CN110531470A - 一种窄波长间隔的单纤双向收发器 - Google Patents

一种窄波长间隔的单纤双向收发器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种窄波长间隔的单纤双向收发器,包括发射器、隔离器、接收器和光纤适配器,还包括分别与发射器、接收器和光纤适配器相连的组件座,所述隔离器设置在组件座上靠近发射器的一端,所述组件座内设有滤光片组合,所述滤光片组合包括第一滤光片和第二滤光片,所述第一滤光片靠近发射器的A面设有增透膜,B面设有反射膜,所述第二滤光片与第一滤光片相对的一面设有反射膜,其中,所述发射器发出的光经过第一滤光片的A面后进入光纤适配器,光纤适配器发出的光经过第一滤光片的B面反射到第二滤光片上,再经过第二滤光片的反射垂直进入接收器接收端。本发明工艺较为简单,位置精度要求低,易于批量生产,能够达到40nm波长间隔。

Description

一种窄波长间隔的单纤双向收发器
技术领域
本发明涉及一种光电转换器,尤其涉及一种窄波长间隔的单纤双向收发器。
背景技术
单纤双向组件(Bidirectional Optical Subassembly,简写为BOSA,)是集发射和接收于一体的光电转换器件,发射器和接收器采用一根光纤实现数据双向传输的功能,是现代光通信尤其是5G网络中的核心器件,BOSA光模块具有节省50%的光纤资源、上下行等距可有效保证高精度时间同步等优势。
如图1所示,,目前传统的单纤双向BOSA,采用TO-CAN不带电子制冷器TEC制冷的封装形式,由发射器201、接收器202、隔离器203,45度滤光片204、0度滤光片205,LC光纤适配器206组成,该结构使用45度和0度的滤光片为发射器和接收器的分光元件,同时完成一种波长光信号的发射和另一种波长光信号的接收。该设计波长间隔最小是60nm,比如1490nm和1550nm,波长间隔更小将会导致发射的光插损变大,发射和接收波长间隔较小的光不能很好分光,光的串扰会相互影响,导致收发器性能劣化。
由于受到TO-CAN底座高频性能影响,这种封装形式的器件单通道传输速率较难高于25Gbps。目前市场是一般TO-CAN封装发射器无内置TEC(Thermal Electric Cooler,热电冷却器),这样会导致发射光中心波长漂移,该设计传输距离最多可以做到10km.
所以,这对以上的存在的一些技术难题,限制了单纤双向收发器的波长选择,同时也限制了传输距离。本发明一种窄波长间隔的单纤双向收发器。
发明内容
为解决现有技术中的问题,本发明提供一种窄波长间隔的单纤双向收发器。
本发明包括发射器、隔离器、接收器和光纤适配器,还包括分别与发射器、接收器和光纤适配器相连的组件座,所述隔离器设置在组件座上靠近发射器的一端,所述组件座内设有滤光片组合,所述滤光片组合包括第一滤光片和第二滤光片,所述第一滤光片靠近发射器的A面设有增透膜,靠近光纤适配器的B面设有反射膜,所述第二滤光片与第一滤光片相对的一面设有反射膜,其中,所述发射器发出的光经过第一滤光片的A面后进入光纤适配器,光纤适配器发出的光经过第一滤光片的B面反射到第二滤光片上,再经过第二滤光片的反射垂直进入接收器接收端。
本发明作进一步改进,还包括设置在发射器出光端的焦距延长结构。
本发明作进一步改进,所述隔离器为双极隔离器,所述焦距延长结构包括发射第二透镜,所述发射第二透镜设置在双极隔离器的出光端。
本发明作进一步改进,所述发射器采用带TEC的EML激光器。
本发明作进一步改进,所述发射器包括气密封装的管壳,设置在管壳内的过渡载板、EML激光器、发射第一透镜和TEC,其中,所述EML激光器固定在所述过渡载板上,所述发射第一透镜设置在EML激光器出光端,所述TEC设置在发射第一透镜出光侧。
本发明作进一步改进,还包括过渡环,所述过渡环设置在发射器和组件座之间。
本发明作进一步改进,所述第一滤光片和第二滤光片通过滤光片载体固定在组件座内,所述第一滤光片和第二滤光片的夹角为45度。
本发明作进一步改进,所述发射器入射光与第一滤光片法线的夹角为22度。
本发明作进一步改进,还包括0度滤光片,所述0度滤光片设置在所述接收器接收端的上表面。
本发明作进一步改进,所述接收器采用TO封装,包括TO底座、光电二极管芯片、包含接收透镜的TO管帽,其中,所述接收器通过结构胶固定在组件座的下方,0度滤光片贴装在TO管帽的上表面,设置在第二滤光片下方,所述TO管帽固定在TO底座上,所述光电二极管芯片固定在TO底座下表面。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:使用该滤光片组合的方案,本发明发射器透射插损小于0.3dB,波长间隔最小达到40nm;工艺较为简单,位置精度要求低,易于批量生产;增加使用发射第二透镜,在发射第一透镜的基础上,延长的光路的同时,光功率的耦合效率增加了10%;使用带TEC制冷的EML芯片,匹配APD芯片方案,可实现单纤双向光传输80km;该滤光片组合可以做到发射透射的插损小于0.5dB,反射插损小于0.5dB。
附图说明
图1为现有技术收发器结构示意图;
图2本发明结构示意图;
图3为滤光片组合一实施例入射角度示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2所示,本发明本发明包括发射器301、隔离器3031、接收器304和LC光纤适配器305,还包括分别与发射器301、接收器304和LC光纤适配器305相连的组件座303,所述发射器301与组件座303通过过渡环302固定连接。
所述隔离器3031设置在组件座303上靠近发射器301的一端,所述组件座303内设有滤光片组合3034,所述滤光片组合3034包括第一滤光片30341和第二滤光片30342,所述第一滤光片30341靠近发射器301的A面设有增透膜,靠近LC光纤适配器305的B面设有反射膜,所述第二滤光片30342与第一滤光片30341相对的一面设有反射膜,其中,所述发射器301发出的光经过第一滤光片30341的A面后进入光纤适配器,光纤适配器发出的光经过第一滤光片30341的B面反射到第二滤光片30342上,再经过第二滤光片30342的反射垂直进入接收器304接收端。
如图3所示,作为本发明的一个优选实施例,本例两个滤光片的夹角是45度。当光入射到滤光片的入射角增大到一定程度时,滤光片的光学特性会产生两个显著变化,第一,其通带位置即峰值波长会向短波移动,第二,s-偏振光和p偏振光特性产生分离,导致波峰和带宽发生改变。
其中,第一点,λ‘=λcosθ,其中λ是薄膜透射的中心波长,θ是入射角,从公式可以看出,随着入射角的增加,透射曲线的中心波长不断减小。第二点,光以一定角度入射到滤光片表面时,任何特定方位都可以归纳为两个标准方位的组合,横磁波或称p-横振光,横电波或称s-偏振光,光束斜入射时,不仅滤光片即表面镀膜的有效厚度发生了变化,而且它们的有效折射率也发生了变化,电矢量垂直于入射面的振动分量(s-分量)和平行于入射面的振动分量(p-分量)对与界面的情况不相同,他们的有效折射率也不相同,不可避免的产生偏振分离。
以上两个方面原因,背景技术中45度入射的滤光片波长偏移和偏振分离都较严重,且经验证只能满足发射和接收波长间隔60nm的滤光片方案,对于更窄波长间间隔的产品不能使用,所以,本发明使用的滤光片组合的方案,减小了入射角度,经理论和实际效果验证,都能满足40nm波长间隔的使用。
本例的单纤双向收发器,发射器301有两种不同波长,波长间隔最小可以做到40nm,而非背景技术介绍的最小波长间隔60nm,具体实施中,第一步,将过渡载板3012,TEC3013,激光器芯片3014,发射第一透镜3015等内部组件组装在管壳3011中,其中发射第一透镜3015的固定可以有无源贴装和有源光耦合两种方式,以上完成带制冷的发射器301。
第二步,完成组件座303的组装,包括双极隔离器3031,发射第二透镜3032,滤光片载体3030,滤光片组合3034等通过胶的粘接以及过盈配合等方式粘接在组件座中。
在自动耦合以及激光焊接设备上,完成发射器301,过渡环302,组件座303,以及适配器305的耦合和激光焊接。激光器芯片3014发出的有一定发散角的光,经过发射第一透镜3015,成为汇聚光,但是因为产品长度限制,单个透镜不能实现焦距L2过长,且耦合效率较低,本例增设发射第二透镜3031,发射第一透镜3015发出的光,进入双极隔离器3031后进入发射第二透镜3032,光入射到滤光片组合3034的滤光片30341A面上,该面针对于该发射器波长镀增透膜,光经内部折射后从30341B面发出,最终LC光纤适配器305完成出光。在自动耦合设备会将激光器芯片3014发出的光耦合进入光纤适配器305,并完成激光焊接的固定。此时成为半成品组件(Optical Subassembly,简称OSA)。
本例接收器304采用TO封装,具体地,接收器304是将APD(雪崩式光电二极管)芯片3042以及匹配的功能芯片封装在TO底座3041中,将TO CAP(管帽)3043使用电阻焊固定在TO底座3041上,将0度滤光片3045使用胶黏剂组装在TP CAP上面。
最后一步,将OSA和接收器304进行接收端的耦合,不同于发射器波长的光通过LC光纤适配器305入射到滤光片30341的B面上,该面针对于该入射光的波长镀高反膜,经反射后光入射到第二滤光片30342上,光路在第二滤光片30342反射到接收器304,接收器304通过三维耦合找到最佳位置,使得接收器304接收到的最大的响应电流。最终光接收器使用结构胶3044固定。
该单纤双向收发器是成对使用,两种发射的波长最小间隔可以做到40nm,比如,1270nm和1310nm,1530nm和1570nm,不限制波长的组合。
以发射1530nm和接收1570nm波长组合为例,1530nm的激光器芯片3014,针对于1530nm的隔离器3031,匹配1530nm的滤光片组合3034,30341A面对1530nm波长镀增透膜,使得发射器的光能最大程度的通过滤光片进入到LD适配器,其中插损可以做到小于0.3dB;波长是1570nm的光进入LC光纤适配器305后,经滤光片30341的B面反射到滤光片30342,经滤光片30342发射后,依次进入0度滤光片3045的带有接收透镜的TO CAP3044的透镜汇聚,汇聚到APD芯片3042上。其中,30341B面和30342上面针对1570nm波长镀高反膜使得1570nm入射的光能够最大程度的进入到APD3042光敏面,同时,本例滤光片组合3034和0度滤光片3045也要针对两种波长的串扰镀膜,提高隔离度。
同样的,发射1570nm和接收1530nm波长,也会有不同的隔离器波长,和滤光片镀膜设计,最终实现电转光,光转电,一根光纤实现数据双向传输的功能。
本例传输距离从10km到80Km都可以使用,可以选择不同的发射器,包括EML((Electro-absorption modulated laser,电吸收调制激光器))和DML(直接调光器激光器)、带TEC、不带TEC,本例的接收器可以选择PD(光电二极管)和APD。本例传输80km,需要用带TEC的EML激光器芯片,接收器使用APD。
本例具有以下突出的优势:
1.本发明滤光片组合使用胶黏剂固定,工艺较为简单,位置精度要求低,易于批量生产,单纤双向减少系统中了光纤的数量,简化了系统结构,尤其适用于光纤资源有限和密集波分复用技术的应用场景;
2.增加使用发射第二透镜,在发射第一透镜的基础上,延长的光路的同时,光功率的耦合效率增加了10%;
3.使用该滤光片组合的方案,本发明发射器透射插损小于0.3dB;
4.使用带TEC制冷的EML芯片,匹配APD芯片方案,可实现单纤双向光传输80km;
5.PAM4技术可将25G或10G的光电器件传输速率翻倍,实现高速光信号的传输,提高光纤通信能力,本发明方案可以用于PAM4调制;
6.该滤光片组合可以做到发射透射的插损小于0.5dB,反射插损小于0.5dB。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式,并非以此限定本发明的具体实施范围,本发明的范围包括并不限于本具体实施方式,凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种窄波长间隔的单纤双向收发器,包括发射器、隔离器、接收器和光纤适配器,其特征在于:还包括分别与发射器、接收器和光纤适配器相连的组件座,所述隔离器设置在组件座上靠近发射器的一端,所述组件座内设有滤光片组合,所述滤光片组合包括第一滤光片和第二滤光片,所述第一滤光片靠近发射器的A面设有增透膜,靠近光纤适配器的B面设有反射膜,所述第二滤光片与第一滤光片相对的一面设有反射膜,其中,所述发射器发出的光经过第一滤光片的A面后进入光纤适配器,光纤适配器发出的光经过第一滤光片的B面反射到第二滤光片上,再经过第二滤光片的反射垂直进入接收器接收端。
2.根据权利要求1所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:还包括设置在发射器出光端的焦距延长结构。
3.根据权利要求2所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:所述隔离器为双极隔离器,所述焦距延长结构包括发射第二透镜,所述发射第二透镜设置在双极隔离器的出光端。
4.根据权利要求3所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:所述发射器采用带TEC的EML激光器。
5.根据权利要求4所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:所述发射器包括气密封装的管壳,设置在管壳内的过渡载板、EML激光器、发射第一透镜和TEC,其中,所述EML激光器固定在所述过渡载板上,所述发射第一透镜设置在EML激光器出光端,所述TEC设置在发射第一透镜出光侧。
6.根据权利要求1-5任一项所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:还包括过渡环,所述过渡环设置在发射器和组件座之间。
7.根据权利要求1-5任一项所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:所述第一滤光片和第二滤光片通过滤光片载体固定在组件座内,所述第一滤光片和第二滤光片的夹角为45度。
8.根据权利要求7所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:所述发射器入射光与第一滤光片法线的夹角为22度。
9.根据权利要求1-5任一项所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:还包括0度滤光片,所述0度滤光片设置在所述接收器接收端的上表面。
10.根据权利要求9所述的窄波长间隔的单纤双向收发器,其特征在于:所述接收器采用TO封装,包括TO底座、光电二极管芯片、包含接收透镜的TO管帽,其中,所述接收器通过结构胶固定在组件座的下方,0度滤光片贴装在TO管帽的上表面,设置在第二滤光片下方,所述TO管帽固定在TO底座上,所述光电二极管芯片固定在TO底座下表面。
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