CN110794529B - 一种光组件及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光组件及其系统，包括与壳体连接的信号接收模块，所述光组件还包括信号处理模块和信号输出模块，所述信号处理模块包括分光模块，其中，所述分光模块，用于将原始信号光转化为第一信号光和第二信号光，所述信号处理模块和所述信号输出模块集成于所述壳体内部。本发明通过改进光路使得多部件彼此之间紧密放置，并且通过改进环形器使得环形器对信号光进行隔离的同时进行分光，进一步缩小了光组件的体积，解决了传统光模块的多个独立的光组件需要占用模块中大量空间、装配难度较大等问题的同时，具有多个传统光组件的功能。

Description

一种光组件及其系统
技术领域
本发明涉及光通信领域，特别涉及一种光组件及其系统。
背景技术
接收端的光模块是长距离光通信的核心部件之一，在接收端进行光电转换时，信号光需要经过功率衰减、功率放大后传输至光电二极管中转换为电信号。为了提高信号传输效率，需要将光模块尽量做小，制约光模块大小的一个重要因素是光模块中所使用的各种光组件的大小。因此，要缩小光模块的尺寸，需要使用尽可能小型化的光组件以及减少光组件的数量。
目前，接收端的光模块中使用多个独立封装的光组件进行工作，每个独立的光组件需要单独加电和控制。由于每个光组件之间使用光纤连接，光纤需要进行熔接，且模块中有多段光纤需要盘纤。因此光模块存在多个独立的光组件需要占用模块中大量空间，装配难度较大等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种光组件及其系统，通过单一的光组件实现光电信息的转换，解决了接收端的光模块体积较大的问题。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种光组件，包括与壳体连接的信号接收模块，所述光组件还包括信号处理模块和信号输出模块，所述信号处理模块包括分光模块，其中，所述分光模块，用于将原始信号光转化为第一信号光和第二信号光，所述信号处理模块和所述信号输出模块集成于所述壳体内部。可选地，所述分光模块为环形分光模块或棱镜分光模块。
可选地，所述环形分光模块内设置有第一平面、第二平面、第三平面和第四平面，所述第一平面与所述第二平面平行，所述第二平面与所述第三平面垂直，所述第三平面与所述第四平面彼此之间存在夹角。
可选地，所述第二平面上设置有第一光学薄膜层，在所述原始信号光由所述第一平面传输至所述第二平面的情况下，所述原始信号光能够按照被所述第一光学薄膜层全反射的方式反射至所述第四平面。
可选地，所述第四平面上设置有第二光学薄膜层，在所述原始信号光由所述第二平面传输至所述第四平面的情况下，所述原始信号光按照被所述第二光学薄膜层部分反射的方式生成第一信号光和第二信号光，其中，所述第二信号光反射至所述第三平面，所述第一信号光按照透射所述第四平面的方式传输至所述监测模块。
可选地，所述第三平面上设置有第三光学薄膜层，在所述第二信号光由所述第四平面传输至所述第三平面的情况下，所述第二信号光按照被所述第三光学薄膜层透射的方式由所述环形分光模块出射。
可选地，所述棱镜分光模块包括设置有所述第一光学薄膜层的第五平面、设置有所述第一光学薄膜层的第六平面、设置有第二光学薄膜层的第七平面和设置有第三光学薄膜层的第八平面。
可选地，在所述原始信号光传输至所述棱镜分光模块的情况下，所述第五平面将所述原始信号光反射至光衰减模块，经光衰减模块反射出的功率衰减的信号光传输至所述第七平面生成两路信号光，一路信号光传输至所述监测模块，另一路信号光传输至所述第六平面，所述第六平面按照全反射的方式将所述信号光反射至所述第八平面，所述信号光按照穿透所述第三光学薄膜层的方式由所述棱镜分光模块出射。
可选地，所述光电转换模块包括沿信号光传播方向依次排列的第一聚焦模块、光放大模块、准直模块、波分复用器、第二聚焦模块、棱镜和光电二极管，经所述分光模块处理后的信号光传输至所述光电转换模块时、依次经过聚焦、功率放大、准直、分波、二次聚焦和反射后，被所述光电二极管转化为电信号。
相应地，本发明还提供，一种光组件系统，包括集成于同一封装组件内的信号接收模块、信号处理模块和信号输出模块，所述信号处理模块包括分光模块和监测模块，所述信号接收模块，用于接收原始信号光，所述信号输出模块，用于输出带有信令数据的电信号，所述分光模块，用于将所述原始信号光转换为第一信号光和第二信号光，所述监测模块，用于监测所述原始信号光的功率大小。
本发明的首要改进之处为提供的多部件集成封装的光组件， 通过改进光路使得多部件彼此之间紧密放置，并且通过改进环形器使得环形器对信号光进行隔离的同时进行分光，进一步缩小了光组件的体积，解决了传统光模块的多个独立的光组件需要占用模块中大量空间、装配难度较大等问题的同时，具有多个传统光组件的功能。
附图说明
图1是本发明的光组件的简化结构连接俯视图；
图2是本发明的光组件的简化结构连接侧视图；
图3是本发明的环形分光模块的简化结构连接俯视图；
图4是本发明一种优选实施方式的光组件的简化结构连接侧视图；
图5是本发明的棱镜分光模块的简化结构连接侧视图。
附图标记列表
1：壳体 2：信号接收模块 3：信号输出模块
97：光电二极管 5：监测模块 6：环形分光模块
7：棱镜分光模块 8：光衰减模块 9：光电转换模块
41：第一平面 42：第二平面 43：第三平面
44：第四平面 45：第五平面 46：第六平面
47：第七平面 48：第八平面 91：第一聚焦模块
92：光放大模块 93：准直模块 94：波分复用器
95：第二聚焦模块 96：棱镜。
具体实施方式
为解决光模块存在多个独立的光组件需要占用模块中大量空间，装配难度较大的问题，本发明提供的分光模块为环形分光模块或棱镜分光模块。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在分光模块为环形分光模块6的情况下，如图1所示，光组件包括与壳体1连接的信号接收模块2、集成于壳体1内部的信号处理模块和信号输出模块3。信号处理模块包括分光模块、光电转换模块9和监测模块5。光电转换模块9包括沿信号光传播方向依次排列的第一聚焦模块91、光放大模块92、准直模块93、波分复用器94、第二聚焦模块95、棱镜96和光电二极管97。
信号接收模块2的光纤内存在原始信号光时，原始信号光由信号接收模块2传输至环形分光模块6，环形分光模块6能够基于原始信号光生成第一信号光和第二信号光，第一信号光传输至监测模块5，第二信号光通过光衰减模块8进行功率衰减后传输至光电转换模块9。
具体的，第一信号光被用于为监测模块5提供监测信号，由于环形分光模块6的分光膜分光时第一信号光与第二信号光的光强比例是固定的，因此监测模块5能够通过监测第一信号光的光强逆推出原始信号光的光强。
进一步的，如图2所示，第二信号光进入光电转换模块9后，依次经过被第一聚焦模块91聚焦、被光放大模块92功率放大、被准直模块93准直、被波分复用器94分波、被第二聚焦模块95二次聚焦、被棱镜96反射后传输至光电二极管97进行光电信号的转换。
在光电二极管97生成电信号时，电信号传输至信号输出模块3进行放大，并传递至与壳体1连接的后级电路。
为保证信号光的稳定传输，信号接收模块2、分光模块、第一聚焦模块91、准直模块93、第二聚焦模块95、棱镜96被设置为等高共轴，以保证整体光路的稳定性及传输效率。
进一步的，信号接收模块2可以包括插芯套和过渡环，插芯套通过过渡环与壳体1可拆卸连接，插芯套能够将光纤内的信号光传输至分光模块中。
进一步的，监测模块5可以是监控光电二极管MPD，能够监测原始信号光的光强。信号输出模块3可以是能够放大电信号的跨阻放大器。准直模块93均可以是能够生成平行光的准直透镜，光放大模块92可以是增大光强的半导体光放大器，聚焦模块91和第二聚焦模块95可以是一种聚焦透镜。
为保证光放大效果，光衰减模块8可以是可调光衰减器。由于在长距离光通信传输中，接收端的光模块接收到得信号光光强极低，需要光放大模块92进行光强放大，但是为了保证最终电信号的信号质量，光放大模块92的放大倍数无法调节，因此本发明通过设置光衰减模块8对信号光进行调节，保证经光放大模块92的信号光强度在光电二极管97的接收范围内，不会击穿光电二极管。
根据一种优选实施方式，环形分光模块6内设置有第一平面41、第二平面42、第三平面43和第四平面44，第一平面41与第二平面42平行，第二平面42与第三平面43垂直，第三平面43与第四平面44彼此之间存在夹角。
为提升信噪比，本发明通过将第三平面和第四平面之间设置夹角，有效地避免了系统反射光与入射光的方向相同，从而避免了系统反射光沿入射光光路返回入射光纤中造成系统的回波损耗，起到了传统的隔离器的作用。其中，系统反射光主要来源为光电二极管97表面反射的光。
根据一种优选实施方式，第二平面42上设置有第一光学薄膜层，第四平面44上设置有第二光学薄膜层，第三平面43上设置有第三光学薄膜层。
进一步的，如图3所示，在原始信号光由第一平面41传输至第二平面42的情况下，原始信号光能够按照被第一光学薄膜层全反射的方式反射至第四平面44。第四平面44上的第二光学薄膜层能够按照部分透射、部分反射的方式将信号光分光为第一信号光和第二信号光，第一信号光传输至监测模块5，第二信号光按照透射第三光学薄膜层的方式由环形分光模块6出射。
为保证环形分光模块6的分光效果，第一光学薄膜层可以由全反射光学薄膜构成，第二光学薄膜层可以由光强分光膜构成，第三薄膜层可以由增透膜构成。
进一步的，本发明通过改进环形分光器6的结构以及环形器不同通光面镀不同光学膜，实现分光。同时通过调整第三平面与第四平面的相对角度，使得环形分光器6在分光的同时能够消除系统反射。相对于常规光学元件，实现了分光片和隔离器两个元件的作用，即本发明的光组件能够实现分光、隔离、监测、光电转换等功能。
更进一步的，本发明通过改进光路使得多部件彼此之间紧密放置，并且通过改进环形器使得环形器对信号光进行隔离的同时进行分光，进一步缩小了光组件的体积，解决了传统光模块的多个独立的光组件需要占用模块中大量空间、装配难度较大等问题的同时，具有多个传统光组件的功能。
相应的，本发明还提供，一种光组件系统，包括集成于同一封装组件内的信号接收模块、信号处理模块和信号输出模块，信号处理模块包括分光模块和监测模块，信号接收模块，用于接收原始信号光，信号输出模块，用于输出带有信令数据的电信号，分光模块，用于将原始信号光转换为第一信号光和第二信号光，监测模块，用于监测原始信号光的功率大小。
在分光模块为棱镜分光模块7的情况下，如图4所示，光组件包括与壳体1连接的信号接收模块2、集成于壳体1内部的信号处理模块和信号输出模块3。信号处理模块包括棱镜分光模块7、光电转换模块9和监测模块5。
为提升信噪比，棱镜分光模块7与信号接收模块2之间设置有用于降低回波损耗的隔离器。
进一步的，光电转换模块9包括沿信号光传播方向依次排列的第一聚焦模块91、光放大模块92、准直模块93、波分复用器94、第二聚焦模块95、棱镜96和光电二极管97。
根据一种优选实施方式，棱镜分光模块7包括设置有第一光学薄膜层的第五平面45、设置有第一光学薄膜层的第六平面46、设置有第二光学薄膜层的第七平面47和设置有第三光学薄膜层的第八平面48。
为保证分光效果，第一光学薄膜层可以由全反射光学薄膜构成，第二光学薄膜层可以由光强分光膜构成，第三薄膜层可以由增透膜构成。
进一步的，如图5所示，在原始信号光传输至棱镜分光模块7的情况下，第五平面45将原始信号光反射至光衰减模块8，经光衰减模块8反射出的功率衰减的信号光传输至第七平面47生成两路信号光，一路信号光传输至监测模块5，另一路信号光传输至第六平面46，第六平面46按照全反射的方式将信号光反射至第八平面48，信号光按照穿透第三光学薄膜层的方式由棱镜分光模块7出射。
更进一步的，信号光进入光电转换模块9后，依次经过被第一聚焦模块91聚焦、被光放大模块92功率放大、被准直模块93准直、被波分复用器94分波、被第二聚焦模块95二次聚焦、被棱镜96反射后传输至光电二极管97进行光电信号的转换。
为保证电信号的信号强度，在光电二极管97生成电信号后，电信号传输至信号输出模块3进行放大，并传递至与壳体1连接的后级电路。
为保证信号光的稳定传输，信号接收模块2、分光模块、第一聚焦模块91、准直模块93、第二聚焦模块95、棱镜96被设置为等高共轴，以保证整体光路的稳定性及传输效率。
为保证光电转换效果，监测模块5可以是监控光电二极管MPD，能够监测原始信号光的光强。信号输出模块3可以是能够放大电信号的跨阻放大器。准直模块93均可以是能够生成平行光的准直透镜，光放大模块92可以是增大光强的半导体光放大器，第一聚焦模块91和第二聚焦模块95可以是一种聚焦透镜。
为保证光放大效果，光衰减模块8可以是可调光衰减器。由于在长距离光通信传输中，接收端的光模块接收到得信号光光强极低，需要光放大模块92进行光强放大，但是为了保证最终电信号的信号质量，光放大模块92的放大倍数无法调节，因此本发明通过设置光衰减模块8对信号光进行调节，保证经光放大模块92的信号光强度在光电二极管97的接收范围内，不会击穿光电二极管。
传统的接收端的光模块中监测模块5、光衰减模块8需要被固定于陶瓷垫片侧面，该工艺步骤十分复杂，不但会造成封装的困难，更会降低整体光组件封装过程的良率，无疑会增大生产的成本和难度。本发明通过改进光路使得多部件彼此之间紧密放置，并且通过设置棱镜分光模块7使得光路在竖直方向进行折射和分光，使得监测模块5与光衰减模块8可以水平设置于陶瓷垫片上，避免了将监测模块5、光衰减模块8固定于陶瓷垫片侧面这一复杂工艺步骤，有效地降低了封装的难度。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种光组件，包括与壳体(1)连接的信号接收模块(2)，其特征在于，所述光组件还包括信号处理模块和信号输出模块(3)，所述信号处理模块包括分光模块，
所述分光模块，用于将原始信号光转化为第一信号光和第二信号光，所述分光模块为环形分光模块(6)或棱镜分光模块(7)，其中，
所述环形分光模块(6)内设置有第一平面(41)、第二平面(42)、第三平面(43)和第四平面(44)，所述第一平面(41)与所述第二平面(42)平行，所述第二平面(42)与所述第三平面(43)垂直，所述第三平面(43)与所述第四平面(44)彼此之间存在夹角，所述第二平面(42)上设置有第一光学薄膜层，在所述原始信号光由所述第一平面(41)传输至所述第二平面(42)的情况下，所述原始信号光能够按照被所述第一光学薄膜层全反射的方式反射至所述第四平面(44)，所述第四平面(44)上设置有第二光学薄膜层，在所述原始信号光由所述第二平面(42)传输至所述第四平面(44)的情况下，所述原始信号光按照被所述第二光学薄膜层部分反射的方式生成第一信号光和第二信号光，所述第二信号光反射至所述第三平面(43)，所述第一信号光按照透射所述第四平面(44)的方式传输至监测模块(5)；
所述棱镜分光模块(7)包括设置有所述第一光学薄膜层的第五平面(45)、设置有所述第一光学薄膜层的第六平面(46)、设置有所述第二光学薄膜层的第七平面(47)和设置有第三光学薄膜层的第八平面(48)，在所述原始信号光传输至所述棱镜分光模块(7)的情况下，所述第五平面(45)将所述原始信号光反射至光衰减模块(8)，经光衰减模块(8)反射出的功率衰减的信号光传输至所述第七平面(47)生成两路信号光，一路信号光传输至所述监测模块(5)，另一路信号光传输至所述第六平面(46)，所述第六平面(46)按照全反射的方式将所述信号光反射至所述第八平面(48)，所述信号光按照穿透所述第三光学薄膜层的方式由所述棱镜分光模块(7)出射；
所述信号处理模块和所述信号输出模块(3)集成于所述壳体(1)内部。
2.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，所述第三平面(43)上设置有所述第三光学薄膜层，在所述第二信号光由所述第四平面(44)传输至所述第三平面(43)的情况下，所述第二信号光按照被所述第三光学薄膜层透射的方式由所述环形分光模块(6)出射。
3.根据权利要求1所述的光组件，其特征在于，所述信号处理装置还包括光电转换模块(9)，所述光电转换模块(9)包括沿信号光传播方向依次排列的第一聚焦模块(91)、光放大模块(92)、准直模块(93)、波分复用器(94)、第二聚焦模块(95)、棱镜(96)和光电二极管(97)，
经所述分光模块处理后的信号光传输至所述光电转换模块(9)时、依次经过聚焦、功率放大、准直、分波、二次聚焦和反射后，被所述光电二极管(97)转化为电信号。
4.一种光组件系统，其特征在于，包括集成于同一封装组件内的信号接收模块、信号处理模块和信号输出模块，所述信号处理模块包括分光模块和监测模块，其中，
所述信号接收模块，用于接收原始信号光；
所述信号输出模块，用于输出带有信令数据的电信号；
所述分光模块，用于将所述原始信号光转换为第一信号光和第二信号光，所述分光模块为环形分光模块(6)或棱镜分光模块(7)，其中，
所述环形分光模块(6)内设置有第一平面(41)、第二平面(42)、第三平面(43)和第四平面(44)，所述第一平面(41)与所述第二平面(42)平行，所述第二平面(42)与所述第三平面(43)垂直，所述第三平面(43)与所述第四平面(44)彼此之间存在夹角，所述第二平面(42)上设置有第一光学薄膜层，在所述原始信号光由所述第一平面(41)传输至所述第二平面(42)的情况下，所述原始信号光能够按照被所述第一光学薄膜层全反射的方式反射至所述第四平面(44)，所述第四平面(44)上设置有第二光学薄膜层，在所述原始信号光由所述第二平面(42)传输至所述第四平面(44)的情况下，所述原始信号光按照被所述第二光学薄膜层部分反射的方式生成第一信号光和第二信号光，所述第二信号光反射至所述第三平面(43)，所述第一信号光按照透射所述第四平面(44)的方式传输至监测模块(5)，
所述棱镜分光模块(7)包括设置有所述第一光学薄膜层的第五平面(45)、设置有所述第一光学薄膜层的第六平面(46)、设置有所述第二光学薄膜层的第七平面(47)和设置有第三光学薄膜层的第八平面(48)，在所述原始信号光传输至所述棱镜分光模块(7)的情况下，所述第五平面(45)将所述原始信号光反射至光衰减模块(8)，经光衰减模块(8)反射出的功率衰减的信号光传输至所述第七平面(47)生成两路信号光，一路信号光传输至所述监测模块(5)，另一路信号光传输至所述第六平面(46)，所述第六平面(46)按照全反射的方式将所述信号光反射至所述第八平面(48)，所述信号光按照穿透所述第三光学薄膜层的方式由所述棱镜分光模块(7)出射；
所述监测模块，用于监测所述原始信号光的功率大小。
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