CN107045165A - 光学组件及光模块 - Google Patents

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Abstract

本申请揭示了一种光学组件及光模块，所述光学组件依次包括光发射端、光接收端、及位于光发射端和光接收端之间的光学元器件，所述光学组件还包括位于光学元器件和光发射端之间准直单元、以及位于光学元器件和光接收端之间的聚焦单元，所述准直单元包括位于光学元器件和光发射端之间的第一透镜和位于第一透镜和光学元器件之间的向场透镜，所述聚焦单元包括位于光学元器件和光接收端之间的第二透镜，所述向场透镜用于吸收光发射端与第一透镜之间的对位偏差。本申请中光学组件中通过增加一个向场透镜，能够吸收光学组件组装时的对位偏差，降低了光学组件的组装公差精度，组装方便，且提高整个光学组件的耦合效率。

Description

光学组件及光模块
技术领域
本申请属于光通信技术领域，具体涉及一种光学组件及光模块。
背景技术
光模块由光电器件、功能电路和光口端等组成。其中，光电器件包括发射和接收两部分。简单的说，光模块的主要功能就是实现光电转换，在发送端将电信号转换成光信号，通过光纤传送后，在接收端再将光信号转换成电信号，从而实现信息的传输。
光模块在自由空间光路设计时，光路中往往需要加入光环形器、波分复用器及解复用器等光学元器件，此时需要较长的光路来满足光模块的设计需要。
参图1所示，现有技术中光模块通常采用双透镜系统的光学组件100’，其沿光路的光轴方向依次包括光发射端11’、第一透镜12’、光学元器件13’、第二透镜14’及光接收端15’，第一透镜12’为准直透镜，用于将光发射端11’发射的光信号进行准直，第二透镜14’为聚焦透镜，用于将各路从光学元器件传输的光信号聚焦到光接收端15’。
然而双透镜系统的光学组件中，光发射端11’与第一透镜12’的对准及位置精度要求较高，因为光发射端11’与光接收端15’之间的发散角失配较大，为了获得较高的耦合效率一般第一透镜12’的M值在4左右，且由于光路较长，当光发射端11’与第一透镜12’在同心度方向配合稍有偏差会造成整个光路到达光路系统末端的光束位置有较大偏差，或者有部分光束会跑出光学组件可接收范围以外，具体参图2所示，在光接收端位置精度要求较高时对整个光学组件的耦合效率会造成很大影响。
因此针对上述问题，有必要提供一种光学组件及光模块。
发明内容
本申请一实施例提供一种光学组件，所述光学组件依次包括光发射端、光接收端、及位于光发射端和光接收端之间的光学元器件，所述光学组件还包括位于光学元器件和光发射端之间准直单元、以及位于光学元器件和光接收端之间的聚焦单元，所述准直单元包括位于光学元器件和光发射端之间的第一透镜和位于第一透镜和光学元器件之间的向场透镜，所述聚焦单元包括位于光学元器件和光接收端之间的第二透镜，所述向场透镜用于吸收光发射端与第一透镜之间的对位偏差。
一实施例中，所述第一透镜和第二透镜为凸透镜或平凸透镜，所述向场透镜为凸透镜、平凸透镜、凹透镜或平凹透镜中的一种。
一实施例中，所述向场透镜为凸透镜或平凸透镜，所述第一透镜的像点为位于第一透镜和向场透镜之间实像点。
一实施例中，所述光发射端和第一透镜之间的距离大于第一透镜的焦距，光发射端发射的光信号依次经过第一透镜、向场透镜、光学元器件及第二透镜，最终聚焦至光接收端。
一实施例中，所述向场透镜为凸透镜或平凸透镜，所述第一透镜的像点为位于第一透镜在光发射端一侧的虚像点。
一实施例中，所述光发射端和第一透镜之间的距离小于第一透镜的焦距，光发射端发射的光信号依次经过第一透镜、向场透镜、光学元器件及第二透镜，最终聚焦至光接收端。
一实施例中，所述向场透镜为凹透镜或平凹透镜，所述第一透镜的像点为位于向场透镜在光接收端一侧的虚像点。
一实施例中，所述光发射端和第一透镜之间的距离大于第一透镜的焦距，光发射端发射的光信号依次经过第一透镜、向场透镜、光学元器件及第二透镜，最终聚焦至光接收端。
一实施例中，所述光学元器件包括光环形器、波分复用器、解复用器中的一种或多种。
本申请一实施例还提供一种光模块，所述光模块包括上述的光学组件。
与现有技术相比，本申请的技术方案中，
光学组件中通过增加一个向场透镜，能够吸收光学组件组装时的对位偏差，将偏离处光学组件外的光信号重新拉回后续的光学组件中进行传输；
降低了光学组件的组装公差精度，组装方便，且提高整个光学组件的耦合效率。
附图说明
图1是现有技术中光学组件的光路传输示意图；
图2是现有技术中存在对位偏差的光学组件的光路传输示意图；
图3是本申请第一实施方式中光学组件的光路传输示意图；
图4是本申请第一实施方式中光学组件存在对位偏差的光路传输示意图；
图5是本申请第二实施方式中光学组件的光路传输示意图；
图6是本申请第二实施方式中光学组件存在对位偏差的光路传输示意图；
图7是本申请第三实施方式中光学组件的光路传输示意图；
图8是本申请第三实施方式中光学组件存在对位偏差的光路传输示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。
本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当部件被称为“直接在另一部件或层上”、“直接连接在另一部件或层上”时，不能存在中间部件或层。
参图3所示介绍本申请第一实施方式中的光学组件100，该光学组件包括光发射端11、光接收端15、及位于光发射端和光接收端之间的光学元器件13，光学组件还包括位于光学元器件13和光发射端11之间的第一透镜12、位于光学元器件13和光接收端15之间的第二透镜14、以及位于第一透镜12和光学元器件13之间的向场透镜(Field Lens)16。第一透镜12和向场透镜16作为光学组件的准直单元，该向场透镜16用于吸收光发射端11与第一透镜12之间的对位偏差，第二透镜14作为光学组件的聚焦单元。
其中，第一透镜12和第二透镜14为凸透镜或平凸透镜、向场透镜16为凸透镜或平凸透镜，本实施方式中以第一透镜12和第二透镜14为凸透镜、向场透镜16为凸透镜为例进行说明。
优选地，本实施方式光学组件中的光发射端可以为激光器、激光二极管模组（TO can， Transmitter Outline can）等，光接收端可以为接收光纤、光电探测器等，光学元器件可以包括光环形器、波分复用器、解复用器等，此处不再一一举例进行说明。
本实施方式中第一透镜12的焦距为f1，光发射端11和第一透镜12之间的距离大于第一透镜的焦距f1，即光发射端11位于第一透镜12的左侧焦点之外，第一透镜12的像点为位于第一透镜12和向场透镜16之间的实像点。
具体的光信号传输原理如下：
首先，光发射端11发射的光信号经过第一透镜12透射后在第一透镜12的右侧进行汇聚，且汇聚的光信号经过第一透镜12的像点；而后，经过第一透镜12汇聚后的光信号经过向场透镜16进行准直，得到若干平行光信号在光学元器件13之间进行传输；最后，平行光信号经过第二透镜14进行聚焦，聚焦至光接收端15并进一步传输。
图3中光发射端11、第一透镜12、向场透镜16、光学元器件13、第二透镜14、及光接收端15均位于光轴上，然而在实际安装时，光发射端11和第一透镜12之间通常具有一定的对位偏差。
参图4所示，光发射端11偏离光轴一定距离，此时从光发射端11发射的光信号经过第一透镜12透射后与图3中相比也会存在一定的偏离，通过增加的向场透镜16可以吸收光发射端11与第一透镜12之间的对位偏差，将偏离处光学组件外的光信号重新拉回后续的光学组件中进行传输。
同样地，光信号经过第一透镜12和向场透镜16准直后变为若干平行的光信号，在光学元器件13中传输后经过第二透镜14聚焦，最终聚焦至光接收端15。
参图5所示介绍本申请第二实施方式中的光学组件200，该光学组件包括光发射端21、光接收端25、及位于光发射端和光接收端之间的光学元器件23，光学组件还包括位于光学元器件23和光发射端21之间的第一透镜22、位于光学元器件23和光接收端25之间的第二透镜24、以及位于第一透镜22和光学元器件23之间的向场透镜(Field Lens)26。第一透镜22和向场透镜26作为光学组件的准直单元，该向场透镜26用于吸收光发射端21与第一透镜22之间的对位偏差，第二透镜24作为光学组件的聚焦单元。
其中，第一透镜22和第二透镜24为凸透镜或平凸透镜、向场透镜26为凸透镜或平凸透镜，与第一实施方式相同地，本实施方式中以第一透镜22和第二透镜24为凸透镜、向场透镜26为凸透镜为例进行说明。
优选地，本实施方式光学组件中的光发射端可以为激光器、激光二极管模组（TO can， Transmitter Outline can）等，光接收端可以为接收光纤、光电探测器等，光学元器件可以包括光环形器、波分复用器、解复用器等，此处不再一一举例进行说明。
与第一实施方式不同的是，本实施方式中第一透镜22的曲率半径小于第一实施方式中第一透镜12的曲率半径，第一透镜22的焦距为f2，光发射端21和第一透镜22之间的距离小于第一透镜的焦距f2，即光发射端21位于第一透镜22的左侧焦点之内，第一透镜22的像点为位于光发射端21左侧的虚像点。
具体的光信号传输原理如下：
首先，光发射端21发射的光信号经过第一透镜22透射，透射光信号仍呈发射状，在第一透镜22的无法汇聚至像点；而后，经过第一透镜22后的光信号经过向场透镜26进行准直，得到若干平行光信号在光学元器件23之间进行传输；最后，平行光信号经过第二透镜24进行聚焦，聚焦至光接收端25并进一步传输。
图5中光发射端21、第一透镜22、向场透镜26、光学元器件23、第二透镜24、及光接收端25均位于光轴上，然而在实际安装时，光发射端21和第一透镜22之间通常具有一定的对位偏差。
参图6所示，光发射端21偏离光轴一定距离，此时从光发射端21发射的光信号经过第一透镜22透射后与图5中相比也会存在一定的偏离，通过增加的向场透镜26可以吸收光发射端21与第一透镜22之间的对位偏差，将偏离处光学组件外的光信号重新拉回后续的光学组件中进行传输。
同样地，光信号经过第一透镜22和向场透镜26准直后变为若干平行的光信号，在光学元器件23中传输后经过第二透镜24聚焦，最终聚焦至光接收端25。
参图7所示介绍本申请第三实施方式中的光学组件300，该光学组件包括光发射端31、光接收端35、及位于光发射端和光接收端之间的光学元器件33，光学组件还包括位于光学元器件33和光发射端31之间的第一透镜32、位于光学元器件33和光接收端35之间的第二透镜34、以及位于第一透镜32和光学元器件33之间的向场透镜(Field Lens)36。第一透镜32和向场透镜36作为光学组件的准直单元，该向场透镜36用于吸收光发射端31与第一透镜32之间的对位偏差，第二透镜34作为光学组件的聚焦单元。
其中，第一透镜32和第二透镜34为凸透镜或平凸透镜、向场透镜36为凹透镜或平凹透镜，本实施方式中以第一透镜32和第二透镜34为凸透镜、向场透镜36为凹透镜为例进行说明。
优选地，本实施方式光学组件中的光发射端可以为激光器、激光二极管模组（TO can， Transmitter Outline can）等，光接收端可以为接收光纤、光电探测器等，光学元器件可以包括光环形器、波分复用器、解复用器等，此处不再一一举例进行说明。
本实施方式中第一透镜32的焦距为f3，光发射端31和第一透镜32之间的距离大于第一透镜的焦距f3，即光发射端31位于第一透镜32的左侧焦点之内，与第一实施方式不同的是，本实施方式中第一透镜32的像点为位于向场透镜36右侧的虚像点。
具体的光信号传输原理如下：
首先，光发射端31发射的光信号经过第一透镜32透射，透射光信号仍呈收敛状，但第一透镜32的像点为位于向场透镜36右侧的虚像点，光信号在第一透镜32和向场透镜36之间不会汇聚至一点；而后，经过第一透镜32后的光信号经过向场透镜36进行准直，得到若干平行光信号在光学元器件33之间进行传输；最后，平行光信号经过第二透镜34进行聚焦，聚焦至光接收端35并进一步传输。
图7中光发射端31、第一透镜32、向场透镜36、光学元器件33、第二透镜34、及光接收端35均位于光轴上，然而在实际安装时，光发射端31和第一透镜32之间通常具有一定的对位偏差。
参图8所示，光发射端31偏离光轴一定距离，此时从光发射端31发射的光信号经过第一透镜32透射后与图7中相比也会存在一定的偏离，通过增加的向场透镜36可以吸收光发射端31与第一透镜32之间的对位偏差，将偏离处光学组件外的光信号重新拉回后续的光学组件中进行传输。
同样地，光信号经过第一透镜32和向场透镜36准直后变为若干平行的光信号，在光学元器件33中传输后经过第二透镜34聚焦，最终聚焦至光接收端35。
上述各实施方式可应用于光路较长的光学组件中，如光接收模块、光发射模块或双向光收发模块，只需在光路中增加一个向场透镜，降低了对位偏差对光学组件的影响，提高了整个光学组件的耦合效率。
本申请通过上述实施方式，具有以下有益效果：
光学组件中通过增加一个向场透镜，能够吸收光学组件组装时的对位偏差，将偏离处光学组件外的光信号重新拉回后续的光学组件中进行传输；
降低了光学组件的组装公差精度，组装方便，且提高整个光学组件的耦合效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学组件，所述光学组件依次包括光发射端、光接收端、及位于光发射端和光接收端之间的光学元器件，其特征在于，所述光学组件还包括位于光学元器件和光发射端之间准直单元、以及位于光学元器件和光接收端之间的聚焦单元，所述准直单元包括位于光学元器件和光发射端之间的第一透镜和位于第一透镜和光学元器件之间的向场透镜，所述聚焦单元包括位于光学元器件和光接收端之间的第二透镜，所述向场透镜用于吸收光发射端与第一透镜之间的对位偏差。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜为凸透镜或平凸透镜，所述向场透镜为凸透镜、平凸透镜、凹透镜或平凹透镜中的一种。
3.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于，所述向场透镜为凸透镜或平凸透镜，所述第一透镜的像点为位于第一透镜和向场透镜之间实像点。
4.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，所述光发射端和第一透镜之间的距离大于第一透镜的焦距，光发射端发射的光信号依次经过第一透镜、向场透镜、光学元器件及第二透镜，最终聚焦至光接收端。
5.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于，所述向场透镜为凸透镜或平凸透镜，所述第一透镜的像点为位于第一透镜在光发射端一侧的虚像点。
6.根据权利要求5所述的光学组件，其特征在于，所述光发射端和第一透镜之间的距离小于第一透镜的焦距，光发射端发射的光信号依次经过第一透镜、向场透镜、光学元器件及第二透镜，最终聚焦至光接收端。
7.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于，所述向场透镜为凹透镜或平凹透镜，所述第一透镜的像点为位于向场透镜在光接收端一侧的虚像点。
8.根据权利要求7所述的光学组件，其特征在于，所述光发射端和第一透镜之间的距离大于第一透镜的焦距，光发射端发射的光信号依次经过第一透镜、向场透镜、光学元器件及第二透镜，最终聚焦至光接收端。
9.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述光学元器件包括光环形器、波分复用器、解复用器中的一种或多种。
10.一种光模块，其特征在于，所述光模块包括权利要求1~9中任一项所述的光学组件。
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