CN110488435B - 一种基于发散光路应用的有源光学组件 - Google Patents

一种基于发散光路应用的有源光学组件 Download PDF

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Abstract

本发明属于通讯光学及数据传输技术领域，公开了一种基于发散光路应用的有源光学组件。本发明包括反射镜和分光片；反射镜包括第一玻璃基板和沉淀于第一玻璃基板上的40层第一折射材料层，40层第一折射材料层的厚度在10‑328nm之间，且40层第一折射材料层的厚度均不同；分光片包括第二玻璃基板和沉淀于第二玻璃基板上的90层第二折射材料层，90层第二折射材料层的厚度在79‑684nm之间，且90层第二折射材料层的厚度均不同；入射光先入射到反射镜产生光信号，产生的光信号在反射镜上做全反射后入射到分光片上，入射到分光片上的光信号再通过分光片实现业务波长的透过跟截止。本发明尺寸小，成本低，锥角效应低，可调角度等优点，商用前景广阔。

Description

一种基于发散光路应用的有源光学组件
技术领域
本发明属于通讯光学及数据传输技术领域，具体涉及一种基于发散光路应用的有源光学组件。
背景技术
现在，为数据中心和企业网络提供更具成本效益的40G/100G光模块厂商越来越多。对于100G，设备提供商、芯片开发商和光器件供应商面临100G接口需求的显著挑战。在国内外先进设备制造商的竞争中，不仅仅是对光模块速率的要求越来越高，通信设备要求的体积也越来越小，甚至还要求接口板包含的接口密度也越来越高。传统的光模块已经无法适应这些要求，而40G/100G光模块的出现正好解决这一问题。高度集成的40G/100G光电模块不但使用户无须处理高速模拟光电信号，而且缩短研发和生产周期，还减少元器件采购种类，生产成本大大减少，因此获得了设备制造商的高度关注。
目前市面上的方案是通过两片分离式滤光片来实现分光，导致器件的分光角度差异大，插损大，隔离度小，尺寸也偏大，难于满足小于40nm波长间隔的分光。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种基于发散光路应用的有源光学组件。
本发明所采用的技术方案为：
一种基于发散光路应用的有源光学组件，包括反射镜和分光片，反射镜和分光片之间的夹角大于0°，且小于等于90°；
所述反射镜包括第一玻璃基板和沉淀于第一玻璃基板上的40层第一折射材料层，40层第一折射材料层的厚度在10-328nm之间，且40层第一折射材料层的厚度均不同；40层第一折射材料层分为依次排布的20组第一折射材料组，20组第一折射材料组均包括第一高折射率材料层和第一低折射率材料层，每组第一折射材料组中的第一高折射率材料层均位于靠近第一玻璃基板方向设置；
所述分光片包括第二玻璃基板和沉淀于第二玻璃基板上的90层第二折射材料层，90层第二折射材料层的厚度在79-684nm之间，且90层第二折射材料层的厚度均不同；90层第二折射材料层分为依次排布的45组第二折射材料组，45组第二折射材料组均包括第二高折射率材料层和第二低折射率材料层，每组第二折射材料组中的第二高折射率材料层均位于靠近第二玻璃基板方向设置；
40层第一折射材料层设置于第一玻璃基板靠近分光片的一侧，90层第二折射材料层设置于第二玻璃基板靠近反射镜的一侧；
入射光先入射到反射镜产生光信号，产生的光信号在反射镜上做全反射后入射到分光片上，入射到分光片上的光信号再通过分光片实现业务波长的透过跟截止。
进一步优选的是，所述第一高折射率材料层和第二高折射率材料层均由TA2O5材料制成，第一低折射率材料层和第二折射材料层均由SIO2材料制成。
更进一步优选的是，所述反射镜的工作波长为1250-1650nm，反射率R>99％。
更进一步优选的是，所述反射镜的厚度为0.1-2.0mm，反射角度8°-45°。
更进一步优选的是，所述的分光片的工作波长为1250-1650nm，波长通道间隔为20-100nm。
更进一步优选的是，所述分光片的厚度为0.1-2.0mm，入射角度8°-45°。
更进一步优选的是，所述的反射镜和分光片通过冷加工技术胶合在一起，反射镜和分光片之间的夹角为8°-45°。
本发明的有益效果为：
本组合件属于光模块里的光引擎，是波分复用技术里的核心部件。通过本组件能实现上行信号(1260-1278)插损小于0.3db,下行信号(1302-1330)反射率大于90％。能把波长间隔为40nm的光波长做物理上的分离，同时通过调整b1的大小可以实现波长通道间隔为20-100nm的分光。本组件的优点如下：
1、高透射率，在5.6D半锥角下，插损可以小于0.3db；
2、高隔离度，在5.6D半锥角下，隔离度大于10db；
3、灵活的分光角度，根据应用的要求，可以通过对滤光片的角度进行加工，使滤光片的入射角度可以在8°-45°之间做调整；
4、精确的分光角度，通过冷加工技术，滤光片的分光角度可以控制在±0.5d；
5、简化客户组装工艺，由于本组件把分光片跟反射镜胶合在一起，方便客户做自动化组装；
本发明基于波分复用技术跟小角度分光技术进行数据传输，衍生出一种新型有源光学组件，具有尺寸小，成本低，锥角效应低，可调角度等优点，商用前景广阔，本发明公开了一种10G兼容100G滤光片，本组件通过膜系上的优化跟冷加工技术，使滤光片组合件具有高性能，小体积，成本低，锥角效应低，可调角度等优点，商用前景广阔的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是反射镜的部分结构示意图；
图3是分光片的部分结构示意图。
图中：1-第一玻璃基板；2-反射区；201-第一高折射率材料层201；202-第一低折射率材料层；3-第二玻璃基板；4-分光区；401-第二高折射率材料层；402-第二低折射率材料层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅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。
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
在一些例子中，由于一些实施方式属于现有或常规技术，因此并没有描述或没有详细的描述。
此外，本文中记载的技术特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，在合理情况下(不构成自相矛盾的情况下)，均包括直接和间接连接(联接)。
如图1-3所示，本实施例提供一种基于发散光路应用的有源光学组件，包括反射镜和分光片，反射镜和分光片之间的夹角大于0°，且小于等于90°；
所述的反射镜是根据法布里-珀罗干涉原理实现的滤光片，所述反射镜包括第一玻璃基板1和沉淀于第一玻璃基板1上的40层第一折射材料层，40层第一折射材料层组成一个反射区2，40层第一折射材料层(即反射区2)的厚度在10-328nm之间，且40层第一折射材料层的厚度均不同；40层第一折射材料层分为依次排布的20组第一折射材料组，20组第一折射材料组均包括第一高折射率材料层201和第一低折射率材料层202，每组第一折射材料组中的第一高折射率材料层201均位于靠近第一玻璃基板1方向设置；
所述的分光片是根据法布里-珀罗干涉原理实现的分光片，所述分光片包括第二玻璃基板3和沉淀于第二玻璃基板3上的90层第二折射材料层，90层第二折射材料层组成一个分光区4，90层第二折射材料层(即分光区4)的厚度在79-684nm之间，且90层第二折射材料层的厚度均不同；90层第二折射材料层分为依次排布的45组第二折射材料组，45组第二折射材料组均包括第二高折射率材料层401和第二低折射率材料层402，每组第二折射材料组中的第二高折射率材料层401均位于靠近第二玻璃基板3方向设置；
40层第一折射材料层设置于第一玻璃基板1靠近分光片的一侧，90层第二折射材料层设置于第二玻璃基板3靠近反射镜的一侧；
入射光先入射到反射镜产生光信号，产生的光信号在反射镜上做全反射后入射到分光片上，入射到分光片上的光信号再通过分光片实现业务波长的透过跟截止。
本发明的具体工作流程为：利用发射端激光器发出的激光a1(1260-1278nm)，经过分光片后耦合到插芯作为上传信号，另外从插芯下来的下行信号a2(1302-1330nm)经过分光片后，作22D分光，反射光再经过反射镜后进入接收器，如图1所示，图中反射镜是以45°角跟分光片组合在一起。
本组合件属于光模块里的光引擎，是波分复用技术里的核心部件。通过本组件能实现上行信号(1260-1278)插损小于0.3db,下行信号(1302-1330)反射率大于90％。能把波长间隔为40nm的光波长做物理上的分离，同时通过调整b1的大小可以实现波长通道间隔为20-100nm的分光。本组件的优点如下：
1、高透射率，在5.6D半锥角下，插损可以小于0.3db；
2、高隔离度，在5.6D半锥角下，隔离度大于10db；
3、灵活的分光角度，根据应用的要求，可以通过对滤光片的角度进行加工，使滤光片的入射角度可以在8°-45°之间做调整；
4、精确的分光角度，通过冷加工技术，滤光片的分光角度可以控制在±0.5d；
5、简化客户组装工艺，由于本组件把分光片跟反射镜胶合在一起，方便客户做自动化组装；
本发明基于波分复用技术跟小角度分光技术进行数据传输，衍生出一种新型有源光学组件，具有尺寸小，成本低，锥角效应低，可调角度等优点，商用前景广阔，本发明公开了一种10G兼容100G滤光片，本组件通过膜系上的优化跟冷加工技术，使滤光片组合件具有高性能，小体积，成本低，锥角效应低，可调角度等优点，商用前景广阔的特点。
本实施例中，反射镜跟分光片的制作方法简要包括如下步骤：
1、设计&加工反射镜：依据不同通道的需求(包括通道数量，通道间距)设计反射镜的尺寸，厚度，利用光学冷加工靠体的方式，严格控制棱镜的平行度，厚度，角度。最后进行分区域镀膜(宽带高反射膜，即40层第一折射材料层和90层第二折射材料层)。
2、设计&加工分光片：分光片是进行分光的核心部件，利用镀膜设计软件，按照不同通道的需求设计滤光片，设计要点在于镀膜曲线的平坦，中心波长的漂移。加工上，滤光片通常用一个平行度和面形良好的玻璃基片进行镀膜，尺寸切割，角度切割，检测挑选，备用。
3、装配组合件：将上述的反射镜与分光片进行贴合，得如图1所示结构，贴合过程中注意控制胶层一致性，同时避免气泡，错位等不良现象。
其中，对40层第一折射材料层的材料和厚度进行举例说明，如下表一：
层 材料 厚度(nm) 层 材料 厚度(nm) 层 材料 厚度(nm)
1 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 165.77 15 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 143.82 29 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 189.77
2 SIO<sub>2</sub> 257.1 16 SIO<sub>2</sub> 248.87 30 SIO<sub>2</sub> 296.25
3 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 149.41 17 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 165.9 31 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 184.51
4 SIO<sub>2</sub> 208.41 18 SIO<sub>2</sub> 272.66 32 SIO<sub>2</sub> 294.75
5 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 138.05 19 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 173.71 33 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 187.47
6 SIO<sub>2</sub> 248.2 20 SIO<sub>2</sub> 279.54 34 SIO<sub>2</sub> 307.11
7 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 166.03 21 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 176.53 35 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 201.14
8 SIO<sub>2</sub> 270.19 22 SIO<sub>2</sub> 284 36 SIO<sub>2</sub> 327.54
9 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 170.77 23 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 179.98 37 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 202.94
10 SIO<sub>2</sub> 272.35 24 SIO<sub>2</sub> 291.87 38 SIO<sub>2</sub> 323.56
11 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 169.18 25 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 188.34 39 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 197.16
12 SIO<sub>2</sub> 263.15 26 SIO<sub>2</sub> 312.1 40 SIO<sub>2</sub> 10.27
13 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 156.31 27 TA<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 200.97
14 SIO<sub>2</sub> 229.36 28 SIO<sub>2</sub> 312.92
表一
其中，对90层第二折射材料层的材料和厚度进行举例说明，如下表二：
Figure GDA0003011432540000071
Figure GDA0003011432540000081
Figure GDA0003011432540000091
表二
表一和表二只是给出的一种实施例，具体的情况可能会有变化，因此不做具体限定。
本实施例中需要进一步说明的是，所述第一高折射率材料层201和第二高折射率材料层401均由TA2O5材料制成，第一低折射率材料层202和第二折射材料层均由SIO2材料制成。五氧化二钽(Ta2O5)为白色无色结晶粉末，是钽最常见的氧化物，也是钽在空气中燃烧生成的最终产物。主要用作拉钽酸锂单晶和制造高折射低色散特种光学玻璃用，化工中可作催化剂，足可满足本发明中的高折射率材料层的要求。二氧化硅，化学术语，纯的二氧化硅无色，常温下为固体，化学式为SiO2，不溶于水。不溶于酸，但溶于氢氟酸及热浓磷酸，能和熔融碱类起作用。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。二氧化硅用途很广泛，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、气凝胶毡、硅铁、型砂、单质硅、水泥等，在古代，二氧化硅也用来制作瓷器的釉面和胎体，是制造平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品(玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等)、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料，足可满足本发明中的低折射率材料层的要求。
本实施例中需要更进一步说明的是，所述反射镜的工作波长为1250-1650nm，反射率R>99％。更进一步说明的是，所述反射镜的厚度为0.1-2.0mm，反射角度8°-45°。反射镜在目前市面上分两种镀膜工艺，金属膜跟全介质膜，本发明采取的是全介质膜，优点是产品具有低吸收损耗。
本实施例中需要更进一步说明的是，所述的分光片的工作波长为1250-1650nm，波长通道间隔为20-100nm。更进一步说明的是，所述分光片的厚度为0.1-2.0mm，入射角度8°-45°。本发明采用了消偏振的设计，确保产品在大入射角度下，P光跟S光的偏离度很小。
本实施例中需要更进一步说明的是，所述的反射镜和分光片通过冷加工技术胶合在一起，反射镜和分光片之间的夹角为8°-45°，实现小型化。本发明通过把两个产品胶合在一起，使产品更加小型化，缩短光路的距离。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围。

Claims (6)

1.一种基于发散光路应用的有源光学组件，其特征在于：包括反射镜和分光片，反射镜和分光片之间的夹角大于0°，且小于等于90°；
所述反射镜包括第一玻璃基板和沉淀于第一玻璃基板上的40层第一折射材料层，40层第一折射材料层的厚度在10-328nm之间，且40层第一折射材料层的厚度均不同；40层第一折射材料层分为依次排布的20组第一折射材料组，20组第一折射材料组均包括第一高折射率材料层和第一低折射率材料层，每组第一折射材料组中的第一高折射率材料层均位于靠近第一玻璃基板方向设置；
所述分光片包括第二玻璃基板和沉淀于第二玻璃基板上的90层第二折射材料层，90层第二折射材料层的厚度在79-684nm之间，且90层第二折射材料层的厚度均不同；90层第二折射材料层分为依次排布的45组第二折射材料组，45组第二折射材料组均包括第二高折射率材料层和第二低折射率材料层，每组第二折射材料组中的第二高折射率材料层均位于靠近第二玻璃基板方向设置；
40层第一折射材料层设置于第一玻璃基板靠近分光片的一侧，90层第二折射材料层设置于第二玻璃基板靠近反射镜的一侧；
入射光先入射到反射镜产生光信号，产生的光信号在反射镜上做全反射后入射到分光片上，入射到分光片上的光信号再通过分光片实现业务波长的透过跟截止；
所述第一高折射率材料层和第二高折射率材料层均由TA2O5材料制成，第一低折射率材料层和第二折射材料层均由SIO2材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种基于发散光路应用的有源光学组件，其特征在于：所述反射镜的工作波长为1250-1650nm，反射率R>99％。
3.根据权利要求2所述的一种基于发散光路应用的有源光学组件，其特征在于：所述反射镜的厚度为0.1-2.0mm，反射角度8°-45°。
4.根据权利要求1所述的一种基于发散光路应用的有源光学组件，其特征在于：所述的分光片的工作波长为1250-1650nm，波长通道间隔为20-100nm。
5.根据权利要求4所述的一种基于发散光路应用的有源光学组件，其特征在于：所述分光片的厚度为0.1-2.0mm，入射角度8°-45°。
6.根据权利要求1所述的一种基于发散光路应用的有源光学组件，其特征在于：所述的反射镜和分光片通过冷加工技术胶合在一起，反射镜和分光片之间的夹角为8°-45°。
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