CN110673278A - 光收发器件 - Google Patents

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庄礼杰
黄劲威
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Abstract

本发明公开一种光收发器件，其中，光收发器件包括：管壳，管壳的一端安装有光纤适配器；第一光发射组件，安装于管壳远离光纤适配器的一端且与光纤适配器相对设置；第二光发射组件，设于管壳的侧壁；第一滤光片，设于管壳内，第一滤光片靠近第一光发射组件和第二光发射组件设置；以及第一透镜，设于管壳内，第一透镜靠近光纤适配器设置，并与第一滤光片于管壳的轴向依次间隔设置；第一滤光片用于透射第一光发射组件发射的光束并反射第二光发射组件发射的光束，所产生的两种不同波长的平行光束经过所述第一透镜后会聚至所述光纤适配器的光纤内。本发明光收发器件的光信号的耦合效率高。

Description

光收发器件
技术领域
本发明涉及光纤通讯技术领域，特别涉及一种光收发器件。
背景技术
光收发器件是光通信中重要的光电器件，即在同一个光电器件中封装有光接收组件和光发射组件，光发射组件发射激光信号，光接收组件接收激光信号，而发射和接收的光信号均通过一根光纤进行传输。随着光通信技术的发展，需要光收发器件在减小尺寸的同时更多的传送数据，因此光通信领域设计了在一个光电器件中，封装有2个光发射组件和2个光接收组件，还有用于改变光传播方向、滤光的光学元件。由于在光收发的光路通道上存在多个光学元件，当光信号在光路通道中进行传输时，光学元件会增加光信号的损耗，导致光耦合至光纤适配器的效率低。
上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种光收发器件，旨在提高光信号的耦合效率。
为实现上述目的，本发明提出的光收发器件，包括：
管壳，所述管壳的一端安装有光纤适配器；
第一光发射组件，安装于所述管壳远离所述光纤适配器的一端且与所述光纤适配器相对设置；
第二光发射组件，设于所述管壳的侧壁；
第一滤光片，设于所述管壳内，所述第一滤光片靠近所述第一光发射组件设置；以及
第一透镜，设于所述管壳内，所述第一透镜靠近所述光纤适配器设置，并与所述第一滤光片于所述管壳的轴向依次间隔设置；
所述第一滤光片用于透射所述第一光发射组件发射的光束并反射所述第二光发射组件发射的光束，所产生的两种不同波长的平行光束经过所述第一透镜后会聚至所述光纤适配器的光纤内。
可选的，所述第一滤光片与所述管壳的轴向呈45°设置。
可选的，所述管壳内还设有第二透镜，所述第二光发射组件用于发射发散光束，所述第二透镜位于所述第一滤光片和所述第二光发射组件之间，以使所述第二光发射组件发射的发散光束形成平行光束后经过所述第一透镜后会聚至所述光纤适配器的光纤内。
可选的，所述光收发器件还包括：
第一光接收组件，设于所述管壳的侧壁，并与所述第二光发射组件沿所述管壳的轴向依次间隔设置；
第二光接收组件，设于所述管壳的侧壁，并与所述第一光接收组件间隔设置；以及
光学组件，位于所述管壳内，所述光学组件位于所述第一滤光片和所述第一透镜之间，以反射所述光纤适配器发出的两种波长的光束，所述第一光接收组件接收一所述光束，所述第二光接收组件接收另一所述光束。
可选的，所述光收发器件还包括位于所述管壳内的隔离器，所述隔离器位于所述第一滤光片和所述光学组件之间，以对所述光纤适配器所接收的光信号和所发出的光信号进行隔离。
可选的，所述光学组件包括沿着所述管壳的轴向依次间隔设置的第二滤光片、第三滤光片和反射片，所述第二滤光片邻近所述隔离器设置，所述第三滤光片邻近所述第一透镜设置，所述第二滤光片与所述第一光接收组件相对设置，所述反射片与所述第二光接收组件设置。
可选的，所述第二滤光片与所述管壳的轴向呈45°设置。
可选的，所述反射片与所述管壳的轴向呈32°设置。
可选的，所述第三滤光片与所述管壳的中心轴线的垂直线之间呈13°设置。
可选的，所述第一光接收组件与所述第二滤光片之间设有第四滤光片，所述第四滤光片与所述管壳的轴向相平行；
且/或，所述第二光接收组件与所述反射片之间设有第五滤光片，所述第五滤光片与所述管壳的轴向相平行。
本发明光收发器件包括管壳、光纤适配器、第一光发射组件、第二光发射组件、第一滤光片和第一透镜，由于第二光发射组件发射的光束经过第一滤光片反射后以平行光束在管壳内的光路通道中传输，平行光束在经过多个光学元件可减少光信号损失，第一光发射组件和第二光发射组件发射的光束经过第一滤光片所产生的两种不同波长的平行光束经过第一透镜后会聚至光纤适配器的光纤内，提高了光信号的耦合效率。另一方面，由于会聚光的入射面与光学元件之间的角度不同，导致光线在出射时强度变弱，且光斑大小难以调整。而且，会聚光还要考虑焦点的问题，对各光学元件之间的位置和间隔要求很严格，本申请在光路通道中，不必考虑会聚光焦点的问题，从而使得管壳内部的各光学元件能更好地进行合理设置，从而降低光收发器件整个设计的难度。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明光收发器件的光发射信号的光路结构示意图；
图2为本发明光收发器件的光接收信号的光路结构示意图；
图3为本发明光收发器件一实施例的结构示意图；
图4为图3中光收发器件的剖面结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
1000 光收发器件 90 第二光接收组件
10 管壳 100 光学组件
20 光纤适配器 101 第二滤光片
30 第一光发射组件 102 第三滤光片
40 第二光发射组件 103 反射片
50 第一滤光片 110 隔离器
60 第一透镜 120 第四滤光片
70 第二透镜 130 第五滤光片
80 第一光接收组件
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种光收发器件1000。
参照图1、图3和图4，在本发明实施例中，该光收发器件1000包括：
管壳10，所述管壳10的一端安装有光纤适配器20；
第一光发射组件30，安装于所述管壳10远离所述光纤适配器的一端且与所述光纤适配器20相对设置；
第二光发射组件40，设于所述管壳10的侧壁；
第一滤光片50，设于所述管壳10内，所述第一滤光片50靠近所述第一光发射组件30和和所述第二光发射组件40设置；以及
第一透镜60，设于所述管壳10内，所述第一透镜60靠近所述光纤适配器20设置，并与所述第一滤光片50于所述管壳10的轴向依次间隔设置；
所述第一滤光片50用于透射所述第一光发射组件30发射的光束并反射所述第二光发射组件40发射的光束，所产生的两种不同波长的平行光束经过所述第一透镜60后会聚至所述光纤适配器20的光纤内。
具体的，管壳10为四方管座，且为金属材质，耐用性强。光纤适配器20可以传输波长为λ1、λ2、λ3和λ4的光束。其中，第一光发射组件30、第一滤光片50、第一透镜60和光纤适配器20同轴设置，第一光发射组件30发射波长为λ1的光束，该光束可以是平行光束或者发散光束，若为平行光束，该平行光束通过第一滤光片50后经过第一透镜60会聚至光纤适配器20的光纤内。若为发散光束，可在第一光发射组件30与第一滤光片50之间设置准直透镜准直后形成平行光束，该平行光束通过第一滤光片50后经过第一透镜60会聚至光纤适配器20的光纤内。为了有效减小器件体积，并且达到高耦合效率，优选第一光发射组件30发射波长为λ1的平行光束。
第二光发射组件40的中心轴线与第一光发射组件30的中心轴线相垂直，第二光发射组件40发射波长为λ2的光束，该光束可以是平行光束或者发散光束，若是平行光束，该平行光束经过第一滤光片50反射后形成与第一光发射组件30相平行的光束一起经过第一透镜60会聚至光纤适配器20的光纤内。若是发散光束，可在第二光发射组件40与第一滤光片50之间设置准直透镜准直后形成平行光束，该平行光束经过第一滤光片50反射后形成与第一光发射组件30相平行的光束一起经过第一透镜60会聚至光纤适配器20的光纤内。在此不作限制。
第一滤光片50位于第一光发射组件30发射的光路和第二光发射组件40发射的光路交汇处，用于透射波长为λ1的光束并反射波长为λ2的光束。第一透镜60用于将波长为λ1和波长为λ2的平行光束会聚至光纤适配器20的光纤内，光纤适配器20的光纤向外传输波长为λ1和λ2的光信号。
管壳10内的光路通道中设有第一滤光片50和第一透镜60，若光束不是平行光束而是会聚光，那么入射角度与第一滤光片50的偏振角度有一定差距，那么第一光发射组件30发射信号的波长为λ1的光束和第二光发射组件40发射信号的波长为λ2的光束在经过光学元件时会产生通带波纹，不仅会产生光信号的损失，还会影响光信号光斑的大小，最终影响了光信号耦合至光纤适配器纤芯的耦合效率，进而影响了光发射信号传输的性能。
本发明光收发器件1000包括管壳10、光纤适配器20、第一光发射组件30、第二光发射组件40、第一滤光片50和第一透镜60，由于第二光发射组件40发射的光束经过第一滤光片50反射后以平行光束在管壳10内的光路通道中传输，平行光束在经过多个光学元件可减少光信号损失，第一光发射组件30和第二光发射组件40发射的光束经过第一滤光片所产生的两种不同波长的平行光束经过第一透镜60后会聚至光纤适配器20的光纤内，提高了光信号的耦合效率。另一方面，由于会聚光的入射面与光学元件之间的角度不同，导致光线在出射时强度变弱，且光斑大小难以调整。而且，会聚光还要考虑焦点的问题，对各光学元件之间的位置和间隔要求很严格，本申请在光路通道中，不必考虑会聚光焦点的问题，从而使得管壳10内部的各光学元件能更好地进行合理设置，从而降低光收发器件整个设计的难度。
参照图1和图2，所述第一滤光片50与所述管壳10的轴向呈45°设置。
本实施例中，第一滤光片50的透射特性，入射光束的发散角会影响第一滤光片50的透射特性，出现透射通带变小及发散损耗增大的情况，且该现象随着入射角度的增大而更加明显，一般第一滤光片50的偏振角度是0度或者45度，因此入射光束最佳的入射角是0度或者45度。由于第一光发射组件30和第二光发射组件40的中心轴线垂直设置，为了将第二光发射组件40的光束反射为与第一光发射组件30的光束相平行，第一滤光片50与管壳10的轴向呈45°设置，第一滤光片50的反射面朝向第二光发射组件40。
进一步的，所述管壳10内还设有第二透镜70，所述第二光发射组件40用于发射发散光束，所述第二透镜70位于所述第一滤光片50和所述第二光发射组件40之间，以使所述第二光发射组件40发射的发散光束形成平行光束后经过所述第一透镜60后会聚至所述光纤适配器20的光纤内。
本实施例中，由于第二光发射组件40设于管壳10的侧面，为了减小整个光收发器件1000的体积，第二光发射组件40用于发射发散光束，整体体积小，便于安装。在第一滤光片50和第二光发射组件40之间设置第二透镜70，用于对第二光发射组件40发出的发散光进行准直，形成平行光束，平行光束到达第一滤光片50后反射为与管壳10的轴向相平行的平行光束，然后经过第一透镜60后会聚至光纤适配器20的光纤内，提高了光发射信号的耦合效率。
参照图2、图3和图4，所述光收发器件1000还包括：
第一光接收组件80，设于所述管壳10的侧壁，并与所述第二光发射组件40沿所述管壳10的轴向依次间隔设置；
第二光接收组件90，设于所述管壳10的侧壁，并与所述第一光接收组件80间隔设置；以及
光学组件100，位于所述管壳10内，所述光学组件100位于所述第一滤光片50和所述第一透镜60之间，以反射所述光纤适配器20发出的两种波长的光束，所述第一光接收组件80接收一所述光束，所述第二光接收组件90接收另一所述光束。
本实施例中，光纤适配器20还接收波长为λ3和λ4的光信号，该光信号经过第一透镜60准直后入射到光学组件100上，光学组件100用于发射波长为λ3和波长为λ4的光信号，并将波长为λ3的光信号传送到第一光接收组件80进行接收，将波长为λ4的光信号传送到第二光接收组件90进行接收。
第一光接收组件80和第二光接收组件90均设于管壳10的侧壁，用于接收不同波长的光信号，可以理解的，第一光接收组件80和第二光接收组件90可沿着管壳10的轴向间隔设置，或者第一光接收组件80和第二光接收组件90设于管壳10的相邻两侧，或者第一光接收组件80和第二光接收组件90设于管壳10的相对两侧，根据第一光接收组件80和第二光接收组件90的设置位置，光学组件100分别将两种波长的光束分别发送到第一光接收组件80和第二光接收组件90。本实施例中，优选将第一光接收组件80和第二光接收组件90设于管壳10的相对两侧，且位于第二光发射组件40和第二光接收组件90之间，以减小管壳10的整体长度，节约成本。
进一步的，所述光收发器件1000还包括位于所述管壳10内的隔离器110，所述隔离器110位于所述第一滤光片50和所述光学组件100之间，以对所述光纤适配器20所接收的光信号和所发出的光信号进行隔离。
本实施例中，隔离器110位于第一滤光片50和光学组件100的焦点之间的位置，用于阻挡透过光学组件100的光进入第一滤光片50。光纤适配器20接收的两组光信号分别传送至第一光接收组件80和第二光接收组件90时，部分光信号会反射回第一光发射组件30和第二光发射组件40中从而影响其性能，采用隔离器110将光纤适配器20接收的光信号进行隔离，以降低光发射信号与光接收信号之间的相互串扰。
该隔离器110适用于双波段(1270nm、1310nm)，第一光接收组件80接收1310nm的光信号，第二光接收组件90接收1270nm的光信号，增加了光收发器件1000在1310nm波长端的回损指标，光路插损小，使光收发器件1000的抗反射能力加强。
参照图1和图4，所述光学组件100包括沿着所述管壳10的轴向依次间隔设置的第二滤光片101、第三滤光片102和反射片103，所述第二滤光片101邻近所述隔离器110设置，所述第三滤光片102邻近所述第一透镜60设置，所述第二滤光片101与所述第一光接收组件80相对设置，所述反射片103与所述第二光接收组件90设置。
本实施例中，第一光接收组件80和第二光接收组件90设于管壳10的相对两侧，且第二光接收组件90与第二光发射组件40沿着管壳10的轴向间隔设置，整体结构更紧凑。
光学组件100包括第二滤光片101、第三滤光片102和反射片103，第二滤光片101用于反射波长为λ3的光信号，第一光接收组件80接收该光信号。第三滤光片102的作用是将λ3的光束透射，而对λ4的光束反射，第三滤光片102为小角度滤波片，其设计角度为10°～20°，这样即使λ3和λ4的波长相隔比较近，第三滤光片102也可以将两束光分开，采用小角度滤光片可以有效的满足通带范围，提高器件性能。从第三滤光片102透射的光束λ3入射到第一光接收组件80上，再被其内部的探测器接收以转化为电信号，则该光路完成了第一光接收组件80的接收耦合。
被第三滤光片102反射的光束λ4入射到反射片103，反射片103对光束全反射后入射到第二光接收组件90上，然后光束再被其内部的探测器接收以转化为电信号，从而实现了第二光接收组件90的接收耦合。
优选第三滤光片102与所述管壳10的中心轴线的垂直线之间呈13°设置，反射片103与所述管壳10的轴向呈32°设置。第三滤光片102与反射片103配合可将光路方向改变90度，使得进入到第二光接收组件90的光束为平行光。
其中，第三滤光片102与反射片103配合的光学元件，除了可以将λ4的光路改变90度外，还可以更好地区分相接近的两束接收光λ3、λ4。其中λ3为1310nm、λ4为1270nm，两束接收光的波长相对比较接近，接收时会产生串扰，通过第三滤光片102透过λ3，反射λ4将两束光区分开；再通过第二滤光片101反射λ3，反射片103反射λ4，将两束光分别改变90度方向，使得λ3、λ4最终呈180度，降低光串扰带来的问题。
进一步的，所述第二滤光片101与所述管壳10的轴向呈45°设置。
本实施例中，由于第一光接收组件80和光纤适配器20的中心轴线垂直设置，为了将光纤适配器20发出的光束反射为平行的光束，第二滤光片101与管壳10的轴向呈45°设置，第二滤光片101的反射面朝向第一光接收组件80。
进一步的，所述第一光接收组件80与所述第二滤光片101之间设有第四滤光片120，所述第四滤光片120与所述管壳10的轴向相平行；
且/或，所述第二光接收组件90与所述反射片103之间设有第五滤光片130，所述第五滤光片130与所述管壳10的轴向相平行。
本实施例中，第一光接收组件80与第二滤光片101之间设有第四滤光片120，第四滤光片120与管壳10的轴向相平行，第四滤光片120用于过滤杂波，提高第一光接收组件80的光接收性能。
优选的，第二光接收组件90与反射片103之间设有第五滤光片130，第五滤光片130与管壳10的轴向相平行，第五滤光片130用于过滤杂波，提高第二光接收组件90的光接收性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光收发器件，其特征在于，包括：
管壳，所述管壳的一端安装有光纤适配器；
第一光发射组件，安装于所述管壳远离所述光纤适配器的一端且与所述光纤适配器相对设置；
第二光发射组件，设于所述管壳的侧壁；
第一滤光片，设于所述管壳内，所述第一滤光片靠近所述第一光发射组件和所述第二光发射组件设置；以及
第一透镜，设于所述管壳内，所述第一透镜靠近所述光纤适配器设置，并与所述第一滤光片于所述管壳的轴向依次间隔设置；
所述第一滤光片用于透射所述第一光发射组件发射的光束并反射所述第二光发射组件发射的光束，所产生的两种不同波长的平行光束经过所述第一透镜后会聚至所述光纤适配器的光纤内。
2.如权利要求1所述的光收发器件，其特征在于，所述第一滤光片与所述管壳的轴向呈45°设置。
3.如权利要求2所述的光收发器件，其特征在于，所述管壳内还设有第二透镜，所述第二光发射组件用于发射发散光束，所述第二透镜位于所述第一滤光片和所述第二光发射组件之间，以使所述第二光发射组件发射的发散光束形成平行光束后经过所述第一透镜后会聚至所述光纤适配器的光纤内。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的光收发器件，其特征在于，所述光收发器件还包括：
第一光接收组件，设于所述管壳的侧壁，并与所述第二光发射组件沿所述管壳的轴向依次间隔设置；
第二光接收组件，设于所述管壳的侧壁，并与所述第一光接收组件间隔设置；以及
光学组件，位于所述管壳内，所述光学组件位于所述第一滤光片和所述第一透镜之间，以反射所述光纤适配器发出的两种波长的光束，所述第一光接收组件接收一所述光束，所述第二光接收组件接收另一所述光束。
5.如权利要求4所述的光收发器件，其特征在于，所述光收发器件还包括位于所述管壳内的隔离器，所述隔离器位于所述第一滤光片和所述光学组件之间，以对所述光纤适配器所接收的光信号和所发出的光信号进行隔离。
6.如权利要求5所述的光收发器件，其特征在于，所述光学组件包括沿着所述管壳的轴向依次间隔设置的第二滤光片、第三滤光片和反射片，所述第二滤光片邻近所述隔离器设置，所述第三滤光片邻近所述第一透镜设置，所述第二滤光片与所述第一光接收组件相对设置，所述反射片与所述第二光接收组件设置。
7.如权利要求6所述的光收发器件，其特征在于，所述第二滤光片与所述管壳的轴向呈45°设置。
8.如权利要求6所述的光收发器件，其特征在于，所述反射片与所述管壳的轴向呈32°设置。
9.如权利要求6所述的光收发器件，其特征在于，所述第三滤光片与所述管壳的中心轴线的垂直线之间呈13°设置。
10.如权利要求6所述的光收发器件，其特征在于，所述第一光接收组件与所述第二滤光片之间设有第四滤光片，所述第四滤光片与所述管壳的轴向相平行；
且/或，所述第二光接收组件与所述反射片之间设有第五滤光片，所述第五滤光片与所述管壳的轴向相平行。
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