CN110941050A - 一种多通道高密度波分复用高速光器件 - Google Patents

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Abstract

一种多通道高密度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、光路转换模组、波分复用模组、光纤耦合模组、光纤，其特征在于：所述波分复用模组包括四通道的第一Z‑Block模块和四通道的第二Z‑Block模块，所述激光器模组发出的八路发散光经光路转换模组转换为八路平行光，八路平行光按四路一组分成两组，其中一组耦合经过第一Z‑Block模块后合成一路，另一组耦合经过第二Z‑Block模块后合成第二路，从第一Z‑Block模块和第二Z‑Block模块出来的两路光再经合波模组后合成一路。该多通道高密度波分复用高速光器件可大大缩短光程。

Description

一种多通道高密度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。要求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。
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。目前市面上四通道用Z-Block模块的设计较多，但是扩展到八通道，如果用一个八通道的Z-Block模块，必然会遇到最后二、三个通道由于光程太长，反射次数太多，造成光斑变形而降低耦合效率的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种可大大缩短光程的多通道高密度波分复用高速光器件。
本发明的技术解决方案是：一种多通道高密度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、光路转换模组、波分复用模组、光纤耦合模组、光纤，其特征在于：所述波分复用模组包括四通道的第一Z-Block模块和四通道的第二Z-Block模块，还包括设置在波分复用模组与光纤耦合模组之间的合波模组，所述激光器模组发出的八路发散光经光路转换模组转换为八路平行光，八路平行光按四路一组分成两组，其中一组耦合经过第一Z-Block模块后合成一路，另一组耦合经过第二Z-Block模块后合成第二路，从第一Z-Block模块和第二Z-Block模块出来的两路光再经合波模组后合成一路，然后合成的这路光再经光纤耦合模组进入到光纤中。
采用上述结构后，本发明具有以下优点：
本发明多通道高密度波分复用高速光器件很好的利用了四通道Z-block模块的优势，把八通道的光分成两组四通道的光，这样两组光可以同时进入到两个四通道的Z-block模块中，而四通道的Z-block模块对于最后几个通道而言，反射次数相比八通道要少得多，因此大大减少了最后几个通道的光程，从而使得光斑变形减小，耦合效率提高；另外采用平行光耦合进入到波分复用模组中，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，所述光路转换模组包括与八路发散光分别对应的八组双透镜组，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，所述激光器模组、光路转换模组、波分复用模组、合波模组均设置在同一光学衬底上，所述光学衬底的底部设有一恒温控制模组。将元器件放在同一光学衬底上，在高低温可以获得更好的稳定性，设置恒温控制模组，使得产品内部温度控制在恒温的工作条件下，两者的结合使得温度更稳定，恒温效果更好。
作为优选，所述第一聚焦透镜和第二耦合透镜均通过定位槽固定在光学衬底上。设置定位槽，一方面作为定位的基准，方便耦合，另一方面，也能增加透镜的固定牢固度。
作为优选，所述激光器模组、光路转换模组、波分复用模组、合波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PCB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脚将电路板夹设期间，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、以及设置在合波模组与光纤耦合透镜之间的光隔离器，从合波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；光隔离器位于合波模组输出端口，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为本发明多通道高密度波分复用高速光器件的光路示意图；
图2为本发明多通道高密度波分复用高速光器件的正面结构示意图；
图3为本发明多通道高密度波分复用高速光器件的反面结构示意图；
图4为本发明多通道高密度波分复用高速光器件的内部俯视图；
图5为本发明多通道高密度波分复用高速光器件的内部侧视图；
图中：1-壳体，2-恒温控制模组，3-光学衬底，4-激光器模组，5-第一聚焦透镜，6-第二耦合透镜，7-波分复用模组，8-合波模组，9-光隔离器，10-光纤耦合透镜，11-过渡环，12-光路转换模组，13-光纤耦合模组，14-光纤，15-第一Z-Block模块，16-第二Z-Block模块，17-电路转接模组，18-基座，19-高速线，20-低速线，21-电路板，22-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：
一种多通道高密度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4、光路转换模组12、波分复用模组7、光纤耦合模组13、光纤14，所述波分复用模组7包括四通道的第一Z-Block模块15和四通道的第二Z-Block模块16，Z-Block模块为现有技术，还包括设置在波分复用模组7与光纤耦合模组13之间的合波模组8，合波模组8例如偏振分光棱镜或小角度CWDM滤片，所述激光器模组4发出的八路发散光4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g,4h经光路转换模组12转换为八路平行光，八路平行光按四路一组分成两组，其中一组耦合经过第一Z-Block模块15后合成一路，另一组耦合经过第二Z-Block模块16后合成第二路，从第一Z-Block模块15和第二Z-Block模块16出来的两路光再经合波模组8后合成一路，然后合成的这路光再经光纤耦合模组13进入到光纤14中。
本发明多通道高密度波分复用高速光器件很好的利用了四通道Z-block模块的优势，把八通道的光分成两组四通道的光，这样两组光可以同时进入到两个四通道的Z-block模块中，而四通道的Z-block模块对于最后几个通道而言，反射次数相比八通道要少得多，因此大大减少了最后几个通道的光程，从而使得光斑变形减小，耦合效率提高；另外采用平行光耦合进入到波分复用模组7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，所述光路转换模组12包括与八路发散光4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g,4h分别对应的八组双透镜组，所述每组双透镜组均包括第一聚焦透镜5和第二耦合透镜6，所述第一聚焦透镜5相比第二耦合透镜6更靠近激光器模组4。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，所述激光器模组4、光路转换模组12、波分复用模组7、合波模组8均设置在同一光学衬底3上，所述光学衬底3的底部设有一恒温控制模组2，光学衬底3可采用硅片，恒温控制模组2可采用热电温度控制器TEC，热电温度控制器TEC为现有技术。将元器件放在同一光学衬底3上，在高低温可以获得更好的稳定性，设置恒温控制模组2，使得产品内部温度控制在恒温的工作条件下，两者的结合使得温度更稳定，恒温效果更好。
作为优选，所述第一聚焦透镜5和第二耦合透镜6均通过定位槽固定在光学衬底3上，定位槽可采用V形定位槽。设置定位槽，一方面作为定位的基准，方便耦合，另一方面，也能增加透镜的固定牢固度。
作为优选，所述激光器模组4、光路转换模组12、波分复用模组7、合波模组8均设置在同一密封壳体1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1内且靠近激光器模组4一侧的电路转接模组17，所述电路转接模组17包括设置在壳体1内的基座18、以及设置在基座18上且端部延伸至壳体1外的高速线19和低速线20，所述基座18可由陶瓷制作而成，所述高速线19通过金线与外部电路板21焊盘相连，所述低速线20通过PIN脚与外部电路板21焊盘相连。高速线19采用金线连接的方式与PCB连接，能够最大程度地保证整个模组的高速特性，低速线20采用PIN脚可节约成本，并能保证与电路板21的固定牢固性。
作为优选，所述高速线19与部分低速线20设置在基座18的正面，其余的低速线20设置在基座18的反面，且正反两面的低速线20的PIN脚之间的距离与电路板21的厚度相匹配，用于将电路板21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21夹设期间，可使电路板21固定更牢固可靠。
作为优选，所述光纤耦合模组13包括光纤耦合透镜10、以及设置在合波模组8与光纤耦合透镜10之间的光隔离器9，从合波模组8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14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位于合波模组8输出端口，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4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，所述光隔离器9焊接在壳体1外，所述光隔离器9与光纤耦合透镜10之间还设有过渡环11，所述光纤耦合透镜10安装在一镜筒22内，所述镜筒22靠近过渡环11的一端安装在过渡环11内，所述过渡环11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22沿过渡环11左右移动调节位置后固定在过渡环11内。设置过渡环11，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，所述光纤耦合模组13还包括与光纤耦合透镜10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14中。

Claims (10)

1.一种多通道高密度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(4)、光路转换模组(12)、波分复用模组(7)、光纤耦合模组(13)、光纤(14)，其特征在于：所述波分复用模组(7)包括四通道的第一Z-Block模块(15)和四通道的第二Z-Block模块(16)，还包括设置在波分复用模组(7)与光纤耦合模组(13)之间的合波模组(8)，所述激光器模组(4)发出的八路发散光(4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g,4h)经光路转换模组(12)转换为八路平行光，八路平行光按四路一组分成两组，其中一组耦合经过第一Z-Block模块(15)后合成一路，另一组耦合经过第二Z-Block模块(16)后合成第二路，从第一Z-Block模块(15)和第二Z-Block模块(16)出来的两路光再经合波模组(8)后合成一路，然后合成的这路光再经光纤耦合模组(13)进入到光纤(14)中。
2.根据权利要求1所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：所述光路转换模组(12)包括与八路发散光分别对应的八组双透镜组，所述每组双透镜组均包括第一聚焦透镜(5)和第二耦合透镜(6)，所述第一聚焦透镜(5)相比第二耦合透镜(6)更靠近激光器模组(4)。
3.根据权利要求1所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：所述激光器模组(4)、光路转换模组(12)、波分复用模组(7)、合波模组(8)均设置在同一光学衬底(3)上，所述光学衬底(3)的底部设有一恒温控制模组(2)。
4.根据权利要求3所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：所述第一聚焦透镜(5)和第二耦合透镜(6)均通过定位槽固定在光学衬底(3)上。
5.根据权利要求1所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：所述激光器模组(4)、光路转换模组(12)、波分复用模组(7)、合波模组(8)均设置在同一密封壳体(1)内。
6.根据权利要求5所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：还包括设置在壳体(1)内且靠近激光器模组(4)一侧的电路转接模组(17)，所述电路转接模组(17)包括设置在壳体(1)内的基座(18)、以及设置在基座(18)上且端部延伸至壳体(1)外的高速线(19)和低速线(20)，所述高速线(19)通过金线与外部电路板(21)焊盘相连，所述低速线(20)通过PIN脚与外部电路板(21)焊盘相连。
7.根据权利要求6所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：所述高速线(19)与部分低速线(20)设置在基座(18)的正面，其余的低速线(20)设置在基座(18)的反面，且正反两面的低速线(20)的PIN脚之间的距离与电路板(21)的厚度相匹配，用于将电路板(21)夹设在正反两面的PIN脚之间。
8.根据权利要求1所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：所述光纤耦合模组(13)包括光纤耦合透镜(10)、以及设置在合波模组(8)与光纤耦合透镜(10)之间的光隔离器(9)，从合波模组(8)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(14)中。
9.根据权利要求8所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：所述激光器模组(4)、光路转换模组(12)、波分复用模组(7)、合波模组(8)均设置在同一密封壳体(1)内，所述光隔离器(9)焊接在壳体(1)外，所述光隔离器(9)与光纤耦合透镜(10)之间还设有过渡环(11)，所述光纤耦合透镜(10)安装在一镜筒(22)内，所述镜筒(22)靠近过渡环(11)的一端安装在过渡环(11)内，所述过渡环(11)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(22)沿过渡环(11)左右移动调节位置后固定在过渡环(11)内。
10.根据权利要求8所述的一种多通道高密度波分复用高速光器件，其特征在于：所述光纤耦合模组(13)还包括与光纤耦合透镜(10)做成一体的光纤插芯。
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