CN108873181A - 光路控制系统及光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种光路控制系统，包括：聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个以及光电器件阵列，楔形片阵列或透镜阵列包括至少两个楔形片或至少两个透镜，光电器件阵列包括至少两个光电器件；所述聚焦透镜对至少两束光束进行汇聚后传输至楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个，楔形片阵列或透镜阵列中的一个楔形片或一个透镜对应一束光束，将所对应的光束传输至相应的光电器件上；入射至所述聚焦透镜的其中两束光束之间的间距为L1，所述两束光束经过所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个后汇聚的焦点之间的间距为L2，L1大于L2。该光路控制系统结构简单、且控制精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及光通信元件制造技术领域，尤其涉及一种光路控制系统及光模块。
背景技术
在光通讯中，由于相互对接的光通讯设备的信道间距不同，往往需要将光路间距调整到合适的范围之后再进行耦合传输。另外，由于光电探测器口径较小，发散的光束难以全部耦合进光电探测器内，导致信号损失。
如图1所示，在传统的多路平行光路系统中，通过光路控制系统1来调整光路间距，改变光路的间距及聚焦的方法需要使用到多个物镜2及多个棱镜3，物镜2与棱镜3之间的间距以及多个棱镜3之间的间距较大，导致整个光路控制系统1的体积庞大，不利于光模块的小型化；另外，光路控制系统1包括多个部件，部件之间的相对位置需要精确调控，组装工艺较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光路控制系统及光模块，该光路控制系统结构简单、且控制精度较高。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种光路控制系统，其中，所述光路控制系统包括：
聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个以及光电器件阵列；
所述聚焦透镜位于楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个的一侧，所述光电器件阵列位于所述楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个的另一侧；
所述楔形片阵列或透镜阵列包括至少两个楔形片或至少两个透镜，所述光电器件阵列包括至少两个光电器件；
当至少两束光束射向所述聚焦透镜时，所述聚焦透镜对两束光束进行汇聚后传输至楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个，所述楔形片阵列或透镜阵列中的一个楔形片或一个透镜对应一束光束，并分别改变所对应光束的传播方向，将所对应的光束传输至相应的光电器件上；
入射至所述聚焦透镜的其中两束光束之间的间距为L1，所述两束光束经过所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个后汇聚的焦点之间的间距为L2，L1大于L2。
作为本发明实施方式的进一步改进，入射至所述聚焦透镜的至少两束光束为平行光束。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述光路控制系统还包括波分复用器，所述波分复用器将包含不同波长的入射光分成具有不同波长的多路光束。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述光路控制系统还包括点光源，入射至所述聚焦透镜的至少两束光束为由所述点光源发射出的发散光。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述光电器件设置为探测器、光纤或光发射器中的其中一种。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述光路控制系统还包括第三光电器件和第四光电器件，所述聚焦透镜接收第三光束和第四光束并对其进行汇聚后传输至楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个，所述楔形片阵列或透镜阵列中改变所述第三光束和第四光束的传播方向，并将第三光束传输至第三光电器件，将第四光束传输至第四光电器件，入射至所述聚焦透镜的第三光束和第四光束之间的间距为L3，所述第三光束和第四光束经过所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个后汇聚的第四焦点和第五焦点之间的间距为L4，L3大于L4。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述第三光电器件和所述第四光电器件均设置为探测器、光纤或光发射器中的其中一种。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述至少两束光束经过所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个后汇聚的所有焦点位于同一直线上。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述所有焦点之中其中两个相邻焦点之间的距离均相等。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述聚焦透镜与所述楔形片阵列或透镜阵列一体成型。
作为本发明实施方式的进一步改进，光路控制系统还包括载板，所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个以及光电器件阵列固定于所述载板上。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种光模块，包括壳体、与外部设备相对接的光收发接口、位于壳体内的光发射组件和/或光接收组件，其中，还包括位于所述光发射组件和/或光接收组件与所述光收发接口之间的光路控制系统，所述光路控制系统为以上任一项技术方案所述的光路控制系统，所述光路控制系统实现所述光发射组件和/或光接收组件与所述光收发接口之间的光信号的传输。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的技术方案，设有楔形片或透镜阵列，当至少两束光束射向所述聚焦透镜时，所述聚焦透镜对两束光束进行汇聚后传输至楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个，其中入射至所述聚焦透镜的其中两束光束之间的间距为L1，所述两束光束经过所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个后，两束光束汇聚的焦点之间的间距为L2，L1大于L2，从而使得光束之间的间距变小，相应地，光电器件之间距离较小，大大减小了光路控制系统的体积，缩小了封装尺寸。另外，该发明中，所述聚焦透镜与楔形片阵列或透镜阵列一体成型设置，使得各光路的聚焦位置相对位置固定，从而使得控制精度较高。
附图说明
图1是现有技术光路控制系统结构示意图；
图2是本发明第一实施方式中光路控制系统的示意图；
图3是本发明第二实施方式中光路控制系统的示意图；
图4是本发明第三实施方式中光路控制系统的示意图；
图5是本发明第四实施方式中光路控制系统的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种光模块，光模块包括壳体（未图示）、与外部设备相对接的光收发接口（未图示）、光学组件、用于承载光学组件的承载板、电路板等。
光学组件封装在壳体内，光学组件可为光发射组件或光接收组件，壳体可为金属壳体。本实施例中所提到的光模块可以例如是：发射机OSA（TOSA），此时，光学组件一般包括半导体激光二极管（LD）；接收机OSA（ROSA），此时，光学组件一般包括光电探测器（PD）；又或者是同时具有发送和接收功能，此时，光学组件一般同时包括半导体激光二极管和光电探测器。
光模块还包括光路控制系统，光路控制系统固定于壳体中，且光路控制系统位于光学组件与光收发接口之间。光路控制系统实现光发射组件和/或光接收组件与光收发接口之间的光信号的传输。当光学组件为光发射组件时，光发射组件发出的光线传输至光路控制系统，而后光路控制系统将光传输至光收发接口；当光学组件为光接收组件时，光收发接口传送的光传输至光路控制系统，而后光路控制系统将光传输至光接收组件。
如图2为本发明的第一实施例，该光路控制系统包括：聚焦透镜20、楔形片阵列22，光电器件阵列23。其中聚焦透镜20位于楔形片阵列22的一侧，光电器件阵列23位于楔形片阵列22的另一侧。楔形片阵列22包括至少两个楔形片，光电器件阵列23包括至少两个光电器件。
其中，聚焦透镜20、楔形片阵列22以及光电器件阵列23固定于载板上。
本实施例中，当至少两束光束射向聚焦透镜时，聚焦透镜20对两束光束进行汇聚后传输至楔形片阵列22，楔形片阵列22中的一个楔形片对应一束光束，并分别改变所对应光束的传播方向，将所对应的光束传输至光电器件阵列23相对应的光电器件上。其中，至少两束光束的波长可以相同，也可以不相同。
具体的，聚焦透镜20接收第一光束24和第二光束26，以将第一光束24和第二光束26聚焦于第一焦点28，聚焦透镜20将第一光束和第二光束进行汇聚后传输至楔形片阵列22，楔形片阵列22中的两个楔形片用于接收来自于聚焦透镜20聚焦后的第一光束24和第二光束26。其中，入射至聚焦透镜20的第一光束24和第二光束26之间的间距为L1，第一光束24和第二光束26经过聚焦透镜20、楔形片阵列22汇聚后的焦点之间的间距为L2，L1大于L2。
该实施例中，由于设有楔形片阵列22，楔形片阵列22改变了第一光束24和第二光束26的聚焦位置，将聚焦透镜20聚焦后的第一光束24和第二光束26分别聚焦于不同的焦点，且入射至聚焦透镜20的第一光束24和第二光束26之间的间距为L1大于第一光束24和第二光束26经过聚焦透镜20、楔形片阵列22汇聚后的焦点之间的间距为L2，从而使得光束之间的间距变小，大大减小了光路控制系统的体积，缩小了光模块的封装尺寸。
进一步的，光电器件阵列23包括第一光电器件30和第二光电器件32，通过聚焦透镜20后的第一光束24通过楔形片阵列22后聚焦于第一光电器件30上的第二焦点34，通过聚焦透镜20后的第二光束26通过楔形片阵列22后聚焦于第二光电器件32上的第三焦点36，第二焦点34和第三焦点36之间的距离为L2。楔形片阵列22改变第一光束24和第二光束26的折射角度，从而改变第一光束24和第二光束26的聚焦位置，将第一光束24和第二光束26精确地聚焦于第一光电器件30和第二光电器件32上。
该实施例中，由于入射至聚焦透镜20的第一光束24和第二光束26之间的间距L1大于第二焦点34与第三焦点36之间的间距L2，使得接收第一光束24的第一光电器件30与接收第二光束26的第二光电器件32之间距离也可以设置得较小，从而减小了光路控制系统的体积，缩小了光模块的封装尺寸。
进一步的，楔形片阵列22设置为多个楔形片，且各楔形片角度分别设计，从而对两束以上的光束进行控制。如此设置，各楔形片可以独立控制相对应的光路转折方向及各光束的聚焦位置。光束经过聚焦透镜并由楔形片阵列22折射后间距变小，且由于各楔形片具有非常高的相对精度，所以聚焦后焦点相对位置精度很高，能精确地投射到相应的光电器件上。
本优选实施例中，入射至聚焦透镜20的第一光束24和第二光束26为平行光束。
第一光电器件30和第二光电器件32可以设置为探测器，当然，第一光电器件30和第二光电器件32也可以设置成一体成型的阵列探测器。第一光电器件30和第二光电器件32也可以设置为光纤，用于继续光路传输，同样，第一光电器件30和第二光电器件32也可以设置成一体成型的阵列光纤。另外，根据光路可逆的原理，第一光电器件30和第二光电器件32也可以设置为光发射器，此时光路是逆向的。
本优选实施例中，第二焦点34与第三焦点36之间的间距L2不大于250微米。从而进一步保证了第一光电器件30和第二光电器件32之间的间距较小，缩小了封装尺寸，大大降低了成本。
进一步的，第二焦点34与第三焦点36之间的间距L2为250微米。
聚焦透镜20的焦距可以根据光路控制系统的具体结构尺寸而定，只要确保第一光束24和第二光束26最终分别聚焦于第一光电器件30和第二光电器件32上即可。另外，楔形片阵列22的角度也是根据具体需要设计，光束方向需要转折多少就设计相对应角度的楔形片阵列22。
本优选实施例中，聚焦透镜20与楔形片阵列22一体成型设置。这样设置，使得各光路的聚焦位置相对位置固定，从而使得控制精度更高。
第一焦点28和楔形片阵列22位于第一光电器件30和第二光电器件32的同一侧。具体的，第一焦点28和楔形片阵列22位于第二焦点34和第三焦点36的连线的同一侧。当然，聚焦透镜20的第一焦点28也可以设置于其它位置，如第一焦点28和楔形片阵列22分别位于第一光电器件30和第二光电器件32的两侧，也就是说，第一焦点28和楔形片阵列22位于第二焦点34和第三焦点36的连线的两侧。第一焦点28的位置可以根据产品尺寸要求具体设置，只要确保第一光束24和第二光束26最终分别聚焦于第一光电器件30和第二光电器件32上即可。
进一步的，光路控制系统还包括第三光电器件42和第四光电器件44，聚焦透镜20接收与第一光束24和第二光束26具有不同波长的第三光束46和第四光束48，第三光束46通过楔形片阵列22后聚焦于第三光电器件42上的第四焦点50，第四光束48通过楔形片阵列22后聚焦于第四光电器件44上的第五焦点52。另外，入射于聚焦透镜20时的第三光束46具有第三中心，入射于聚焦透镜20时的第四光束48具有第四中心，第三中心与第四中心之间具有间距L3，间距L3大于第四焦点50与第五焦点52之间的间距L4。
第二焦点34、第三焦点36、第四焦点50和第五焦点52位于同一直线上。
本实施例中，第三光电器件42和第四光电器件44分别位于第一光电器件30和第二光电器件32的两侧，且第三光电器件42邻近第一光电器件30，第四光电器件44邻近第二光电器件32。第一光电器件30、第二光电器件32、第三光电器件42和第四光电器件44之中相邻的两个光电器件之间的距离相等。
与第一光电器件30和第二光电器件32相同。第三光电器件42和第四光电器件44可以设置为探测器，当然，第三光电器件42和第四光电器件44也可以设置成连接在一体的阵列探测器。第三光电器件42和第四光电器件44也可以设置为光纤，用于继续光路传输，同样，第三光电器件42和第四光电器件44也可以设置成连接在一体的阵列光纤。另外，根据光路可逆的原理，第三光电器件42和第四光电器件44也可以设置为光发射器，此时光路是逆向的。
另外，光路控制系统可以根据需要设置任意数量的光束，如三个光束或四个以上的光束。相应地，设置与光束相对应数量的光电器件。
图3为本发明提供的第二实施例，该实施例与第一实施例的不同是，将楔形片阵列22替换成透镜阵列54，其它均与第一实施例相同，不再做详细介绍。
透镜阵列54包括至少两个透镜，透镜阵列中的一个透镜对应一束光束，并分别改变所对应光束的传播方向，将所对应的光束传输至相应的光电器件上。同样，本实施例中，入射至聚焦透镜的波长可以设置成相同，也可以设置成不相同。其中，聚焦透镜、透镜阵列54以及光电器件阵列固定于载板上。
该实施例中，透镜阵列54改变第一光束56和第二光束58的聚焦位置，将聚焦透镜聚焦后的第一光束56和第二光束58分别聚焦于第二焦点60和第三焦点62，且入射至聚焦透镜的第一光束56和第二光束58之间具有间距L1，间距L1大于第二焦点60与第三焦点62之间的间距L2，从而同样使得光束之间的间距变小，相应地，第一光电器件68与第二光电器件70之间距离较小，也减小了光路控制系统的体积，缩小了封装尺寸。另外，该发明中，聚焦透镜与透镜阵列54也采用一体成型设置，使得各光路的聚焦位置相对位置固定，从而使得控制精度较高。
本优选实施例中，透镜阵列54包括多个透镜，每颗透镜的作用是将聚焦透镜的第一焦点转折到对应的光电器件上。
另外，本优选实施例中，光路控制系统也可以根据需要设置任意数量的光束，如三个光束、四个光束或四个以上的光束。相应地，设置与光束相对应数量的光电器件。
图4为本发明提供的第三实施例，该实施例与第二实施例的不同是，光路控制系统还包括波分复用器71，波分复用器71设置在聚焦透镜72的前方，将包含不同波长的入射光73分成具有不同波长的第一光束74、第二光束76、第三光束78和第四光束80。其它均与第一实施例相同，不再做详细介绍。
另外，该优选实施例中，也可将透镜阵列82替换为楔形片阵列。只要能将不同波长的光束分别聚焦于不同的光电器件上即可。
图5为本发明提供的第四实施例，该实施例与第一实施例的不同是，光路控制系统还包括点光源83，入射聚焦透镜84之前的第一光束86和第二光束88为由点光源83发射出的发散光。同样，第一光束86和第二光束88的波长可以相同，也可以不相同。其它均与第一实施例相同，不再做详细介绍。
具体的，点光源83可以设置为光纤或其它光电器件。同样，也可将该优选实施例中的楔形片90替换为透镜阵列。只要能将不同波长的光束分别聚焦于不同的光电器件上即可。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光路控制系统，其特征在于，所述光路控制系统包括：
聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个以及光电器件阵列；
所述聚焦透镜位于楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个的一侧，所述光电器件阵列位于所述楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个的另一侧；
所述楔形片阵列或透镜阵列包括至少两个楔形片或至少两个透镜，所述光电器件阵列包括至少两个光电器件；
当至少两束光束射向所述聚焦透镜时，所述聚焦透镜对两束光束进行汇聚后传输至楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个，所述楔形片阵列或透镜阵列中的一个楔形片或一个透镜对应一束光束，并分别改变所对应光束的传播方向，将所对应的光束传输至相应的光电器件上；
入射至所述聚焦透镜的其中两束光束之间的间距为L1，所述两束光束经过所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个后汇聚的焦点之间的间距为L2，L1大于L2。
2.根据权利要求1所述的光路控制系统，其特征在于，入射至所述聚焦透镜的至少两束光束为平行光束。
3.根据权利要求2所述的光路控制系统，其特征在于，所述光路控制系统还包括波分复用器，所述波分复用器将包含不同波长的入射光分成具有不同波长的多路光束。
4.根据权利要求1所述的光路控制系统，其特征在于，所述光路控制系统还包括点光源，入射至所述聚焦透镜的至少两束光束为由所述点光源发射出的发散光。
5.根据权利要求1所述的光路控制系统，其特征在于，所述光电器件设置为探测器、光纤或光发射器中的其中一种。
6.根据权利要求1所述的光路控制系统，其特征在于，所述至少两束光束经过所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个后汇聚的所有焦点位于同一直线上。
7.根据权利要求6所述的光路控制系统，其特征在于，所述所有焦点之中其中两个相邻焦点之间的距离均相等。
8.根据权利要求1所述的光路控制系统，其特征在于，所述聚焦透镜与所述楔形片阵列或透镜阵列一体成型。
9.根据权利要求1所述的光路控制系统，其特征在于，光路控制系统还包括载板，所述聚焦透镜、楔形片阵列和透镜阵列两者中的至少一个以及光电器件阵列固定于所述载板上。
10.一种光模块，包括壳体、与外部设备相对接的光收发接口、位于壳体内的光发射组件和/或光接收组件，其特征在于，还包括位于所述光发射组件和/或光接收组件与所述光收发接口之间的光路控制系统，所述光路控制系统为权利要求1至9中任一权利要求所述的光路控制系统，所述光路控制系统实现所述光发射组件和/或光接收组件与所述光收发接口之间的光信号的传输。
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