CN108809408A - 带反光片实现背光监控功能的光传输组件及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了带反光片实现背光监控功能的光传输组件，包括VCSEL芯片，准直透镜，透镜基体，反光片，第一聚焦透镜，第二聚焦透镜及MPD芯片；准直透镜和第二聚焦透镜位于透镜基体的同侧，第一聚焦透镜位于透镜基体另一侧，透镜基体上设有全反射斜面、第一斜面、第二斜面和透射斜面，第一斜面和第二斜面之间形成空气间隙，反光片连接在第一斜面和第二斜面之间，透射斜面位于反光片的反射光路上。该发明结构简单，通过准直透镜将光束变平行光后通过透镜基体反射与透射形成前光与背光，前光经空气间隙传播由第一聚焦透镜射出，背光经过两次反射，一次透射后由第二聚焦透镜聚焦到MPD芯片上，从而实现背光监控，解决了传统背光监控组件繁多，光路复杂问题。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及带反光片实现背光监控功能的光传输组件及装置。
背景技术
随着互联网、云计算和大数据等业务的快速增长，推动着大容量和高带宽的数据中心的大规模建设，对数据传输的效率要求越来越高。光通信领域采用VCSEL激光器（垂直腔面发射激光器）作为光源很好的实现了高带宽传输。
在实际应用中，VCSEL激光器处于非气密性环境，其性能容易受到环境影响，特别是输出光功率，为确保使用过程中对光源工作状态稳定，需对输出光进行监控，因此，需要设计带反光片实现背光监控功能的光传输组件，实现远程监控光模块工作稳定性的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种带反光片实现背光监控功能的光传输组件，实现对VCSEL激光器的输出光稳定性进行监控的目的。
本发明的技术方案是提供了带反光片实现背光监控功能的光传输组件，包括VCSEL芯片（垂直腔面发射芯片），准直透镜，透镜基体，反光片，第一聚焦透镜，第二聚焦透镜及MPD芯片（背光监控芯片）；
所述VCSEL芯片与准直透镜耦合对准，所述准直透镜和第二聚焦透镜位于所述透镜基体的同侧，所述第一聚焦透镜位于所述透镜基体的另一侧，所述MPD芯片与所述第二聚焦透镜耦合对准；
所述透镜基体上设有全反射斜面、第一斜面、第二斜面和透射斜面，所述第一斜面和第二斜面之间间隔设置形成空气间隙，所述反光片连接在第一斜面和第二斜面之间，所述透射斜面位于所述反光片的反射光路上；
从VCSEL芯片出射的光线经过准直透镜入射至全反射斜面上形成全反射光，全反射光通过第一斜面和第二斜面形成的空气间隙后，一部分光经第二斜面透射后通过第一聚焦透镜射出，另一部分光经过第二斜面反射后入射至反光片，并通过反光片反射至透射斜面后由第二聚焦透镜射出至MPD芯片。
进一步的，经过所述准直透镜准直后入射的光线与入射至所述第一聚焦透镜的光线相互垂直。
进一步的，经过所述准直透镜准直后入射的光线与入射至所述第二聚焦透镜的光线相互平行。
进一步的，所述准直透镜、第一聚焦透镜，第二聚焦透镜均为非球面镜，所述全反射斜面、第一斜面、第二斜面和透射斜面均为平面。
进一步的，所述全反射斜面的倾斜角大于所述所述透镜基体的全反射角。
进一步的，所述第二斜面上镀有一层反射膜、衰减膜或吸收膜。
进一步的，所述透射斜面上镀有一层透射膜。
进一步的，所述反光片上设有吸收膜。
进一步的，所述VCSEL芯片、准直透镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和MPD芯片均设有多个，且每个VCSEL芯片、准直透镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜及MPD芯片之间一一对应。
另外，本发明还提供了一种带反光片实现背光监控功能的光传输装置，包括上述带反光片实现背光监控功能的光传输组件以及监控设备，所述监控设备包括显示屏，所述MPD芯片与显示屏电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种带反光片实现背光监控功能的光传输组件结构简单，通过在透镜基体上设置准直透镜，将从VCSEL芯片发出的光变为平行光，平行光通过透镜基体反射与透射形成前光与背光，前光经过一次空气间隙传播由第一聚焦透镜射出，背光经过两次反射，一次透射后由第二聚焦透镜射出汇聚到MPD芯片上，从而实现背光监控，可以为COB（Chip on board，板上芯片）及AOC（Active optical cable，有源光缆）等高速并行传输产品提供背光监控方案。
(2)本发明提供的这种带反光片实现背光监控功能的光传输组件通过反光片和透射斜面配合可使背光垂直入射至第二聚焦透镜，加大了背光容差，降低了第二聚焦透镜制作难度，且光束汇聚效果好，可解决高速平行封装产品背光芯片光敏面小，容差小的问题，有效消除杂光影响，提高高速信号传输质量。
(3)本发明提供的这种带反光片实现背光监控功能的光传输组件中透镜基体可一次注塑成型，且方便处理透镜基体上各平面的杂散光，在实现背光监控功能的同时不需要额外增加透镜，既有利于实现有源耦合封装方案，也有利于实现无源耦合封装方案。
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是本发明带反光片实现背光监控功能的光传输组件的单通道背光监控实施例的结构示意图；
图2是本发明带反光片实现背光监控功能的光传输组件的多通道背光监控实施例的结构示意图。
附图标记说明：1、VCSEL芯片；2、准直透镜；3、透镜基体；4、全反射斜面；5、第一斜面；6、反光片；7、第二斜面；8、第一聚焦透镜；9、透射斜面；10、第二聚焦透镜；11、MPD芯片。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本实施例提供了一种带反光片实现背光监控功能的光传输组件，包括VCSEL芯片1（垂直腔面发射芯片），准直透镜2，透镜基体3，反光片6，第一聚焦透镜8，第二聚焦透镜10及MPD芯片11（背光监控芯片）；所述VCSEL芯片1与准直透镜2耦合对准，所述准直透镜2和第二聚焦透镜10位于所述透镜基体3的同侧，所述第一聚焦透镜8位于所述透镜基体3的另一侧，所述MPD芯片11与所述第二聚焦透镜10耦合对准；所述透镜基体3上设有全反射斜面4、第一斜面5、第二斜面7和透射斜面9，所述第一斜面5和第二斜面7之间间隔设置形成空气间隙，用于透射光路并产生背光，所述反光片6连接在第一斜面5和第二斜面7之间，所述透射斜面9位于所述反光片6的反射光路上；其中，所述透镜基体3的外形可根据实际情况进行调整，只需保证全反射斜面4、第一斜面5、第二斜面7和透射斜面9之间的相对位置关系满足光路传播要求即可。从VCSEL芯片1出射的光线经过准直透镜2形成平行光，该平行光入射至全反射斜面4上形成全反射光，全反射光在透镜基体3的第一斜面5产生的反射光（少量）被反射后向下传输至透镜基体3底部耗散，而在第一斜面5的透射光通过第一斜面5和第二斜面7形成的空气间隙后，大部分光经第二斜面7透射后通过第一聚焦透镜8汇聚射出至光纤，少部分光经过第二斜面7反射后入射至反光片6，并通过反光片6反射改变传输方向后，通过透射斜面9再次进入透镜基体3内部，并由第二聚焦透镜10将背光汇聚射出至MPD芯片11；其中，经准直透镜2准直后的平行光在第一斜面5、第二斜面7和透射斜面9上均以平行光传播。本实施例提供的这种带反光片实现背光监控功能的光传输组件，一方面可以把VCSEL芯片1的发射激光耦合到光纤中，另一方面又可分出部分激光传输到MPD芯片11上，同时起到耦合激光和进行背光监控两个目的；而且透镜基体3上设计多个一定角度的平面可以满足多种要求的分光，两个聚焦透镜则可以增大耦合容差。
具体的，所述准直透镜2、第一聚焦透镜8，第二聚焦透镜10均为非球面镜，所述全反射斜面4、第一斜面5、第二斜面7和透射斜面9均为平面，透镜基体3上的平面设计有利于镀膜，避免了传统球面上镀膜不均匀的问题。所述全反射斜面4的倾斜角大于所述透镜基体3的全反射角，本实施例中透镜基体3可选用塑料PEI，即所述全反射斜面4的倾斜角大于光从塑料进入空气发生全反射时的全反射角，从而使得通过准直透镜2后的平行光能全部透射，用于后续的分光，提高背光能量。
进一步的，所述透镜基体3可一次注塑成型，透镜基体3上的各个表面（即全反射斜面4、第一斜面5、第二斜面7和透射斜面9）加工难度小，且方便处理各个表面的杂散光，可有效消除杂光影响，提高高速信号传输质量，而且在实现背光监控功能的同时不需要额外增加透镜，既有利于实现有源耦合封装方案，也有利于实现无源耦合封装方案。而所述反光片6密封粘贴在透镜基体3上，且入射至反光片6上的光路入射角度小，易于加工同时可防止水汽进入透镜基体3，保护光路不受干扰，提高了产品可靠性。另外，为了能满足不同产品性能的需求，反光片6和透镜基体3的平面上可镀不同功能的膜系，如可在所述第二斜面7上镀一层反射膜，所述透射斜面9上透射区域镀一层透射膜，从而增大背光部分能量；所述反光片6上部分区域添加吸收膜，降低反射光影响，从而降低产品杂光串扰；而在背光可满足要求的前提下，所述第二斜面7上也可镀衰减膜达到光传输组件所需功率。
优化的，通过设计计算透镜基体3上各个表面（即全反射斜面4、第一斜面5、第二斜面7和透射斜面9）的倾斜角度及其之间的相对位置，使得经过所述准直透镜2准直后入射的光线（即入射至全反射斜面4的光线）与入射至所述第一聚焦透镜8的光线相互垂直，经过所述准直透镜2准直后入射的光线与入射至所述第二聚焦透镜10的光线相互平行，这样聚焦透镜无需倾斜，且光束汇聚效果好，有利于制作透镜基体3的模具成型，降低了透镜基体3制作难度，同时这种结构使得背光可垂直入射，加大了背光容差，有效解决了高速平行封装产品背光芯片光敏面小，容差小的问题。
本发明提供的这种带反光片实现背光监控功能的光传输组件不仅适用于单通道背光监控，也可适用于多通道背光监控，如图2所示，在上述实施例的带反光片实现背光监控功能的光传输组件结构基础上，所述VCSEL芯片1、准直透镜2、第一聚焦透镜8、第二聚焦透镜10和MPD芯片11均设有多个，且每个VCSEL芯片1、准直透镜2、第一聚焦透镜8、第二聚焦透镜10及MPD芯片11之间一一对应；通过这种结构设计的光传输组件包括多组反射光路和多组透射光路，可实现但不限于4发4收、6发6收或8发8收等多通道并行背光监控的传输光组件的功能。以四通道背光监控的光传输组件为例，四个VCSEL芯片1采用四路阵列形式设置，且以相同的间距出光，四路光束分别一一对应一个准直透镜2后形成四路等间距的平行光束，然后此四路平行光束的每一路光均依次经过透镜基体3的全反射斜面4、第一斜面5和第二斜面7，一部分光束经过第二斜面7透射后水平通过对应的四个第一聚焦透镜8聚焦，另一部分光束经过第二斜面7反射至反光片6后，再次通过反光片6的反射使四路平行光束入射至透射斜面9发生透射，并且通过对应的四个第二聚焦透镜10聚焦到四个背光接收的MPD芯片11上，本实施例中多路平行光经过相同平面进行光传输时相互平行、无串扰，实现多通道并行背光监控功能，可以为COB（Chip on board，板上芯片）及AOC（Active opticalcable，有源光缆）等高速并行传输产品提供背光监控方案。
另外，本实施例还可结合上述带反光片实现背光监控功能的光传输组件，提供一种带反光片实现背光监控功能的光传输装置，包括上述带反光片实现背光监控功能的光传输组件以及监控设备，所述监控设备包括显示屏，所述MPD芯片2与显示屏电连接，通过显示屏来监控光路。
综上所述，本发明提供的这种带反光片实现背光监控功能的光传输组件结构简单，通过在透镜基体上设置准直透镜，将从VCSEL芯片发出的光变为平行光，平行光通过透镜基体反射与透射形成前光与背光，前光经过一次空气间隙传播由第一聚焦透镜射出，背光经过两次反射，一次透射后由第二聚焦透镜射出汇聚到MPD芯片上，从而实现背光监控，解决了传统背光监控组件繁多，光路复杂等问题。
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 (10)
1.带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：包括VCSEL芯片，准直透镜，透镜基体，反光片，第一聚焦透镜，第二聚焦透镜及MPD芯片；
所述VCSEL芯片与准直透镜耦合对准，所述准直透镜和第二聚焦透镜位于所述透镜基体的同侧，所述第一聚焦透镜位于所述透镜基体的另一侧，所述MPD芯片与所述第二聚焦透镜耦合对准；
所述透镜基体上设有全反射斜面、第一斜面、第二斜面和透射斜面，所述第一斜面和第二斜面之间间隔设置形成空气间隙，所述反光片连接在第一斜面和第二斜面之间，所述透射斜面位于所述反光片的反射光路上；
从VCSEL芯片出射的光线经过准直透镜入射至全反射斜面上形成全反射光，全反射光通过第一斜面和第二斜面形成的空气间隙后，一部分光经第二斜面透射后通过第一聚焦透镜射出，另一部分光经过第二斜面反射后入射至反光片，并通过反光片反射至透射斜面后由第二聚焦透镜射出至MPD芯片。
2.如权利要求1所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：经过所述准直透镜准直后入射的光线与入射至所述第一聚焦透镜的光线相互垂直。
3.如权利要求1所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：经过所述准直透镜准直后入射的光线与入射至所述第二聚焦透镜的光线相互平行。
4.如权利要求1所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：所述准直透镜、第一聚焦透镜，第二聚焦透镜均为非球面镜，所述全反射斜面、第一斜面、第二斜面和透射斜面均为平面。
5.如权利要求1所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：所述全反射斜面的倾斜角大于所述透镜基体的全反射角。
6.如权利要求1所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：所述第二斜面上镀有一层反射膜、衰减膜或吸收膜。
7.如权利要1所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：所述透射斜面上镀有一层透射膜。
8.如权利要1所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：所述反光片上设有吸收膜。
9.如权利要1所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件，其特征在于：所述VCSEL芯片、准直透镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和MPD芯片均设有多个，且每个VCSEL芯片、准直透镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜及MPD芯片之间一一对应。
10.带反光片实现背光监控功能的光传输装置，其特征在于：包括权利要求1～9任一项所述的带反光片实现背光监控功能的光传输组件以及监控设备，所述监控设备包括显示屏，所述MPD芯片与显示屏电连接。
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