CN109212690A - 单纤双向光组件及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种单纤双向光组件及光模块。该单纤双向光组件包括：激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片、探测器芯片和光纤插芯；激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片和光纤插芯依次设置于第一光轴，探测器芯片设置于第二光轴，检偏滤波片倾斜设置于第一光轴和第二光轴的交汇处；激光器芯片发射的偏振光经法拉第旋转器旋转后，其偏振态方向与检偏滤波片的检偏方向一致，通过检偏滤波片射入光纤插芯进行传输，来自光纤插芯的光经检偏滤波片反射后射入探测器芯片。本发明实施例提供的单纤双向光组件通过法拉第旋转器和检偏滤波片实现了隔离与分光的双重功能，简化了光路，降低了物料成本。

Description

单纤双向光组件及光模块

技术领域

本发明实施例涉及光通信技术领域，尤其涉及一种单纤双向光组件及光模块。

背景技术

随着光通信技术的发展，能够提高数据传输量并节省光纤资源的单纤双向技术取得了快速的发展。单纤双向光组件(Bi-directional Optical Sub-Assembly，BOSA)是实现单纤双向通信的重要器件。

单纤双向光组件的光路包括用于发射信号的发射光路和用于接收信号的接收光路。为了避免反射光进入激光器芯片，影响激光器的调制特性和光谱特性，进而影响发射信号的传输质量，单纤双向光组件中设置有隔离器。现有单纤双向光组件中的隔离器包括法拉第旋转器和检偏器，在封装时，需要固定粘接方向，保证激光器发出光的偏振态，经法拉第旋转后，与检偏器的检偏方向一致。

综上所述，现有单纤双向光组件的制作工艺复杂，生产成本高。

发明内容

本发明实施例提供一种单纤双向光组件及光模块，用以解决现有单纤双向光组件的制作工艺复杂，生产成本高的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种单纤双向光组件，包括：激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片、探测器芯片和光纤插芯；

激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片和光纤插芯依次设置于第一光轴，探测器芯片设置于第二光轴，检偏滤波片倾斜设置于第一光轴和第二光轴的交汇处；

激光器芯片发射的偏振光经法拉第旋转器旋转后，其偏振态方向与检偏滤波片的检偏方向一致，通过检偏滤波片射入光纤插芯进行传输，来自光纤插芯的光经检偏滤波片反射后射入探测器芯片。

第二方面，本发明实施例提供一种光模块，包括如第一方面任一项所述的单纤双向光组件。

本发明实施例提供的单纤双向光组件及光模块，该单纤双向光组件包括激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片、探测器芯片和光纤插芯。其中，激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片和光纤插芯依次设置于第一光轴，探测器芯片设置于第二光轴，检偏滤波片倾斜设置于第一光轴和第二光轴的交汇处。由于激光器芯片发射的偏振光经法拉第旋转器旋转后，其偏振态方向与检偏滤波片的检偏方向一致，因此可以通过检偏滤波片射入光纤插芯进行传输，实现了光信号的发射；来自光纤插芯的光经检偏滤波片反射后射入探测器芯片，实现了光信号的接收，即实现了单纤双向光通信。进一步的，本发明实施例提供的单纤双向光组件采用法拉第旋转器和检偏滤波片，允许激光器芯片发射的光射入光纤插芯进行传输，而对于来自光纤插芯的光纤端面及光纤内部反射回来的偏振态随机的反射光，仅允许与检偏滤波片的检偏方向一致的光通过检偏滤波片射入法拉第旋转器，反射光的能量被大幅削弱，且射入法拉第旋转器的光经旋转后，其偏振态方向与激光器芯片发射的偏振光的偏振态方向垂直，不会影响激光器芯片的正常工作，即实现了分光与隔离的双重功能，简化了单纤双向光组件的光路，降低了物料成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的单纤双向光组件一实施例的结构示意图；

图2为本发明检偏滤波片实现偏振功能的原理示意图；

图3为本发明提供的单纤双向光组件又一实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的单纤双向光组件一实施例的光路示意图；

图5为本发明提供的单纤双向光组件另一实施例的结构示意图。

附图标记说明：

X：第一光轴；

Y：第二光轴；

P：P光；

S：S光；

10：隔离分光系统；

11：激光器芯片；

12：法拉第旋转器；

13：检偏滤波片；

14：探测器芯片；

15：光纤插芯；

16：第一汇聚透镜；

17：第二汇聚透镜；

18：零度滤波片；

19：磁环。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明中的“第一”和“第二”只起标识作用，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明的说明书中通篇提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

随着光通信技术的飞速发展，对接入网光模块产品的需求日益增长。整个光模块中，单纤双向光组件的成本占80％以上，而隔离器成本占单纤双向光组件成本的20％以上。降低单纤双向光组件的成本、提高生产效率成为各通信企业的重点工作，而降低隔离器的成本可以有效降低单纤双向光组件的成本。

隔离器是一种无源器件，只允许光线沿光路正向传输，阻止反射光返回激光器。在没有隔离器的光路中，激光器发出的光经光纤端面、跳线接头反射，部分光会沿原光路返回到激光器，当反射光强度达到一定程度时，会影响激光器的调制特性和光谱特性，影响发射信号的传输质量。为了保证通信系统稳定工作，需要在激光器芯片后面增加隔离器，保证光纤通信中信号传输的完整性。

单纤双向光组件中的隔离器已经从最初的偏振片-法拉第旋转器-偏振片的三片式隔离器，发展到现在的法拉第旋转器-偏振片的两片式隔离器。两片式隔离器相较于三片式隔离器省掉了一个偏振片，其生产成本和材料成本均占有优势。

两片式隔离器光组件的隔离原理为：激光器芯片发出的偏振光，经过汇聚透镜汇聚后偏振态不发生变化，经汇聚后的偏振光经过法拉第旋转器后，光的偏振态沿逆时针方向旋转45度，当偏振光经过检偏器时，光的偏振态与检偏器检偏方向一致，光全部通过检偏器，，然后偏振光经过45度滤波片，耦合到光纤里面进行传输，实现了光信号的发射功能；由纤芯发出的光，经由45度滤波片反射后，光路偏转90度，再经过汇聚透镜聚光后汇聚到探测器芯片上，实现了光信号的接收功能；而从纤芯端面和光纤内部反射回来的反射光，光的偏振态是随机的，反射光经过45度滤波片后，光的偏振态依然是随机的，反射光经过检偏器后，与检偏器检偏方向相同的偏振光通过，其它偏振态的光被吸收，大幅削弱了反射光的能量，透过检偏器的反射光经过法拉第旋转器后，光的偏振态继续沿逆时针旋转45度(从光的发射方向看)，此时光的偏振态相比入射时，旋转了90度，反射光的能量不仅被大幅削弱而且反射光的偏振态与发射光的偏振态垂直，不会影响激光器的正常工作。

在采用两片式隔离器的单纤双向光组件中，激光器芯片的封装和隔离器的粘接是有方向性的。当固定激光器芯片的方向之后，隔离器的粘接方向必须固定，以保证经法拉第旋转器旋光后，光的偏振态与检偏器的检偏方向一致。因此，在隔离器的生产过程中，需要在隔离器的外部做偏振标识点，标识检偏器的检偏方向。若粘接方向出现偏离，则通过检偏器的光会被削弱，偏离程度越大，光的损失越大，导致发射光信号受损，进而影响发射信号的传输质量。

综上所述，现有单纤双向光组件在生产时，需要固定隔离器的粘接方向，制作工艺复杂；隔离器由法拉第旋转器和检偏器组成，物料成本高。为了解决这些问题，本申请提出一种新型的单纤双向光组件和光模块，下面通过具体的实施例对本申请进行详细说明。

图1为本发明提供的单纤双向光组件一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的单纤双向光组件可以包括：激光器芯片11、法拉第旋转器12、检偏滤波片13、探测器芯片14和光纤插芯15。

其中，激光器芯片11、法拉第旋转器12、检偏滤波片13和光纤插芯15依次设置于第一光轴X，探测器芯片设置于第二光轴Y，检偏滤波片13倾斜设置于第一光轴X和第二光轴Y的交汇处。可以理解的是，当检偏滤波片13向左倾斜放置时，探测器芯片14位于X轴上方，当检偏滤波片13向右倾斜放置时，探测器芯片14位于X轴下方，本实施例中的方位均以图1所示方位为例进行说明。检偏滤波片13倾斜设置的角度，可以根据实际情况进行设置，以使经检偏滤波片反射的光信号能够被探测器芯片接收到为宜，本实施例对于倾斜设置的角度不作特殊限制。

本实施例中，法拉第旋转器12和检偏滤波片13共同构成了单纤双向光组件的隔离分光系统10，实现了分光与隔离的双重功能。隔离分光系统10用于将激光器芯片11发射的发射光信号的透射至光纤插芯15进行传输，将由光纤插芯15接收的接收光信号反射至探测器芯片14，同时阻止反射光返回激光器芯片11。

激光器芯片11发射的偏振光经法拉第旋转器12旋转后，其偏振态方向与检偏滤波片13的检偏方向一致，通过检偏滤波片13射入光纤插芯15进行传输，来自光纤插芯15的光经检偏滤波片13反射后射入探测器芯片14。

本实施例中激光器芯片11发射的偏振光的波长，与探测器芯片14所能接收的光的波长不同。

其中，激光器芯片11发射的偏振光，经法拉第旋转器12旋光后，其偏振态方向与检偏滤波片13的检偏方向一致，可以确保激光器芯片11发射的偏振光全部透过检偏滤波器13，降低了光损耗，提高了耦合效率，进而可以提高光通信的可靠性。

可选的，本实施例中的检偏滤波片13对P光透射，对S光反射。

本实施例中，激光器芯片11发射的偏振光，经过法拉第旋转器12旋光后，其偏振态沿逆时针旋转45度(从光的发射方向看)，与检偏滤波片13的检偏方向一致的偏振光透过检偏滤波片13，在光纤插芯15的光纤端面处汇聚，耦合至光纤插芯15中的光纤进行传输；从光纤插芯15的光纤端面及光纤内部反射回来的反射光，光的偏振态是随机的，反射光中仅有偏振态与检偏滤波片13的检偏方向一致的光可以通过检偏滤波片13，其它偏振态的光都被反射，使得通过检偏滤波片13的反射光的能量被大幅削弱，反射光经过法拉第旋转器12后，反射光的偏振态继续沿逆时针旋转45度(从光的发射方向看)，此时反射光的偏振态与发射光的偏振态相比，旋转90度。反射光能量不仅被大幅削弱而且反射光的偏振态与发射光的偏振态相互垂直，不会影响激光器芯片11的正常工作。

本实施例提供的单纤双向光组件包括激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片、探测器芯片和光纤插芯。其中，激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片和光纤插芯依次设置于第一光轴，探测器芯片设置于第二光轴，检偏滤波片倾斜设置于第一光轴和第二光轴的交汇处。由于激光器芯片发射的偏振光经法拉第旋转器旋转后，其偏振态方向与检偏滤波片的检偏方向一致，因此可以通过检偏滤波片射入光纤插芯进行传输，实现了光信号的发射；来自光纤插芯的光经检偏滤波片反射后射入探测器芯片，实现了光信号的接收，即实现了单纤双向光通信。进一步的，本发明实施例提供的单纤双向光组件采用法拉第旋转器和检偏滤波片，允许激光器芯片发射的光射入光纤插芯进行传输，而对于来自光纤插芯的光纤端面及光纤内部反射回来的偏振态随机的反射光，仅允许与检偏滤波片的检偏方向一致的光通过检偏滤波片射入法拉第旋转器，反射光的能量被大幅削弱，且射入法拉第旋转器的光经旋转后，其偏振态方向与激光器芯片发射的偏振光的偏振态方向垂直，不会影响激光器芯片的正常工作，即实现了分光与隔离的双重功能，简化了单纤双向光组件的光路，降低了物料成本。

可以理解的是，相较于现有采用两片式隔离器的单纤双向光组件，本实施例提供的单纤双向光组件可以节省一个检偏器，不仅可以使单纤双向光组件的光路更加简单，而且可以降低物料成本；进一步的，本实施例提供的单纤双向光组件中的法拉第旋转器在粘接时，不需要固定粘接方向，不仅可以有效避免因粘接方向出现偏离，导致的光损耗问题，而且简化了粘接工艺，可以大幅提高生产效率。

可选的，第一光轴和第二光轴可以垂直设置。

在一些实施例中，单纤双向光组件的检偏滤波片的分光和检偏双重功能的一种实现方式可以是：在检偏滤波片的表面上交替镀有第一折射率的膜层和第二折射率的膜层；其中，第一折射率大于第二折射率。也就是说，可以在检偏滤波片的任意一个表面上交替的镀上第一折射率的膜层和第二折射率的膜层，或者，也可以在检偏滤波片的两个表面上均交替的镀上第一折射率的膜层和第二折射率的膜层。本实施例对于第一折射率的膜层和第二折射率的膜层的厚度以及层数不作限制。

图2为本发明检偏滤波片实现偏振功能的原理示意图。如图2所示，图中每个矩形框表示一层膜层，相邻膜层的折射率不同，为了便于展示，图2中使用虚线矩形框表示图中未示出的若干层膜层。光在介质分界面上发生反射和折射时，P光和S光的反射系数不同，反射光和透射光通常都是部分偏振光。当入射光的入射角等于布儒斯特角时，反射光成为S线偏光，但强度较小(S光每次约反射15％)。透射光强度大，但偏振度较小。本实施例通过在玻片表面交替的镀上高折射率的第一膜层和低折射率的第二膜层，使得光在膜层间经过多次反射和折射，实现了S光反射，P光透射的检偏功能。

激光器芯片发出的光，经过法拉第旋转器旋光后，其偏振态方向与检偏滤波片的检偏方向一致，即为P光可以通过检偏滤波片透射至光纤插芯中的光纤，实现光信号的发射；纤芯端面和光纤内部反射的反射光，其偏振态是随机的，可以理解的是其中包含了大量的S光，通过检偏滤波片后，大量的S光被隔离，反射光能量被大幅削弱。

可选的，本实施例中的第一折射率膜层和第二折射率膜层可以根据单纤双向光通信中传递信号的光的波长确定。例如，当激光器芯片发射的光的波长为1490nm，探测器芯片接收的光的波长为1310nm时，本实施例中的第一折射率的膜层可以为五氧化二钽Ta₂O₅膜层，第二折射率的膜层可以为二氧化硅SiO₂膜层。可以理解的是，第一折射率膜层和第二折射率膜层也可以采用其他折射率相同或者相近的膜层替换。

本实施例提供的单纤双向光组件，通过在检偏滤波片的表面上交替的镀上第一折射率的膜层和第二折射率的膜层，使得检偏滤波片具备分光和检偏的双重功能，配合法拉第旋转器实现了隔离与分光的双重功能。本实施例提供的单纤双向光组件通过法拉第旋转器和检偏滤波片实现了分光与隔离的双重功能，相较于现有采用两片式隔离器的单纤双向光组件，节省了一个检偏器，不仅可以使单纤双向光组件的光路更加简单，而且可以降低物料成本；进一步的，本实施例提供的单纤双向光组件中的法拉第旋转器在粘接时，不需要固定粘接方向，不仅可以有效避免因粘接方向出现偏离，导致的光损耗问题，而且简化了粘接工艺，可以大幅提高生产效率。

可选的，第一折射率的膜层可以为五氧化二钽Ta₂O₅膜层，第二折射率的膜层可以为二氧化硅SiO₂膜层。

可选的，激光器芯片11发射的光的波长可以为1490nm，探测器芯片接收的光的波长可以为1310nm。

可选的，检偏滤波片13与第一光轴的夹角可以为(45±0.5)度。

在一些实施例中，激光器芯片11与法拉第旋转器12之间可以设置有位于第一光轴X上的第一汇聚透镜16，第一汇聚透镜16用于将激光器芯片11发射的偏振光汇聚至法拉第旋转器12，以使尽可能多的光最终被汇聚到光纤插芯进行传输。第一汇聚透镜16对激光器芯片11发射的偏振光进行汇聚，可以提高发射光信号的耦合效率。

在一些实施例中，探测器芯片14与检偏滤波片13之间可以设置有位于第二光轴Y上的第二汇聚透镜17，第二汇聚透镜17用于将检偏滤波片13反射的光汇聚至探测器芯片14。第二汇聚透镜17对检偏滤波片13反射的光进行汇聚，可以提高接收光信号的耦合效率。

在一些实施例中，第二汇聚透镜17与检偏滤波片13之间还可以设置有位于第二光轴Y上的零度滤波片18。通过零度滤波片18对经检偏滤波片13反射的光进行过滤，可以避免干扰光信号对接收光信号的干扰，其中干扰光信号包括波长不等于接收光信号波长的光信号。

在上述实施例的基础上，本实施例对上述实施例进行结合。图3为本发明提供的单纤双向光组件又一实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例提供的单纤双向光组件可以包括：激光器芯片11、法拉第旋转器12、检偏滤波片13、探测器芯片14、光纤插芯15、第一汇聚透镜16、第二汇聚透镜17和零度滤波片18。

其中，激光器芯片11、第一汇聚透镜16、法拉第旋转器12、检偏滤波片13和光纤插芯15依次设置于第一光轴，探测器芯片14、第二汇聚透镜17和零度滤波片18依次设置于第二光轴，检偏滤波片13设置于相互垂直的第一光轴和第二光轴的交汇处。

本实施例提供的单纤双向光组件的光路图可以参考图4。图4为本发明提供的单纤双向光组件一实施例的光路示意图。如图4所示，激光器芯片11发射的偏振光，经第一汇聚透镜16汇聚至法拉第旋转器12，经法拉第旋转器12旋光后，其偏振态沿逆时针旋转45度(从光的发射方向看)，与检偏滤波片13的检偏方向一致的偏振光透过检偏滤波片13，在光纤插芯15的光纤端面处汇聚，耦合至光纤插芯15中的光纤进行传输；从光纤插芯15的光纤端面和内部反射回来的反射光，光的偏振态是随机的，反射光中仅有偏振态与检偏滤波片13的检偏方向一致的光可以通过检偏滤波片13，其它偏振态的光都被反射，使得通过检偏滤波片13的反射光的能量被大幅削弱，反射光经过法拉第旋转器12后，反射光的偏振态继续沿逆时针旋转45度(从光的发射方向看)，反射光再经过第一汇聚透镜16汇聚至激光器芯片11，此时反射光的偏振态与发射光的偏振态相比，旋转90度。反射光能量不仅被大幅削弱而且反射光的偏振态与发射光的偏振态相互垂直，不会影响激光器芯片11的正常工作。

本实施例中，激光器芯片11发射的光的偏振态与单纤双向光组件的放置平面成45度，经法拉第旋转器12旋光后，发射光的偏振态与检偏滤波片13的检偏方向一致，可以全部透过检偏滤波片13。

图5为本发明提供的单纤双向光组件另一实施例的结构示意图。如图5所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的单纤双向光组件的法拉第旋转器12的外部还设置有磁环19。各个部件的位置关系可以参考上述实施例，本实施例不再赘述。

本发明实施例还提供一种光模块，该光模块包括上述任一项所述的单纤双向光组件。可选的，本实施例提供的光模块还可以包括壳体，用于对单纤双向光组件进行封装。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种单纤双向光组件，其特征在于，包括：激光器芯片、法拉第旋转器、检偏滤波片、探测器芯片和光纤插芯；

所述激光器芯片、所述法拉第旋转器、所述检偏滤波片和所述光纤插芯依次设置于第一光轴，所述探测器芯片设置于第二光轴，所述检偏滤波片倾斜设置于所述第一光轴和所述第二光轴的交汇处；

所述激光器芯片发射的偏振光经所述法拉第旋转器旋转后，其偏振态方向与所述检偏滤波片的检偏方向一致，通过所述检偏滤波片射入所述光纤插芯进行传输，来自所述光纤插芯的光经所述检偏滤波片反射后射入所述探测器芯片。

2.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，所述第一光轴与所述第二光轴垂直。

3.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，所述检偏滤波片的表面上交替镀有第一折射率的膜层和第二折射率的膜层；

所述第一折射率大于所述第二折射率。

4.根据权利要求3所述的光组件，其特征在于，所述第一折射率的膜层为五氧化二钽Ta₂O₅膜层，所述第二折射率的膜层为二氧化硅SiO₂膜层。

5.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，所述激光器芯片与所述法拉第旋转器之间设置有位于所述第一光轴上的第一汇聚透镜，所述第一汇聚透镜用于将所述激光器芯片发射的偏振光汇聚至所述法拉第旋转器。

6.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，所述探测器芯片与所述检偏滤波片之间设置有位于所述第二光轴上的第二汇聚透镜，所述第二汇聚透镜用于将所述检偏滤波片反射的光汇聚至所述探测器芯片。

7.根据权利要求6所述的光组件，其特征在于，所述第二汇聚透镜与所述检偏滤波片之间设置有位于所述第二光轴上的零度滤波片，所述零度滤波片用于隔离干扰光信号。

8.根据权利要求1-7任一项所述的光组件，其特征在于，所述激光器芯片发射的光的波长为1490nm，所述探测器芯片接收的光的波长为1310nm。

9.根据权利要求1-7任一项所述的光组件，其特征在于，所述检偏滤波片与所述第一光轴的夹角为(45±0.5)度。

10.一种光模块，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的单纤双向光组件。