CN107728267B - 一种单激光光学组件的组装结构 - Google Patents

Abstract

一种单激光光学组件的组装结构,包括一个外壳，一个光纤组件，一个激光组件，以及一个准直透镜组件。所述激光组件包括一个基座，一个第一激光器，一个第二激光器，以及一个偏振光束组合器。所述基座包括一个本体，一个第一收容筒，一个第二收容筒，以及一个放置台。所述放置台包括一个台面，以及一个斜面。所述台面沿所述光纤套向的轴向的厚度小于所述第二收容筒的轴向长度，且该台面的自由侧与所述第二收容筒的侧壁重合，所述斜面与所述台面的夹角为钝角且与所述第二收容筒间隔设置。由于具有所述的用于设置所述第一、第二激光器以及偏振光束组合器的基座，使得整个该激光光学组件的组装结构紧凑简单，从而有利于降低成本，适用于更小的容器中，提高其通用性。

Description

一种单激光光学组件的组装结构

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是用于高速光通信的一种单激光光学组件的组装结构。

背景技术

随着智能手机、高清晰度电视和其他带宽光信号的广泛采用，目前的光学网络比以往任何时候都更需要适应光通信速率的高速增长。在众多的选择中，使用更多的光纤是其中最简单的方法之一，然而，这种方法将需要安装更多额外的光纤和硬件设施，这必然会导致成本大幅度增加并且需要更大的安装空间，这显然是不合适的。另一个选择是提高单载波的传输速度。然而，这种方法将涉及昂贵的硬件升级，并面临更多的技术挑战，目前这种技术也是不具备的。第三种方法是将更多的不同波长的信号叠加到现有光纤上，这种方法不需要安装新的光纤，也不需要进行小的硬件修改，更不需要更大的安装空间。因此，它是更经济和快速的解决方案，也是目前扩大现有网络扩容的主要途径。为了将多个波长信号输入到单个光纤中，不同波长的激光器必须被封装在一起，并结合成单一的光纤。因此，一种用于将多波长光源叠加到现有光纤上且成本更低的光学组件将成为其关键技术。

有不同的技术可以将多种不同波长的激光叠加在一起。一种是单片集成电路，它包括与一个波长分割复用(WDM)组件集成在一起的多个激光源，例如，由发明人帕特，Zah等公开的美国专利US6,434,175号专利以及Joyner等人的美国专利US7,058,246号所公开的技术。大多数情况下，阵形波长光栅(AWG)被用作WDM组件，且激光和阵形波长光栅在同一片晶片上。这种设计非常紧凑，且便于包装。但这种技术的缺点在于如何在同一晶片上构建多个组件。特别是需要在同一晶片上构建具有大波长和无源AWG的有源多激光器时，其技术难以达成。因此，上述技术主要用于波长较短的密集波分割复用(DWDM)。对于具有大波长跨度的多束激光则采用混合方法。在混合集成中，封装必须在芯片级实现，这也是非常复杂的，需要复杂的校准工具。此外，阵形波长光栅本身价格昂贵，插入损耗也很高。

另外一种方法是自由空间光学封装技术。采用自由空间波分复用滤波器代替阵形波长光栅，实现多波长多路复用，即将3个45度的WDM滤波器用于组合四种不同波长的激光器。通过调整激光位置，四束不同波长的激光可以耦合成一个输出光纤。这种基于WDM的复合滤波器的方法是有效的，而且不需要昂贵的装配设备。但缺点是整个组件体积庞大，不适用于小型的内存收发器，如QSFP。众所周知的是QSFP是40G/100G光学网络的标准格式。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种便于制造且体积较小的单激光光学组件的组装结构，以解决上述问题。

所述单激光光学组件的组装结构包括一个外壳，一个设置在所述外壳中的光纤组件，一个设置在所述外壳中的激光组件，以及一个设置在所述外壳中的准直透镜组件。所述光纤组件包括一个光纤套筒，以及至少一根沿所述光纤套筒的轴向设置的光纤。所述激光组件包括一个基座，一个设置在所述基座上的第一激光器，一个设置在所述基座上的第二激光器，以及一个设置在所述基座上的偏振光束组合器。所述基座包括一个本体，一个开设在所述本体上且用于设置所述第二激光器的第一收容筒，一个开设在所述本体上且用于设置所述偏振光束组合器的第二收容筒，以及一个用于设置所述第一激光器的放置台。所述第一收容筒与所述第二收容筒同轴设置。所述放置台包括一个延伸方向垂直于所述第二收容筒的中心轴的台面，以及一个与该台面相连的斜面。所述台面沿所述光纤套向的轴向的厚度小于所述第二收容筒的轴向长度，且该台面的自由侧与所述第二收容筒的侧壁重合，所述斜面与所述台面的夹角为钝角且与所述第二收容筒间隔设置。所述第一激光器包括一个设置在所述台面上的第一激光发生器，一个设置在所述斜面上的第一监控光电二极管，以及一个穿过所述基座的本体的第一导体。所述第一激光发生器所发射的光线与所述第二收容筒的中心轴垂直。所述第二激光器包括一个收容在所述第一收容筒中的基板，一个设置在所述基板上的第二激光发生器，以及一个与所述第二激光发生器间隔设置的第二监控光电二极管。所述第二激光发生器所发射的光线垂直于所述第一激光发生器所发射的光线并与所述第二收容筒的中心轴重合。所述第二监控光电二极管设置在所述基板上。所述偏振光束组合器设置在所述第二收容筒中。所述偏振光束组合器的反射面用于接收所述第一激光发生器的出射光。所述偏振光束组合器的入射面用于接收所述第二激光发生器的出射光，所述偏振光束组合器的出射光与所述光纤套筒的中心轴重合。所述准直透镜组件包括一个准直透镜，该准直透镜包括一个光轴，该光轴与所述光纤套筒的中心轴重合。

进一步地，所述外壳具有三个不同直径的第一通孔，第二通孔，以及第三通孔，所述第一、第二、第三通孔同轴设置。

进一步地，所述光纤组件设置在所述第一通孔中，所述光纤套筒的外径与所述第一通孔的内径相当。

进一步地，所述准直透镜的最大直径与所述第二通孔的内径相当。

进一步地，所述准直透镜组件包括一个透镜安装座，所述准直透镜设置在所述透镜安装座上，所述准直透镜的光轴与所述第二通孔的中心轴重合。

进一步地，所述激光组件设置在所述第三通孔中，所述激光组件的出射光与该第三通孔的中心轴重合。

进一步地，所述光纤的延伸方向与所述光纤套筒的中心轴重合。

进一步地，所述准直透镜组件仅包括一个准直透镜，该准直透镜固定设置在所述第二通孔中。

进一步地，所述激光组件还包括一个透光片，该透光片设置在所述第二收容筒的一端，所述第二激光发生器的出射光穿过该透光片。

进一步地，所述第一激光发生器的出射光的波长与第二激光发生器的出射光的波长相同或不同。

与现有技术相比，本发明所提供的单激光光学组件的组装结构由于具有所述的用于设置所述第一、第二激光器以及偏振光束组合器的基座，使得整个该激光光学组件的组装结构紧凑简单，从而有利于降低成本，适用于更小的容器中，提高其通用性。

附图说明

图1为本发明提供的一种单激光光学组件的组装结构的结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。

如图1所示，其为本发明提供的一种单激光光学组件的组装结构的结构示意图。所述单激光光学组件的组装结构包括一个外壳10，一个设置在所述外壳10中的光纤组件20，一个设置在所述外壳10中的激光组件30，一个设置在所述外壳10中的准直透镜组件40。可以想到的是，所述单激光光学组件的组装结构还包括其他的一些功能结构，如电源，导线，安装组件，控制组件等等，其为本领域技术人员所习知的技术，在此不再一一详细说明。

所述外壳10可以为一个筒形，也可以四方形，其与要安装的位置所具有的形状相适应，但是该外壳10必须首先以能收容所述光纤组件20与准直透镜组件30为准。所述外壳10可以由塑料制成，也可以由金属制成。在本实施例中，所述外壳10为一个塑料圆筒形结构，并包括三个不同直径的第一通孔11，第二通孔12，以及第三通孔13。所述第一、第二、第三通孔11、12、13同轴设置。所述第一、第二、第三通孔11、12、13的具体结构及作用会在下面连同所述光纤组件20、激光组件30、以及准直透镜组件40一起详细说明。

所述光纤组件20包括一个光纤套筒21，以及至少一根沿所述光纤套筒21的轴向设置的光纤22。所述光纤套筒21设置在所述第一通孔11中，因此所述光纤套筒21的外径与所述第一通孔11的内径相当。为了固定所述光纤套筒21与第一通孔11的相对位置，在所述光纤套筒21与第一通孔11之间可以涂覆环氧树脂等粘胶来固定。当所述光纤套筒21与所述外壳10由金属材料制成时，还可以通过焊接方式固定。所述光纤套筒21的轴向长度可以与所述第一通孔11的轴向长度相等，也可以不相等。为了适应光线的传输，所述光纤套筒21的朝向所述外壳10的内部的一侧具有一个斜面。

所述激光组件30包括一个基座31，一个设置在所述基座31上的第一激光器32，一个设置在所述基座31上的第二激光器33，以及一个设置在所述基座31上的偏振光束组合器34。可以想到的是，所述激光组件30还包括其他的一些功能组件，如导线，插接组件，电源组件等等，在此不再一一详细说明。

所述基座31包括一个本体311，一个开设在所述本体311上且用于设置所述第二激光器33的第一收容筒312，一个开设在所述本体311上且用于设置所述偏振光束组合器34的第二收容筒313，以及一个用于设置所述第一激光器32的放置台314。所述本体311可以由塑料或金属制成。在本实施例中，为了降低成本且提高绝缘性能，所述本体311由塑料注塑而成。所述本体311整体可以为一个圆柱形，然后在该圆柱上开设各个功能结构。所述基座31收容在所述第三通孔13中，其也可以通过环氧树脂等粘胶固定。当然，可以想到的是，其也可以通过焊接方式固定。所述第一收容筒312与第二收容筒313同轴设置，同时也与所述第一通孔11同轴。所述第一、第二收容筒312、313的结构及作用会下面连同所述第二激光器33及偏振光束组合器34一起进行说明。所述放置台314用于放置所述第一激光器32并包括一个延伸方向垂直于所述第二收容筒313的中心轴的台面3141，以及一个与该台面3141相连的斜面3142。所述台面3141沿所述光纤套筒21的轴向的厚度小于所述第二收容筒313的轴向长度，且该台面3141的自由侧与所述第二收容筒313的侧壁重合。所述斜面342与所述台面3141的夹角为钝角且与所述第二收容筒313间隔设置。

所述第一激光器32包括一个设置在所述台面3141上的第一激光发生器321，一个设置在所述斜面3142上的第一监控光电二极管322，以及一个穿过所述基座31的本体311的第一导体323。所述第一激光发生器321可以为一个半导体激光器。众所周知的是，半导体激光器也称为半导体激光二极管，或简称激光二极管(Laser Diode，LD)。半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件，其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。所述第一激光发生器321为一种现有技术并为本领域技术人员所习知，在此不再赘述。所述第一激光发生器321所发射的光线垂直于所述第二收容筒313的中心轴，其原理会下面进行详细说明。所述第一监控光电二极管322用于通过监测所述第一激光发生器的性能和实时调整输出功率以实现产品的最佳性能和输出。在实际应用是，是通过监测光电二极管的电流和调节温度及电源变化来控制第一激光发生器321的光学性能。所述第一监控光电二极管322本身的结构及工作原理应当为本领域技术人员所习知，在此不再赘述。所述第一监控光电二极管322设置在所述斜面3142上并与所述第一激光发生器321电性连接。所述第一监控光电二极管322由于设置在所述斜面3142上有助于进一步减小所述第一激光器32的结构，因为通常情况下所述第一激光发生器321及第一监控光电二极管322是设置在一个平面上的。所述第一导体323穿过所述基座31的本体311以与外界电源(图未示)电性连接，以获得电力。

所述第二激光器33与所述第一激光器32具有基本相同的电子元器件，即包括一个收容在所述第一收容筒312中的基板331，一个设置在所述基板331上的第二激光发生器332，以及一个与所述第二激光发生器332间隔设置的第二监控光电二极管333，以及一个用于所述第二激光发生器332和第二监控光电二极管333提供电力的第二导体334。所述基板331具有与所述第一收容筒312基本相同的形状，以使其能够收容于该第一收容筒312中。所述基板331与所述一收容筒312的连接方法可以使用环氧树脂等粘胶来粘接，也可以通过焊接等方法来固定连接。所述第二激光发生器332与第二监控光电二极管333具有与所述激光发生器321及第一监控光电二极管322相同的结构及工作原理，在此不再赘述。所述第二激光发生器332及第二监控光电二极管333皆设置在所述基板331上。所述第二激光发生器332所发射的光线垂直于所述第一激光发生器321所发射的光线并与所述第二收容筒313的中心轴重合。所述第二导体334与所述第二激光发生器332与第二监控光电二极管333电性连接，以为该第二激光器33提供电力。

如图1所示，所述激光组件30还包括一个所述第一、第二激光器32、33共用的电力回路导体35。该回路导体35与所述第一导体323及第二导体334一起形成一个电力回路，从而形成一个完整的电路。

所述偏振光束组合器34设置在所述第二收容筒313中。众所周知的是，偏振光束组合器34的功能是将两束偏振方向正交的线偏振光合成一束，其结构及工作原理为本领域技术人员所习知，在此不再详细说明。所述偏振光束组合器34包括一个反射面341和一个入射面342。所述反射面341用于接收所述第一激光发生器321的出射光，并反射该P偏振光，所述入射面342用于接收所述第二激光发生器332的出射光，并通过该S偏振光。因此所述第一激光发生器321发射P偏振光，而第二激光发生器332发射S偏振光。该P偏振光和S偏振光经过所述偏振光束组合器34后将合成一束激光。为了使经过所述偏振光束组合器34合成的激光进入所述光纤组件20，所述偏振光束组合器34的出射光与所述光纤套筒21的中心轴重合。可以想到的是，所述第一激光发生器321的出射光的波长与第二激光发生器332的出射光的波长相同或不同，通过所述偏振光束组合器34都将合成一条激光。所述激光组件30的出射光即为由所述第一、第二激光发生器321、332所产生的激光的合成出射光，且为了达到融合于所述光纤组件10中，该激光组件30的出射光与该第三通孔13的中心轴重合。

所述激光组件30还包括一个透光片36。该透光片36设置在所述第二收容筒313的一端，所述第二激光发生器332的出射光穿过该透光片36。该透光片36可以由玻璃、硅、或者其他对所述第二激光发生器332所发射光的光透镜的材料制成。该透光片36的作用在于减小外界光对所述第二激光发生器332所发射的光的干扰。可以想到的是，所述透光片36不是必须的，其可以根据实际需要而选用。

所述准直透镜组件40用于将所述激光组件30的出射光转换为一束基本平行光束，以利于导入到所述光纤组件20的光纤22中。所述准直透镜组件40包括一个透镜安装座41，一个设置在所述透镜安装座上的准直透镜42。所述透镜安装座41可以设置在所述第三通孔13中以使得所述准直透镜42容置在第二通孔12。在本实施例中，所述透镜安装座41直接设置在所述基座31上，而准直透镜42收容于第二通孔12中。所述准直透镜42可以为一个平凸透镜，并包括一个光轴421。该光轴421与所述第二通孔12的中心轴重合，以有利于将该准直透镜42的出射光导入到所述光纤组件20的光纤22中。

与现有技术相比，本发明所提供的单激光光学组件的组装结构由于具有所述的用于设置所述第一、第二激光器32、33以及偏振光束组合器34的基座31，使得整个该激光光学组件的组装结构紧凑简单，从而有利于降低成本，适用于更小的容器中，提高其通用性。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种单激光光学组件的组装结构，其特征在于：所述单激光光学组件的组装结构包括一个外壳，一个设置在所述外壳中的光纤组件，一个设置在所述外壳中的激光组件，以及一个设置在所述外壳中的准直透镜组件，所述光纤组件包括一个光纤套筒，以及至少一根沿所述光纤套筒的轴向设置的光纤，所述激光组件包括一个基座，一个设置在所述基座上的第一激光器，一个设置在所述基座上的第二激光器，以及一个设置在所述基座上的偏振光束组合器，所述基座包括一个本体，一个开设在所述本体上且用于设置所述第二激光器的第一收容筒，一个开设在所述本体上且用于设置所述偏振光束组合器的第二收容筒，以及一个用于设置所述第一激光器的放置台，所述第一收容筒与所述第二收容筒同轴设置，所述放置台包括一个延伸方向垂直于所述第二收容筒的中心轴的台面，以及一个与该台面相连的斜面，所述台面沿所述光纤套向筒的轴向的厚度小于所述第二收容筒的轴向长度，且该台面的自由侧与所述第二收容筒的侧壁重合，所述斜面与所述台面的夹角为钝角且与所述第二收容筒间隔设置，所述第一激光器包括一个设置在所述台面上的第一激光发生器，一个设置在所述斜面上的第一监控光电二极管，以及一个穿过所述基座的本体的第一导体，所述第一激光发生器所发射的光线与所述第二收容筒的中心轴垂直，所述第二激光器包括一个收容在所述第一收容筒中的基板，一个设置在所述基板上的第二激光发生器，以及一个与所述第二激光发生器间隔设置的第二监控光电二极管，所述第二激光发生器所发射的光线垂直于所述第一激光发生器所发射的光线并与所述第二收容筒的中心轴重合，所述第二监控光电二极管设置在所述基板上，所述偏振光束组合器设置在所述第二收容筒中，所述偏振光束组合器的反射面用于接收所述第一激光发生器的出射光，所述偏振光束组合器的入射面用于接收所述第二激光发生器的出射光，所述偏振光束组合器的出射光与所述光纤套筒的中心轴重合，所述准直透镜组件包括一个准直透镜，该准直透镜包括一个光轴，该光轴与所述光纤套筒的中心轴重合,所述激光组件还包括一个透光片，该透光片设置在所述第二收容筒的一端，所述第二激光发生器的出射光穿过该透光片。

2.如权利要求1所述的单激光光学组件的组装结构，其特征在于：所述外壳具有三个不同直径的第一通孔，第二通孔，以及第三通孔，所述第一、第二、第三通孔同轴设置。

3.如权利要求2所述的单激光光学组件的组装结构，其特征在于：所述光纤组件设置在所述第一通孔中，所述光纤套筒的外径与所述第一通孔的内径相当。

4.如权利要求2所述的单激光光学组件的组装结构其特征在于：所述准直透镜的最大直径与所述第二通孔的内径相当。

5.如权利要求2所述的单激光光学组件的组装结构，其特征在于：所述准直透镜组件包括一个透镜安装座，所述准直透镜设置在所述透镜安装座上，所述准直透镜的光轴与所述第二通孔的中心轴重合。

6.如权利要求2所述的单激光光学组件的组装结构，其特征在于：所述激光组件设置在所述第三通孔中，所述激光组件的出射光与该第三通孔的中心轴重合。

7.如权利要求1所述的单激光光学组件的组装结构，其特征在于：所述光纤的延伸方向与所述光纤套筒的中心轴重合。

8.如权利要求1所述的单激光光学组件的组装结构，其特征在于：所述第一激光发生器的出射光的波长与第二激光发生器的出射光的波长相同或不同。

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