CN107422430A - 一种紧凑型单纤多向组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧凑型单纤多向组件，包括单纤多向组件本体，所述单纤多向组件本体包括输入输出端、第一发射端、第二发射端、第一接收端、第二接收端和滤光片组，所述滤光片组包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片和第四滤光片，在所述第四滤光片和第一滤光片之间依次设置有负透镜、隔离器和侧移片。在保持高的耦合效率的前提下，以折叠原有光路，压缩了光程，从而实现了最紧凑的单纤多向组件的结构布局；本发明通过较短的光程、较小的体积获得较高的耦合效率，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难以及体积上的严格要求。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通讯技术领域中的一种光收发模块组件，具体涉及一种紧凑型单纤多向组件。
背景技术
随着光纤网络的应用越来越普及，尤其是世界各地光纤接入FTTH(Fiber To TheHome)项目逐步实施，以及点对点的数据传输,特别是三网合一的推进，和光纤到户网络从EPON和GPON升级到下一代光纤到户网络(NGPON1又分为XGPON和10GEPON)，出现混合组网的情况，市场上对于单纤多向组件的需求也越来越大。
比如XGPON标准里面，需要处理的波长为1270nm，和1577nm，相比原来GPON标准里的1310nm，1490nm，以及三网合一里面的1550nm，波长间隔从原先的最窄60nm，变成最窄27nm。实际过渡带从原先的40nm，变成15nm，相应的技术难度成倍增加。
现有的单纤四向光收发模块组件的原理，如图1所示，第一光信号和第二光信号通过光纤由公共端1进入光学组件，在光学组件中，滤光片均位于公共端1发射的主光路上，第一滤光片51与光路呈45度角，光束经过第一滤光片51，第一光信号发生90度反射由第一光电探测器31接收；第二光信号由第一滤光片51透射后再经过第二滤光片52，然后第二光信号经第二滤光片52反射由第二光电探测器32接收。第一接收端31和第二接收端32为一种光探测器，用于光电转换，使光信号转化为电信号。第一发射端21和第二发射端22采用激光二极管，第一发射端21发出的第三光信号经过第三滤光片53、第二滤光片52和第一滤光片51透射进入公共端1，第二发射端22发出的第四光信号经过第三滤光片53反射后，再由第二滤光片52和第一滤光片51透射进入公共端1。
所述第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号的波长彼此各不相同，且分别为λ1、λ2、λ3和λ4，第一、二、三和四光信号具有彼此不同的波长，第一光信号和第二光信号的波长为相邻波长，λ1＝1270±10nm，λ2＝1310±20nm，其波长的间隔极小，为10nm-70nm，第三光信号和第四光信号波长的间隔比较宽。
现有的单纤多向组件的结构中，为了实现不同波长的透射和反射，其第一滤波片51、第二滤光片52、第三滤光片53必须使光信号45°入射，同时为了满足应用要求，防止透射波长信号或者反射波长信号无法有效分开，发射和接收端的波长间隔就必须足够宽，这导致了单纤多向组件的体积偏大，不适用于标准的SFP模块。当公共端输入的两个光信号的波长λ1和λ2相隔很近时，第一滤光片51和第二滤光片52间隔较小时，就无法将这两个相邻波长有效地分开。
在解决单纤多向组件分波合波的同时，实际应用场景又对组件的外型尺寸提出了要求，要求其体积尽可能的小。单纤多向组件从标准的XFP模块外型，进一步缩小到标准的SFP模块外型。
发明内容
本发明目的在于提供一种紧凑型单纤多向组件，解决当输入的两个光信号的波长相隔很近时，为了将其分开，发射端和接收端的波长间隔就必须足够宽，这导致了现有的单纤多向组件的体积需要设置得较大，不便于使用，无法适用于标准的SFP模块的问题。本发明提出的一种紧凑型单纤多向组件，可以通过较短的光程获得较高的耦合效率，在解决了小体积的单纤多向组件无法将相邻波长效分开的问题的基础上，还能适用于标准的SFP模块。本发明在能将相邻波长分开的前提下，减小了单纤多向组件的体积，使其各个部件之间更加紧凑，使得紧凑型单纤多向收发模块组件得以实现和有效使用，以使本发明适用于标准的SFP模块。
本发明通过下述技术方案实现：
一种紧凑型单纤多向组件，包括单纤多向组件本体，所述单纤多向组件本体包括输入输出端、第一发射端、第二发射端、第一接收端、第二接收端和固定在内核上的滤光片组，所述输入输出端能发射出第一光信号和第二光信号，所述第一发射端发射出第三光信号，所述第二发射端发射出第四光信号，所述信号的波长彼此各不相同，且分别为λ1、λ2、λ3和λ4，第一、二、三和四光信号具有彼此不同的波长，第一光信号和第二光信号的波长为相邻波长，第三光信号和第四光信号波长的间隔比较宽。所述滤光片组包括第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片和第四滤光片，在所述第四滤光片和第一滤光片之间依次设置有负透镜、隔离器和侧移片；
由输入输出端输入的第一光信号经过第一滤光片反射后到达第二滤光片，并经第二滤光片透射后由第一接收端接收；
由输入输出端输入的第二光信号依次经过第一滤光片反射、第二滤光片反射后到达第三滤光片，并经第三滤光片透射后由第二接收端接收；
由第一发射端发出的第三光信号依次经过第四滤光片、负透镜、隔离器、侧移片以及第一滤光片的透射后由输入输出端接收；
由第二发射端发出的第四光信号经过第四滤光片放着后，再依次经过负透镜、隔离器、侧移片以及第一滤光片的透射后由输入输出端接收。
滤光片组按相关技术要求固定在内核上，内核再与输入输出端固定连接，构成一个具有所需光学功能的独立组件。该独立组件再通过本体金属件和各个发射端、接收端固定成完整的单纤多向组件。
通过第一滤光片，把输入输出端输入的光信号从主光路上分开，分为第一光信号和第二光信号，分别发送给第一接收端和第二接收端，而现有的单纤多向组件中，输入输出端输入的第一光信号经由一个设置在主光路上的滤光片反射，输入输出端输入的第二光信号经由另一个设置在主光路上的滤光片反射，从而将第一光信号和第二光信号分开，在主光路上设置越多的滤光反射片，会加长单纤多向组件的体积，不利于单纤多向组件的使用；通过第四滤光片，将第一发射端的第三光信号和第二发射端的第四光信号合成，在保持高的耦合效率的前提下，以折叠原有光路，压缩了光程，无需将发射端和接收端设置得过远，从而实现了紧凑的单纤多向组件的结构布局，解决了相邻波长的干扰和无法有效分开相邻波长的困难的问题，并满足了体积上的严格要求，无需将发射和接收端的四个波长间隔设置得足够宽。
第一发射端和第二发射端分别发射的第三光信号和第四光信号共用一个负透镜，该负透镜使第三光信号和第四光信号从汇聚光变为平行光。第一发射端和第二发射端分别发射的第三光信号和第四光信号共用隔离器和负透镜，相对于现有的单纤多向组件来说，本发明有效压缩空间，实现了紧凑型单纤多向组件。
现有技术中，将隔离器和负透镜设置在发射端或者接收端附近，而这个位置中，被隔离器和负透镜转化为平行光的光径加大，不利于减小其体积以及实现紧凑的目的，因此将隔离器和负透镜设置在将第三光信号和第四光信号汇聚之后，以使汇聚后的第三光信号和第四光信号转变为具有更小直径的光信号，提高紧凑性，缩小体积。
光路中间采用的侧移棱镜进一步地减小了单纤多向组件的体积。为满足最佳体积和光电性能，在光路中间采用侧移棱镜，使光路在轴线上产生一个侧移，从而在空间体积上，使输入输出端、第一发射端、第二发射端、第一接收端和第二接收端均匀分布；同时使光信号在侧移片中折叠，压缩了光程，并使滤光片组均匀地分布在各个发射端和接收端之间，并最终获得单纤多向组件的小体积的紧凑结构。
在不采用侧移棱镜时，第四滤光片位于主光路上，而第二发射端与第四滤光片之间的距离不能缩短，因此第二发射端的位置距离输入输出端输入的主光路较远，不利于本单纤多向组件安装在SFP模块中；在上述因素下，下移第四滤光片和第二发射端，并通过侧移片将第四滤光片汇聚后的光能回到主光路上，并缩短了第二发射端距离输入输出端输入的主光路的距离，提高了本发明的紧凑性。
进一步地，所述第三滤光片为楔角棱镜，其斜面朝向第二滤光片，且经由第三滤光片透射到第二接收端的光信号垂直于输入输出端发射出的光信号。
在所述第三滤光片的平面上镀设有波分复用滤光膜。
输入输出端输入的第一光信号和第二光信号波长为相邻波长，第一接收端、第二接收端满足最佳光电性能，采用小角度入射角的滤光片；同时，为满足紧凑体积要求，第二光信号采用楔角棱镜的第三滤光片以修正入射角，以使第三滤光片透射到第二接收端的光信号垂直于输入输出端发射出的光信号，第二接收端的接收方向垂直于输入输出端输入的光信号，即将第二接收端垂直主轴方向布置，进一步提高本发明的紧凑型，缩小体积。
第一滤光片41采用入射角度小的滤光片将相邻波长有效的分开，从而有效降低成本。
进一步地，所述第二滤光片为楔角棱镜，其斜面朝向第一接收端，且经由第二滤光片透射到第一接收端的光信号垂直于输入输出端发射出的光信号。
同时，为进一步满足紧凑体积要求，第二滤光片为楔角棱镜，即第一光信号采用楔角棱镜的第二滤光片以修正入射角，以使第二滤光片透射到第一接收端的光信号垂直于输入输出端发射出的光信号，第一接收端的接收方向垂直于输入输出端输入的光信号，即将第一接收端垂直主轴方向布置。
进一步地，所述第一接收端和第二接收端均为光电探测器。光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。所述第一发射端和第二发射端均为激光二极管。激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激光二极管分为同质结、单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。
进一步地，发射端的第三光信号和第四光信号波长的间隔比较宽，两个发射端为满足最佳体积和光电性能，采用垂直和平行主轴方向布局。
进一步地，为保证苛刻的体积要求，单纤多向组件中主要部件采用补片结构：在发射端固定在本体上后，再固定接收端的辅助固定件，最后通过补片固定接收端。
进一步地，发射端的第三和第四光信号共用一个宽带的隔离器，该隔离器可以是偏振相关的，也可以是偏振无关的。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种紧凑型单纤多向组件，通过第一滤光片，把输入输出端输入的光信号分开，分为第一光信号和第二光信号，分别发送给第一接收端和第二接收端；通过第四滤光片，将第一发射端的第三光信号和第二发射端的第四光信号合成，在保持高的耦合效率的前提下，以折叠原有光路，压缩了光程，从而实现了最紧凑的单纤多向组件的结构布局；解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难的问题，并满足了体积上的严格要求；
2、本发明一种紧凑型单纤多向组件，第一发射端和第二发射端分别发射的第三光信号和第四光信号共用一个负透镜，该负透镜使第三光信号和第四光信号从汇聚光变为平行光。第一发射端和第二发射端分别发射的第三光信号和第四光信号共用隔离器和负透镜，有效压缩空间，从而实现紧凑型结构；
3、本发明一种紧凑型单纤多向组件，第一发射端和第二发射端分别发射的第三光信号和第四光信号共用一个负透镜，该负透镜使第三光信号和第四光信号从汇聚光变为平行光。第一发射端和第二发射端分别发射的第三光信号和第四光信号共用隔离器和负透镜，有效压缩空间，从而实现紧凑型结构；
4、本发明一种紧凑型单纤多向组件，输入输出端输入的第一光信号和第二光信号波长为相邻波长，第一接收端、第二接收端满足最佳光电性能，采用小角度入射角的滤光片；同时，为满足紧凑体积要求，第二光信号采用楔角棱镜的第三滤光片以修正入射角，以使第三滤光片透射到第二接收端的光信号垂直于输入输出端发射出的光信号，第二接收端的接收方向垂直于输入输出端输入的光信号，即将第二接收端垂直主轴方向布置，进一步提高本发明的紧凑型，缩小体积。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为现有技术中单纤多向组件的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为实施例4的结构示意图；
图4为本发明的装配结构示意图；
图5为本发明的爆炸示意图；
图6为本发明和标准SFP壳体装配示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-输入输出端，21-第一发射端，22-第二发射端，31-第一接收端，32-第二接收端，41-第一滤光片，42-第二滤光片，43-第三滤光片，44-第四滤光片，51-负透镜，61-隔离器，71-侧移片，81-内核，91-补片，101-SFP模块的壳体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1-图6所示，本发明一种紧凑型单纤多向组件，包括单纤多向组件本体，所述单纤多向组件本体包括输入输出端1、第一发射端21、第二发射端22、第一接收端31、第二接收端32和固定在内核上的滤光片组，所述输入输出端1能发射出第一光信号和第二光信号，所述第一发射端21发射出第三光信号，所述第二发射端22发射出第四光信号，所述信号的波长彼此各不相同，且分别为λ1、λ2、λ3和λ4，第一、二、三和四光信号具有彼此不同的波长，第一光信号和第二光信号的波长为相邻波长，第三光信号和第四光信号波长的间隔比较宽。所述滤光片组包括第一滤光片41、第二滤光片42、第三滤光片43和第四滤光片44，在所述第四滤光片44和第一滤光片41之间依次设置有负透镜51、隔离器61和侧移片71；
由输入输出端1输入的第一光信号经过第一滤光片41反射后到达第二滤光片42，并经第二滤光片42透射后由第一接收端31接收；
由输入输出端1输入的第二光信号依次经过第一滤光片41反射、第二滤光片42反射后到达第三滤光片43，并经第三滤光片43透射后由第二接收端32接收；
由第一发射端21发出的第三光信号依次经过第四滤光片44、负透镜51、隔离器61、侧移片71以及第一滤光片41的透射后由输入输出端1接收；
由第二发射端22发出的第四光信号经过第四滤光片44放着后，再依次经过负透镜51、隔离器61、侧移片71以及第一滤光片41的透射后由输入输出端1接收。
滤光片组按相关技术要求固定在内核上，内核再通过强固定与输入输出端构成一个具有所需光学功能的独立组件。该独立组件再通过本体金属件和各个发射端、接收端固定成完整的单纤多向组件。
通过第一滤光片41，把输入输出端1输入的光信号分开，分为第一光信号和第二光信号，分别发送给第一接收端31和第二接收端32；通过第四滤光片44，将第一发射端21的第三光信号和第二发射端22的第四光信号合成，在保持高的耦合效率的前提下，以折叠原有光路，压缩了光程，从而实现了最紧凑的单纤多向组件的结构布局；解决了相邻波长的干扰和无法有效分开的困难的问题，并满足了体积上的严格要求。
第一发射端21和第二发射端22分别发射的第三光信号和第四光信号共用一个负透镜51，该负透镜51使第三光信号和第四光信号从汇聚光变为平行光。第一发射端21和第二发射端22分别发射的第三光信号和第四光信号共用隔离器61和负透镜51，有效压缩空间，从而实现紧凑型结构。
光路中间采用的侧移棱镜进一步地减小了单纤多向组件的体积。为满足最佳体积和光电性能，在光路中间采用侧移棱镜，使光路在轴线上产生一个侧移，从而在空间体积上，使输入输出端1、第一发射端21、第二发射端22、第一接收端31和第二接收端32均匀分布，并使滤光片组均匀地分布在各个发射端和接收端之间，并最终获得最小体积的紧凑结构。
实施例2
本发明是在实施例1的基础上，对本发明作出进一步说明。
如图1-图6所示，本发明一种紧凑型单纤多向组件，所述第三滤光片43为楔角棱镜，其斜面朝向第二滤光片42，且经由第三滤光片43透射到第二接收端32的光信号垂直于输入输出端1发射出的光信号。
在所述第三滤光片43的平面上镀设有波分复用滤光膜。
输入输出端1输入的第一光信号和第二光信号波长为相邻波长，第一接收端31、第二接收端32满足最佳光电性能，采用小角度入射角的滤光片；同时，为满足紧凑体积要求，第二光信号采用楔角棱镜的第三滤光片43以修正入射角，以使第三滤光片43透射到第二接收端32的光信号垂直于输入输出端1发射出的光信号，第二接收端32的接收方向垂直于输入输出端1输入的光信号，即将第二接收端32垂直主轴方向布置。
第一滤光片41采用入射角度小的滤光片将相邻波长有效的分开，从而有效降低成本。
进一步地，所述第二滤光片42为楔角棱镜，其斜面朝向第一接收端31，且经由第二滤光片42透射到第一接收端31的光信号垂直于输入输出端1发射出的光信号。
同时，为进一步满足紧凑体积要求，第二滤光片42为楔角棱镜，即第一光信号采用楔角棱镜的第二滤光片42以修正入射角，以使第二滤光片42透射到第一接收端31的光信号垂直于输入输出端1发射出的光信号，第一接收端31的接收方向垂直于输入输出端1输入的光信号，即将第一接收端31垂直主轴方向布置。
第一光信号、第二光信号、第三光信号和第四光信号具有彼此不同的波长，第一光信号和第二光信号的波长为相邻波长，第三光信号和第四光信号的波长为宽间隔波长。第一滤光片41为大角度滤光片，将λ1、λ2、λ3、λ4分为λ1、λ2和λ3、λ4两组；第二滤光片42为小角度滤光片，将相邻波长λ1和λ2分开；第四滤光片44为大角度滤光片，将宽间隔波长λ3和λ4分开或者合成。
实施例3
本发明是在实施例2的基础上，对本发明作出进一步说明。
如图1-图6所示，本发明一种紧凑型单纤多向组件，所述第一接收端31和第二接收端32均为光电探测器。光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。所述第一发射端21和第二发射端22均为激光二极管。激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激光二极管分为同质结、单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。
由于接收端的光电二极管或者雪崩二极管可以做得很小或者很扁平；而发射端的激光二极管由于有背光二极管，有温控结构，有电吸收调制结构，整体需要封装成比较大的结构，这也是为什么在主光路光轴上，需要添加侧移片71，使主光路侧移一个位置，也就是使参考图2中右边下部的位置，可以放置第一发射端21；相应地，第二发射端22位置可以下移，从而使整体组件的结构，达到紧凑型的目的。
进一步地，发射端的第三光信号和第四光信号波长的间隔比较宽，两个发射端为满足最佳体积和光电性能，采用垂直和平行主轴方向布局。
进一步地，为保证苛刻的体积要求，单纤多向组件中主要部件采用补片结构：在发射端固定在本体上后，再固定接收端的辅助固定件，最后固定接收端。
进一步地，发射端的第三和第四光信号共用一个宽带的隔离器，该隔离器可以是偏振相关的，也可以是偏振无关的。
实施例4
本发明是在实施例2的基础上，对本发明作出进一步说明。
如图1-图6所示，本发明一种紧凑型单纤多向组件，当通过把实施例2中的第二滤光片42，改成平片型的第二滤光片，由于平片型的滤光片，成本要比楔角片型的滤光片低，同时平片型的滤光片也更利于装配，所以整体结构选用平片型还是楔角片型，还要根据整体结构要求以及成本要求进行选用。
实施例5
图6中，各个部件等比例缩放。可以看出，该紧凑型单纤多向组件，可以和标准SFP壳体完美配合,并且留有足够的空间布置电路板。接收端和发射端的APD(雪崩光电二极管)和LD(激光二极管)的管脚是剪短的，各个管脚都正常地收集在SFP壳体内部，通过柔性电路板连接到相应功能电路板上。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种紧凑型单纤多向组件，包括单纤多向组件本体，所述单纤多向组件本体包括输入输出端(1)、第一发射端(21)、第二发射端(22)、第一接收端(31)、第二接收端(32)和固定在内核上的滤光片组，所述输入输出端(1)能发射出第一光信号和第二光信号，所述第一发射端(21)发射出第三光信号，所述第二发射端(22)发射出第四光信号，所述信号的波长彼此各不相同，且分别为λ1、λ2、λ3和λ4，其特征在于：所述滤光片组包括第一滤光片(41)、第二滤光片(42)、第三滤光片(43)和第四滤光片(44)，在所述第四滤光片(44)和第一滤光片(41)之间依次设置有负透镜(51)、隔离器(61)和侧移片(71)；
由输入输出端(1)输入的第一光信号经过第一滤光片(41)反射后到达第二滤光片(42)，并经第二滤光片(42)透射后由第一接收端(31)接收；
由输入输出端(1)输入的第二光信号依次经过第一滤光片(41)反射、第二滤光片(42)反射后到达第三滤光片(43)，并经第三滤光片(43)透射后由第二接收端(32)接收；
由第一发射端(21)发出的第三光信号依次经过第四滤光片(44)、负透镜(51)、隔离器(61)、侧移片(71)以及第一滤光片(41)的透射后由输入输出端(1)接收；
由第二发射端(22)发出的第四光信号经过第四滤光片(44)放着后，再依次经过负透镜(51)、隔离器(61)、侧移片(71)以及第一滤光片(41)的透射后由输入输出端(1)接收。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型单纤多向组件，其特征在于：所述第三滤光片(43)为楔角棱镜，其斜面朝向第二滤光片(42)，且经由第三滤光片(43)透射到第二接收端(32)的光信号垂直于输入输出端(1)发射出的光信号。
3.根据权利要求2所述的一种紧凑型单纤多向组件，其特征在于：在所述第三滤光片(43)的平面上镀设有波分复用滤光膜。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型单纤多向组件，其特征在于：所述第二滤光片(42)为楔角棱镜，其斜面朝向第一接收端(31)，且经由第二滤光片(42)透射到第一接收端(31)的光信号垂直于输入输出端(1)发射出的光信号。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种紧凑型单纤多向组件，其特征在于：所述第一接收端(31)和第二接收端(32)均为光电探测器。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种紧凑型单纤多向组件，其特征在于：所述第一发射端(21)和第二发射端(22)均为激光二极管。
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| CN205656355U (zh) * | 2016-04-08 | 2016-10-19 | 福建天蕊光电有限公司 | 一种多波长光收发装置 |
-
2017
- 2017-08-08 CN CN201710670584.7A patent/CN107422430A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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