CN110542961A - 一种高性能的高速率单纤双向光器件及其与pcb的组装方法 - Google Patents

一种高性能的高速率单纤双向光器件及其与pcb的组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高性能的高速率单纤双向光器件及其与PCB的组装方法，光器件包括光发射器、光接收器、第一汇聚透镜、半反射镜、光纤、全反射镜和第二汇聚透镜，光发射器与光接收器设在同一端且管脚伸出面朝向相同，全反射镜的反射面倾斜朝向光发射器和光纤，半反射镜的反射面倾斜朝向光接收器和光纤，第一汇聚透镜设在光发射器与全反射镜之间，第二汇聚透镜设在全反射镜与半反射镜之间，第二汇聚透镜与全反射镜之间的距离加上全反射镜与第一汇聚透镜之间的距离大于第一汇聚透镜的焦点距离，这样光纤即使设在远离汇聚光束的汇聚点位置，也能完全接收呈接近平行状的光束，光发射器与光接收器都可直接焊接在PCB上，从而提高高速率单纤双向光器件的性能。

Description

一种高性能的高速率单纤双向光器件及其与PCB的组装方法
技术领域
本发明涉及光器件技术领域，特别涉及一种高性能的高速率单纤双向光器件及其与PCB的组装方法。
背景技术
随着社会发展，市场对信号的传输速度要求越来越快，因此市场对能快速传输信号的高速率单纤双向光器件需求量日益增大。
传统的高速率单纤双向光器件通常包括光发射器、光接收器、汇聚透镜、半反射镜和光纤，光发射器与光纤分别设在光器件相对的两面上，光接收器设在与光纤相邻的面上，汇聚透镜和半反射镜依次设在光发射器与光纤之间，半反射镜的反射面分别倾斜朝向光接收器和光纤。光发射器发出的光束经过汇聚透镜后，形成汇聚光束穿过半反射镜射到光纤上传播，从光纤射入的光束射到半反射镜后，经半反射镜反射至光接收器上。由于光发射器发出的光束会经过汇聚透镜形成汇聚光束，而汇聚光束在经过其汇聚点后会呈发散状，这样光纤的端面需设在靠近汇聚光束的汇聚点位置，否则光纤难以完全接收经过汇聚点后呈发散状的光束，但由于半反射镜设在汇聚透镜与光纤之间，光纤的端面通常会因被半反射镜阻挡而无法设在靠近汇聚光束的汇聚点位置，这样光纤就难以完全接收经过汇聚点后呈发散状的光束，从而导致高速率单纤双向光器件的性能差。
并且，由于光发射器与光纤分别设在高速率单纤双向光器件相对的两面上，光接收器设在与光纤相邻的面上，这样光器件与PCB组装时，通常是光接收器的管脚直接焊接在PCB上，而光发射器的管脚采用弯脚焊接的方式焊接在PCB上，但采用弯脚焊接的方式会导致光发射器发射的信号丢失较大，从而导致高速率单纤双向光器件的性能差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提高高速率单纤双向光器件的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高性能的高速率单纤双向光器件，包括光发射器、光接收器、第一汇聚透镜、半反射镜和光纤，还包括全反射镜和第二汇聚透镜，所述光发射器与光接收器设在同一端，且光发射器与光接收器的管脚伸出面朝向相同，所述全反射镜、半反射镜和光纤依次沿直线排列，所述全反射镜的反射面倾斜朝向光发射器和光纤，所述半反射镜的反射面倾斜朝向光接收器和光纤，所述第一汇聚透镜设在光发射器与全反射镜之间，所述第二汇聚透镜设在全反射镜与半反射镜之间，所述第二汇聚透镜与全反射镜之间的距离加上全反射镜与第一汇聚透镜之间的距离大于第一汇聚透镜的焦点距离。
优选地，所述全反射镜与第一汇聚透镜之间的距离小于第一汇聚透镜的焦点距离。
优选地，所述光接收器与半反射镜之间设有滤光片。
优选地，所述光纤朝向半反射镜的端面倾斜设置。
优选地，所述第一汇聚透镜是非球透镜。
优选地，所述第二汇聚透镜是球形透镜。
优选地，所述光发射器的管脚伸出面与光接收器的管脚伸出面齐平。
本发明还提供一种高速率单纤双向光器件与PCB组装的方法，其把位于同一侧的光发射器与光接收器的管脚对准插入PCB上的管脚孔位，然后对所述各管脚进行焊接。
优选地，采用回流焊接工艺对所述各管脚进行同步焊接。
优选地，所述回流焊接工艺具体是激光回流焊工艺。
本发明具有以下有益效果：由于第二汇聚透镜与全反射镜之间的距离加上全反射镜与第一汇聚透镜之间的距离大于第一汇聚透镜的焦点距离，从第一汇聚透镜射出的汇聚光束的汇聚点位于第二汇聚透镜前，汇聚光束在经过其汇聚点后呈发散状射向第二汇聚透镜，第二汇聚透镜对该呈发散状的光束进行汇聚，使得该光束经过第二汇聚透镜后呈接近平行状，该呈接近平行状的光束经过半反射镜后射到光纤的端面上，在光纤中进行传播，由于光束经过第二汇聚透镜后呈接近平行状，这样光纤即使因被半反射镜阻挡而导致其端面无法设在靠近汇聚光束的汇聚点位置，也能完全接收经过第二汇聚透镜后呈接近平行状的光束，从而提高高速率单纤双向光器件的性能。并且，由于光发射器与光接收器设在同一端，且光发射器与光接收器的管脚伸出面朝向相同，在组装高速率单纤双向光器件与PCB时，光发射器与光接收器都可直接焊接在PCB上，使得光发射器不会因采用弯脚焊接的方式而导致发射的信号丢失，从而提高高速率单纤双向光器件的性能。
附图说明
图1是高性能低成本单纤双向高速率光器件的内部结构示意图；
图2是高性能低成本单纤双向高速率光器件的内部光路示意图；
图3是高性能低成本单纤双向高速率光器件与PCB组装后的示意图。
附图标记说明：1-基座；2-光发射器；3-光接收器；4-非球透镜；5-全反射镜；6-半反射镜；7-0度滤光片；8-球形透镜；9-光纤；10-PCB。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反地，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，高速率单纤双向光器件包括基座1、光发射器2、光接收器3、非球透镜4、全反射镜5、半反射镜6、0度滤光片7、球形透镜8和光纤9。基座1的底端由左至右依次设有发射通光孔和接收通光孔，光发射器2安装在发射通光孔内，光接收器3安装在接收通光孔内，光纤9安装在基座1的右端。非球透镜4安装在光发射器2上方，全反射镜5安装在非球透镜4上方，其中全反射镜5倾斜从而使非球透镜4的射出光线得以经其反射面反射至光纤9，且全反射镜5与非球透镜4之间的距离小于非球透镜4的焦点距离。0度滤光片7安装在光接收器3上方，半反射镜6安装在0度滤光片7上方，其中半反射镜6倾斜从而使光纤9的射出光线得以经其反射面反射至0度滤光片7，且全反射镜5、半反射镜6和光纤9依次沿直线排列。球形透镜8位于全反射镜5和半反射镜6之间，即全反射镜5、球形透镜8、半反射镜6和光纤9位于同一直线上，其中球形透镜8与全反射镜5之间的距离加上全反射镜5与非球透镜4之间的距离大于非球透镜4的焦点距离。
如图2所示，光发射器2发出的光束经过非球透镜4后汇聚成汇聚光束，该汇聚光束射到全反射镜5上后，汇聚光束会经全反射镜5反射至球形透镜8，由于球形透镜8与全反射镜5之间的距离加上全反射镜5与非球透镜4之间的距离大于非球透镜4的焦点距离，汇聚光束的汇聚点位于球形透镜8左端。汇聚光束在经过其汇聚点后呈发散状射向球形透镜8，球形透镜8对该呈发散状的光束进行汇聚，使得该光束经过球形透镜8后呈接近平行状，该呈接近平行状的光束经过半反射镜6后射到光纤9的左端面，在光纤9中进行传播，由于光束经过球形透镜8后呈接近平行状，因而即使光纤9因被半反射镜6阻挡而导致光纤9的左端面无法设在靠近汇聚光束的汇聚点位置，光纤9也能完全接收该呈接近平行状的光束，从而提高高速率单纤双向光器件的性能。从光纤9的左端面发射出的光束射到半反射镜6上，光束经半反射镜6反射至0度滤光片7，0度滤光片7过滤掉部分波长的光束后，剩余的光束经光接收器3管帽上的汇聚透镜耦合到光接收器3。
在制造本实施例的单纤双向高速率光器件时，先把非球透镜4、全反射镜5、半反射镜6、0度滤光片7和球形透镜8提前贴片到基座1的固定位置，然后将光纤9通过压配工艺压配到基座1的右端，最后将光发射器2通过激光焊接在基座1的发射通光孔内，将光接收器3通过胶水粘接在基座1的接收通光孔内。
参见图1，光发射器2与光接收器3的管脚伸出面朝向相同且齐平，这样在组装高速率单纤双向光器件与PCB10时，先把光发射器2与光接收器3的管脚对准插入PCB10上的管脚孔位，然后采用激光汇流焊接工艺对光发射器2与PCB10之间的安装位、光接收器3与PCB10之间的安装位进行同步焊接，即把光发射器2与光接收器3直接焊接在PCB10上，一方面是便于安装，提高了组装速度；另一方面是使得光发射器2不会因采用弯脚焊接的方式而导致发射的信号丢失，从而提高高速率单纤双向光器件的性能。高速率单纤双向光器件与PCB10组装后如图3所示，光发射器2的底面与PCB10之间、光接收器3与PCB10之间都无缝隙，从而保证高频信号在传播过程中无丢失。
本实施例中，光纤9的左端面倾斜设置，从而提高光纤9的回波损耗，进而能大量地消除光纤9中的回波，使得光纤9的性能良好。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高性能的高速率单纤双向光器件，包括光发射器、光接收器、第一汇聚透镜、半反射镜和光纤，其特征是：还包括全反射镜和第二汇聚透镜，所述光发射器与光接收器设在同一端，且光发射器与光接收器的管脚伸出面朝向相同，所述全反射镜、半反射镜和光纤依次沿直线排列，所述全反射镜的反射面倾斜朝向光发射器和光纤，所述半反射镜的反射面倾斜朝向光接收器和光纤，所述第一汇聚透镜设在光发射器与全反射镜之间，所述第二汇聚透镜设在全反射镜与半反射镜之间，所述第二汇聚透镜与全反射镜之间的距离加上全反射镜与第一汇聚透镜之间的距离大于第一汇聚透镜的焦点距离。
2.根据权利要求1所述的高性能的高速率单纤双向光器件，其特征是：所述全反射镜与第一汇聚透镜之间的距离小于第一汇聚透镜的焦点距离。
3.根据权利要求1所述的高性能的高速率单纤双向光器件，其特征是：所述光接收器与半反射镜之间设有滤光片。
4.根据权利要求1所述的高性能的高速率单纤双向光器件，其特征是：所述光纤朝向半反射镜的端面倾斜设置。
5.根据权利要求1所述的高性能的高速率单纤双向光器件，其特征是：所述第一汇聚透镜是非球透镜。
6.根据权利要求1所述的高性能的高速率单纤双向光器件，其特征是：所述第二汇聚透镜是球形透镜。
7.根据权利要求1所述的高性能的高速率单纤双向光器件，其特征是：所述光发射器的管脚伸出面与光接收器的管脚伸出面齐平。
8.权利要求1-7任一项高速率单纤双向光器件与PCB组装的方法，其特征是：把位于同一侧的光发射器与光接收器的管脚对准插入PCB上的管脚孔位，然后对所述各管脚进行焊接。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是：采用回流焊接工艺对所述各管脚进行同步焊接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是：所述回流焊接工艺具体是激光回流焊工艺。
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