CN108627924B - 用于监测光收发器中的光输出功率的两部分光耦合子组件 - Google Patents

用于监测光收发器中的光输出功率的两部分光耦合子组件 Download PDF

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Abstract

一种两部分光耦合子组件，包括：形成有腔的主透镜，该主透镜包括两个表面，该两个表面形成在腔中，并且从腔的中心垂直平面相对地倾斜非垂直角度，使得该两个表面相对于中心垂直平面对称；嵌入腔中的光束路由器，该光束路由器包括分别位于主透镜的两个表面上的光束路由器第一表面和光束路由器第二表面，和在该光束路由器表面中的至少一个上的部分反射涂层；以及透明粘合剂，该透明粘合剂设置在两个透镜表面之间，以及光束路由器第一表面与光束路由器第二表面之间。

Description

用于监测光收发器中的光输出功率的两部分光耦合子组件
背景技术
本公开内容涉及用于光通信收发器的具有光反馈功能的光耦合系统。
技术领域
为了提供对从VCSEL传输(透射transmitting)到光纤的光进行光功率监测，在光功率被耦合到光纤之前，采用附加的光学元件来转移光功率的一部分。随后对被转移的光进行光检测。在不同的检测方案中，光电检测器是最常用的，因为它提供可以直接且容易地反馈到电子电路的电输出。然而，已经针对不同光学设计中的光提取研制了各种方案。已经提出了一些(few)用于进行光提取的主要方案，诸如衍射光栅、光学表面上的微结构以及通过部分反射滤光器进行分束。
图2a(US 6,636,540)示出了耦合系统的关键元件，包括用于从VCSEL发射的光的准直透镜、转移从光路到输出光纤的光的一部分的分束器，以及将光耦合到输出光纤的聚焦透镜。由于光收发器内的尺寸限制，该耦合透镜的大小仅为几厘米，并且该耦合透镜对尺寸精度有要求，特别是对光学表面的尺寸精度有要求。用于这种光学系统的工业制造解决方案是通过用高温热塑性塑料诸如聚醚酰亚胺(例如Ultem)来进行精密注塑成型。Ultem的折射率约为1.62，并且在850nm左右的VCSEL发射波长下具有较低的材料吸收。入射到由透镜主体和空气形成的45度倾斜界面上的准直光束(light beam)，经历全内反射(TIR)并且光束方向被弯曲90度。
在US 6,636,540中，被转向90度的准直光束(optical beam)拦截所在的透镜主体包括凹形凹痕。两部分光学器件——即分束板和楔形件——中，界面处的反射被用来提供反馈。考虑到前面提到的透镜大小，将两个微型大小的光学部件组装到透镜上的凹痕中的期望位置的组装过程很难保持较小的光学对准的变化。
图2b(US 8,787,714)中公开了通过将分束板和楔形件组合成单件——棱镜——的改进光学设计。简化了组装过程，但与输出光纤的光学对准仍然对棱镜在填料基体(filler matrix)中的位置较敏感。
图2c(US 9,116,312)和图2d(US 9,166,694)描绘了另外两种方案，其中形状匹配的分束插入物被组装到透镜腔中。相比于图2a，这种方法的优点是有助于减小光学对准变化，进而可以使组装过程引起的光纤耦合效率变化较小。
提供上述背景技术的描述是为了帮助理解光耦合子组件，而不是承认描述相关现有技术或构成光耦合子组件，亦不是承认将所引用的文献视为本申请的权利要求的专利性的资料。
发明内容
本申请的目的是提供一种用于光收发器的具有反馈功能的光耦合系统，使得耦合效率和与光纤中心的对准可以接受组装过程的变化、随着温度以及材料折射率的变化保持稳定。
根据一方面，提供了一种两部分光耦合子组件，包括：
形成有腔的主透镜，所述主透镜包括：
第一表面，所述第一表面形成有第一准直透镜，以用于使来自垂直腔面发射激光器的光准直；
第二表面，所述第二表面被定向成相对于所述第一表面成一角度，以用于将来自所述第一准直透镜的准直光反射到光纤；
第三表面，所述第三表面形成在所述腔中，并且从所述腔的中心垂直平面倾斜非垂直角度；
第四表面，所述第四表面形成在所述腔中，并且从所述中心垂直平面相对地倾斜所述非垂直角度，使得所述第三表面与所述第四表面相对于所述中心垂直平面对称；以及
第五表面，所述第五表面面向所述光纤；
嵌入所述腔中的光束路由器，所述光束路由器包括：
光束路由器第一表面，所述光束路由器第一表面位于所述主透镜的所述第三表面上；
光束路由器第二表面，所述光束路由器第二表面位于所述主透镜的所述第四表面上；以及
部分反射涂层，所述部分反射涂层设置在所述光束路由器第一表面和所述光束路由器第二表面中的一个上；
以及透明粘合剂，所述透明粘合剂设置在所述第三表面与所述光束路由器第一表面之间以及所述第四表面与所述光束路由器第二表面之间；
其中，从所述主透镜的所述第二表面反射的准直光穿过由所述第三表面、所述光束路由器第一表面以及所述第三表面与所述光束路由器第一表面之间的所述透明粘合剂所限定的第一界面，进入所述光束路由器，穿过由所述光束路由器第二表面、所述主透镜的所述第四表面以及所述光束路由器第二表面与所述第四表面之间的所述透明粘合剂所限定的第二界面，重新进入所述主透镜并且传播到所述主透镜的所述第五表面，光在所述第五表面处离开并被引导至所述光纤；并且其中，所述准直光的一部分被所述部分反射涂层反射，与朝向所述光纤传输的光解耦，以及被引导至光检测器以监测光输出功率；
由此，在所述光束路由器和所述主透镜不对准的情况下，相对地倾斜的所述第一界面和所述第二界面提供输出光束角度的自校正。
在一个实施例中，所述部分反射涂层设置在所述光束路由器第二表面
上，并且所述光束路由器还包括：
光束路由器第三表面，所述光束路由器第三表面设置在所述光束路由器第一表面的相对侧；以及
光束路由器第四表面，所述光束路由器第四表面设置在所述光束路由器第二表面的相对侧；
其中，所述准直光被所述部分反射涂层部分地反射到所述光束路由器第三表面，又被所述光束路由器第三表面反射到所述光束路由器第四表面，又被所述光束路由器第四表面反射通过所述第一界面，从所述主透镜出来并到达位于所述主透镜下方的所述光检测器。
在一个实施例中，所述部分反射涂层设置在所述光束路由器第二表面上，并且所述光束路由器还包括形成在所述光束路由器的上部顶侧的光束路由器第三表面；并且其中，从所述第二表面反射的所述准直光穿过所述第一界面并进入所述光束路由器，并且光被所述部分反射涂层部分地反射并与朝向所述光纤传输的光解耦，并且所解耦的光穿过所述光束路由器并传播到所述光束路由器第三表面，在所述光束路由器第三表面处，光离开所述光束路由器并被引导至位于所述光束路由器上方的所述光检测器。
在一个实施例中，所述部分反射涂层设置在所述第一束路由器表面上；并且其中，从所述主透镜的所述第二表面反射的所述准直光从所述部分反射涂层部分地反射，并且与朝向所述光纤传输的光解耦，并且所解耦的光重新进入所述主透镜，并且传播到所述主透镜的所述第一表面，光在所述第一表面处离开并被引导至位于所述主透镜下方的所述光检测器。
在一个实施例中，所述非垂直角度在30至60度之间，优选为45度。
在一个实施例中，所述第五表面形成有透镜，以将光聚焦到所述光纤。
在一个实施例中，在所述透镜表面和所述光束路由器表面中的一个或多个上设置光学涂层，以增加或减少光透射。
在一个实施例中，所述部分反射涂层包括折射率的范围为1.3至2.3的至少一层电介质薄膜，以在所述光耦合子组件中提供0.01至0.95的反射率。
根据另一方面，提供了一种光耦合子组件，包括：
形成有腔的主透镜，所述主透镜包括两个表面，所述两个表面形成在所述腔中，并且从所述腔的中心垂直平面相对地倾斜非垂直角度，使得所述两个表面相对于所述中心垂直平面对称；
嵌入所述腔中的光束路由器，所述光束路由器包括：位于所述两个表面中的一个上的光束路由器第一表面；位于所述两个表面中的另一个上的光束路由器第二表面；以及设置在所述光束路由器第一表面和所述光束路由器第二表面中的一个上的部分反射涂层；以及
透明粘合剂，所述透明粘合剂设置在所述两个表面中的一个与所述光束路由器第一表面之间，以及所述两个表面中的另一个与所述光束路由器第二表面之间。
在一个实施例中，所述主透镜还包括：
第一表面，所述第一表面形成有第一准直透镜，以用于使来自垂直腔面发射激光器的光准直；
第二表面，所述第二表面被定向成相对于所述第一表面成一角度，以用于将来自所述第一准直透镜的准直光反射到光纤；
第三表面，所述第三表面是形成在所述腔中的所述两个表面中的一个，并且从所述腔的中心垂直平面倾斜所述非垂直角度；
第四表面，所述第四表面是形成在所述腔中的所述两个表面中的另一个，并且从所述中心垂直平面相对地倾斜所述非垂直角度，使得所述第三表面与所述第四表面相对于所述中心垂直平面对称；以及
第五表面，所述第五表面面向所述光纤；
其中，从所述第二表面反射的准直光穿过由所述第三表面、所述光束路由器第一表面以及所述第三表面与所述光束路由器第一表面之间的所述透明粘合剂所限定的第一界面，进入所述光束路由器，穿过由所述光束路由器第二表面、所述第四表面以及所述光束路由器第二表面与所述第四表面之间的所述透明粘合剂所限定的第二界面，重新进入所述主透镜并且传播到所述第五表面，光在所述第五表面处离开所述主透镜并被引导至所述光纤；并且其中，所述准直光的一部分被所述部分反射涂层反射，与朝向所述光纤传输的光解耦，以及被引导至光检测器以监测光输出功率；
由此，在所述光束路由器和所述主透镜不对准的情况下，相对地倾斜的所述第一界面和所述第二界面提供输出光束角度的自校正。
在一个实施例中，所述部分反射涂层设置在所述光束路由器第二表面上，并且所述光束路由器还包括：
光束路由器第三表面，所述光束路由器第三表面设置在所述光束路由器第一表面的相对侧；以及
光束路由器第四表面，所述光束路由器第四表面设置在所述光束路由器第二表面的相对侧；
其中，所述准直光被所述部分反射涂层部分地反射到所述光束路由器第三表面，又被所述光束路由器第三表面反射到所述光束路由器第四表面，又被所述光束路由器第四表面反射通过所述第一界面，从所述主透镜出来并到达位于所述主透镜下方的所述光检测器。
在一个实施例中，所述部分反射涂层设置在所述光束路由器第二表面上，并且所述光束路由器还包括形成在所述光束路由器的上部顶侧的光束路由器第三表面；并且其中，从所述第二表面反射的所述准直光穿过所述第一界面并进入所述光束路由器，并且所述光被所述部分反射涂层部分地反射并与朝向所述光纤传输的光解耦，并且所解耦的光穿过所述光束路由器并传播到所述光束路由器第三表面，在所述光束路由器第三表面处，光离开所述光束路由器并被引导至位于所述光束路由器上方的所述光检测器。
在一个实施例中，所述部分反射涂层设置在所述第一束路由器表面上；并且其中，从所述第二表面反射的所述准直光从所述部分反射涂层部分地反射并与朝向所述光纤传输的光解耦，并且所解耦的光重新进入所述主透镜，并且传播到所述第一表面，在所述第一表面处，光离开所述主透镜并被引导至位于所述主透镜下方的所述光检测器。
在一个实施例中，所述非垂直角度在30至60度之间，优选为45度。
在一个实施例中，所述第五表面形成有透镜，以将光聚焦到所述光纤。
在一个实施例中，在所述透镜表面和所述光束路由器表面中的一个或多个上设置光学涂层，以增加或减少光透射。
在一个实施例中，所述部分反射涂层包括折射率的范围为1.3至2.3的至少一层电介质薄膜，以在所述光耦合子组件中提供0.01至0.95的反射率。
虽然关于某些实施方案示出和描述了光耦合子组件，但明显的是，在阅读和理解说明书时，本领域技术人员将会想到等同物和修改。本申请中的光耦合子组件包括所有这样的等同物和修改，并且仅受权利要求的范围限制。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述光耦合子组件的具体实施方案，在附图中：
图1是提供VCSEL与光纤的耦合以及为了进行光学反馈提供光束转移功能的两部分光学子组件的概况的图示。
图2a示出了在US 6,636,540中公开的具有分束功能的三部分光学子组件。
图2b示出了在US 8,787,714中公开的具有分束功能的三部分光学子组件。
图2c示出了在US 9,116,312中公开的具有分束功能的两部分光学子组件。
图2d示出了在US 9,166,694中公开的具有分束功能的两部分光学子组件。
图3a示出了当光束穿过不平行的透镜主体-光学粘合剂-透镜主体界面时光束传播方向的变化。
图3b示出了计算出的图3a中光束角度的变化，其中，通过使用常用的透镜材料(例如Ultem1010)和折射率为1.5的光学粘合剂，形成了不同的非平行角度。
图4示出了计算出的本申请以及两个现有技术的光耦合子组件的输出光束角度随着界面处的不平行角度的变化。
图5示出了计算出的本申请以及现有技术的光耦合子组件的输出光束角度随这使用折射率不同的光学粘合剂的界面处的不平行角度的变化。
图6a示出了当部分反射表面位于光束路由器的第二表面上时，来自监测检测器的反向传播光束(背向反射)的光路。
图6b示出了当部分反射表面位于光束路由器的第一表面上时，来自监测检测器的反向传播光束(背向反射)的光路。
图7示出了扩展用于包括布置成阵列的多个光源、监测检测器和光纤的光学系统的相同光学设计。
图8示出了光学系统的另一个实施方案，其中监测检测器位于光束路由器的顶部。
图9示出了当部分反射表面位于光束路由器的第一表面上时的光学监测路径的另一个实施方案。
具体实施方式
现在将详细参考光耦合子组件的优选实施方案，其实施例也在下面的描述中提供。详细描述了光耦合子组件的示例实施例，但是对于相关领域的技术人员将明了，为了清楚起见，可能不会示出对于理解光耦合子组件不是特别重要的一些特征。
此外，应当理解的是，光耦合子组件不限于下面描述的精确实施方案，并且本领域技术人员可以在不脱离保护范围的情况下对其实现各种改变和修改。例如，不同的说明性实施方案的元件和/或特征可以在本公开内容和所附权利要求的范围内相互组合和/或彼此替换。
为了说明的目的，以下出现的诸如“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上方”或“下方”的术语与其在附图中的定位相关。要理解的是，除非有明确的相反规定，否则本发明可以采取各种位置。此外，要理解的是，附图中所示的以及下文的描述中所描述的具体装置仅仅是本发明的示例性实施方案。因此，与下文公开的实施方案相关的具体尺寸和其他物理特性不应被认为是限制性的。
图1是为了进行光学反馈提供VCSEL与光纤的耦合以及光束转移功能的两部分光学子组件的概况的图示。细节将在后面描述。
图3a示出了当准直光束穿过形成在图2a至2d中所示的分束器与透镜主体之间的界面时的简化的光路。透镜主体和分束器都是由Ultem制成的。目标波长下，折射率为1.62。在两个部件之间的空间中填充透明粘合剂——有时称作折射率匹配树脂或光学透明胶——的薄层。准直光束的传播被标记为1至3，即分别在通过第一界面之前的透镜主体中、分束器中，以及返回到透镜主体中。第一界面从垂直方向倾斜45度，而将任意的垂直角度φ引入到第二界面以便概括图形来讨论。在图2a至2c中，φ为零，而图2d示出了大约10-20度的非零(没有规格)非垂直的角度。对于普通光子封装的考虑，透镜和分束器之间较小角度的不对准代表潜在的过程变化。当φ等于零时，在透镜主体与分束器之间形成界面的光学表面彼此平行。如此，传输(透射transmits)穿过界面的准直光束仅经历平行位移(即，光束路径偏移但方向不变)。由于方向没有变化，因此穿过分束器系统的仅发生横向位移的光束会聚焦到输出光纤上的相同位置。该现象对于透明粘合剂的不同折射率值保持不变。可以将部分反射涂层引入任何表面来转移光束能量的一部分用于进行功率监测。
当由于组装过程变化使透镜和分束器表面不完全平行时，由于热膨胀以及材料的折射率随温度变化，会使对准偏移。输出光束将略微偏离设计的方向。图3b计算了输出光束方向随着界面处的角度不对准的变化。可以看到，在通过透镜主体与分束器之间的不平行表面之后，光束角度的变化与角度不对准存在密切的线性关系。
图3b示出了当光束穿过第二界面时光束角度的变化，该第二界面由分束器和以与第一界面的方向相反的方向倾斜的透镜主体形成。相同的不对准角度给出了如在第一界面上发生的相反的光束角度变化。因此，可以将分束系统设计成输出光束方向变化对于系统的失对准不敏感。现有技术中没有描述这种表现。在详细的数学分析中，发现穿过一个界面的两条曲线的正斜率和负斜率与非垂直角度φ呈非线性关系。因此，优化的分束器应当具有以相同的非垂直角度倾斜但方向相反的第一界面和第二界面。
如图4所示，使用前面段落中提到的参数计算了现有技术和所提出的补偿分束器结构的比较输出光束角度变化。在光纤聚焦透镜的有效焦距为400um(典型值)的典型收发器耦合系统中，对于耦合到光纤中的光，0.3度的光束角度变化会导致2um的光学对准偏移。在新方案中，合成的光束角度变化大约小一个数量级，并且预计对光学对准没有显著影响。
另外，如图5所示，所提出的分束系统对宽范围的透明粘合剂折射率都有效。分束器的另一个优点是允许加工材料的材料选择范围更广泛，更重要的是，其光学对准对于温度引起的透镜和粘合剂的折射率变化基本保持不变。分束系统对透镜和分束器采用对称的腔和插入物。可以选择性地在表面上沉积反射光学涂层，以便于制造，提高性能。分束器可以被进一步设计成改变转移的光束的方向(即光束路由器)，并且光检测器可以位于不同的位置。
图6a示出了当部分反射表面位于光束路由器的第二表面上时，来自监测检测器的反向传播光束(背向反射)的光路。图6b示出了当部分反射表面位于光束路由器的第一表面上时，来自监测检测器的反向传播光束(背向反射)的光路。
本申请的光耦合子组件可以通过延长用于解耦光束的光路来减少来自检测器的光学背向反射。可以看到，如图6a中的虚线所示的反向反射光束经过的光路比图6b中的光路更长。
图7示出了具有与图1中相同的光学设计的光耦合子组件。该光耦合子组件可以是两部分光耦合子组件，其可以包括作为光耦合子组件的第一部分的主透镜10，以及作为光耦合子组件的第二部分的分束器或路由器12。主透镜10和光束路由器12可以由相同的材料制成。主透镜10可以形成有腔22。光束路由器12可以嵌入主透镜10的腔22中。
主透镜10可以包括第一表面1ML、第二表面2ML、第三表面3ML、第四表面4ML以及第五表面5ML。
主透镜10的第一表面1ML可以形成有第一准直透镜20，用于准直来自位于主透镜10下方的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)14的光。
主透镜10的第二表面2ML可以定向成相对于第一表面1ML成一角度(例如45度)，以将来自第一准直透镜20的准直光反射到光纤16。光传播方向可以旋转90度，并且可以指向第三表面3ML。
主透镜10的第三表面3ML可以形成在腔22中，并从腔22的中心垂直平面24倾斜非垂直角度φ。非垂直角度φ可以在30度至60度之间，优选45度。
主透镜10的第四表面4ML可以形成在腔22中，并且从腔22的中心垂直平面24相对地倾斜非垂直角度φ，使得第三表面与第四表面3ML、4ML相对于中心垂直平面24对称。
主透镜10的第五表面5ML可以面向光纤16。第五表面5ML可以形成有透镜26，以将光聚焦到光纤16。
光束路由器12可以包括位于第三表面3ML上的光束路由器第一表面1BR，以及位于第四表面4ML上的光束路由器第二表面2BR。
因此，光束路由器第一表面1BR可以基本上平行于第三表面3ML，并且光束路由器第二表面2BR可以基本上平行于第四表面4ML。可以在光束路由器12的光束路由器第一表面1BR或光束路由器第二表面2BR上设置部分反射涂层40。
可以在第三表面3ML与光束路由器第一表面1BR之间以及第四表面4ML与光束路由器第二表面2BR之间设置透明粘合剂30的薄层。透明粘合剂30可以具有1.4至1.62的折射率。
从VCSEL 14发射的光可以通过形成在主透镜10的第一表面1ML上的准直透镜20来准直，并且指向主透镜10的第二表面2ML。准直光可以从第二表面2ML反射，并且可以穿过由第三表面3ML、光束路由器第一表面1BR以及其间的透明粘合剂30所限定的第一界面32。然后，光可以进入光束路由器12，然后可以穿过由光束路由器第二表面2BR、第四表面4ML以及其间的透明粘合剂30所限定的第二界面34，重新进入主透镜10并且传播到第五表面5ML，在该第五表面处光离开主透镜10并指向光纤16。准直光的一部分可以被部分反射涂层40反射，从朝向光纤16传输的光中解耦，并且指向光检测器18以监测光输出功率。
在光束路由器12和主透镜10不对准的情况下，相对地倾斜的第一界面和第二界面32、34可以提供输出光束角度的自校正。
在图7所示的实施例中，部分反射涂层40可以设置在光束路由器第二表面2BR上，并且光束路由器12还可以包括光束路由器第三表面3BR和光束路由器第四表面4BR，该光束路由器第三表面可以设置在光束路由器第一表面1BR的相对侧；该光束路由器第四表面可以设置在光束路由器第二表面2BR的相对侧。
准直光可以被部分反射涂层40部分地反射到光束路由器第三表面3BR，进而被光束路由器第三表面3BR反射到光束路由器第四表面4BR，进而被光束路由器第四表面4BR反射，通过第一界面32，从主透镜10出来，并到达位于主透镜10下方的光检测器18。
如图7所示，光源可以是VCSEL 14’阵列的形式。光耦合子组件的主透镜10可以包括形成在第一表面1ML上的面对并对准VCSEL阵列14’的多个透镜，并且主透镜10的第五表面5ML也可以包括多个透镜，光束在该多个透镜处离开并聚焦到光纤阵列16’上。
第三表面3ML与光束路由器第一表面1BR之间以及第四表面4ML与光束路由器第二表面2BR之间的透明粘合剂30可以具有1.4至1.62的折射率。
在主透镜10与光束路由器12之间形成的光路内的一对相对地倾斜的界面32、34，可以在光束路由器对准变化时提供输出光束角度的自校正。
通过本申请的光耦合子组件可以获得三种效果，即(1)从VCSEL 14到光纤16的光耦合效率允许更大的组装过程变化(不对准)而不会降低品质；(2)允许在组装过程中使用的透明粘合剂30的材料选择更广泛；(3)光学对准在温度引起的透镜材料和粘合剂的折射率变化时保持稳定。
图8示出了光耦合子组件的另一个实施方案，其中检测器可以位于光束路由器的顶部。
类似于之前的实施方案，光耦合子组件可以包括主透镜10以及分束器或路由器12’。主透镜10可以形成有腔22。光束路由器12’可以嵌入主透镜10的腔22中。
主透镜10可以包括第一表面1ML、第二表面2ML、第三表面3ML、第四表面4ML以及第五表面5ML。
主透镜10的第一表面1ML可以形成有第一准直透镜20，用于准直来自位于主透镜10下方的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)14的光。
主透镜10的第二表面2ML可以定向成相对于第一表面1ML成一角度(例如45度)，用于将来自第一准直透镜20的准直光反射到光纤16。光传播方向可以旋转90度，并且可以指向第三表面3ML。
主透镜10的第三表面3ML可以形成在腔22中，并且从腔22的中心垂直平面24倾斜非垂直角度φ。该非垂直角度φ可以在30至60度之间，优选45度。
主透镜10的第四表面4ML可以形成在腔22上，并且相对地倾斜非垂直角度φ，使得第三表面与第四表面3ML、4ML相对于中心垂直平面24对称。
主透镜10的第五表面5ML可以面向光纤16。
光束路由器12’可以包括位于第三表面3ML上的光束路由器第一表面1BR以及位于第四表面4ML上的光束路由器第二表面2BR。因此，光束路由器第一表面1BR可以基本上平行于第三表面3ML，并且光束路由器第二表面2BR可以基本上平行于第四表面4ML。可以在光束路由器12’的光束路由器第一表面1BR或光束路由器第二表面2BR上设置部分反射涂层40。
可以在第三表面3ML与光束路由器第一表面1BR之间以及第四表面4ML与光束路由器第二表面2BR之间设置透明粘合剂30的薄层。
从VCSEL 14发射的光可以通过形成在主透镜10的第一表面1ML上的准直透镜20来准直，并且指向主透镜10的第二表面2ML。准直光可以从第二表面2ML反射，并且可以穿过由第三表面3ML、光束路由器第一表面1BR以及其间的透明粘合剂30所限定的第一界面32。然后，光可以进入光束路由器12’，然后可以穿过由光束路由器第二表面2BR、第四表面4ML以及其间的透明粘合剂30所限定的第二界面34。准直光的一部分可以被部分反射涂层40反射，从朝向光纤16传输的光中解耦，并且指向光检测器18以监测光输出功率。
在本实施方案中，部分反射涂层40可以设置在光束路由器第二表面2BR上，并且光束路由器12’可以包括形成在光束路由器12’的上部顶侧上的光束路由器第三表面3BR。该光束路由器第三表面3BR可以是与主透镜10的第一表面1ML平行的水平表面。
从第二表面2ML反射的准直光可以穿过第一界面32，并进入光束路由器12’，且光可以被部分反射涂层40部分地反射，并且从朝向光纤16传输的光中解耦。解耦的光可以穿过光束路由器12’并传播到光束路由器第三表面3BR，在光束路由器第三表面处，光可以离开光束路由器12’并指向位于光束路由器12’上方的光检测器18。
图9示出了当部分反射表面位于光束路由器的第一表面上时的光学监测路径的另一个实施方案。
类似于前述实施方案，光耦合子组件可以包括主透镜10以及分束器或路由器12。主透镜10可以形成有腔22。光束路由器12可以嵌入主透镜10的腔22中。
主透镜10可以包括第一表面1ML、第二表面2ML、第三表面3ML、第四表面4ML以及第五表面5ML。
主透镜10的第一表面1ML可以形成有第一准直透镜20，用于准直来自位于主透镜10下方的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)14的光。
主透镜10的第二表面2ML可以定向成相对于第一表面1ML成一角度(例如45度)，以将来自第一准直透镜20的准直光反射到光纤16。光传播方向可以旋转90度，并且可以指向第三表面3ML。
主透镜10的第三表面3ML可以形成在腔22上，并且从腔22的中心垂直平面24倾斜非垂直角度φ。该非垂直角度φ可以在30至60度之间，优选45度。
主透镜10的第四表面4ML可以形成在腔22中，并且相对地倾斜非垂直角度φ，使得第三表面与第四表面3ML、4ML相对于中心垂直平面24对称。
主透镜10的第五表面5ML可以面向光纤16。
光束路由器12可以包括位于第三表面3ML上的光束路由器第一表面1BR，以及位于第四表面4ML上的光束路由器第二表面2BR。
因此，光束路由器第一表面1BR可以基本上平行于第三表面3ML，并且光束路由器第二表面2BR可以基本上平行于第四表面4ML。可以在光束路由器12的光束路由器第一表面1BR或光束路由器第二表面2BR上设置部分反射涂层40。
可以在第三表面3ML与光束路由器第一表面1BR之间以及第四表面4ML与光束路由器第二表面2BR之间设置透明粘合剂30的薄层。
从VCSEL 14发射的光可以通过形成在主透镜10的第一表面1ML上的准直透镜20来准直，并且指向主透镜10的第二表面2ML。准直光可以从第二表面2ML反射，并且可以穿过由第三表面3ML、光束路由器第一表面1BR以及其间的透明粘合剂30所限定的第一界面32。然后，光可以通过光束路由器12，然后穿过由光束路由器第二表面2BR、第四表面4ML以及其间的透明粘合剂30所限定的第二界面34。准直光的一部分可以被部分反射涂层40反射，与朝向光纤16传输的光解耦，并且指向光检测器18以监测光输出功率。
在本实施方案中，部分反射涂层40可以设置在光束路由器12的光束路由器第一表面1BR上。从第二表面2ML反射的准直光可以从部分反射涂层40部分地反射，并且从朝向光纤16传输的光中解耦。解耦的光可以穿过透明粘合剂30和第三表面3ML，重新进入主透镜10，并且传播到第一表面1ML，在第一表面处，光可以离开主透镜10并指向位于主透镜10下方的光检测器18。
取决于应用，光耦合子组件上的任何一个表面——在此处被反射的光束离开并指向光检测器，而且光束指向光纤——还可以包括聚焦光学器件以帮助光耦合。
光耦合子组件上光束进入或离开的表面还可以设置有光学涂层，以增加或减少光透射(transmission)。
光束路由器上的部分反射涂层可以包括折射率范围为1.3至2.3的至少一层电介质薄膜，以在光耦合子组件中提供0.01至0.95的反射率。
光束路由器上的部分反射涂层可以仅用作从光纤输出的光中解耦的目的，不用接收离开光耦合子组件的光束的检测器。
虽然已特别参照多个优选实施例示出和描述了光耦合子组件，但是应当注意的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以进行各种其他改变或修改。

Claims (12)

1.一种两部分光耦合子组件，包括：
形成有腔的主透镜，所述主透镜包括：
第一表面，所述第一表面形成有第一准直透镜，以用于使来自垂直腔面发射激光器的光准直；
第二表面，所述第二表面被定向成相对于所述第一表面成一角度，以用于将来自所述第一准直透镜的准直光反射到光纤；
第三表面，所述第三表面形成在所述腔中，并且从所述腔的中心垂直平面倾斜非垂直角度；
第四表面，所述第四表面形成在所述腔中，并且从所述中心垂直平面相对地倾斜所述非垂直角度，使得所述第三表面与所述第四表面相对于所述中心垂直平面对称；以及
第五表面，所述第五表面面向所述光纤；
嵌入所述腔中的光束路由器，所述光束路由器包括：
光束路由器第一表面，所述光束路由器第一表面位于所述主透镜的所述第三表面上；
光束路由器第二表面，所述光束路由器第二表面位于所述主透镜的所述第四表面上；以及
部分反射涂层，所述部分反射涂层设置在所述光束路由器第一表面和所述光束路由器第二表面中的一个上；
以及透明粘合剂，所述透明粘合剂设置在所述第三表面与所述光束路由器第一表面之间以及所述第四表面与所述光束路由器第二表面之间；
其中，从所述主透镜的所述第二表面反射的准直光穿过由所述第三表面、所述光束路由器第一表面以及所述第三表面与所述光束路由器第一表面之间的所述透明粘合剂所限定的第一界面，进入所述光束路由器，穿过由所述光束路由器第二表面、所述主透镜的所述第四表面以及所述光束路由器第二表面与所述第四表面之间的所述透明粘合剂所限定的第二界面，重新进入所述主透镜并且传播到所述主透镜的所述第五表面，光在所述第五表面处离开并被引导至所述光纤；并且其中，所述准直光的一部分被所述部分反射涂层反射，与朝向所述光纤传输的光解耦，以及被引导至光检测器以监测光输出功率；
由此，在所述光束路由器和所述主透镜不对准的情况下，相对地倾斜的所述第一界面和所述第二界面提供输出光束角度的自校正；
其中，所述部分反射涂层设置在所述光束路由器第二表面上，并且所述光束路由器还包括：
光束路由器第三表面，所述光束路由器第三表面平行设置在所述光束路由器第一表面的相对侧；以及
光束路由器第四表面，所述光束路由器第四表面平行设置在所述光束路由器第二表面的相对侧；
其中，所述准直光被所述部分反射涂层部分地反射到所述光束路由器第三表面，又被所述光束路由器第三表面反射到所述光束路由器第四表面，又被所述光束路由器第四表面反射通过所述第一界面，从所述主透镜出来并到达位于所述主透镜下方的所述光检测器。
2.根据权利要求1所述的两部分光耦合子组件，其中，所述非垂直角度在30至60度之间。
3.根据权利要求2所述的两部分光耦合子组件，其中，所述非垂直角度为45度。
4.根据权利要求1所述的两部分光耦合子组件，其中，所述第五表面形成有透镜，以将光聚焦到所述光纤。
5.根据权利要求1所述的两部分光耦合子组件，其中，在所述主透镜的所述第一表面、第二表面、第三表面、第三表面、第五表面和所述光束路由器第一表面、光束路由器第二表面、光束路由器第三表面、光束路由器第四表面中的一个或多个上设置光学涂层，以增加或减少光透射。
6.根据权利要求1所述的两部分光耦合子组件，其中，所述部分反射涂层包括折射率的范围为1.3至2.3的至少一层电介质薄膜，以在所述光耦合子组件中提供0.01至0.95的反射率。
7.一种光耦合子组件，包括：
形成有腔的主透镜，所述主透镜包括两个表面，所述两个表面形成在所述腔中，并且从所述腔的中心垂直平面相对地倾斜非垂直角度，使得所述两个表面相对于所述中心垂直平面对称；
嵌入所述腔中的光束路由器，所述光束路由器包括：位于所述两个表面中的一个上的光束路由器第一表面；位于所述两个表面中的另一个上的光束路由器第二表面；以及设置在所述光束路由器第一表面和所述光束路由器第二表面中的一个上的部分反射涂层；以及
透明粘合剂，所述透明粘合剂设置在所述两个表面中的一个与所述光束路由器第一表面之间，以及所述两个表面中的另一个与所述光束路由器第二表面之间；
其中所述主透镜还包括：
第一表面，所述第一表面形成有第一准直透镜，以用于使来自垂直腔面发射激光器的光准直；
第二表面，所述第二表面被定向成相对于所述第一表面成一角度，以用于将来自所述第一准直透镜的准直光反射到光纤；
第三表面，所述第三表面是形成在所述腔中的所述两个表面中的一个，并且从所述腔的中心垂直平面倾斜所述非垂直角度；
第四表面，所述第四表面是形成在所述腔中的所述两个表面中的另一个，并且从所述中心垂直平面相对地倾斜所述非垂直角度，使得所述第三表面与所述第四表面相对于所述中心垂直平面对称；以及
第五表面，所述第五表面面向所述光纤；
其中，从所述第二表面反射的准直光穿过由所述第三表面、所述光束路由器第一表面以及所述第三表面与所述光束路由器第一表面之间的所述透明粘合剂所限定的第一界面，进入所述光束路由器，穿过由所述光束路由器第二表面、所述第四表面以及所述光束路由器第二表面与所述第四表面之间的所述透明粘合剂所限定的第二界面，重新进入所述主透镜并且传播到所述第五表面，光在所述第五表面处离开所述主透镜并被引导至所述光纤；并且其中，所述准直光的一部分被所述部分反射涂层反射，与朝向所述光纤传输的光解耦，以及被引导至光检测器以监测光输出功率；
由此，在所述光束路由器和所述主透镜不对准的情况下，相对地倾斜的所述第一界面和所述第二界面提供输出光束角度的自校正；
其中，所述部分反射涂层设置在所述光束路由器第二表面上，并且所述光束路由器还包括：
光束路由器第三表面，所述光束路由器第三表面平行设置在所述光束路由器第一表面的相对侧；以及
光束路由器第四表面，所述光束路由器第四表面平行设置在所述光束路由器第二表面的相对侧；
其中，所述准直光被所述部分反射涂层部分地反射到所述光束路由器第三表面，又被所述光束路由器第三表面反射到所述光束路由器第四表面，又被所述光束路由器第四表面反射通过所述第一界面，从所述主透镜出来并到达位于所述主透镜下方的所述光检测器。
8.根据权利要求7所述的光耦合子组件，其中，所述非垂直角度在30至60度之间。
9.根据权利要求8所述的光耦合子组件，其中，所述非垂直角度为45度。
10.根据权利要求7所述的光耦合子组件，其中，所述第五表面形成有透镜，以将光聚焦到所述光纤。
11.根据权利要求7所述的光耦合子组件，其中，在所述主透镜的所述第一表面、第二表面、第三表面、第三表面、第五表面和所述光束路由器第一表面、光束路由器第二表面、光束路由器第三表面、光束路由器第四表面中的一个或多个上设置光学涂层，以增加或减少光透射。
12.根据权利要求7所述的光耦合子组件，其中，所述部分反射涂层包括折射率的范围为1.3至2.3的至少一层电介质薄膜，以在所述光耦合子组件中提供0.01至0.95的反射率。
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