CN107238900A - 一种抗反射的同轴光器件封装 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗反射的同轴光器件封装，包括TO‑CAN、光纤和全反射膜片；TO‑CAN包括光发射组件、载体、封帽、透镜，透镜位于TO‑CAN轴线上，光发射组件与全反射膜片分别位于TO‑CAN轴线的两侧，光发射组件偏离TO‑CAN轴线的距离为D1，光发射组件沿透镜光轴方向倾斜设置，光发射组件与透镜的水平距离为L1；TO‑CAN传输的出射光经全反射膜片反射至光纤，全反射膜片中心与透镜的水平距离为L2；且2*D1*L2/L1>r，r为透镜半径。本发明只需将光发射组件进行偏心和倾斜安装，同时增加一个全反射光学膜片，光纤端面发出的反射光偏离原路，不会经过透镜返回至TO‑CAN中，避免了采用高成本的光隔离器，有效降低了光器件封装成本，保护了TO‑CAN中光源工作的稳定性，提高了光纤通信系统的通信质量。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种抗反射的同轴光器件封装。
背景技术
在光纤通信系统中，由于光从激光器光源到光纤的传输过程中，会不可避免地经过众多光学界面，在每一个光学界面处均会产生不同程度的反射光。
光束传输到光纤端面未被耦合进光纤的光形成的反射光在光路中强度最大。而在传统的同轴光器件封装中，因光路可逆，这些反射光会累计叠加沿原光路返回至激光器光源中，当返回的反射光强度到达一定程度时，就会引起激光器光源工作的不稳定性，激光器光源对于稳定性要求极高，因此，返回的反射光会造成激光器光源性能劣化，影响整个光纤通信系统的正常工作，其危害程度较高。
为了确保通信质量，必须对反射光进行处理，将内部封装激光器光源的TO-CAN（镭射二极体模组）外部的反射光完全隔绝在TO-CAN外部而不会透过TO-CAN透镜返回至激光器光源中。
传统的抗反射光方法只能部分降低反射光未能完全隔离，且实现方法是通过加光隔离器或光纤端面研磨角度来实现，由于光隔离器成本较高，光纤端面研磨涉及较多工艺流程，因此不利于光纤通信低成本和高效的方法实现。
发明内容
本发明的目的是克服现有传统同轴光器件的抗反射方法不能完全隔离反射光，且过程复杂，成本高的问题。
为此，本发明实施例提供了一种抗反射的同轴光器件封装，包括TO-CAN，光纤，以及设置在TO-CAN和光纤之间的全反射膜片；
所述TO-CAN包括光发射组件、安装光发射组件的载体、密封光发射组件的封帽、以及安装在封帽上的透镜，所述透镜位于TO-CAN轴线上，所述光发射组件与全反射膜片分别位于TO-CAN轴线的两侧，所述光发射组件偏离TO-CAN轴线的距离为D1，所述光发射组件沿透镜光轴方向倾斜设置，光发射组件与透镜的水平距离为L1；
所述TO-CAN传输的出射光经全反射膜片反射至光纤，全反射膜片反射轴与透镜的水平距离为L2；且2*D1*L2/L1>r，r为透镜半径。
进一步的，所述光发射组件为激光器芯片。
进一步的，所述光发射组件的倾斜角θ1不大于单模光纤数值孔径角。
进一步的，所述光发射组件偏离TO-CAN轴线的距离D1≤0.14mm。
进一步的，所述载体包括底座和设置在底座上的若干个Pin脚。
进一步的，所述透镜为非球面透镜。
进一步的，所述全反射膜片由基底材料表面镀金属全反射膜层得到。
进一步的，所述TO-CAN传输的出射光在全反射膜片的中心位置发生全反射。
与现有的技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种抗反射的同轴光器件封装将TO-CAN中的光发射组件进行偏心和倾斜安装，光发射组件出射的光经过透镜斜方向入射到全反射膜片上全部反射到光纤端面进行耦合，未能耦合进光纤的光在光纤端面发生反射，反射光偏离原路，不会经过透镜返回至TO-CAN中，保护了TO-CAN中光源工作的稳定性，提高了光纤通信系统的通信质量。
(2)本发明提供的这种抗反射的同轴光器件封装避免了采用高成本的光隔离器，只需调整TO-CAN中的光发射组件的位置，同时增加一个全反射光学膜片，成本低，有效降低了光器件封装成本。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明抗反射的同轴光器件封装中TO-CAN的结构示意图。
图2是本发明抗反射的同轴光器件封装的光路示意图。
附图标记说明：1、Pin脚；2、底座；3、光发射组件；4、发射光；5、封帽；6、透镜；7、反射光；8、入射端面；9、光纤；10、耦合光；11、全反射光；12、全反射面；13、全反射膜片；14、出射光；15、TO-CAN轴线。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种抗反射的同轴光器件封装，包括TO-CAN，光纤9，以及设置在TO-CAN和光纤9之间的全反射膜片13；所述TO-CAN包括光发射组件3、安装光发射组件3的载体、密封光发射组件3的封帽5、以及安装在封帽5上的透镜6，所述透镜6位于TO-CAN轴线15上，所述光发射组件3与全反射膜片13分别位于TO-CAN轴线15的两侧，所述光发射组件3偏离TO-CAN轴线15的距离为D1，所述光发射组件3沿透镜6光轴方向倾斜设置，光发射组件3与透镜6的水平距离为L1；所述TO-CAN传输的出射光14经全反射膜片13反射至光纤9，全反射膜片13反射轴与透镜的水平距离为L2；且2*D1*L2/L1>r，r为透镜半径。
其中，所述光发射组件3是由在陶瓷基片上粘贴激光器芯片组成，光发射组件3将电信号转化为光信号进行后续传输给光纤9，而陶瓷基片连通激光器芯片的电极，并起到散热作用。所述载体包括底座2和设置在底座2上的若干个Pin脚1，Pin脚1数量不限，所述光发射组件3按设计的偏心距离和倾斜角度安装于底座2上，并且通过Pin脚1将激光器芯片的电极与外部电路连通。优选的，所述透镜6采用非球面透镜，修正球面像差，提高了耦合效率。所述全反射膜片13由基底材料表面镀金属全反射膜层得到，全反射膜片13的制作工艺简单，成本低，有效降低光器件封装成本。
本实施例提供的这种抗反射的同轴光器件封装具体抗反射过程如下：将TO-CAN中的光发射组件3进行偏心和倾斜安装，如图2所示，光发射组件3偏离TO-CAN的水平轴线距离为D1，光发射组件3发出的发射光4与TO-CAN轴线15成倾斜角θ1，控制光发射组件3的偏心距离D和倾斜角θ1进行贴片安装，光发射组件3与透镜6中心的水平距离为L1，显然tan(θ1)=D1/L1，光发射组件3发出的发射光4经透镜6中心透射传输为TO-CAN的出射光14。
从TO-CAN传输的出射光14到达全反射膜片13的全反射面12上发生镜面反射形成全反射光11，入射角为α，反射角为β，显然α=β，透镜6中心距离全反射膜片13反射轴的水平距离为L2，然后全反射光11到达光纤9的入射端面8时，满足光纤9数值孔径角范围内的光耦合进光纤9中形成耦合光10，未能成功耦合进光纤9的光则经光纤9的入射端面8形成反射光7，此过程中全反射光11在光纤9的入射端面8的入射角为θ3，反射角为θ4，经光纤9的入射端面8形成的反射光7与TO-CAN轴线15基于全反射膜片13反射轴的距离为D4，反射光7反射回TO-CAN时，只要不经过透镜6反射回TO-CAN内部则反射光7就被完全阻隔在TO-CAN以外,从而成功地将TO-CAN外部反射光7完全隔离，保证TO-CAN中光发射组件3的工作稳定性，提高光纤通信系统的高质量。
而保证反射光7完全隔离在TO-CAN外部的条件为2*D1*L2/L1>透镜的半径r；具体推导过程如下：三角函数可知tan(θ1) = D1/L1，出射光14与TO-CAN轴线15形成夹角θ2=θ1，而tan(θ2) = D3/L2，则D3=D1*L2/L1；另外，由反射定律可知，α=β，θ3=θ4，则D3=D4，而θ2+α=90°，β+θ3=90°，则θ3=θ2，所以θ4=θ3=θ2=θ1，因而，经光纤9的入射端面8形成的反射光7与TO-CAN传输的出射光14平行，进而反射光7到达TO-CAN的封帽5上的垂直高度D2=D3+D4，即D2=2*D3=2*D1*L2/L1，而保证反射光7完全隔离在TO-CAN外部时需要D2>透镜的半径r，即2*D1*L2/L1>透镜的半径r。因此，通过合理控制D1、L1、L2与透镜半径r的关系，即可使得反射回TO-CAN的反射光7被完全阻隔在TO-CAN以外,成功地将TO-CAN外部反射光完全隔离，达到抗反射的目的。
而为了保证光能更高效率的耦合进光纤9，提高耦合效率，由于θ1=θ3，因而优选控制所述光发射组件3的倾斜角θ1不大于单模光纤数值孔径角，使全反射光11到达光纤9的入射端面8时，全反射光11在入射端面8入射角满足光纤9数值孔径角范围，本实施例中单模光纤数值孔径角为8℃，因此发射组件3的倾斜角θ1≤8℃，所述光发射组件3偏离TO-CAN轴线15的距离D1=L1tan(θ1)，根据实际工艺贴片经验值，L1一般约为1mm，因而优选的D1≤0.14mm。所述TO-CAN传输的出射光14在全反射膜片13的中心位置发生全反射。
综上所述，本发明提供的这种抗反射的同轴光器件封装只需将TO-CAN中的光发射组件进行偏心和倾斜安装，同时增加一个全反射光学膜片，光发射组件出射的光经过透镜斜方向入射到全反射膜片上全部反射到光纤端面进行耦合，未能耦合进光纤的光在光纤端面发生反射，反射光偏离原路，不会经过透镜返回至TO-CAN中，避免了采用高成本的光隔离器，有效降低了光器件封装成本，保护了TO-CAN中光源工作的稳定性，提高了光纤通信系统的通信质量。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抗反射的同轴光器件封装，其特征在于：包括TO-CAN，光纤(9)，以及设置在TO-CAN和光纤(9)之间的全反射膜片(13)；
所述TO-CAN包括光发射组件(3)、安装光发射组件(3)的载体、密封光发射组件(3)的封帽(5)、以及安装在封帽(5)上的透镜(6)，所述透镜(6)位于TO-CAN轴线(15)上，所述光发射组件(3)与全反射膜片(13)分别位于TO-CAN轴线(15)的两侧，所述光发射组件(3)偏离TO-CAN轴线(15)的距离为D1，所述光发射组件(3)沿透镜(6)光轴方向倾斜设置，光发射组件(3)与透镜(6)的水平距离为L1；
所述TO-CAN传输的出射光(14)经全反射膜片(13)反射至光纤(9)，全反射膜片(13)反射轴与透镜(6)的水平距离为L2；且2*D1*L2/L1>r，r为透镜半径。
2.如权利要求1所述的抗反射的同轴光器件封装，其特征在于：所述光发射组件(3)包括陶瓷基片和激光器芯片，所述激光器芯片粘贴在陶瓷基片上。
3.如权利要求1所述的抗反射的同轴光器件封装，其特征在于：所述光发射组件(3)的倾斜角θ1不大于单模光纤数值孔径角。
4.如权利要求3所述的抗反射的同轴光器件封装，其特征在于：所述光发射组件(3)偏离TO-CAN轴线(15)的距离D1≤0.14mm。
5.如权利要求1所述的抗反射的同轴光器件封装，其特征在于：所述载体包括底座(2)和设置在底座(2)上的若干个Pin脚(1)。
6.如权利要求1所述的抗反射的同轴光器件封装，其特征在于：所述透镜(6)为非球面透镜。
7.如权利要求1所述的抗反射的同轴光器件封装，其特征在于：所述全反射膜片(13)由基底材料表面镀金属全反射膜层得到。
8.如权利要求1所述的抗反射的同轴光器件封装，其特征在于：所述TO-CAN传输的出射光(14)在全反射膜片(13)的中心位置发生全反射。
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Effective date of registration: 20221026 Address after: Nanhu Industrial Park, Huangzhou District, Huanggang City, Hubei Province 438000 Patentee after: Hubei Ruichuang Xinda Optoelectronics Co.,Ltd. Address before: 430223 Hubei city of Wuhan province Huazhong University of Science and Technology science and Technology Park of East Lake high tech Development Zone Zhengyuan photon Industrial Park Patentee before: WUHAN HUAGONG GENUINE OPTICS TECH Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20221116 Address after: Nanhu Industrial Park, Huangzhou District, Huanggang City, Hubei Province 438000 Patentee after: Hubei Ruichuang Xinda Optoelectronics Co.,Ltd. Patentee after: WUHAN HUAGONG GENUINE OPTICS TECH Co.,Ltd. Address before: Nanhu Industrial Park, Huangzhou District, Huanggang City, Hubei Province 438000 Patentee before: Hubei Ruichuang Xinda Optoelectronics Co.,Ltd. |
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