CN107219595A - 一种透镜阵列及光发射组件、光收发组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透镜阵列,包括本体，本体面向所述光电变换装置的底面上形成有多个第一透镜面，多个第一透镜面与多个发光元件一一对应，本体的内侧具有第一全反射面和第二全反射面，第二全反射面的外侧沿第一全反射面反射光方向延伸形成有多个凸柱，该多个凸柱与所述多个发光元件一一对应，凸柱的端部具有第二透镜面，第二透镜面用于将所述第一全反射面反射的发光元件发射光汇聚至与其对应的光传输体的端面，所述凸柱的横截面积不大于射入其平行光的横截面积。本发明的透镜阵列可以实现对发光元件发射光的功率检测，本透镜阵列结构简单易于实现，而且，通过控制调整凸柱横截面积的大小可以实现对检测用分光比例的精确控制度。

Description

一种透镜阵列及光发射组件、光收发组件
技术领域
本发明涉及一种光学元件，具体地说，是涉及一种透镜阵列及具备该透镜阵列的光发射组件、光收发组件。
背景技术
随着光通信产品在4G、5G及云服务推广及深入应用，对并行光电转换模块的需求与日剧增，市场需求也朝着不断小型化、高速率、高密度、低功耗方向发展，但在各式各样光模块产品中，对芯片光功率的闭环监控成为产品的重要一环，同时，也为客户及时了解产品性能提供了一种途径。
光芯片做为并行光电转换模块的重要部件，其性能直接决定着产品是否正常工作，而光功率做为判断芯片是否正常工作最有效的方法，被多数厂家用来监控光电转换模块的性能。目前市场上对于并行光电模块的光功率的监控基本采用开模的塑料件实现，但是普遍存在在分光结构的设计上，对光路进行部分切割，这样破坏了光路的整体性及对称型。同时，由于开模公差的影响，造成分光比例的波动较大，导致产品在使用过程中，检测比例的不稳定，出现误诊断。
申请号为201080058695.9的中国专利申请公开了一种透镜阵列，通过填充不同材料的介质及改变填充介质的结构，实现光路上光束的分光，该专利的通过棱镜及透射/反射层进行分光，加工制作比较困难，且在分光上，是对高斯光束整体面积上的主光路能量进行削弱，不可避免的影响到高斯光束承载的信息。
发明内容
本发明为了解决现有具有光功率检测功能的透镜阵列对光路上的光束分光结构加工制作困难的技术问题，提出了一种透镜阵列，可以解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种其配置在光电变换装置和光传输体之间，该光电变换装置上排列形成有多个发光元件，同时形成有至少一个受光元件，该受光元件用于接收监视光从而监视从所述多个发光元件的至少一个发光元件发射的光，该透镜阵列能够将所述多个发光元件和所述光传输体的端面光学性耦合，所述透镜阵列包括本体，所述本体面向所述光电变换装置的底面上形成有多个第一透镜面，所述多个第一透镜面与所述多个发光元件一一对应，所述本体的内侧具有第一全反射面和第二全反射面，所述第一全反射面位于所述多个发光元件发射的光射入所述第一透镜面后的光路上，所述第一全反射面将分别射入所述多个第一透镜面的所述多个发光元件各自的光全反射到所述第二全反射面上，所述第二全反射面的外侧沿所述第一全反射面反射光方向延伸形成有多个凸柱，该多个凸柱与所述多个发光元件一一对应，所述凸柱的端部具有第二透镜面，所述第二透镜面用于将所述第一全反射面反射的发光元件发射光汇聚至与其对应的光传输体的端面，各发光元件发射的光射入与其对应的第一透镜面后形成平行光，所述凸柱的横截面积不大于射入其平行光的横截面积，所述透镜阵列还包括至少一个第三透镜面，所述第三透镜面与所述受光元件一一对应，所述第三透镜面与所述第一透镜面位于同一平面上，所述第三透镜面用于将所述第二全反射面反射的光汇聚至与其对应的受光元件上。
进一步的，所述第一全反射面与所述第二全反射面垂直相交。
进一步的，所述凸柱的横截面积为射入其平行光的横截面积的60%～75%。
进一步的，所述发光元件的发散角为，所述发光元件距离所述第一透镜面的距离为a，发光元件发射的光射入与其对应的第一透镜面后形成平行光的直径b∈a*tan±10。
进一步的，所述凸柱为圆柱体、棱柱体、扇面柱体中的一种。
进一步的，所述凸柱的长度为100微米～300微米。
进一步的，所述第一全反射面和/或第二全反射面与所述本体的底面之间的夹角为45°
基于上述的透镜阵列，本发明同时提出了一种光发射组件，包括前面任一项所述的透镜阵列。
基于上述的透镜阵列，本发明同时提出了一种光收发组件，包括前面任一项所述的透镜阵列。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的透镜阵列在第二全反射面的外侧沿第一全反射面反射光方向延伸形成有多个凸柱，通过设计该凸柱的横截面积不大于平行光的横截面积，使得平行光正对凸柱的中心射入时，位于凸柱的横截面范围之内的平行光进入凸柱，并经过凸柱端部的第二透镜面汇聚至光传输体的端面，而位于凸柱的横截面范围之外的平行光被第二全反射面进行全反射，经过第三透镜汇聚至与其对应的受光元件上，受光元件对接收的光进行功率检测，进而可以实现对发光元件发射光的功率检测，本透镜阵列结构简单易于实现，而且，通过控制调整凸柱横截面积的大小可以实现对检测用分光比例的精确控制，提高光功率检测的精度。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提出的透镜阵列的一种实施例结构示意图；
图2是图1中透镜阵列的局部结构示意图；
图3是图2中透镜阵列的侧面剖视图；
图4是图2中透镜阵列的侧面剖视简图；
图5a是图4中的A部一种实施例放大图；
图5b是图4中的A部一种实施例放大图；
图5c是图4中的A部一种实施例放大图；
图5d是图4中的A部一种实施例放大图；
图6a是图3中凸柱的一种实施例横截面图；
图6b是图3中凸柱的一种实施例横截面图；
图6c是图3中凸柱的一种实施例横截面图；
图6d是图3中凸柱的一种实施例横截面图；
图6e是图3中凸柱的一种实施例横截面图；
图6f是图3中凸柱的一种实施例横截面图；
图7是本发明所提出的透镜阵列的一种实施例中平行光的光斑能量示意图；
图8是本发明所提出的透镜阵列的一种实施例中平行光的光斑直径b的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提出了一种透镜阵列10，其配置在光电变换装置20和光传输体30之间，该光电变换装置20上排列形成有多个发光元件201，同时形成有至少一个受光元件202，该受光元件202用于接收监视光从而监视从多个发光元件中的至少一个发光元件发射的光，该透镜阵列10能够将多个发光元件201和光传输体30的端面光学性耦合，其中，发光元件201采用能够进行电光转换的发光芯片实现，光传输体30采用光纤实现，受光元件202采用激光探测器实现，如图2-图3所示，透镜阵列10包括本体101，本体101面向光电变换装置的20底面上形成有多个第一透镜面102，该多个第一透镜面102沿与图3中纸面垂直方向排列设置，多个第一透镜面102与多个发光元件201一一对应，发光元件201发射出激光经与其对应的第一透镜面102进入透镜阵列的本体，本体101的内侧具有第一全反射面101a和第二全反射面101b，第一全反射面101a位于多个发光元件201发射的光射入所述第一透镜面102后的光路上，第一全反射面101a将分别射入多个第一透镜面102的多个发光元件各自的光全反射到第二全反射面101b上，第二全反射面101b的外侧沿第一全反射面101a反射光方向延伸形成有多个凸柱103，该多个凸柱103与多个发光元件201一一对应，凸柱103用于将第一全反射面101a反射的发光元件201发射光汇聚至与其对应的光传输体的端面，各发光元件201发射的光射入与其对应的第一透镜面102后形成平行光，凸柱103的横截面积不大于射入其平行光的横截面积，其中，该平行光射在与其垂直的平面上时形成光斑，平行光的横截面积与所形成的光斑的面积一致，透镜阵列还包括至少一个第三透镜面104，第三透镜面104与受光元件202一一对应，第三透镜面104与第一透镜面102位于同一平面上，也即位于本体101面向光电变换装置的20底面上，当包括多个第三透镜面104时，该多个第三透镜面104的设置方向垂直于如图3所示的纸面，由于凸柱103的横截面积不大于射入其平行光的横截面积，因此，射入的平行光一部分进入凸柱103，另外一部分经过第二全反射面101b进行全反射后垂直射在第三透镜面104所在平面上，第三透镜面104用于将所述第二全反射面101b反射的光汇聚至与其对应的受光元件202上，由受光元件202检测，该受光元件202也可以是光检测器。
本实施例的透镜阵列在第二全反射面的外侧沿第一全反射面反射光方向延伸形成有多个凸柱，通过设计该凸柱的横截面积不大于平行光的横截面积，使得平行光正对凸柱的中心射入时，位于凸柱的横截面范围之内的平行光进入凸柱，并经过凸柱端部的第二透镜面汇聚至光传输体的端面，而位于凸柱的横截面范围之外的平行光被第二全反射面进行全反射，经过第三透镜汇聚至与其对应的受光元件上，受光元件对接收的光进行功率检测，进而可以实现对发光元件发射光的功率检测，本透镜阵列结构简单易于实现，而且，通过控制调整凸柱横截面积的大小可以实现对检测用分光比例的精确控制，提高光功率检测的精度。
本实施例的透镜阵列，其中，本体101采用开模实现，光路的路径为：发光元件201发出的光束到达第一透镜面102，第一透镜面102将发散光整形为平行光。由于在第一全反射面101a，本体101的折射率是大于空气介质的，平行光束在第一全反射面101a进行全反射，被反射的光束传输到第二全反射面101b，此时平行光束的光斑是大于凸柱103在第二全反射面101b的投影面积，在投影面积内部的光束会进入凸柱103，凸柱103将进入凸柱103的平行光进行汇聚，并且汇聚后的焦点在光传输体30的端面上，且汇聚后的角度小于光纤的数值孔径，所有光束进入光纤进行数据的传输。而在第二全反射面101b，平行光束大于凸柱103投影面积的部分光束在第二全反射面101b进行全反射，到达第三透镜面104，进过第三透镜面104的整形，将平行光做成会聚光，焦点在受光元件202的光口上，且光斑面积小于光口面积。由于对凸柱103直径的设计，使传输到光传输体30的光束和分给光探测器2的光束比例满足要求，此时到达受光元件202的光束就可以对发光元件201发出的光束进行监控，使透镜满足光功率的检测。
如图4、图5a-图5d所示，为第二全反射面101b的外侧所形成的凸柱103的侧面结构示意图，其中，凸柱103可以为圆柱状结构，锥台状结构以及锥状结构等，进入凸柱103内部的平行光直接到达其端部或者经过凸柱103的内表面的一次或者多次反射到达凸柱103的端部射出，汇聚到光传输体的端面上由光传输体进行传输。
如图6a-图6f所示，为凸柱103的横截面示意图，其中，空白部分为凸柱103的横剖面图，凸柱103的横剖面可以圆、扇面等，阴影部分为平行光射到第二全反射面101b上发生全反射的部分区域，如图7所示，为平行光的光斑能量示意图，由图6结合图7可知，通过调整凸柱103横截面的形状可以精确的控制分光比，提高光功率检测的精度。
由图7可知，由于平行光的能量主要集中在中心位置，优选凸柱103为圆柱状，射入凸柱103的平行光与反射的光如图6a所示，该种结构最好控制，也最易于生产制造。且进入凸柱103的光束属于整体光束能量较高的部分，中心能量集中部分的光束用于信号的传输，并未将中心光束能量削弱，保证了信号的传输质量。此外，圆柱状的凸柱103能够保持光路的整体性及对称性，使整体光路在光通信产品的使用中，性能也能达到最优化。
受光元件202的数量设置可以根据实际所需要检测的发光元件201进行设置，例如，若只需检测部分发光元件201的光功率，则仅对该需要检测光功率的发光元件对应设置受光元件202，且相应的设置与受光元件202一一对应的第三透镜面104。若需要检测全部发光元件201的光功率，则对每一个发光元件对应设置受光元件202。
优选在凸柱103的端部具有第二透镜面105，第二透镜面105用于将第一全反射面101b反射的各发光元件201发射光汇聚至与其对应的光传输体30的端面。使得进入凸柱103的光通过汇聚全部进入光传输体30进行传输。
第一全反射面101a与所述第二全反射面101b垂直相交，且第一全反射面101a和/或第二全反射面101b与本体101的底面之间的夹角为45°，本体101内传输的平行光与第一全反射面101a以及第二全反射面101b之间的夹角分别为45°，保证了平行光可以被第一全反射面101a以及第二全反射面101b进行全反射。
凸柱103的横截面积为射入其平行光的横截面积的60%～75%，可以控制分光能量占光束总能量的15%～30%左右。凸柱的长度为100微米～300微米。
如图8所示，发光元件的发散角为，发光元件201距离第一透镜面102的距离为a，发光元件201发射的光射入与其对应的第一透镜面102后形成平行光的直径b∈a*tan±10。
本实施例的透镜阵列10可以应用在光发射组件以及光收发组件中，光发射组件以及光收发组件的其他结构可以与现有的相同，其中透镜阵列10可以参见实施例一所示，在此不做赘述。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种透镜阵列，其配置在光电变换装置和光传输体之间，该光电变换装置上排列形成有多个发光元件，同时形成有至少一个受光元件，该受光元件用于接收监视光从而监视从所述多个发光元件的至少一个发光元件发射的光，该透镜阵列能够将所述多个发光元件和所述光传输体的端面光学性耦合，其特征在于：所述透镜阵列包括本体，所述本体面向所述光电变换装置的底面上形成有多个第一透镜面，所述多个第一透镜面与所述多个发光元件一一对应，所述本体的内侧具有第一全反射面和第二全反射面，所述第一全反射面位于所述多个发光元件发射的光射入所述第一透镜面后的光路上，所述第一全反射面将分别射入所述多个第一透镜面的所述多个发光元件各自的光全反射到所述第二全反射面上，所述第二全反射面的外侧沿所述第一全反射面反射光方向延伸形成有多个凸柱，该多个凸柱与所述多个发光元件一一对应，所述凸柱的端部具有第二透镜面，所述第二透镜面用于将所述第一全反射面反射的发光元件发射光汇聚至与其对应的光传输体的端面，各发光元件发射的光射入与其对应的第一透镜面后形成平行光，所述凸柱的横截面积不大于射入其平行光的横截面积，所述透镜阵列还包括至少一个第三透镜面，所述第三透镜面与所述受光元件一一对应，所述第三透镜面与所述第一透镜面位于同一平面上，所述第三透镜面用于将所述第二全反射面反射的光汇聚至与其对应的受光元件上。
2.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于：所述第一全反射面与所述第二全反射面垂直相交。
3.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于：所述凸柱的横截面积为射入其平行光的横截面积的60%～75%。
4.根据权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于：所述发光元件的发散角为，所述发光元件距离所述第一透镜面的距离为a，发光元件发射的光射入与其对应的第一透镜面后形成平行光的直径为b∈a*tan±10。
5.根据权利要求1-4任一项所述的透镜阵列，其特征在于：所述凸柱为圆柱体、棱柱体、扇面柱体中的一种。
6.根据权利要求1-4任一项所述的透镜阵列，其特征在于：所述凸柱的长度为100微米～300微米。
7.根据权利要求1-4任一项所述的透镜阵列，其特征在于：所述第一全反射面和/或第二全反射面与所述本体的底面之间的夹角为45°。
8.一种光发射组件，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的透镜阵列。
9.一种光收发组件，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的透镜阵列。
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