CN108873128A - 棱镜、棱镜的使用方法、棱镜组及光组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光通信技术领域，具体公开一种棱镜、棱镜作为光束调整器的使用方法、棱镜组及光组件。该棱镜包括顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，第一侧面分为第一入射面和第二入射面，光束从棱镜第一入射面入射从棱镜的底面出射，光束的入射方向与出射方向的夹角为90度，光束的出射位置横坐标与入射位置横坐标相等；光束从棱镜的第二入射面入射从棱镜的底面出射，光束的入射方向与出射方向的夹角为90度，光束的出射位置横坐标相对于入射位置横坐标向第一入射面侧平移的距离为第一侧面的底边长度。该棱镜能够实现将2路光同时进行出射位置和方向调整，将光路调整集中到一个元件上，降低了组装难度，也节约了材料成本。

Description

棱镜、棱镜的使用方法、棱镜组及光组件
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种棱镜、棱镜作为光束调整器的使用方法、棱镜组及光组件。
背景技术
在光通信领域中，为了不断提高单个模块在其有限体积下的传输速率，其中一个主要的方式就是提高单模块的通道数量。同时，由于高速光模块需求量与日俱增，数据中心和通信运营商希望高速光模块的价格尽量低，以利于大量采购。提高模块内部集成度，降低模块成本越来越重要。
当前模块中大量采用的波分复用解复用器件，很难将通道间隔做到750um以下。然而对于LD(Laser Diode)激光二极管和PD(Photoelectric Diode)光电二极管，目前的工艺普遍可以做到250um间隔。若能够将原本间隔较大的光路调整到合适的范围，便能够使用集成度更高的芯片。另外，当前工艺一般需要将光束近似垂直的入射到PD顶部，而器件内部光束一般是水平传播，因此为了使光束能耦合到PD中，还需要调整光束的传播方向。
目前传统的方式是将调整通道间隔和改变光束传播方向分步完成。需要用到多组透镜或棱镜，封装步骤复杂，组装难度较高，且使用多组材料，材料成本较高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种棱镜、棱镜的使用方法、棱镜组及光组件，通过使用该棱镜，将多路平行光束间距调整到合适范围，并且调整光束的传播方向。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种棱镜，所述棱镜包括顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，所述顶面与所述底面平行，所述第一侧面与所述底面、所述第二侧面和所述第四侧面的夹角均为90度，所述第四侧面与所述底面的夹角为43度-47度，所述第四侧面与所述第二侧面平行，所述第三侧面与所述底面的夹角为43-47度；其中，所述第一侧面包括第一入射面和第二入射面，从所述第一侧面底部的钝角顶点向所述第一侧面的顶边做垂线形成分割线，从所述分割线向所述第一侧面底部锐角侧的区域为第一入射面，从所述分割线向所述第一侧面顶部锐角侧的区域为第二入射面。
本发明还提供另一种棱镜，所述棱镜包括顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，所述顶面与所述底面平行，所述第一侧面与所述底面、所述第二侧面和所述第四侧面的夹角均为90度，所述第四侧面与所述底面的夹角为133度-137度，所述第四侧面与所述第二侧面平行，所述第三侧面与所述底面的夹角为43-47度；其中，所述第一侧面包括第一入射面和第二入射面，从所述第一侧面底部的钝角顶点向所述第一侧面的顶边做垂线形成分割线，从所述分割线向所述第一侧面底部锐角侧的区域为第一入射面，从所述分割线向所述第一侧面顶部的锐角侧的区域为第二入射面。
优选地，所述棱镜的第一侧面和/或底面镀有增透膜。
本发明还提供一种棱镜作为光束调整器的使用方法，所述棱镜为上述任一种棱镜，所述方法包括：
将棱镜第一侧面作为光束的入射面，将棱镜底面作为光束的出射面，使光束从棱镜的第一侧面垂直入射，光束从棱镜的底面出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度。
优选地，所述方法还包括：
使光束从棱镜的第一入射面垂直入射，光束从棱镜的底面出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置的横坐标与光束的入射位置的横坐标相等。
优选地，所述方法还包括：
使光束从棱镜的第一入射面垂直入射，光束从棱镜的底面出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置的横坐标相对于光束的入射位置的横坐标向第一入射面侧平移的距离为第一侧面的底边长度。
本发明还提供一种棱镜组，包括上述的第一棱镜和上述的第二棱镜，所述第一棱镜第四侧面与所述第二棱镜第二侧面正对放置，所述第一棱镜与所述第二棱镜镜像对称。
优选地，所述棱镜组一体成型。
本发明还提供一种光组件，包括上述的棱镜组。
优选地，所述第一棱镜第一侧面和/或底面镀有增透膜，所述第二棱镜第一侧面和/或底面镀有增透膜。
本申请与现有技术相比，其有益效果详细说明如下：本申请提供一种棱镜，包括顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，第一侧面包括第一入射面和第二入射面。当光束从棱镜的第一入射面垂直入射，光束从棱镜的底面出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置的横坐标与光束的入射位置的横坐标相等；当光束从棱镜的第二入射面入射，光束从棱镜的底面出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置的横坐标相对于光束的入射位置的横坐标向第一入射面侧平移的距离为第一侧面的底边长度。该棱镜能够实现将2路光同时进行出射位置和出射方向调整，即同时调整光路的间隔和方向，将传统方式中需要多个元件完成的光路调整集中到一个元件上，降低了组装难度，同时也节约了材料成本。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种棱镜的斜视图；
图2为本发明实施例1提供的一种棱镜的正视图；
图3为本发明实施例1提供的一种棱镜的侧视图；
图4为本发明实施例1提供的一种棱镜的俯视图；
图5为本发明实施例1提供的一种棱镜的变形示意图；
图6为本发明实施例2提供的另一种棱镜的斜视图；
图7为本发明实施例2提供的另一种棱镜的正视图；
图8为本发明实施例2提供的另一种棱镜的变形示意图；
图9为本发明实施例3提供的一种棱镜作为光束调整器的正视图；
图10为本发明实施例3提供的另一种棱镜作为光束调整器的正视图；
图11为本发明实施例4提供的棱镜组的顶面斜视图；
图12为本发明实施例4提供的棱镜组的底面斜视图；
图13为本发明实施例4提供的棱镜组的光路原理图；
图14为本发明实施例4提供的棱镜组的变形示意图；
图15为本发明实施例5提供的光组件的俯视图；
图16为本发明实施例5提供的光组件的斜视图；
图17为本发明实施例5提供的光组件的棱镜部分的俯视图；
图18为本发明实施例5提供的光组件的棱镜部分的侧视图；
图19为本发明实施例5提供的光组件的光路原理图；
附图标记为：1-第一棱镜，11-第一棱镜顶面，12-第一棱镜底面，131-第一棱镜第一侧面，132-第一棱镜第二侧面，133-第一棱镜第三侧面，134-第一棱镜第四侧面，1311-第一棱镜第一入射面，1312-第一棱镜第二入射面，1313-第一棱镜分割线；2-第二棱镜，21-第二棱镜顶面，22-第二棱镜底面，231-第二棱镜第一侧面，232-第二棱镜第二侧面，233-第二棱镜第三侧面，234-第二棱镜第四侧面，2311-第二棱镜第一入射面，2312-第二棱镜第二入射面，2313-第二棱镜分割线；3-光组件，301-插芯套，302-准直透镜，303-波分复用解复用器，304-聚焦透镜，305-第三棱镜，306-第四棱镜，307-壳体，308-软板，309-陶瓷基板，310-陶瓷垫片，311-PD阵列。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-图4所示，本发明实施例1提供一种棱镜，以下统一称为第一棱镜1，第一棱镜1包括顶面11、底面12、第一侧面131、第二侧面132、第三侧面133和第四侧面134，顶面11与底面12平行，第一侧面131与底面12、第二侧面132和第四侧面134的夹角均为90度，第二侧面132与第四侧面134平行，第四侧面132与底面12的夹角A1为43度-47度，第三侧面133与底面12的夹角A2为43-47度；其中，第一侧面131包括第一入射面1311和第二入射面1312，从第一侧面131底部的钝角顶点向第一侧面131的顶边做垂线形成分割线1313，从分割线1313向第一侧面131底部锐角侧的区域为第一入射面1311，从分割线向第一侧面131顶部锐角侧的区域为第二入射面1312。
如图5所示，第一棱镜1通常情况下采用六面体结构，但不限于六面体结构，在不影响光传输的区域去除或增加一部分也可以的，例如切除一个角也是可以的，如图5中所示的第一棱镜，切除右下角也是可以的，不会影响光束的反射。
如图6-7所示，本发明实施例2提供另一种棱镜，以下统一称为第二棱镜2，第二棱镜2与第一棱镜1镜面对称，第二棱镜2包括顶面21、底面22、第一侧面231、第二侧面232、第三侧面233和第四侧面234，顶面21与底面22平行，第一侧面231与底面22、第二侧面232和第四侧面234的夹角均为90度，第二侧面232与第四侧面234平行，第四侧面232与底面22的夹角A1为133度-137度，第三侧面233与底面22的夹角A2为43-47度；其中，第一侧面231包括第一入射面2311和第二入射面2312，从第一侧面231底部的钝角顶点向第一侧面231的顶边做垂线形成分割线2313，从分割线2313向第一侧面231底部锐角侧的区域为第一入射面2311，从分割线2313向第一侧面231顶部的锐角侧的区域为第二入射面2312。
如图8所示，第二棱镜2通常情况下采用六面体结构，但不限于六面体结构，在不影响光传输的区域去除或者增加一部分也可以的，例如切除一个角也是可以的，如图8中所示的，切除左下角也是可以的，不会影响光束的反射。
在第一棱镜中，光束的入射面和光束的出射面可以镀增透膜，例如第一棱镜第一侧面和/或底面镀有增透膜；在第二棱镜中，光束的入射面和光束的出射面可以镀增透膜，例如第二棱镜第一侧面和/或底面镀有增透膜。
如图9、图10和图13所示，本发明实施例3还公开一种棱镜作为光束调整器的使用方法，所述棱镜为第一棱镜1或者第二棱镜2，使用方法包括：
将第一棱镜第一侧面131作为入射面，将第一棱镜底面12作为出射面，使光束从第一棱镜第一侧面131垂直入射，光束从第一棱镜底面12出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度。
将第二棱镜第一侧面231作为入射面，将第二棱镜底面22作为出射面，使光束从第二棱镜第一侧面231垂直入射，光束从第二棱镜底面22出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度。
如图9所示的棱镜使用方法还包括：使光束从第一棱镜第一入射面1311垂直入射，光束从第一棱镜底面12出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置F’的横坐标与光束的入射位置F的横坐标相等。
使光束从第一棱镜第二入射面1312入射，光束从第一棱镜底面12出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置E’的横坐标相对于光束的入射位置E的横坐标向第一入射面1311侧平移的距离为第一侧面的底边长度L1。
如图10所示的棱镜使用方法还包括：使光束从第二棱镜第一入射面2311入射，光束从第二棱镜底面22出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置F’的横坐标与光束的入射位置F的横坐标相等。
使光束从第二棱镜第二入射面2312入射，光束从第二棱镜底面22出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置E’的横坐标相对于光束的入射位置E的横坐标向第一入射面2311侧平移的距离为第一侧面的底边长度L2。
如图11和图12所示，本发明实施例4提供一种棱镜组，包括第一棱镜1和第二棱镜2，第一棱镜第四侧面134与第二棱镜第二侧面232正对放置，第一棱镜1与第二棱镜2镜像对称，第一棱镜第四侧面134的底边与第二棱镜第二侧面232的底边紧靠相接，第一棱镜底面12与第二棱镜底面22共面，第一棱镜第一侧面131与第二棱镜第一侧面231共面，第一棱镜第三侧面133与第二棱镜第三侧面233共面。更优的方式，该棱镜组的第一棱镜1和第二棱镜2一体成型。
如图13为该棱镜组光路原理图，4路平行的光束A1、A2、A3和A4分别对应垂直入射到第二棱镜第二入射面、第二棱镜第一入射面，第一棱镜第一入射面和第一棱镜第二入射面，4路光束从第一棱镜底面和第二棱镜底面出射，4路光束的出射方向与入射方向的夹角为90度，出射的顺序依次为A2、A1、A4和A3，A1和A4光束均向中部集中，其中，入射时的4路平行的光束两两之间的间距为D，出射时的4路平行的光束两两之间的间距为d，D大于d，实现了对4路光束的间距和传播方向的调整。
如图14所示提供了一种变形的棱镜组，采用的是变形的第一棱镜1和变形的第二棱镜2，第一棱镜第四侧面与第二棱镜第二侧面正对放置留有间距，第一棱镜底面与第二棱镜底面共面，第一棱镜第一侧面与第二棱镜第一侧面共面，第一棱镜第三侧面与第二棱镜第三侧面共面。
如图15-图18所示，本发明实施例5提供了一种光组件，包括实施例4中的棱镜组。具体的工作方式为：4种不同波长光信号从插芯套301进入光组件中，经过准直透镜302后，以准直光形式进入波分复用解复用器件(Z-Block)303中。Z-Block将入射光按波长分成4路不同波长平行准直光，分波的顺序可以任意调整。4路平行准直光分别通过各对应的聚焦透镜304，然后经过第三棱镜305和第四棱镜306调整间距和方向后，分别汇聚到PD阵列311当中，以实现光电信号转换，最后电信号通过软板308输出到光模块电路中。
其中307为光组件外壳，内部主要光器件放置在一块陶瓷基板309上，以保证整体结构稳定。第三棱镜305和第四棱镜306被放置在陶瓷垫片310上，以调整其高度。
其中准直透镜302的光出射面和入射面均镀有增透膜，准直透镜302将插芯套301出射的发散光转化准直光。
其中各聚焦透镜304的光出射面和入射面均镀有增透膜，每个光束通道分别对应一颗聚焦透镜304，四颗聚焦透镜304的相对位置根据聚焦透镜304焦距的不同可以调节。该聚焦透镜304将准直光聚焦到PD阵列311光敏面上。
其中第三棱镜305和第四棱镜306的光出射面和入射面均镀有增透膜。第三棱镜305和第四棱镜306的结构为镜像对称结构。
如图19和图13所示为该光组件的光路原理图。图中可以看出波分复用解复用器件(Z-Block)303将不同波长的光分开，光束间存在一个较大的间隔D，且传播方向与入射光方向相同。经过第三棱镜305和第四棱镜306后，光路间隔缩小为d，同时出射方向与入射方向成90度。
其中，第三棱镜305为实施例1中的第一棱镜1，第四棱镜306为实施例2中的第二棱镜2，D是调整后光路间隔d的3倍，为了将4束光的间隔由D调整为d(D＝3×d)，同时向下转向90度，需要根据D的大小设计棱镜的尺寸。为了达到这个目的，对于第三棱镜305，第三棱镜305的第一侧面的底边长度须等于三分之四(4/3)D，在实际情况中，我们可以调节D，因此4/3D允许一定的加工误差，第三棱镜305的第四侧面与底面的夹角等于45度，第三侧面与底面的夹角等于45度。对于第四棱镜306，第四棱镜306的第一侧面的底边长度须等于三分之四(4/3)D，第四棱镜第四侧面与底面的夹角等于45度，第三侧面与底面的夹角等于45度。第三棱镜305第一侧面和第四棱镜306第一侧面与入射光束垂直。
4路方向平行两两光路间隔为D的光束A1、A2、A3和A4，沿与第三棱镜305第一侧面和第四棱镜306第一侧面垂直的方向分别从第四棱镜第二入射面、第四棱镜第一入射面，第三棱镜第一入射面和第三棱镜第二入射面入射。四路光束经过间距调整和传播方向调整后，最终从第三棱镜305的底面和第四棱镜306的底面垂直出射照到PD阵列311上，出射时4路光束两两光路间隔为d，D＝3d。
4路方向平行间隔为D的光束A1、A2、A3和A4，沿与第三棱镜第一侧面和第四棱镜第一侧面垂直的方向入射，各路光的传输路径为：
如图11所示，A4光束经过面1312进入棱镜中，在面133处发生全反射，方向变为与面12垂直，然后被面132全反射，方向变为与面131和面12平行。最后在面134处发生全反射，方向变为与面12垂直，并从面12出射，最终光束照到PD阵列311上。
A1光束与A4光束相似，A1光束经过面2312进入棱镜中，在面233处发生全反射，方向变为与面22垂直，然后被面234全反射，方向变为与面231和面22平行。最后在面232处发生全反射，方向变为与面22垂直，并从面22出射，最终光束照到PD阵列311上。
A3光束经过面1311进入棱镜中，在面133处发生全反射，方向变为与面12垂直，然后从面12出射。最终光束照到PD阵列311上。
A2光束与A3光束相似，A2光束经过面2311进入棱镜中，在面233处发生全反射，方向变为与面22垂直，然后从面22出射。最终光束照到PD阵列311上。
另外，在实际应用中，为了得到更好的性能。往往会微调棱镜第四侧面与棱镜底面的夹角角度，以及棱镜第三侧面与棱镜底面的夹角角度，例如考虑到棱镜材料的折射率，会将角度调整为44度或者46度。在棱镜第四侧面与棱镜底面的夹角角度，以及棱镜第三侧面与棱镜底面的夹角角度调整后，出射光束与入射光束角度关系也会随之改变，不是绝对的90度。该光组件使用两个镜像对称的棱镜，将4路光分成2个一组进行出射位置和出射方向调整，从而同时调整光路的间隔和传播方向。将传统方式中需要多个元件完成的光路调整集中到一个元件上，降低了组装难度，同时也节约了材料成本。
本发明主要思路为将调整光路间隔和调整光束传播方向放到一个光学元件中实现，从而降低了光组件的封装难度和成本。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种棱镜，其特征在于，所述棱镜包括顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，所述顶面与所述底面平行，所述第一侧面与所述底面、所述第二侧面和所述第四侧面的夹角均为90度，所述第四侧面与所述底面的夹角为43度-47度，所述第四侧面与所述第二侧面平行，所述第三侧面与所述底面的夹角为43-47度；其中，所述第一侧面包括第一入射面和第二入射面，从所述第一侧面底部的钝角顶点向所述第一侧面的顶边做垂线形成分割线，从所述分割线向所述第一侧面底部锐角侧的区域为第一入射面，从所述分割线向所述第一侧面顶部锐角侧的区域为第二入射面。
2.一种棱镜，其特征在于，所述棱镜包括顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，所述顶面与所述底面平行，所述第一侧面与所述底面、所述第二侧面和所述第四侧面的夹角均为90度，所述第四侧面与所述底面的夹角为133度-137度，所述第四侧面与所述第二侧面平行，所述第三侧面与所述底面的夹角为43-47度；其中，所述第一侧面包括第一入射面和第二入射面，从所述第一侧面底部的钝角顶点向所述第一侧面的顶边做垂线形成分割线，从所述分割线向所述第一侧面底部锐角侧的区域为第一入射面，从所述分割线向所述第一侧面顶部的锐角侧的区域为第二入射面。
3.根据权利要求1或2所述的棱镜，其特征在于，所述棱镜的第一侧面和/或底面镀有增透膜。
4.一种棱镜作为光束调整器的使用方法，所述棱镜为如权利要求1所述的棱镜或如权利要求2所述的棱镜，所述方法包括：
将棱镜第一侧面作为光束的入射面，将棱镜底面作为光束的出射面，使光束从棱镜的第一侧面垂直入射，光束从棱镜的底面出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度。
5.根据权利要求4所述的棱镜作为光束调整器的使用方法，其特征在于，所述方法还包括：
使光束从棱镜的第一入射面垂直入射，光束从棱镜的底面出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置的横坐标与光束的入射位置的横坐标相等。
6.根据权利要求4或5所述的棱镜作为光束调整器的使用方法，其特征在于，所述方法还包括：
使光束从棱镜的第一入射面垂直入射，光束从棱镜的底面出射，光束的入射方向与光束的出射方向的夹角为90度，光束的出射位置的横坐标相对于光束的入射位置的横坐标向第一入射面侧平移的距离为第一侧面的底边长度。
7.一种棱镜组，包括如权利要求1所述的第一棱镜和如权利要求2所述的第二棱镜，所述第一棱镜第四侧面与所述第二棱镜第二侧面正对放置，所述第一棱镜与所述第二棱镜镜像对称。
8.根据权利要求7所述的棱镜组，其特征在于，所述棱镜组一体成型。
9.一种光组件，包括如权利要求7或如权利要求8所述的棱镜组。
10.根据权利要求9所述的光组件，其特征在于，所述第一棱镜第一侧面和/或底面镀有增透膜，所述第二棱镜第一侧面和/或底面镀有增透膜。
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