CN107250863B - 具有与壳体被动对准的分波滤光器的光学组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于与一根光纤交互通信的光学组件。所述光学组件设置有光传输单元(Tx单元)、光接收单元(Rx单元)、安装有分波滤光器的滤光器保持部以及用于容纳Tx单元、Rx单元和滤光器保持部的壳体。在壳体和滤光器保持部上分别形成有彼此摩触的倾斜面，从而唯一地确定分波滤光器的角度。

Description

具有与壳体被动对准的分波滤光器的光学组件

技术领域

本发明涉及光学组件，特别地，本发明涉及用于光学通信系统的光学组件，其向单根光纤传输和/或从单根光纤接收波长彼此不同的光信号。

背景技术

作为用于光学通信系统的光学组件，能够传输相对于单根光纤而言的上游光信号并接收下游光信号的单纤双向光学组件已经是公知的。单纤双向光学组件提供光传输单元，光接收单元，光纤固定单元，将光传输单元、光接收单元和光纤固定单元组装起来的壳体，以及使属于光传输单元的光信号和属于光接收单元的另一光信号分开的分光滤光器。光学组件的壳体在内部容纳有固定分光滤光器的滤光器保持部。滤光器保持部提供滤光器安装面，该滤光器安装面相对于光纤固定单元的光轴、光传输单元的光轴和光接收单元的光轴形成约45°的角度，分光滤光器安装在该滤光器安装面上。

发明内容

本发明要解决的技术问题

上文描述的光学组件没有提供机构来确定滤光器保持部相对于壳体的旋转角度，因此，滤光器保持部是可选地可旋转的。当滤光器保持部旋转时，安装在滤光器安装面上的分波滤光器相对于光轴的角度会偏离设计角度，这不仅使得分波滤光器的分波功能劣化，而且使得光纤与各光学单元之间的光耦合效率劣化。

本发明提供一种光学组件，其向单根光纤传输和从单根光纤接收波长彼此不同的光信号，并且提供将这些光信号分开的分波滤光器，可以在不执行相对于内部容纳有分波滤光器的壳体的光学对准的情况下组装包括光纤在内的这些光学部件。

解决问题的技术方案

本发明的一方面涉及一种光学组件，其与单根光纤同时地通信具有第一波长的第一光信号和具有第二波长的第二光信号。所述光学组件包括第一光学单元、第二光学单元、分波滤光器、滤光器保持部和壳体。所述第一光学单元沿着第一光轴与所述第一光信号耦合。所述第二光学单元沿着与所述第一光轴垂直的第二光轴与所述第二光信号耦合。所述分波滤光器反射所述第一光信号和所述第二光信号中的一者并且传输所述第一光信号和所述第二光信号中的另一者。所述滤光器保持部保持所述分波滤光器。所述壳体的内部安装有所述滤光器保持部，并且所述第一光学单元和所述第二光学单元附接于所述壳体。本光学组件的特征在于，所述滤光器保持部与所述壳体配合。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的光学组件的透视图。

图2示出了图1所示光学组件的横截面。

图3是图1所示光学组件的主要部分的分解横截面图。

图4是示出了壳体的透视图。

图5是固定分波滤光器的滤光器保持部的透视图，其中(a)示出了从安装有分波滤光器的安装面看到的滤光器保持部，而(b)示出了从与前述侧相反的一侧看到的滤光器保持部。

图6示出了安装在壳体内的滤光器保持部的横截面。

具体实施方式

接下来将参考附图描述根据本发明的优选实施例。然而，本发明不限于这些实例，而是旨在包括权利要求中限定的技术方案以及在权利要求及其等同物范围内的所有修改。此外，在说明书和附图中，彼此相同或相似的附图标记将指代彼此相同或相似的元件，而不做重复解释。

图1是根据本发明的实施例的光学组件的透视图，并且图2示出了图1所示光学组件的主要部分的横截面。图1和图2所示的光学组件1是能够与单根光纤通信的所谓的双向光学组件的类型。也就是说，光学组件1可以在将传输光信号(Tx光)传输到单根光纤的同时从该单根光纤接收接收光信号(Rx光)。光学组件1包括光接收单元(Rx单元)2、光传输单元(Tx单元)3以及内部接纳有单根光纤的耦合单元4。光学组件1还提供：壳体5，Rx单元2、Tx单元3和耦合单元4附接于壳体5；以及滤光器保持部6，其安装有分波滤光器8。本实施例的光学组件1通过滤光器保持部6将Rx单元2附接于壳体5。

Rx单元2是本发明中的第二光学单元，安装有从单根光纤接收Rx光的光电二极管(PD)，而Tx单元3是本发明中的第一光学单元，安装有将Tx光传输至单根光纤的激光二极管(LD)。Tx单元3附接至壳体3使得Tx单元3的光轴与耦合单元4平行；而Rx单元2通过滤光器保持部6附接至壳体5使得Rx单元2的光轴相对于耦合单元4的光轴形成90°的角度。也就是说，Tx单元3的光轴与Rx单元2的光轴在分波滤光器8上相交，形成大致90°的角度。图1所示的Tx单元3提供盒形封装，其被称为蝴蝶封装，但是Tx单元3可以具有与Rx单元2相同的同轴型封装。

如图2所示，耦合单元4包括套筒4a、插芯4b、衬套4c和套筒盖4d。套筒4接纳固定在单根光纤末端中的光学插芯。插芯4b的前部固定在套筒4a的后部中。衬套4c的后部固定插芯4b的后部；而衬套4c的前部插入套筒盖4d与套筒4a的后部之间。也就是说，套筒4a的后部被插入衬套4c的前部与插芯4b的前部之间的间隙中。可以通过压入配合来实现套筒4a的后部的插入以及衬套4c的前部的插入。本说明书假定“前方”对应于耦合单元4附接于壳体5的一侧；而“后方”对应于Tx单元3附接于壳体5的一侧。然而，这些假定仅仅是为了便于说明，不影响本发明的范围。通过将单根光纤的光学插芯插入套筒4a以及将光学插芯的末端抵靠在插芯4b的前端上，这使得单根光纤与固定在插芯4b中心的耦合光纤物理接触而不形成菲涅尔接面，可以使单根光纤与Rx单元2和Tx单元3光学耦合。

前对准单元7包括前耦合套筒7b和用于固定前透镜7c的前透镜保持部7a。前透镜保持部7a和前耦合套筒7b均具有圆筒形状。也就是说，前透镜7c被固定在前透镜保持部7a的孔中；而前透镜保持部7a被固定在前耦合套筒7b的孔7d中。调节前透镜保持部7a与前耦合套筒7b之间重合长度，可以实现前对准单元7沿其光轴的光学对准。另一方面，在前耦合单元7b的前壁7e上滑动耦合单元4的后端，可以实现耦合单元4与壳体5之间在与耦合单元4的光轴垂直的平面内的光学对准。在执行这些光学对准后，穿透焊接可以将前耦合套筒7b与前透镜保持部7a固定在一起，角焊可以将耦合单元4与前耦合套筒7b固定在一起。

后者对准，即在与光轴垂直的平面内沿着X方向和Y方向的对准探索了通过耦合光纤4e检测到的量值为最大值的位置。耦合单元4在该位置固定于前耦合套筒7b。另一方面，另一对准，即沿着与光轴平行的Z方向的对准可以调节通过耦合光纤4e检测到的量值为预定值时前透镜保持部7a与前耦合套筒7b之间的相对位置，因为最大量值可能会超过肉眼安全所确定的极限。

在光学组件1中，从Tx单元3输出的Tx光经过分波滤光器8和前透镜7c到达耦合光纤4e；而从耦合光纤4e输出的Rx光经过前透镜7c并且被分波滤光器8反射而到达Rx单元2。

图3是图1所示光学组件1的主要部分的分解横截面图，图4是壳体5的透视图，图5是滤光器保持部6的透视图，其中(a)示出了从分波滤光器8侧看到的滤光器保持部6，而(b)示出了从Tx单元3侧看到的滤光器保持部6。壳体5可以由金属制成，具有圆筒形状，并且提供第一孔5a和第二孔5b，第一孔5a称为Tx孔并且其轴线与Tx单元3的光轴平行，第二孔5b称为Rx孔并且其轴线与Rx单元2的光轴平行。Tx孔5a从将要附接耦合单元4的端部5h延伸至将要附接Tx单元3的另一端。Tx孔5a还固定分波滤光器8与附接有Tx单元3的端部之间的隔离器5c。Tx单元3通过角焊固定于壳体5的凸缘5d。

根据本发明的壳体5的一个特征在于Rx孔5b从壳体5的外表面中的平坦表面5e穿透，并且在斜坡5f置于平坦表面5e与台阶部5g之间的情况下平坦表面5e与台阶部5g连续。斜坡5f沿着耦合光纤4e的光轴存在，即沿着Tx单元3的光轴存在，换句话说，斜坡5f形成为将Rx孔5b夹在中间，并且台阶部5g形成在各个斜坡5f的外侧。如说明书后文所述，滤光器保持部6也提供与壳体5的斜坡5f配合的斜坡6i。两个斜坡5f与6i之间的相对关系可以防止滤光器保持部6在Rx孔5b内旋转，并且被动地确定滤光器保持部6在Rx孔5b内的插入深度。

滤光器保持部6可以由金属制成，并且提供凸缘6b和从凸缘6b突出的柱6d。具体地说，凸缘6b具有圆形台阶部6c和从台阶部6c突出的柱。凸缘6b、圆形台阶部6c和柱6d在其俯视图中形成为同心圆。柱6d提供位于其端部中的安装面6e，分波滤光器8安装在安装面6e上。滤光器保持部6还提供位于柱6d的中间部位的第一孔，即Tx孔6g以及穿透凸缘6b和柱6d的第二孔，即Rx孔6f。Tx孔6g在安装面6e的假想延伸面上的点处以90°的角度与Rx孔6f相交。也就是说，Tx孔6g的轴线在置于安装面6e上的分波滤光器8的表面上以90°的角度与Rx孔6f的轴线相交。滤光器保持部6还在圆形台阶部6c上面向柱6d的各个部位提供沿着耦合单元4的光轴或者沿着Tx单元3的光轴的斜坡6i。

参考图3，Rx孔6f提供用于安装接纳滤光器6h的台阶部。接纳滤光器6h可以遮挡来自Tx单元3的光。根据本实施例的光学组件1假设安装在如下系统中：Tx光的波长λ_Tx和Rx光的波长λ_Rx满足关系λ_Tx＜λ_Rx。因此，Tx单元3不受Rx光影响。也就是说，在Tx单元内设置的LD对于Rx光而言是透明的。然而，Rx单元2受Tx光影响。具体地说，在Rx单元2内设置的PD受Tx光影响。特别地，当Tx单元3产生的信号光一旦经过分波滤光器8从光学组件输出到外部，在远离光学组件的位置遭受菲涅尔反射并且返回到光学组件，则一部分光可能被分波滤光器8反射而到达Rx单元2。这种光对于Rx单元而言成为噪音。因此，接收滤光器6h优选地置于Rx单元2前方从而传输属于Rx单元2的光并且反射剩余光。

图6示出了安装在壳体5内的滤光器保持部6的横截面。耦合单元4、Tx单元3和Rx单元2分别附接于侧面5h、与侧面5h相反的侧面以及滤光器保持部6的侧面6i。柱6d插入壳体5的Rx孔5b中。壳体5的Tx孔5a的轴线与滤光器保持部6的轴线重合，准确地说，与柱6d中的Tx孔6g的中心轴线重合，并且在安装面6e的假想延伸面上的点处在壳体5的中心与柱6d中的Rx孔的轴线相交。

对于滤光器保持部6的斜坡6i，滤光器保持部6的柱6d被插入Rx孔5b的深端，在滤光器保持部6的台阶部6c与壳体的台阶部5e之间以及凸缘6b与壳体5的台阶部5g之间形成间隙。也就是说，滤光器保持部6和壳体5仅仅各自在斜坡5f和6i处接触。

换句话说，通过滤光器保持部6的斜坡6i摩触壳体5的斜坡5f，确定安装在滤光器保持部6中的分波滤光器8的法线相对于Rx单元2的光轴以及Tx单元3的光轴的角度，并且绝不会偏离如此确定的位置关系。从耦合单元4提供的Rx光被分波滤光器8反射并且以合适的入射角进入Rx单元2。或者Rx光被引导到如下区域：其中，通过在滤光器保持部6的表面6j上滑动Rx单元2，至少Rx单元2能够被对准。此外，从Tx单元3来的Tx光被适当地引导至耦合单元4，准确地说，被引导至耦合光纤的端部。

当进入分波滤光器的入射角偏离设计角度时，分波滤光器对于两个光束的分波功能会劣化。在Rx单元2的光轴和Tx单元3的光轴在分波滤光器处形成直角的光学系统中，为了使具有例如1.48μm波长的光束与具有1.55μm波长的光束分开，该光学系统需要两个光束的入射角的偏离度在±1°以内。在这样的情况下，分波滤光器的安装角的偏离度需要在±0.5°以内。当进入分波滤光器8的角度偏离时，这意味着进入滤光器6h的光束入射角偏离设计角，滤光器6h的滤波性能也会劣化。

分波滤光器8通常可以由母材上的多层光学薄膜制成，其中各个光学薄膜具有彼此不同的光学特性，特别地折射率。尽管分波功能的陡度(steepness)决定于光学薄膜的数量，但是数量增多会降低分波滤光器8的透光率。此外，具有急陡的截止特性的分波滤光器需要中心波长或截止波长上的绝对准确性。本发明的滤光器保持部6和壳体5具有可以自动确定分波滤光器8相对于Rx单元2和Tx单元3的光轴的角度的斜坡6i和5f，该布置可以应用于具有多层光学薄膜的分波滤光器。

上述说明集中于提供一个光接收单元和一个光传输单元的光学组件1，但是光学组件1可以提供另外的光传输单元代替光接收单元。在这样的光学组件中，用于各个光传输单元的波长中的差异变得更小，并且构造有多层光学薄膜的分波滤光器不能分开两个波长。通过使一者Tx光的偏振垂直于另一者Tx光的偏振，分波滤光器具有显著的分波功能。这种偏振分开功能在两个光束相对于分波滤光器的法线的入射角方面需要更高的准确性。

接下来描述包括外部光纤与Rx单元2之间以及外部光纤与Tx单元3之间的光学对准在内的组装。该过程首先组装滤光器保持部6从而将分波滤光器8安装在柱6d的端部中的表面6e上。如前所述，滤光器保持部6和壳体5提供各自的斜坡6i和5f。摩触斜坡6i和5f并且将滤光器保持部6的凸缘6b与壳体5焊接起来，将滤光器保持部6与壳体2组装起来。在组装滤光器保持部6的步骤中，没有进行光学对准。在将滤光器保持部6固定于壳体5之后，在不进行光学对准的情况下在设计位置将Tx单元3的前端固定于壳体的凸缘5g。

然后，将前对准单元7固定于壳体5，并且将耦合单元4固定于前对准单元7。具体地说，实际地操作Tx单元3，准确地说，从Tx单元3内设置的LD产生激光束，激光束被引导到壳体5内。耦合单元4和前对准单元7针对激光束进行对准，并且在壳体5的前端5h上被固定在对准位置处。本步骤在前对准单元7置于耦合单元4与壳体5之间的情况下将耦合单元4相对于壳体5定位。也就是说，本步骤准备了虚拟光纤，其可以与前透镜保持部7a一起移动并且具有位于前透镜7c的焦点处的端面。在壳体5的前表面5h上滑动前透镜保持部7a，该过程将前透镜保持部7a固定在如下位置：通过该虚拟纤维检测到的Tx光的量值是最大值。

接下来，移除虚拟光纤并且用前耦合套筒7b覆盖前透镜保持部7a，在与光轴垂直的平面内在前耦合套筒7b的前表面7e上滑动耦合单元4，耦合单元4被临时固定在如下位置：通过耦合单元4检测到的Tx光的量值是最大值。然后，调节前耦合套筒7b插入前透镜保持部7a的插入深度。可以调节这两个部件之间的重合长度使得，通过实际地操作设置在Tx单元3内部的LD，使得通过耦合单元4检测到的量值处于预定范围内，并且穿透焊接可以将前耦合套筒7b与前透镜保持部7a固定在一起。前耦合套筒7b相对于前透镜保持部7a的对齐不会总是将耦合光纤4的端部设定在前透镜7c的焦点部分处。与前透镜7c的焦点重合的耦合光纤4e的端部可能导致通过耦合光纤输出的光的量值超出肉眼安全的极限。因此，耦合光纤4e的端部通常偏离前透镜7c的焦点，即，散焦布置。最后，在前耦合套筒7b的端面7e上执行耦合单元4在与其光轴垂直的平面内的对准。角焊可以将耦合单元与前耦合套筒7b固定在对准位置。

然后，该过程将Rx单元2相对于壳体5，准确地说，滤光器保持部6对准并固定于滤光器保持部6。具体地说，在不执行光学对准的情况下将后透镜保持部9a固定于滤光器保持部6的端部9e。也就是说，角焊将后透镜保持部9a固定于滤光器保持部6的设计位置。然后，首先调节后透镜保持部9a插入后耦合套筒9b的孔9d中的插入深度。协同操作Rx单元2与后耦合套筒9b并且实际地从耦合光纤4提供虚拟Rx光，可以如通过设置在Rx单元2内的PD实际地接收虚拟Rx光那样，执行Rx单元2相对于后耦合套筒9b的对准。因为分波滤光器8已经确定了其角度，因此在Rx单元2没有在与其光轴垂直的平面内对准的情况下虚拟Rx光进入Rx单元2。或者，虚拟Rx光可以以相当于执行了与其光轴平行的对准的量值进入Rx单元2。然后，可以确定后透镜保持部9a插入后耦合套筒9b的插入深度，使得PD检测到的量值为最大值。穿透焊接可以将后耦合套筒9b与后透镜保持部9a固定在该位置。Rx单元具有比后耦合套筒9b的孔9d的内径稍小的外径，从而在两者之间形成微小间隙。可以在该微小间隙内执行光学对准，并且角焊可以在如下位置将Rx单元2固定于后耦合套筒9b：PD检测到的量值为最大值。在与其光轴垂直的平面内的对准过程中，Rx单元2没有旋转。Rx单元2提供一些待固定于电路板上的对应盘的端子；因此，旋转Rx单元2将会导致端子与盘之间的位置关系变得混乱。

上面描述了根据本发明的实施例，但是很显然，本领域技术人员可以改变和/或修改这些实施例。因此，后面权利要求将包含落入本发明的真正精神和范围内的这些变动和修改。

Claims (10)

1.一种光学组件，其与单根光纤同时地通信具有第一波长的第一光信号和具有第二波长的第二光信号，所述光学组件包括：

第一光学单元，其沿着第一光轴与所述第一光信号耦合；

第二光学单元，其沿着与所述第一光轴垂直的第二光轴与所述第二光信号耦合；

分波滤光器，其反射所述第一光信号和所述第二光信号中的一者并且传输所述第一光信号和所述第二光信号中的另一者；

滤光器保持部，其保持所述分波滤光器；以及

壳体，其内部安装有所述滤光器保持部，并且所述第一光学单元和所述第二光学单元附接于所述壳体，

其中，所述壳体提供沿着所述第一光轴的第一孔、沿着所述第二光轴的第二孔以及一对斜坡，所述第二孔沿着所述第一光轴位于所述一对斜坡之间，

所述滤光器保持部提供凸缘和柱，所述凸缘提供平坦面以及与所述平坦面连续的一对斜坡，所述滤光器保持部的所述一对斜坡将所述柱沿着所述第一光轴置于所述一对斜坡之间，

所述第二孔内部安装有所述滤光器保持部，并且

所述滤光器保持部的所述一对斜坡与所述壳体的所述一对斜坡配合，并且所述滤光器保持部的所述凸缘与所述平坦面形成间隙。

2.根据权利要求1所述的光学组件，

其中，所述滤光器保持部提供凸缘、柱和安装面，所述柱被插入所述壳体的所述第二孔中，

所述柱提供第一孔和第二孔，所述柱的所述第一孔沿着所述第一光轴穿透所述柱并且与所述壳体的所述第一孔连续，所述柱的所述第二孔沿着所述第二光轴延伸到所述柱的中心，所述安装面安装所述分波滤光器，并且

所述柱的所述第一孔和所述第二孔在所述安装面上露出。

3.根据权利要求2所述的光学组件，

其中，所述第一光轴在安装于所述安装面上的所述分波滤光器处与所述第二光轴相交。

4.根据权利要求1所述的光学组件，

其中，所述壳体提供平坦面，所述壳体的所述第二孔在所述平坦面上露出，并且

所述壳体中的所述一对斜坡与所述平坦面的沿着所述第一光轴的各个端部连续。

5.根据权利要求4所述的光学组件，

其中，所述壳体还提供相对于所述壳体的所述第二孔在外侧与所述壳体的各个所述斜坡连续的台阶部。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学组件，

还包括耦合单元和前对准单元，所述前对准单元包括前透镜保持部和前耦合套筒，

所述耦合单元接纳具有与所述第一光轴平行的光轴的光纤，并且通过所述前对准单元被组装于所述壳体，并且

所述前耦合套筒提供接纳所述前透镜保持部的孔。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的光学组件，

还包括后对准单元，所述后对准单元包括后透镜保持部和后耦合套筒，

所述后透镜保持部在内部固定有后透镜，所述后耦合套筒具有接纳所述后透镜保持部的孔。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的光学组件，

其中，所述分波滤光器具有法线，所述法线相对于所述第一光轴和所述第二光轴形成45°的角度。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的光学组件，

其中，所述第一光学单元是光传输单元，所述光传输单元具有向所述分波滤光器发射所述第一光信号的半导体激光二极管(LD)，并且所述第二光学单元是光接收单元，所述光接收单元具有从所述分波滤光器接收所述第二光信号的光电二极管(PD)。

10.根据权利要求9所述的光学组件，

还提供光学隔离器，所述光学隔离器在所述分波滤光器与所述壳体的附接所述第一光学单元的端部之间位于所述壳体的所述第一孔中。