离或旋转，该设计方向通常与壳体2底部平行或垂直。此外，通常由半导体激光二极管(LD)产生本振光，并且LD自然地输出具有椭圆偏振的激光，该椭圆偏振的长轴远大于短轴。被置于光学系统的前端中的偏振器33可以使本振光的偏振面沿设计方向(即，与壳体2底部垂直或平行)对准。

BS 34将来自偏振器33的本振光分离成两个部分，其中一个部分穿过BS 34，而另一个部分在BS 34处被反射。应注意的是，BS 34不会影响分离光的偏振面。也就是说，穿过BS 34的本振光和被BS34反射的另一个本振光具有彼此相同的偏振面。BS 34具有1:1(即50％)的分光比。歪斜调节器35和第三透镜系统36被夹设在BS 34与光混合器32a之间。与上述调节器27类似，歪斜调节器35可以补偿因从BS 34至第二反射镜37的光学距离而造成的歪斜。穿过BS34的本振光穿过歪斜调节器35且被第三透镜系统36会聚而进入光混合器32a，该第三透镜系统36沿着其光轴依次布置有两个透镜36a和36b。

第二反射镜37和第四透镜系统38被夹设在BS 34与光混合器32b之间。本振光的被BS 34反射的部分在再次被第二反射镜37反射且被第四透镜系统38会聚之后到达光混合器32b的本振端口。与第一至第三透镜系统28、31和36类似，第四透镜系统38沿着其光轴依次布置有两个透镜。第二反射镜37可以是立方体反射镜和/或平板反射镜的类型。

因此，从相应端口11和13进入光学组件1A的信号光和本振光借助于上述光学系统到达光混合器32a和32b。光混合器32a和32b可以通过使信号光与本振光发生干涉来恢复信号光中所含的数据，并电输出以Ix和/Ix；Qx和/Qx；Iy和/Iy和Qy和/Qy的相应微分形式呈现的恢复数据，这里，后缀x和y与彼此垂直的偏振对应，I和Q与关于本振光的同相和正交相对应，而前缀代码斜线“/”指的是信号具有与不带有斜线的信号的相位相反的相位。也就是说，一个光混合器32b可以输出从被PBS 26分离的信号光(其偏振面平行于壳体2底部)中恢复的信号Ix、/Ix、Qx和/Qx，即，从光混合器32b输出这四个信号Ix至/Qx；而从另一个光混合器32a输出的其余四个信号Iy至/Qy是从被PBS 26分离的另一个信号光(其偏振面垂直于壳体2底部)中恢复的。

接下来，将参考图3A至图11B对光学组件1A的组装过程(方法)进行描述，图3A至图11B示出了该过程的各步骤。

首先，如图3A所示，在壳体2外部，将承载件40安装到基座21上。可以由例如铜钨合金(CuW)制成的基座21具有矩形板。可以由例如氧化铝(Al₂O₃)制成的承载件40也具有矩形板。例如金锡(AuSn)等共晶焊料可以将承载件40固定至基座21。基座21的顶部设置有沟槽21a，该沟槽21a将基座21的顶部分隔成用于安装承载件40的区域以及用于安装光混合器32a和32b的另一个区域。仅通过目视检查使承载件40的后侧边缘与沟槽的前侧边缘对齐，从而可以确定承载件40相对于基座21的位置。作为替代，可以通过使承载件40的前侧边缘与基座21的前侧边缘对齐来将承载件40置于基座21上。

因为基座21的宽度几乎等于或稍窄于壳体2的内部宽度而使得难以将基座21安装到壳体中，所以基座21优选地设置有腰部侧21b，该腰部侧21b的宽度比其余部分的宽度窄。可以通过拾起基座21的腰部侧21b来帮助将基座21安装到壳体2中。可以利用基座21的腰部侧21b的宽度使承载件40沿承载件40的横向对齐。

接下来，该过程将光混合器32a和32b安装到相应MMI承载件41上。MMI承载件41是由例如氮化铝(AIN)、氧化铝(Al₂O₃)等陶瓷制成的矩形块体。利用金锡(AuSn)的共晶合金将光混合器32a和32b固定到MMI承载件41上，这是将半导体器件组装到绝缘基板上的常规技术。然后，在光混合器32a和32b位于MMI承载件41上的情况下，将MMI承载件41安装到基座21上承载件40后方的位置。基座21的上表面设置有沟槽21c，该沟槽21c包围放置有MMI承载件41的相应区域。利用目视检查使MMI承载件41与这些沟槽21c对齐。

MMI承载件41的上表面还设置有沟槽41a，该沟槽41a沿横向延伸，以划分出前方区域和后方区域。前方区域与形成在光混合器32a和32b中的波导重叠；而后方区域与也形成在光混合器32a和32b中的光电二极管(PD)重叠。与将要贴片结合在绝缘基板上的半导体器件类似，光混合器32a和32b设置有背垫金属。然而，背垫金属有时在PD中产生泄漏电流。本实施例的光混合器32a和32b的背垫金属被物理地分成两个区域，其中一个区域与MMI承载件41的前方区域对应，而另一个区域与MMI承载件41的后方区域对应。因此，本实施例的光混合器32a和32b不仅电隔离背垫金属而且还借助于沟槽41a物理隔离背垫金属，这能够有效地减少泄漏电流。

在将光混合器32a和32b组装到MMI承载件41上的同时，在壳体2外部，该过程还通过焊接或使用金锡(AuSn)的金属颗粒来将贴片式电容器安装到相应配线基板43上，该配线基板43可以由氮化铝(AIN)制成。然后，如图3B所示，一个配线基板43被固定到基座21上，以包围光混合器32a，而另一个配线基板43也被固定到基座21上，以包围另一个光混合器32b。

然后，如局部切掉壳体2的侧部的图3C所示，将安装有承载件40、MMI承载件41和配线基板43的基座21置于壳体2的底部2a上。使基座21的前侧边缘抵靠侧部2b的内侧，以使承载件40沿与端口11和13的光轴垂直的方向对齐，然后，将基座21向后回撤预定量，从而将基座21安装到壳体的底部2a上。如图1和2所示，侧部的内侧设置有台阶部，台阶部的上部由金属制成，而台阶部的下部由陶瓷制成，以电隔离端子3。台阶部的下部之间的内部宽度与基座21的宽度大致相等，而台阶部的上部之间的内部宽度比基座21的宽度宽。相应地，基座21的前侧边缘可以抵靠前侧2b的上部。底座21相对于前侧2b的抵靠对准可以表现出±0.5°以内的精度。可以通过例如焊接将基座21固定到底部2a上。

在基座21的安装之后，该过程将VOA承载件20安装到壳体2的底部2a上。使VOA承载件20抵靠侧部2b的内侧，以使VOA承载件20与壳体2对齐，并使VOA承载件20回撤预定量，该过程可以将VOA承载件20安装到壳体2的底部2a上。因此，VOA承载件20与承载件40对齐，即，承载件40的前侧边缘变为与VOA承载件20的后侧边缘平行。同样通过焊接将VOA承载件20固定到壳体的底部2a上。

然后，该过程借助于使用导电树脂的常规技术将图1和图2所示的放大器39a和39b安装到配线基板43上。将壳体2、借助于MMI承载件41而安装有光混合器32a和32b的基座21以及安装有放大器39a和39b的配线基板43的中间组件暴露于约180℃的高温下，可以气化树脂中所含的溶剂。然后，该过程在光混合器32a和32b中的内置PD与放大器39a和39b之间进行引线结合；并且在设置在放大器39a和39b的表面上的焊盘与壳体后侧中的端子3之间进行引线结合。因此，光混合器32a和32b中的内置PD变为是可操作的，并且由内置PD产生的电信号变为能够从光学组件1A中取出，这能够使用内置PD对光学部件进行主动对准。主动对准使光学部件对准，使得在经由光学部件向光混合器32a和32b实际提供测试光束的同时监测内置PD的输出。

接下来，该过程准备设置有基准表面104a的基准反射镜104，该基准表面104a以直角与基准反射镜104的底部104b精确对齐。基准表面104a和底部104b分别模拟壳体2的侧部2b和底面。将可以是由玻璃制成的矩形块体的基准反射镜104置于对准平台103上，使得底部104b与对准平台103紧密接触。

然后，如图4A所示，使自动准直器102的光轴与基准反射镜104的法线对准。具体而言，自动准直器102输出可视激光L1并检测被基准表面104a反射的反射光。当可视激光L1的光轴与反射光的光轴完全重叠时，自动准直器102可以检测到最大功率。也就是说，对准平台103可以相对于自动准直器102调节基准反射镜104的旋转和滚动，以使被基准表面104a反射的可视激光最大化。

然后，如图4B所示，该过程用内部安装有基座21和VOA承载件20的壳体2替换基准反射镜104。壳体2的底面与对准平台103的上表面紧密接触。因为壳体2的高度小于基准反射镜104的高度，所以从自动准直器102输出的可视激光L1的光轴在壳体2上方穿过；即，可视激光L1不进入到壳体2中。

然后，该过程使光学部件光学对准。首先，如图5A所示，该方法将mPD 24安装到VOA承载件20上；并将PBS 26、歪斜调节器27和35、半波板29、偏振器33和BS 34安装到承载件40上。无需主动使这些光学部件对准；仅需要调节这些光学部件的光轴的角度。

也就是说，使这些光学部件对准的过程使用图4A和图4B所示的自动准直器102来使这些光学部件的光轴的角度对准。具体而言，利用这些光学部件的一侧反射从自动准直器102输出的激光L1，并使被一侧反射的激光L1与进入这一侧的激光L1重叠，该过程可以使这些光学部件的角度对准。在壳体2上方执行该角度对准。然后，在保持这些部件的角度或以90°旋转这些部件的同时，将这些部件移动到承载件40或VOA承载件20(确切地说，施加在放置有光学部件的各位置中的粘合性树脂)上，并固化粘合性树脂，从而可以将光学部件固定到设计位置上。

因为当PBS 26、歪斜调节器27和35以及偏振器33被安装到壳体2中时这些部件的光束入射面面向侧部2b；所以这些部件被对准成使得入射面接收自动准直器102的激光L1，并且这些部件被调节成使得光束入射面的光轴(即，光束入射面的法线)与激光L1的光轴重合。在利用自动准直器102进行对准之后，在保持光束入射面的角度的同时将这些部件置于基座21上。半波板29和mPD 24具有与壳体2的纵轴线平行的光束入射面；相应地，在光束入射面被自动准直器102对准成与激光L1的光轴重合之后，将这些部件旋转90°，然后放置到基座21或VOA承载件20上。对mPD 24而言，在将mPD 24放置到VOA承载件20上之后，执行使mPD 24与端子3引线结合的附加过程。BS 34具有面向横向的光束入射面以及面向后的光束输出表面，并可以与自动准直器102在与光束输出表面相反的表面中对准；然后，在保持BS34的角度的同时将BS 34放置到基座21上。

接下来，该过程安装除了上述光学部件之外的其他光学部件，这些其他光学部件涉及包括准直透镜25、第一反射镜30、第二反射镜37以及四个透镜系统28、31、36和38在内的第二组光学部件，其中，这些部件具有相对于光混合器32a和32b的对准公差，该对准公差显著小于第一组的上述部件24、26、27、29及33至35的相对于光混合器32a和32b的对准公差。相应地，相对于光混合器32a和32b的主动对准变得不可避免。如图5B所示，该过程首先准备位于壳体2的侧部2b上的测试端口50a和50b，这些测试端口50a和50b可以是虚设连接器。这些测试端口50a和50b分别模拟信号端口11和本振端口13，并提供用于使第二组光学部件对准的测试光束。接下来，将详细描述第二组光学部件的对准过程。

图6A示出了用于制备测试光束的构造的功能框图。该构造包括偏压源111，该偏压源111向光源112(其可以是LD)提供偏压，以产生测试光束。测试光束被提供到偏振控制器113中，以使测试光束的偏振面对准。偏振控制器113的输出穿过光耦合器114到达光连接器116。光连接器116与连接器117和118中的一个连接器光连接，其中，连接器117与测试端口50a光耦合，而连接器118与功率计119连接。光耦合器114还与另一个功率计115耦合，或者图6A和6B所示的构造可以将这些功率计115和119调换为一个功率计。另一个测试端口50b也配备有与上述构造相同的构造。

首先，使光连接器116与光连接器118接合，在利用功率计119监测光源112的功率且基于监测到的功率水平调节偏压源同时，将光源112的输出功率设定在设计功率水平。然后，将光连接器116与光连接器118的结合切换成与光连接器117的结合，从而可以使测试端口50a和50b的光轴与壳体2对准。具体而言，测试端口50a和50b布置为面向基准反射镜104的基准面104a。由光源112产生的测试光束从测试端口50a和50b输出，并被基准表面104a反射，随后返回至测试端口50a和50b。功率计115可以检测穿过光耦合器114的反射测试光束的功率。测试端口50a和50b相对于基准反射镜104定位或对准，使得由此被功率计115检测到功率变为最大值；即，使测试端口50a和50b的光轴与基准反射镜104对准。

如图6B所示，在使测试端口50a和50b对准之后，该过程用壳体2替换基准反射镜104并设置如下固定装置：该固定装置在测试端口50a下游中设置有一个PBS和两个mPD，以调节通过测试端口50a进入壳体2中的测试光束的偏振面。利用两个PD监测测试光束的两个偏振分量的幅值，可以利用偏振控制器113调节测试光束的偏振面，使得各偏振分量的幅值变得均一。

在上述偏振调节中，一些端子3可以输出设置在该固定装置中的两个mPD的输出。另外，当固定装置配备有用于两个mPD的端口时，可以在将壳体2置于对准平台103上之前，执行偏振控制器113的调节。也就是说，在这种情况下，可以独立于本发明的光学组件1A来执行偏振控制器113的调节。

然后，该过程执行测试端口50a和50b的对准。首先，在壳体2的前侧2b上滑动测试端口50a的同时，一个光混合器32a利用内置PD直接检测来自测试端口50a的测试光束。另外，在壳体2的前侧2b上滑动测试端口50b的同时，另一个光混合器32b利用内置PD检测来自测试端口50b的测试光束。测试光束具有例如300μm的场径；而光混合器32a和32b设置有如下光输入端口：该输入端口具有宽度为几微米且高度为约一微米的尺寸；相应地，从内置PD输出的信号变得微弱但足以确定测试端口50a和50b的相应位置，在该相应位置处由内置PD检测到的测试光束变为相应最大值。因此，可以确定测试端口50a和50b的与相应光轴垂直的位置。至于测试端口50a和50b的对准，可以通过使测试端口50a和50b抵靠或附接在壳体2的侧部2b上来自动地确定测试端口50a和50b沿着其光轴的对准。

接下来，在利用内置PD检测经过光学部件处理的测试光束的同时，将需要精确对准的涉及第二组的其他光学部件放置在光混合器32a和32b与测试端口50a和50b之间的相应光路上。该过程不会限制下述光学部件的安装顺序。该顺序是可选择的。

在确定测试端口50a和50b的位置的过程中，图6B所示的构造将VOA偏压源120和监测器121、122连接至壳体2。VOA偏压源120向VOA 23提供偏压，而监测器121和122可以监测放大器39a和39b的输出。

在测试端口50a和50b的确定之后，对准过程开始各光学部件的实际对准，即，首先使图1和图2所示的BS 22对准。使BS 22的旋转角度对准，以使激光L1在BS 22正面处的反射最大化，该激光L1来自自动准直器102并在壳体2上方穿过；然后，在保持如此调节的旋转角度的同时，将BS 22放置到VOA承载件20上。在VOA承载件20上沿着光轴移动BS 22，该过程确定VOA承载件20的BS22的位置，在该位置处被mPD 24检测到的分离光束的幅值变为最大值。然后，通过固化施加在BS 22与VOA承载件20之间的树脂来将BS 22永久地固定至VOA承载件20。

接下来，如图7所示，该过程将第一反射镜30和第二反射镜37放置到承载件40上。调节反射镜30和37的各自旋转角度，使得激光L1(其来自自动准直器102且在壳体2上方穿过)在正面处被反射并被自动准直器102检测到最大值。然后，保持该旋转角度，将反射镜30和37放置到承载件40上。然后，利用来自测试端口50a和50b的测试光束照射反射镜30和37，该过程确定反射镜30和37的旋转角度，使得被反射镜30和37反射且被光混合器32a和32b的内置PD检测到的测试光束变为相应最大值。在确定角度之后，通过固化施加至承载件的树脂来将反射镜30和37永久地固定到承载件上。

接下来，该过程确定均包括第一透镜和第二透镜的透镜系统28、31、36和38的位置。如图8A所示，该过程首先定位第一透镜28a、31a、36a和38a(即，放置为更靠近光混合器32a和32b的透镜)。在利用内置PD检测穿过第一透镜28a至38a且被会聚到光混合器32a和32b上的测试光束的同时，将这些第一透镜28a至38a置于承载件40上，从而可以将第一透镜28a至38a置于内置PD的输出变为最大值时的相应位置(即，横向位移和旋转角度)。通过固化粘合性树脂来将第一透镜28a至38a永久地固定到承载件40上。然后，如图8B所示，该过程确定第二透镜28b至38b的位置，与第一透镜28a至38a相比，第二透镜28b至38b设置为远离光混合器32a和32b。用于确定第二透镜28b至38b的位置和旋转角度的步骤与用于确定第一透镜28a至38a的位置和旋转角度所执行的步骤类似。

本实施例的光学组件1A设置具有两个透镜的透镜系统28至38的原因如下。图9A至图9D示出了通过沿着测试光束的光轴依次布置的两个透镜的测试光束与光混合器的光耦合效率的表现。图9A和图9B分别示出了定位为更接近光混合器的第一透镜的沿与光轴垂直的方向的位置公差(图9A)以及沿与光轴平行的方向的位置公差(图9B)。此外，图9C和图9D分别示出了第二透镜(即，设定为相对于第一透镜远离光混合器的透镜)的与光轴垂直和平行的对准公差。关于第二透镜的图9C和图9D假设第一透镜被置于设计位置上。

首先，考虑与光轴垂直的对准公差。如关于第一透镜的图9A所示，第一透镜的与光轴垂直的耦合效率相对于横向偏移显著下降。即使当偏差或偏移仅为一微米时，耦合效率也下降了30％以上。另一方面，如关于第二透镜的图9C所示，对约几微米的偏差而言，耦合效率可以保持不变或不减小。对约几十微米的偏差而言，耦合效率表现出显著的劣化。对第一透镜的与光轴平行的对准公差(即，第一透镜的纵向偏移)而言，如图9B所示，几十微米的偏差引起显著的劣化；但如图9D所示，几十微米的偏差不会使耦合效率产生显著的劣化。应注意的是，图9D的水平单位与其余附图的水平单位不同。

例如，利用例如紫外线固化树脂等粘合性树脂将第一透镜和第二透镜永久地固定到承载件40上。这种树脂通常在固化期间收缩几微米，这有时可能造成透镜的位置与已确定位置之间的严重偏差。如图9A所示，对设置为更靠近光混合器的第一透镜而言，相对于设计位置的仅几微米的偏差可以使光耦合效率产生显著的劣化。

另一方面，对设置为远离光混合器的第二透镜而言，几微米的偏差不会使光耦合效率产生显著的劣化，具体而言，如图9D所示，沿光轴的几十微米的偏差(纵向偏移)表现出对光耦合效率没有影响。因此，通过确定第一透镜28a至38a的位置并经由固化粘合性树脂来固定第一透镜28a至38a，第二透镜28b至38b可以补偿在固化粘合性树脂期间因粘合性树脂的收缩而造成的光耦合效率的劣化。

上述过程具有设置第一透镜28a至38a然后设置第二透镜28b至38b的步骤，并且两个测试端口50a和50b在各自端口中同时提供测试光束。当该步骤使用对两个测试端口50a和50b而言相同的从图6B所示光源112至光连接器116的构造时，首先，为测试端口50a组装用于光混合器32b的两个透镜系统28和38，然后，为测试端口50b组装用于另一个光混合器32a的其余透镜系统31和36。该步骤可以省去切换从光源112至光连接器116的构造的麻烦。

另外，上述步骤将第一透镜28a至38a固定至相应位置，在该相应位置处第一透镜28a至38a与测试端口50a和50b的光耦合效率变为相应最大值。然而，该过程也可以将第一透镜28a至38a固定至与耦合效率变为最大值时的位置偏离预定距离的位置，然后，使第二透镜28b至38b对准在测试端口50a和50b与光混合器32a和32b之间的耦合效率变为最大值时的位置中。因为仅由第一透镜产生的最大耦合效率的位置不同于第一透镜与第二透镜组合产生的最大耦合效率的位置，所以第一透镜28a和38a优选为偏离或远离仅由第一透镜28a至38a得到的最大耦合效率的位置。

在安装四个透镜系统28至38之后，如图10A所示，该过程设置准直透镜25。如已经说明的那样，信号端口11内部固定有会聚透镜，该会聚透镜的位于壳体2内部侧中的焦点与会聚透镜25的位于信号端口11侧的焦点大致重合。相应地，该步骤首先用另一个测试端口50C替换测试端口50a，该测试端口50C固定有模拟信号端口11中的会聚的会聚透镜。因为信号端口11中的会聚透镜使从SMF 10提供的信号光会聚，并且VOA 23的孔大致设置在会聚透镜的焦点处，所以VOA 23可以设置有能够使VOA 23变得紧凑的窄孔，并对穿过VOA 23的光束表现出提高的消光率。

具体而言，该过程在利用自动准直器102使基准反射镜104的基准表面104a对准的同时再次将基准反射镜104置于对准平台103上，并使测试端口50c面向基准反射镜104的基准表面104a。然后，该过程确定姿态(即，相对于基准表面104的旋转和倾斜)，使得从测试端口50c输出、被基准表面104a反射且被功率计115检测到的测试光束变为最大值。因此，可以使测试端口50c与基准反射镜104对准。然后，该过程再次用壳体2替换基准反射镜104，并且使测试端口50与壳体2在与光轴垂直的平面中对准，使得在壳体的侧部2b上滑动测试端口50c的同时，从测试端口50c输出且被光混合器32b的内置PD检测到的测试光束变为最大值。

然后，该步骤在承载件40上移动准直透镜25，并通过检测从测试端口50c输出、穿过准直透镜25且被光混合器32b的内置PD检测到的测试光束，来使准直透镜25对准。最后，利用粘合性树脂将准直透镜25固定到光混合器32b的内置PD的输出变为最大值时的位置。

然后，如图10B所示，在VOA 23相对于与准直透镜25以及测试端口50c中的会聚透镜相连的光轴形成一定角度(在本实施例中为7°)以防止被VOA 23反射的光返回至SMF 10的同时，利用粘合性树脂将VOA 23固定到VOA承载件20上。另外，VOA 23可以定位为：当VOA23实际设置有用于调制来自测试端口50c的测试光束的偏压时，光混合器32b的内置PD表现出AC信号具有最大幅值。

最后，如图11A和图11B所示，盖件2c以气密方式密封壳体2，并且用信号端口11和本振端口13替换测试端口。具体而言，将信号端口11和本振端口13相对于壳体2的侧部2b对准在光混合器32a和32b的内置PD的输出变为相应最大值时的相应位置。在对准之后，通过例如激光焊接将信号端口11和本振端口13永久地固定至壳体2。

图12A是组装在VOA承载件20上的VOA 23、BS 22和mPD 24的透视图。VOA承载件20设置有两个上表面20a和20b，从而在这两个上表面20a和20b之间形成台阶部。定位为相对靠前的上表面20a安装有BS 22和mPD 24(确切地说，借助具有安装mPD 24的侧面的PD承载件)，而定位为相对靠后的下表面20b安装有面向BS 22的VOA 23。因为VOA 23的外径比BS22的外径大，所以表面20a和20b之间的台阶部可以补偿该外径差。因此，BS 22的光轴可以与VOA 23的光轴重合或处于同一高度。

本实施例的VOA 23被安装在VOA底座44上。具体而言，VOA23借助于VOA底座44安装到VOA承载件20上。图12B和图12C是安装在VOA底座44上的VOA 23的透视图，其中，图12B示出了VOA底座44的前视图，而图12C示出了VOA底座44的后视图。可以由例如氧化铝(Al₂O₃)等绝缘材料形成的VOA底座44具有由前面44a、背面44b、顶面44c以及两个侧面44d和44e形成的板状。背面44b面向BS 22，并且VOA 23被附接至背面44b。VOA底座44还设置有从前面44a穿到背面44b的开口44f。

利用导电树脂(其常被称为银膏)将VOA 23附接至VOA底座44的背面44b。VOA 23的孔23a与VOA底座44的开口44f相连续或对准，以使信号光穿过孔23a和开口44f。VOA底座44还设置有互连电路45和46，每个互连电路45和46均包括位于前面44a上的部分45a和46a、位于背面44b上的部分45b和46b以及位于顶面44c上的部分45c和46c，部分45c和46c与各自的前述部分45a至46b连接。部分45a沿着前面44a的顶部边缘延伸。位于后面44b的部分45b经由结合线材47a与VOA 23的一个电极引线结合。互连电路46的与互连电路45的部分45c物理地隔离开的部分46c同样设置在VOA底座44的顶面44c上。后面44b中的借助于结合线材47b与VOA 23的另一个电极引线结合的部分46b沿着背面44b的顶部边缘延伸。

图12D放大示出了VOA 23的孔23a的前视图。如图12D所示，本实施例的VOA 23是具有边缘为50μm的方形遮光板23b的MEMS类型的VOA。梳状电极23c从遮光板23b的两侧延伸。梳状电极23c是VOA 23的一个电极。遮光板23b还经由弹性部件23d与VOA 23的主体相连续，这里，该主体设置有作为VOA 23的另一个电极的另一个梳状电极23e。梳状电极23c和另一个梳状电极23e彼此交替排列。也就是说，梳状电极23c的一个梳齿被置于另一个梳状电极23e的梳齿之间，而梳状电极23e的一个梳齿被置于另一个梳状电极23c的梳齿之间。

可以从光学组件1A外部经由结合线材47a和47b、VOA底座44上的互连电路45和46以及端子3对这两个梳状电极23c和23e施加外部偏压。对梳状电极23c和23e施加偏压可以在它们之间产生吸引力，使得遮光板23b可以在图12D中向下滑动。例如，在电极之间施加5V的偏压，遮光板23b可以滑动60μm，此时遮光板23b可以与信号光SG的光轴LA重叠或完全隐藏光轴LA，这是100％衰减的状态。改变偏压的幅值，遮光板23b可以调节其偏移距离，这意味着：VOA 23的衰减可以根据施加至VOA 23的偏压而变化。

因为如图12D放大示出的那样遮光板23b没有完全覆盖VOA 23的孔23a而仅覆盖或隐藏孔23a的中心部分，所以这意味着：即使当遮光板23b完全向下偏移时，除了中心部分之外的部分中的光也可以穿过VOA 23。相应地，对VOA 23而言，为了得到足够的消光率，光优选地仅以窄场图案穿过孔23a的中心部分。因此，穿过VOA 23的信号光严格地优选为如下准直光束：该准直光束具有位于与遮光板23b重合的位置处的束腰。本实施例的光学组件1A利用固定在信号端口11中的会聚透镜会聚信号光SG，并且将VOA 23定位在BS 22侧的焦点中。

图13示出了操纵器60，当VOA 23被置于壳体2中时，操纵器60保持测试端口50c。操纵器60包括臂部61和臂头62。臂部61可以以与测试端口50c(其被臂头62支撑)的光轴平行、垂直及围绕该光轴的方式调节测试端口50c的姿态。用于安装VOA 23的设备设置有保持VOA23的另一个操纵器70，确切地说，在互连电路45b和46b与VOA 23的电极之间进行引线结合的同时，另一个操纵器70保持附接有VOA 23的VOA底座44。操纵器70设置有均包括臂头73和74的两个臂部71和72。操纵器70的特征在于：臂部71、72和臂头73、74由导电材料制成，并可以直接向由臂头73和74拾起的VOA 23提供偏压。也就是说，当操纵器70支撑VOA底座44时，一个臂头73拾起且接触一个互连电路45，而另一个臂头74拾起且接触另一个互连电路46。

在将VOA 23安装到VOA承载件20上时，经由臂头73、74和互连电路45、46向VOA 23施加AC信号，这里，AC信号具有例如小于1Hz的频率和5V的幅值。利用光混合器32a的内置PD检测穿过VOA 23的测试光束，将VOA 23放置在测试光束的消光率变为最大值时的位置。应注意的是，在VOA 23的安装中，利用光混合器32a和32b的两个内置PD检测穿过VOA 23的测试光束，并将VOA23定位在内置PD的输出的幅值变为大致彼此相等的位置。也就是说，VOA23被置于测试光束的关于两个偏振的衰减变得均一的位置。另外，VOA 23设置为相对于测试光束的光轴稍微倾斜，例如，VOA 23与测试光束的光轴形成约7°的角度，以便防止被VOA23(确切地说，VOA 23的遮光板23b)反射的测试光束或信号光返回信号端口11。

图14示出了VOA的衰减性能的实例。在图14中，表现曲线G11对应于具有与VOA承载件20平行的偏振面的光(即，被光混合器32a的内置PD检测到的光)的衰减，而另一表现曲线G12是具有与承载件垂直的偏振面的光(其被光混合器32b的内置PD检测到)的衰减。表现曲线G13示出了两个表现曲线G11与G12之间的差值。当偏压是零(0V)时，VOA 23的遮光板23b最宽地敞开。

如图14所示，随着偏压增大，VOA 23也增大衰减，但对各偏振而言的衰减彼此稍微不同。随着偏压增大，衰减差值也变大。在本实施例中，可以通过使VOA 23的位置在三维方向(即，与光轴平行、与光轴垂直且与VOA承载件20平行、以及与光轴垂直且与VOA承载件20垂直)上对准来补偿偏振之差。在图14所示的实例中，4.5V的偏压可以将衰减设定成大于12dB，而0至5V的偏压可以将偏振的衰减之差保持在±0.5dB内。

将描述形成光学组件1A的该方法的优点。该方法包括如下步骤：(1)准备模拟光学组件1A的基准反射镜104，该光学组件1A具有附接信号端口11和本振端口13的侧部2b；(2)使自动准直器102的光轴与基准反射镜的光轴对准；(3)用光学组件1A替换基准反射镜104；(4)使安装在光学组件1A中的光学部件的光轴与自动准直器102的光轴对准；以及(5)将由此对准的光学部件安装到光学组件1A中。在对准平台103上可以使基准反射镜104与光学组件1A对准。因此，通过使用基准反射镜104设定自动准直器102的光轴，可以使光学部件的光轴与设计方向精确对准。

因为该实施例的光学组件1A将光电二极管(PD)设置在光混合器32a和32b中，所以该方法还可以包括如下步骤：使测试端口50a和50b的光轴的方向与基准反射镜104的光轴对准；用光学组件1A替换基准反射镜104；以及在利用光混合器中的内置PD检测从测试端口50a和50b输出的测试光束的同时，使测试端口50a和50b与光学组件1A沿与测试端口50a和50b的光轴垂直的横向对准。因此，可以使测试端口50a和50b与光学组件1A沿与测试端口50a和50b的光轴垂直的横向及光轴的方向对准，这可以增强光学部件的相对于测试端口50a和50b的对准特性。

另外，在使测试端口50a和50b对准之后，本发明的方法还包括如下步骤：在利用内置PD检测从测试端口50a和50b输出且经过光学部件处理的测试光束的同时，使形成光回路(其使信号光SG和本振光LO与光混合器32a和32b耦合)的光学部件与测试端口50a和50b对准在测试端口50a和50b之间的相应位置；以及将光学部件固定到承载件上的相应位置，在该相应位置处来自内置PD的输出变为最大值。因此，本发明的方法可以利用来自内置PD的输出对光学部件进行主动对准。

该方法还包括如下步骤：在固定光学部件的步骤之后，用信号端口11和本振端口13替换测试端口50a和50b；以及通过使用内置PD的主动对准使这些端口11和13与壳体2对准，这可以使信号端口11和本振端口13精确对准。

自动准直器102的光轴可以在壳体2上方的空间中穿过，使得即使在壳体2被置于对准平台103上之后，也能够使光学部件的光轴与自动准直器102的光轴对准。

在以上详细描述中，参考本发明的具体示例性实施例对本发明的方法和装置进行了描述。然而，显而易见的是，可以在不脱离本发明更宽泛的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和改变。因此，本说明书和附图应被视为是示例性的而不是限制性的。例如，上述方法在安装BS 22之前对测试端口50a和50b这两者进行对准；然而，也可以在安装BS22之后且在安装反射镜37之前，使测试端口50b不受制于BS 22而被对准。另外，可以刚好在安装光学部件之前(具体而言，刚好在安装BS之前、在安装第一反射镜30之前及在安装透镜系统28和31之前)对测试端口50a和50b进行对准；此外，还可以在安装第二反射镜37之前、在安装透镜系统36和38之前对另一个测试端口50b进行对准。

另外，可以在安装需要使光轴对准的各部件之前执行使用基准反射镜104的自动准直器102的对准。例如，在安装需要使光轴对准的BS 22、第一反射镜30和/或第二反射镜37之前，该方法用基准反射镜104替换壳体2，使自动准直器102的光轴对准，使光学部件的光轴与自动准直器102对准，用壳体2替换基准反射镜104，使测试端口50a和50b与壳体2对准并且最后将光学部件安装到壳体2中，这里，在保持光学部件被执行为将光学部件保持在壳体2上方的情况下，执行从用壳体2替换基准反射镜104至使测试端口对准的步骤。虽然上述变型方法增加了步骤，但可以提高光学部件和端口11、13的对准精度。

以上描述集中在光学组件1A设置有两个端口(即，信号端口11和本振端口13)的构造；然而，根据本发明的方法不限于该构造。具有唯一端口的光学组件也可以采用将光学部件安装到壳体中的该方法。因此，本发明不限于上述特定实施例，而是本发明包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (13)

1.一种组装光学组件的方法，所述光学组件设置有：光学端口，其附接至所述光学组件的一侧；光学器件；以及光学部件，其使所述光学端口与所述光学器件光耦合，所述方法包括如下步骤：

使自动准直器的光轴与模拟所述光学组件的基准反射镜的光轴对准；

用所述光学组件替换所述基准反射镜；

使所述光学部件的光轴与所述自动准直器的所述光轴对准；以及

将所述光学部件安装到所述光学组件中。

2.根据权利要求1所述的方法，

还包括如下步骤：

使测试端口的光轴与所述基准反射镜的所述光轴对准，所述测试端口产生测试光束；

用所述光学组件替换所述基准反射镜；以及

在利用内置在所述光学器件中的光检测器检测从所述测试端口提供的所述测试光束的同时，使所述测试端口与所述光学组件对准。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中，所述光学器件是光混合器，而所述光检测器是内置在所述光混合器中的半导体光电二极管。

4.根据权利要求2所述的方法，

还包括如下步骤：

在使所述测试端口对准的所述步骤之后，在利用内置在所述光学器件中的所述光检测器监测所述测试光束的同时，使其他光学部件的光轴对准；以及

将所述其他光学部件固定到所述光学组件中。

5.根据权利要求4所述的方法，

还包括如下步骤：

在固定所述其他光学部件的所述步骤之后，

用所述光学端口替换所述测试端口；

在利用内置在所述光学器件中的所述光检测器监测从所述光学端口输出的光信号的同时，使所述光学端口对准；以及

将所述光学端口固定至所述光学组件。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中，所述光学组件还包括可变光衰减器，所述可变光衰减器的衰减取决于施加至所述可变光衰减器的偏压，

所述方法包括如下步骤：

在固定所述光学端口的所述步骤之后，在向所述可变光衰减器供应所述偏压且检测穿过所述可变光衰减器的所述光信号的同时，将所述可变光衰减器安装到所述光学组件中。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中，安装所述可变光衰减器的所述步骤包括如下步骤：

利用一对臂部保持所述可变光衰减器；以及

经由所述一对臂部向所述可变光衰减器供应所述偏压，所述偏压是频率为1Hz的交流信号。

8.根据权利要求4所述的方法，

其中，在使所述测试端口对准的所述步骤之前安装在所述光学组件中的所述光学部件的光耦合公差大于在使所述测试端口对准的所述步骤之后所安装的所述其他光学部件的光耦合公差。

9.根据权利要求4所述的方法，

其中，所述光学器件包括光混合器；所述光学部件包括分束器、偏振分束器、半波板和偏振器中的至少一者；以及所述其他光学部件包括立方体反射镜和透镜中的至少一者。

10.根据权利要求4所述的方法，

其中，所述光学组件包括：

两个光混合器，其作为所述光学器件；信号端口和本振端口，其作为所述光学端口；

偏振分束器，其与所述信号端口光耦合；分束器，其与所述本振端口光耦合；以及光学偏振器，其被置于所述本振端口与所述分束器之间，所述偏振分束器、所述分束器和所述光学偏振器作为所述光学部件，以及

第一透镜系统，其布置在一个光混合器与所述偏振分束器之间，

半波板、第一反射镜和第二透镜系统，其均布置在所述偏振分束器与另一个光混合器之间，

第三透镜系统，其布置在所述分束器与所述另一个光混合器之间，以及

第二反射镜和第四透镜系统，其均布置在所述分束器与所述一个光混合器之间，作为所述其他光学部件。

11.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述自动准直器的所述光轴在所述光学组件上方穿过。

12.一种光学组件，其在信号端口中接收信号光并在本振端口中接收本振光，所述信号端口的内部固定有会聚透镜，所述光学组件包括：

第一光混合器和第二光混合器，其均使所述信号光与所述本振光发生干涉；

光耦合系统，其使所述信号光和所述本振光与所述第一光混合器和所述第二光混合器光耦合，所述光耦合系统的前端中具有用于所述信号光的准直透镜；以及

可变光衰减器，其布置在所述信号端口与所述光耦合系统的所述准直透镜之间，所述可变光衰减器使所述信号光衰减，

其中，被所述会聚透镜会聚的所述信号光具有位于所述可变光衰减器的位置处的束腰。

13.根据权利要求12所述的光学组件，

其中，所述可变光衰减器是具有位于所述会聚透镜的焦点中的遮光板的MEMS类型的可变光衰减器。

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