CN110888199A - 一种多通道紧凑型波分复用高速光器件 - Google Patents

Abstract

一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，包括沿光轴方向依次排列的激光器模组、第一光路转换模组、光纤耦合模组、以及光纤，其特征在于：还包括设置在第一光路转换模组下方的Z‑Block模组，所述第一光路转换模组与光纤耦合模组之间还设有第二光路转换模组，用于将第一光路转换模组输出的N路平行光进行180゜弯折反射后输出到下方的Z‑Block模组的入射端，所述Z‑Block模组的出射端设有全反射结构，还包括设置在靠近Z‑Block模组入射端一侧的第三光路转换模组。该多通道紧凑型波分复用高速光器件整体长度更短、结构更紧凑。

Description

一种多通道紧凑型波分复用高速光器件

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种具有多波分复用功能的高速光器件。

背景技术

随着通信系统的升级和对通信带宽需求的快速增长，现有通信系统面临着容量和能耗两大挑战。由于并行光学模块能在更小的空间、更低的能耗占用下提供更大的带宽，关于其研究日益增多。

通常具有波分复用功能的光模块包含光学平台和波分复用光组件。目前一般采用z-block模组来做波分复用光组件，但Z-Block模组受到光路反射的角度限制，使得通道之间必须保证足够的距离，这样在水平方向结构下有较长的延伸，致使在应用上受到了一定的限制；尤其在通道速率越来越高的情况下，PCB板上的电子元器件就会越来越多，从而需要更大的PCB板空间，而Z-block模组较长的长度尺寸，必然限制了PCB板空间的增大，因此目前亟需设计一种尺寸更短的波分复用高速光器件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种整体长度更短、结构更紧凑的多通道紧凑型波分复用高速光器件。

本发明的技术解决方案是：一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，包括沿光轴方向依次排列的激光器模组、第一光路转换模组、光纤耦合模组、以及光纤，所述激光器模组发出的N路发散光源经第一光路转换模组转换为N路平行光，其特征在于：还包括设置在第一光路转换模组下方的Z-Block模组，所述第一光路转换模组与光纤耦合模组之间还设有第二光路转换模组，用于将第一光路转换模组输出的N路平行光进行180゜弯折反射后输出到下方的Z-Block模组的入射端，所述Z-Block模组的出射端设有全反射结构，用于将Z-Block模组输出合成的一路光线进行180゜弯折反射后返回至入射端，还包括设置在靠近Z-Block模组入射端一侧的第三光路转换模组，用于将Z-Block模组出射返回的该路光线再次进行弯折反射后经光纤耦合模组耦合到光纤中。

采用上述结构后，本发明具有以下优点：

本发明多通道紧凑型波分复用高速光器件采用上下两层、往返重叠的光路设计，从而可以将Z-Block模组设置在第一光路转换模组的下方，这样可以大大减小光器件的长度，整体尺寸较短、结构更紧凑；另外采用平行光耦合进入到Z-Block模组中，可增大整个光路耦合系统的可容许误差，使光路结构对各部件的位置移动不敏感、稳定性更强。

作为优选，所述第一光路转换模组包括与N路发散光源分别对应的N组双透镜组，所述每组双透镜组均包括第一聚焦透镜和第二耦合透镜，所述第一聚焦透镜相比第二耦合透镜更靠近激光器模组。透镜耦合可以获得比直接耦合更高的耦合效率，而采用双透镜耦合，可分散公差，使得光路上的元件可以有更大的位移空间。

作为优选，所述第二光路转换模组包括设置在第一光轴方向上且位于第一光路转换模组与光纤耦合模组之间的第一棱镜。该设置结构简单、成本低廉。

作为优选，所述第三光路转换模组包括设置在靠近Z-Block模组入射端一侧的第二棱镜、以及设置在第一光轴方向上且位于第二光路转换模组与光纤耦合模组之间的第三棱镜。该设置结构简单、成本低廉。

作为优选，所述Z-Block模组出射端的全反射结构包括设置在出射端上的研磨成40°

-45°角的波导。该全反射结构简单，易于加工。

作为优选，所述激光器模组和第一聚焦透镜均设置在一恒温控制模组上。该设置可使激光器模组和第一聚焦透镜的温度控制在恒温的工作条件下，温度更稳定，工作更可靠。

作为优选，还包括一用于侧面固定第二耦合透镜的支撑块，所述Z-Block模组安装在支撑块的下方。由于第二耦合透镜相比激光器模组和第一聚焦透镜，对温度的要求相对较低，因此不将其安装在恒温控制模组上，而是利用这部分节省的空间，将其与Z-Block模组上下叠加在一起，再利用支撑块对第二耦合透镜的高度进行细微的调节，不仅可以使Z-Block模组安装位置较为合理，整体结构较为紧凑，而且能保证激光器模组、第一聚焦透镜、第二耦合透镜等光器件的光路能对齐。

作为优选，所述激光器模组、第一光路转换模组、第二光路转换模组、第三光路转换模组和Z-Block模组均设置在同一密封壳体内。该设置能够保证最严苛的可靠度要求。

作为优选，还包括设置在壳体内且靠近激光器模组一侧的电路转接模组，所述电路转接模组包括设置在壳体内的基座、以及设置在基座上且端部延伸至壳体外的高速线和低速线，所述高速线通过金线与外部电路板焊盘相连，所述低速线通过PIN脚与外部电路板焊盘相连。高速线采用金线连接的方式与电路板连接，能够最大程度地保证整个模组的高速特性，低速线采用PIN脚可节约成本，并能保证与电路板的固定牢固性。

作为优选，所述高速线与部分低速线设置在基座的正面，其余的低速线设置在基座的反面，且正反两面的低速线的PIN脚之间的距离与电路板的厚度相匹配，用于将电路板夹设在正反两面的PIN脚之间。该设置利用正反两面的PIN脚将电路板夹设其间，可使电路板固定更牢固可靠。

作为优选，所述光纤耦合模组包括光纤耦合透镜、以及设置在第三光路转换模组与光纤耦合透镜之间的光隔离器，从第三光路转换模组出来的这路光依次经过光隔离器和光纤耦合透镜后进入到光纤中。设置光隔离器可防止光反射，实现光的单向传输；光隔离器位于第三光路转换模组之后，放在平行光路中，可以获得更好的隔离度；并且相比放置在激光器模组端的方案，可减少光隔离器的数量，降低产品成本。

作为优选，所述光隔离器焊接在壳体外，所述光隔离器与光纤耦合透镜之间还设有过渡环，所述光纤耦合透镜安装在一镜筒内，所述镜筒靠近过渡环的一端安装在过渡环内，所述过渡环沿光隔离器上下移动调节位置后与光隔离器固定，所述镜筒沿过渡环左右移动调节位置后固定在过渡环内。设置过渡环，可调节光纤耦合透镜的位置，从而使光路能可靠对正，耦合效率更高。

作为优选，所述光纤耦合模组还包括与光纤耦合透镜做成一体的光纤插芯。该设置能保证光路更好更可靠地耦合到光纤中。

附图说明：

图1为本发明多通道紧凑型波分复用高速光器件的光路示意图；

图2为本发明多通道紧凑型波分复用高速光器件的另一光路示意图；

图3为本发明多通道紧凑型波分复用高速光器件的正面结构示意图；

图4为本发明多通道紧凑型波分复用高速光器件的反面结构示意图；

图5为本发明多通道紧凑型波分复用高速光器件的内部俯视图；

图6为本发明多通道紧凑型波分复用高速光器件的内部剖视图；

图中：1-激光器模组，2-第一聚焦透镜，3-支撑块，4-第二耦合透镜，5-第一棱镜，6-Z-Block模组，7-第二棱镜，8-第三棱镜，9-光隔离器，10-光纤耦合透镜，11-光纤插芯，12-恒温控制模组，13-壳体，14-电路板，15-第一光路转换模组，16-第二光路转换模组，17-第三光路转换模组，18-Z-Block模组的入射端，19-Z-Block模组的出射端，20-电路转接模组，21-基座，22-高速线，23-低速线，24-光纤，25-过渡环，26-光纤耦合模组，27-镜筒。

具体实施方式

下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例：

请先参阅图6，为本发明揭露的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件的实施例，该多通道紧凑型波分复用高速光器件，包括沿光轴方向依次排列的激光器模组1、第一光路转换模组15、光纤耦合模组26、以及光纤24，如图5所示，所述激光器模组1发出的N路发散光源1A、1B、1C、1D经第一光路转换模组15转换为N路平行光，该多通道紧凑型波分复用高速光器件，还包括设置在第一光路转换模组15下方的Z-Block模组6，Z-Block模组6为现有技术，所述第一光路转换模组15与光纤耦合模组26之间还设有第二光路转换模组16，用于将第一光路转换模组15输出的N路平行光进行180゜弯折反射后输出到下方的Z-Block模组6的入射端18，所述Z-Block模组6的出射端19设有全反射结构，用于将Z-Block模组6输出合成的一路光线进行180゜弯折反射后返回至入射端18，还包括设置在靠近Z-Block模组6入射端18一侧的第三光路转换模组17，用于将Z-Block模组6出射返回的该路光线再次进行弯折反射后经光纤耦合模组26耦合到光纤24中。

本发明多通道紧凑型波分复用高速光器件采用上下两层、往返重叠的光路设计，从而可以将Z-Block模组6设置在第一光路转换模组15的下方，这样可以大大减小光器件的长度，整体尺寸较短、结构更紧凑；另外采用平行光耦合进入到Z-Block模组6中，可增大整个光路耦合系统的可容许误差，使光路结构对各部件的位置移动不敏感、稳定性更强。

作为优选，所述第一光路转换模组15包括与N路发散光源(1A、1B、1C、1D)分别对应的N组双透镜组，所述每组双透镜组均包括第一聚焦透镜2和第二耦合透镜4，所述第一聚焦透镜2相比第二耦合透镜4更靠近激光器模组1。透镜耦合可以获得比直接耦合更高的耦合效率，而采用双透镜耦合，可分散公差，使得光路上的元件可以有更大的位移空间。

作为优选，所述第二光路转换模组16包括设置在第一光轴方向上且位于第一光路转换模组15与光纤耦合模组26之间的第一棱镜5，第一棱镜5的设计采用现有技术即可。该设置结构简单、成本低廉。

作为优选，所述第三光路转换模组17包括设置在靠近Z-Block模组6入射端18一侧的第二棱镜7、以及设置在第一光轴方向上且位于第二光路转换模组16与光纤耦合模组26之间的第三棱镜8，第二棱镜7和第三棱镜8的设计采用现有技术即可。该设置结构简单、成本低廉。

作为优选，所述Z-Block模组6出射端19的全反射结构包括设置在出射端19上的研磨成40°-45°角的波导。该全反射结构简单，易于加工。

作为优选，所述激光器模组1和第一聚焦透镜2均设置在一恒温控制模组12上，恒温控制模组12可采用热电温度控制器TEC，热电温度控制器TEC为现有技术。该设置可使激光器模组1和第一聚焦透镜2的温度控制在恒温的工作条件下，温度更稳定，工作更可靠。

作为优选，还包括一用于侧面固定第二耦合透镜4的支撑块3，所述Z-Block模组6安装在支撑块3的下方。由于第二耦合透镜4相比激光器模组1和第一聚焦透镜2，对温度的要求相对较低，因此不将其安装在恒温控制模组12上，而是利用这部分节省的空间，将其与Z-Block模组6上下叠加在一起，再利用支撑块3对第二耦合透镜4的高度进行细微的调节，不仅可以使Z-Block模组6安装位置较为合理，整体结构较为紧凑，而且能保证激光器模组1、第一聚焦透镜2、第二耦合透镜4等光器件的光路能对齐。

作为优选，所述激光器模组1、第一光路转换模组15、第二光路转换模组16、第三光路转换模组17和Z-Block模组6均设置在同一密封壳体13内。该设置能够保证最严苛的可靠度要求。

作为优选，如图3、4、6所示，还包括设置在壳体13内且靠近激光器模组1一侧的电路转接模组20，所述电路转接模组20包括设置在壳体13内的基座21、以及设置在基座21上且端部延伸至壳体13外的高速线22和低速线23，所述基座21可采用陶瓷制作而成，所述高速线22通过金线与外部电路板14焊盘相连，所述低速线23通过PIN脚与外部电路板14焊盘相连。高速线22采用金线连接的方式与电路板14连接，能够最大程度地保证整个模组的高速特性，低速线23采用PIN脚可节约成本，并能保证与电路板14的固定牢固性。

作为优选，所述高速线22与部分低速线23设置在基座21的正面，其余的低速线23设置在基座21的反面，且正反两面的低速线23的PIN脚之间的距离与电路板14的厚度相匹配，用于将电路板14夹设在正反两面的PIN脚之间。该设置利用正反两面的PIN脚将电路板14夹设其间，可使电路板14固定更牢固可靠。

作为优选，如图1所示，所述光纤耦合模组26包括光纤耦合透镜10、以及设置在第三光路转换模组17与光纤耦合透镜10之间的光隔离器9，从第三光路转换模组17出来的这路光依次经过光隔离器9和光纤耦合透镜10后进入到光纤24中。设置光隔离器9可防止光反射，实现光的单向传输；光隔离器9位于第三光路转换模组17之后，放在平行光路中，可以获得更好的隔离度；并且相比放置在激光器模组1端的方案，可减少光隔离器9的数量，降低产品成本。

作为优选，如图3、6所示，所述光隔离器9焊接在壳体13外，所述光隔离器9与光纤耦合透镜10之间还设有过渡环25，所述光纤耦合透镜10安装在一镜筒27内，所述镜筒27靠近过渡环25的一端安装在过渡环25内，所述过渡环25沿光隔离器9上下移动调节位置后与光隔离器9固定，所述镜筒27沿过渡环25左右移动调节位置后固定在过渡环25内。设置过渡环25，可调节光纤耦合透镜10的位置，从而使光路能可靠对正，耦合效率更高。

作为优选，如图1、6所示，所述光纤耦合模组26还包括与光纤耦合透镜10做成一体的光纤插芯11。该设置能保证光路更好更可靠地耦合到光纤24中。

Claims (13)

1.一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，包括沿光轴方向依次排列的激光器模组(1)、第一光路转换模组(15)、光纤耦合模组(26)、以及光纤(24)，所述激光器模组(1)发出的N路发散光源(1A、1B、1C、1D)经第一光路转换模组(15)转换为N路平行光，其特征在于：还包括设置在第一光路转换模组(15)下方的Z-Block模组(6)，所述第一光路转换模组(15)与光纤耦合模组(26)之间还设有第二光路转换模组(16)，用于将第一光路转换模组(15)输出的N路平行光进行180゜弯折反射后输出到下方的Z-Block模组(6)的入射端(18)，所述Z-Block模组(6)的出射端(19)设有全反射结构，用于将Z-Block模组(6)输出合成的一路光线进行180゜弯折反射后返回至入射端(18)，还包括设置在靠近Z-Block模组(6)入射端(18)一侧的第三光路转换模组(17)，用于将Z-Block模组(6)出射返回的该路光线再次进行弯折反射后经光纤耦合模组(26)耦合到光纤(24)中。

2.根据权利要求1所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述第一光路转换模组(15)包括与N路发散光源(1A,1B,1C,1D)分别对应的N组双透镜组，所述每组双透镜组均包括第一聚焦透镜(2)和第二耦合透镜(4)，所述第一聚焦透镜(2)相比第二耦合透镜(4)更靠近激光器模组(1)。

3.根据权利要求1所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述第二光路转换模组(16)包括设置在第一光轴方向上且位于第一光路转换模组(15)与光纤耦合模组(26)之间的第一棱镜(5)。

4.根据权利要求1所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述第三光路转换模组(17)包括设置在靠近Z-Block模组(6)入射端(18)一侧的第二棱镜(7)、以及设置在第一光轴方向上且位于第二光路转换模组(16)与光纤耦合模组(26)之间的第三棱镜(8)。

5.根据权利要求1所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述Z-Block模组(6)出射端(19)的全反射结构包括设置在出射端(19)上的研磨成40°-45°角的波导。

6.根据权利要求2所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述激光器模组(1)和第一聚焦透镜(2)均设置在一恒温控制模组(12)上。

7.根据权利要求6所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：还包括一用于侧面固定第二耦合透镜(4)的支撑块(3)，所述Z-Block模组(6)安装在支撑块(3)的下方。

8.根据权利要求1所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述激光器模组(1)、第一光路转换模组(15)、第二光路转换模组(16)、第三光路转换模组(17)和Z-Block模组(6)均设置在同一密封壳体(13)内。

9.根据权利要求8所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：还包括设置在壳体(13)内且靠近激光器模组(1)一侧的电路转接模组(20)，所述电路转接模组(20)包括设置在壳体(13)内的基座(21)、以及设置在基座(21)上且端部延伸至壳体(13)外的高速线(22)和低速线(23)，所述高速线(22)通过金线与外部电路板(14)焊盘相连，所述低速线(23)通过PIN脚与外部电路板(14)焊盘相连。

10.根据权利要求9所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述高速线(22)与部分低速线(23)设置在基座(21)的正面，其余的低速线(23)设置在基座(21)的反面，且正反两面的低速线(23)的PIN脚之间的距离与电路板(14)的厚度相匹配，用于将电路板(14)夹设在正反两面的PIN脚之间。

11.根据权利要求1所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述光纤耦合模组(26)包括光纤耦合透镜(10)、以及设置在第三光路转换模组(17)与光纤耦合透镜(10)之间的光隔离器(9)，从第三光路转换模组(17)出来的这路光依次经过光隔离器(9)和光纤耦合透镜(10)后进入到光纤(24)中。

12.根据权利要求11所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述激光器模组(1)、第一光路转换模组(15)、第二光路转换模组(16)、第三光路转换模组(17)和Z-Block模组(6)均设置在同一密封壳体(13)内,所述光隔离器(9)焊接在壳体(13)外，所述光隔离器(9)与光纤耦合透镜(10)之间还设有过渡环(25)，所述光纤耦合透镜(10)安装在一镜筒(27)内，所述镜筒(27)靠近过渡环(25)的一端安装在过渡环(25)内，所述过渡环(25)沿光隔离器(9)上下移动调节位置后与光隔离器(9)固定，所述镜筒(27)沿过渡环(25)左右移动调节位置后固定在过渡环(25)内。

13.根据权利要求11所述的一种多通道紧凑型波分复用高速光器件，其特征在于：所述光纤耦合模组(26)还包括与光纤耦合透镜(10)做成一体的光纤插芯(11)。

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