CN109407234A - 一种带背光监控的光组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带背光监控的光组件。该组件包括：透射基体和至少一组光传输单元；所述透射基体上设置有第一界面、第二界面、第三界面和第四界面；所述第一界面和所述第二界面均为全反射界面，所述第三界面和所述第四界面互为平行界面，且在所述第三界面和所述第四界面之间形成一空气间隙；所述光传输单元包括：VCSEL芯片、MPD芯片、入射准直透镜、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜；所述第一界面、所述第三界面和所述第四界面配合形成第一光路；所述二界面和所述第三界面配合形成第二光路；第一光路和第二光路分别用于前光传输和背光监控。本发明解决了常见的带背光监控方案光组件的物料繁多，光路复杂等问题。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种带背光监控的光组件。
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。光通信领域采用垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；VCSEL）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，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，需对输出光功率进行监控。
中国专利201410759532.3中提出一种带背光监控用于高速传输的光组件，该光组件采用分光膜片对入射光进行分光，部分光被传输到光纤中，另一部分被作为背光监控，而分光膜片生产工艺复杂，成本高，分光比例也很难控制。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种带背光监控的光组件，在不采用分光膜片时，能够加大背光容差，从而降低光组件的成本。
本发明提供的一种带背光监控的光组件，主要包括：透射基体和至少一组光传输单元；
所述透射基体上设置有第一界面、第二界面、第三界面和第四界面；所述第一界面和所述第二界面均为全反射界面，所述第三界面和所述第四界面互为平行界面，且在所述第三界面和所述第四界面之间形成一空气间隙；
所述光传输单元包括：VCSEL芯片、MPD芯片、入射准直透镜、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜；
所述第一界面、所述第三界面和所述第四界面配合形成第一光路；
所述二界面和所述第三界面配合形成第二光路；
其中，所述第一光路为：所述VCSEL芯片的发射光经过所述入射准直透镜形成平行光，平行光在所述第一界面上被反射形成反射光，反射光射向所述第三界面形成第一光束和第二光束，第一光束通过所述空气间隙后发生偏折形成透射光，透射光经所述第二聚焦透镜形成一汇聚光束后进入光纤；
所述第二光路为：所述第二光束在第三界面上被反射至所述第二界面，在所述第二界面上被再次反射后进入所述第一聚焦透镜，通过所述第一聚焦透镜汇聚于所述MPD芯片。
进一步地，所述透射基体整体为底部宽、上部窄的梯形结构且从左至右依次分为设有所述第一界面的第一段梯形结构、设有所述第二界面的第二段梯形结构以及通过一凹槽与所述第二段梯形结构相连的第三段梯形结构；所述凹槽设有所述第三界面和所述第四界面；所述第一段梯形结构的上平面低于所述第二段梯形结构的上平面且和所述第三段梯形结构的上平面处于同一平面上。
进一步地，以透射基体底面为水平方向，所述第一界面相对于水平方向的倾斜角为45°。
进一步地，以透射基体底面为水平方向，定义所述第三界面相对于水平方向的倾斜角为α，所述第二界面相对于水平方向的倾斜角为β，倾斜角α和β满足α-β=45°。
进一步地，所述第二聚焦透镜与所述入射准直透镜互为垂直关系。
进一步地，所述第二界面上设置有反射膜，所述反射膜用于满足预设背光功率。
进一步地，所述第三界面上设置有分光膜，所述分光膜用于满足预设背光功率和预设前光功率。
进一步地，所述入射准直透镜、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜均为非球面镜。
进一步地，所述第一界面、第二界面、第三界面和第四界面均为平面。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种带背光监控的光组件，通过在透镜基体上设置第一界面、第二界面、第三界面和第四界面，第三界面对VCSEL芯片发射的光束进行透射和反射形成前光和背光；前光经过一次空气间隙传播进入光纤，背光则经第三界面和第二界面配合反射，使背光垂直入射至MPD芯片，实现背光监控。一般情况下，该装置无需采用分光膜片，即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，成本低，加工难受小；同时，该结构光路可有效消除杂光影响，可提高高速信号传输质量；并且，该光组件结构简单，不仅可以为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，也有利于实现有源耦合封装方案及无源耦合封装方案。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种带背光监控的光组件的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的一种带背光监控的光组件的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的一种带背光监控的光组件的结构示意图之三。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1至图3为本发明实施例提供的带背光监控的光组件的结构示意图。结合图1至图3，该光组件主要包括：透射基体1和至少一组光传输单元；
所述透射基体1上设置有第一界面11、第二界面12、第三界面13和第四界面14；所述第一界面11和所述第二界面12均为全反射界面，所述第三界面13和所述第四界面14互为平行界面，且在所述第三界面13和所述第四界面14之间形成一空气间隙；
通过在界面13和界面14中间形成空气间隙，按照光反射原理，在界面13产生部分反射光，剩余部分透过界面13后入射到界面14，然后成水平方向传输。空气间隙也方便在界面13上粘贴分光膜片，从而进一步提高反射率。
所述光传输单元包括：VCSEL芯片21、MPD芯片22、入射准直透镜23、第一聚焦透镜24和第二聚焦透镜25；
所述第一界面11、所述第三界面13和所述第四界面14配合形成第一光路；
所述二界面12和所述第三界面13配合形成第二光路；
其中，所述第一光路为：所述VCSEL芯片21的发射光经过所述入射准直透镜23形成平行光，平行光在所述第一界面11上被反射形成反射光，反射光射向所述第三界面13形成第一光束和第二光束，第一光束通过所述空气间隙后发生偏折形成透射光，透射光经所述第二聚焦透镜25形成一汇聚光束后进入光纤；
所述第二光路为：所述第二光束在第三界面13上被反射至所述第二界面12，在所述第二界面12上被再次反射后进入所述第一聚焦透镜24，通过所述第一聚焦透镜24汇聚于所述MPD芯片22。例如，所述MPD芯片22可采用ULM公司 的ULMPIN-10-TT-N0101U芯片。
在实际应用中，VCSEL芯片21与入射准直透镜23耦合对准，MPD芯片22（即背光监控芯片）与VCSEL芯片21位于透镜基体的同侧。所述VCSEL芯片21的出射光经过准直后在界面11形成全反射，在第一光路上设置有倾斜α角且相互平行的界面13和界面14构成的空气间隙，一部分被反射的准直光束透射空气间隙，最后被第二聚焦透镜24汇聚进入光纤；另一部分被反射的准直光经第三界面13反射向上传输，被第二界面12反射垂直入射到第二聚焦透镜24，最终被汇聚到MPD芯片22上面。
如图1所示，VCSEL芯片21发出的光经入射准直透镜23准直后，经过界面11反射成水平方向，经过界面13时有部分光被反射，但由于界面13有倾斜角度，反射光改变方向到界面12，又由于界面12和界面13角度关系，经过界面12后光被反射垂直向下，被MPD芯片22接收，第一光路中的发射光不能原路返回到VCSEL芯片21上，从而避免杂光的影响。
为了进一步加大背光容差，作为本发明的另一种可实施方式，以透射基体底面为水平方向，所述第一界面相对于水平方向的倾斜角为45°；若定义所述第三界面相对于水平方向的倾斜角为α，定义所述第二界面相对于水平方向的倾斜角为β，倾斜角α和β满足α-β=45°。
通过设置两个倾斜角α和β的关系，可保证经过界面12反射的光是垂直向下，而不是倾斜的，如此使得垂直向下的光更容易耦合到芯片22上，并且垂直向下光斑最小，对芯片22的尺寸要求也最小。
在特定应用场景中，为了进一步满足预设背光功率和/或预设前光功率，可在所述第二界面12上镀反射膜或贴反射膜片，或者在所述第三界面13上镀分光膜或贴分光膜片。
为了进一步确保光束的准直性以及光束的汇聚效果，所述入射准直透镜、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜均采用非球面镜。
在上述实施例的基础上，如图3所示，所述光组件包括多组光传输单元，所述多组光传输单元形成多条第一光路和多条第二光路；所述第一光路与所述第二光路一一对应。如此，通过多组VCSEL芯片21、背光监控芯片22、入射准直透镜23、第一聚焦透镜24 和第二聚焦透镜25实现了多通道并行背光监控的收发一体光组件的功能。在实际应用中，还可在该光组件上设置探测器芯片10，如图2和图3所示，探测器芯片10实现光电转换，把光转换为电流，通过监控探测器芯片10的电流实时值，从而实现对VCSEL芯片21的发光稳定性的监控。例如，探测器芯片10可采用Broadcom公司的AFCD-P54GD芯片。
当光组件包括多组光传输单元时，如图3所示，为了使得多条第一光路和多条第二光路具有较高的一致性、均匀性，将所述第一界面11、第二界面12、第三界面13和第四界面14设置为平面。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (9)
1.一种带背光监控的光组件，其特征在于，包括：透射基体和至少一组光传输单元；
所述透射基体上设置有第一界面、第二界面、第三界面和第四界面；所述第一界面和所述第二界面均为全反射界面，所述第三界面和所述第四界面互为平行界面，且在所述第三界面和所述第四界面之间形成一空气间隙；
所述光传输单元包括：VCSEL芯片、MPD芯片、入射准直透镜、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜；
所述第一界面、所述第三界面和所述第四界面配合形成第一光路；
所述二界面和所述第三界面配合形成第二光路；
其中，所述第一光路为：所述VCSEL芯片的发射光经过所述入射准直透镜形成平行光，平行光在所述第一界面上被反射形成反射光，反射光射向所述第三界面形成第一光束和第二光束，第一光束通过所述空气间隙后发生偏折形成透射光，透射光经所述第二聚焦透镜形成一汇聚光束后进入光纤；
所述第二光路为：所述第二光束在第三界面上被反射至所述第二界面，在所述第二界面上被再次反射后进入所述第一聚焦透镜，通过所述第一聚焦透镜汇聚于所述MPD芯片。
2.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，所述透射基体整体为底部宽、上部窄的梯形结构且从左至右依次分为设有所述第一界面的第一段梯形结构、设有所述第二界面的第二段梯形结构以及通过一凹槽与所述第二段梯形结构相连的第三段梯形结构；所述凹槽设有所述第三界面和所述第四界面；所述第一段梯形结构的上平面低于所述第二段梯形结构的上平面且和所述第三段梯形结构的上平面处于同一平面上。
3.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，以透射基体底面为水平方向，所述第一界面相对于水平方向的倾斜角为45°。
4.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，以透射基体底面为水平方向，定义所述第三界面相对于水平方向的倾斜角为α，所述第二界面相对于水平方向的倾斜角为β，倾斜角α和β满足α-β=45°。
5.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，所述第二聚焦透镜与所述入射准直透镜互为垂直关系。
6.根据权利要求1-5任一所述的光组件，其特征在于，所述第二界面上设置有反射膜，所述反射膜用于满足预设背光功率。
7.根据权利要求1-5任一所述的光组件，其特征在于，所述第三界面上设置有分光膜，所述分光膜用于满足预设背光功率和预设前光功率。
8.根据权利要求1-5任一所述的光组件，其特征在于，所述入射准直透镜、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜均为非球面镜。
9.根据权利要求1-5任一所述的光组件，其特征在于，所述第一界面、第二界面、第三界面和第四界面均为平面。
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