CN111077615A

CN111077615A - 混合型光电器件

Info

Publication number: CN111077615A
Application number: CN201911421953.4A
Authority: CN
Inventors: 肖俊鹏
Original assignee: Zhuhai Jiewei Optoelectronics Technology Co ltd
Current assignee: Zhuhai Jiewei Optoelectronics Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本发明提供一种混合型光电器件，包括管壳，管壳的第一端设置有准直组件，滤波片设置在管壳内并且位于准直组件的出射端；管壳的第二端设置有泵浦激光器，泵浦激光器的出射端设置有第一准直透镜，第一准直透镜设置在泵浦激光器与滤波片之间；管壳内还是设置有光电探测器，光电探测器位于滤波片的反射光路上。本发明的混合型光电器件体积小，且链路损耗低，有利于光学设备的小型化。

Description

混合型光电器件

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，具体地，是一种混合型光电器件。

背景技术

现代通信大量使用光纤，由于光束在光纤传输过程中会存在衰减的问题，为了提高光功率，通常会在光学系统中设置泵浦激光器，使用泵浦光对光纤中传输的信号光进行放大，而使用泵浦激光器的光纤放大器是一种非常常见的光学器件。为了监控光功率的变化，通常需要使用光电探测器采集信号光的光功率，检测放大后的光信号是否满足所设定的光功率的要求。

参见图1，现有一种典型的前后向双泵浦光纤放大器具有分光器件11、光隔离器12、合波器13、光电探测器14、泵浦激光器15、掺铒光纤16、合波器17、光隔离器18、分光器件19、增益平坦滤波器20、泵浦激光器21以及光电探测器22。

光束经过分光器件11后，一部分光束被反射并被光电探测器14接收，光电探测器14用于探测未经放大的信号光的功率。经过分光器件11的另一部分光束入射到光隔离器12后，再入射到合波器13中。另一方面，泵浦激光器15发出的泵浦光也入射到合波器13，因此，信号光与泵浦光在合波器13中合光，并且经过掺铒光纤16后，光功率增加。

经过掺饵光纤16的信号光将入射到合波器17，泵浦激光器21发出的泵浦光也入射到合波器17，由合波器17将信号光与泵浦光合光后输出至光隔离器18，光束经过分光器件19后，一部分光束将入射到光电探测器22，光电探测器22采集经过放大后的信号光的光功率，而分光器19的大部分光束将经过增益平坦滤波器20后出射。

由于目前的光纤放大器中，多个光电元器件被设计成各自独立的元器件，每个元器件完成各自的功能。由于每一个元器件的输入或输出端口均为光纤，各个元器件之间的互联采用光纤熔接的方式连接，因此，现有的光纤放大器具有以下三方面的问题：

首先，光纤放大器的体积较大，增大了整体设备和装置的体积，并且每个光学元器件的封装尺寸并不相同，且每一个光学元器件都需要有安装固定位置，并会占用一定的盘纤空间。

其次，光纤放大器增加了链路损耗，由于每个光学元器件均需要独立的且重复的对光束进行准直和汇聚，势必带来不可避免的重复的耦合损耗。同时，光学元器件与光学元器件之间的光纤互联也带来了熔接损耗。

最后，光纤放大器增加了光学元器件的制造成本和使用成本，由于每个独立的光学元器件均需要一个耦合光路，需要各种型号的光学元器件，势必增加了整体系统的物料和制造成本。每个光学元器件在具体使用时，要考虑正确的熔接和安装，会带来使用上的不便利。粗略估算，一个带有前后两级泵浦的光纤放大器，总共需要13个光纤熔接点。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种体积小并且链路损耗低的混合型光电器件。

为实现本发明的主要目的，本发明提供的混合型光电器件包括管壳，管壳的第一端设置有准直组件，滤波片设置在管壳内并且位于准直组件的出射端；管壳的第二端设置有泵浦激光器，泵浦激光器的出射端设置有第一准直透镜，第一准直透镜设置在泵浦激光器与滤波片之间；管壳内还是设置有光电探测器，光电探测器位于滤波片的反射光路上。

由上述方案可见，将准直组件、光电探测器以及泵浦激光器集成在管壳内形成混合光电器件，由于多个光电元器件之间不需要通过光纤连接，大大减小了盘纤空间，且不需要在整体设备上为各个光学元器件预留相应的安装位置，可以大大减少混合光电器件的体积，整体设备的体积也相应的减小。

此外，由于各个光学元器件之间不需要使用大量的光纤进行连接，各个光学元器件之间的链路损耗非常低，从而降低混合型光电器件的链路损耗，同时也大大减少各个光学元器件之间的光纤熔接点，使得整体设备的生产成本降低。

一个优选的方案是，泵浦激光器通过激光焊接或用胶水粘接的方式固定在管壳内，进一步的，光电探测器通过激光焊接或用胶水粘接的方式固定在管壳内。

由此可见，泵浦激光器以及光电探测器都是通过激光焊接或用胶水粘接的方式固定在管壳内，这样，可以避免泵浦激光器以及光电探测器在管壳内晃动，且泵浦激光器以及光电探测器的固定工艺简单，降低混合型光电器件的生产难度。

进一步的方案是，第一准直透镜为非球面透镜、球面透镜、自聚焦透镜或者是由多个透镜组合的透镜组。

可见，第一准直透镜可以是多种形式的透镜，这些透镜都是常见的用于准直的透镜，有利于混合型光电器件的生产。

更进一步的方案是，准直组件包括毛细管与第二准直透镜，毛细管内设置有一根入射光纤与一根出射光纤，第二准直透镜位于毛细管与滤波片之间。

由此可见，准直组件包括两个相邻的光学元器件，通过毛细管对入射光纤与出射光纤进行固定，并且使用第二准直透镜对光束进行准直，光束的准直效果更好。

更进一步的方案是，滤波片与管壳的轴线倾斜设置，滤波片的第一表面朝向准直组件与光电探测器，滤波片的第二表面朝向泵浦激光器，优选的，滤波片与管壳的轴线形成的夹角为45°。

可见，从准直组件出射的一部分光束经过滤波片的反射后可以入射到光电探测器，另一部分可以反射回去准直组件，且泵浦激光器出射的光束可以入射到滤波片并且穿透滤波片后入射到准直组件，在准直组件内实现合光。

更进一步的方案是，准直组件靠近滤波片的表面上镀有部分透射部分反射膜。

这样，可以确保从准直组件出射的一部分光束被反射至光电探测器并用于对光功率的探测，另一部分光束将反射回到准直组件从出射光纤出射。

更进一步的方案是，准直组件的轴线与泵浦激光器的轴线均近似平行于管壳的轴线，并且，光电探测器的轴线与管壳的轴线近似垂直。

由此可见，通过设定准直组件、泵浦激光器以及光电探测器的角度，可以确保光束能够按照预先设定的光路传输，并且这样的设置还有利于减小混合型光电器件的体积。

附图说明

图1是现有一种混合型光电器件的结构示意图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的混合型光电器件集成在一个小型的管壳内，参见图2，本实施例具有圆柱状的管壳30，管壳30的一端设置有准直组件31，本实施例的准直组件31包括毛细管32以及准直透镜33，毛细管32固定在管壳30的端部，例如，通过激光焊接或者胶水粘接等方式固定在管壳30的端壁上。在毛细管32内固定有一根入射光纤34以及一根出射光纤35，光束可以从入射光纤34入射到混合型光电器件内，并且从出射光纤35出射。毛细管32对入射光纤34与出射光纤35具有固定作用，优选的，位于毛细管32内的入射光纤34与出射光纤35相互平行。

准直透镜33为G-lens，即端面为平面的透镜，位于毛细管32的入射光纤34的出射端，并且准直透镜33与毛细管32共轴线设置，且准直透镜33的轴线近似平行于管壳30的轴线。从图2可见，准直透镜33位于管壳30内，例如可以在管壳30的内壁设置固定件或者设置安装位，将准直透镜33固定在管壳30内。光束入射到准直透镜33后实现分光。此外，准直透镜33对光束具有准直作用，可以确保光束以预设的角度入射到后级的光学元器件中。

在管壳30的另一端设置有泵浦激光器45，优选的，泵浦激光器45的轴线与准直组件31的轴线相互平行，当然，泵浦激光器45的轴线不一定需要与准直组件31共轴线设置。优选的，泵浦激光器45也是通过激光焊接或用胶水粘接的方式固定在管壳30内。本实施例中，准直组件31与泵浦激光器45分别设置在管壳30轴向上两个相对的端壁上。

在泵浦激光器45的出射端设置有准直透镜46，本实施例中，准直透镜46可以一个非球面透镜、球面透镜或者自聚焦透镜，还可以是由多个透镜组合的透镜组，准直透镜46用于将泵浦激光器45发出的激光束进行准直。

在准直透镜33与准直透镜46之间设置有滤波片40，滤波片40的第一表面朝向准直透镜33设置，滤波片40的第二表面朝向泵浦激光器45。本实施例中，滤波片40使用大角度入射设计，例如，滤波片40的第一表面与管壳30的轴线之间的夹角为45°，即从准直透镜33出射的光束能够以45°的角度入射到滤波片40的第一表面上。

管壳30的周壁上设置有光电探测器48，从图2可见，光电探测器48并不是设置在管壳30的端部，而是设置在管壳30的侧壁上，优选的，光电探测器48的轴线与管壳30的轴线近似垂直。并且，光电探测器48位于滤波片40的反射光路上，因此，滤波片40的第一表面与光电探测器48的轴线之间也形成45°的夹角，这样，滤波片40的第一表面也是朝向光电探测器48。

本实施例中，对准直透镜33进行特殊的处理，具体的，在准直透镜33靠近滤波片40的端面上镀上一层部分透射部分反射膜36(TAP膜)，且部分透射部分反射膜36设计为对信号光大部分反射，小部分透射，例如99％的信号光被反射，只有1％的信号光穿透该部分透射部分反射膜36。被反射的信号光将返回准直透镜33，透射的信号光将从准直透镜33出射并且入射到滤波片40的第一表面。另外，部分透射部分反射膜36对于泵浦光是全部透射的。此外，本实施例的滤波片40的光谱特性是对泵浦光全部透射，对信号光则全部反射。

从图2的光路可见，当信号光从入射光纤34入射到准直透镜33后，将分成多束准直光束，当光束入射到部分透射部分反射膜36后，大部分信号光将被反射回到准直透镜33，少部分信号光穿过部分透射部分反射膜36并入射到滤波片40。由于光束是以45°的角度入射到滤波片40的第一表面上，且滤波片40对信号光全部反射，因此，入射到滤波片40的信号光将全部反射到光电探测器48，光电探测器48探测信号光的光功率。

从泵浦激光器45发出的泵浦光经过准直透镜46后，入射到滤波片40，由于滤波片40对泵浦光是全部透射，因此，所有的泵浦光将穿透滤波片40并入射到准直透镜33上，这样，被反射的信号光与入射到准直透镜33的泵浦光将在准直透镜33内合光。此外，光电探测器48还能够探测信号光的功率，从而对信号光的功率进行监控。

可见，本实施例是使用一个泵浦激光器以及一个光电探测器构成的混合型光电器件，如果需要构成一个两级泵浦的光纤放大器，则可以使用两个上述实施例的混合型光电器件，将上述的混合型光电器件进行级联后，可以构成两级泵浦的光纤放大器。

上述实施例中，准直透镜46与泵浦激光器45是相互独立的设置在管壳30内，实际应用时，可以将准直透镜46集成在泵浦激光器45的端部，即集成在泵浦激光器45的出射端。

由于上述实施例的混合型光电器件将准直组件、光电探测器、滤波片以及泵浦激光器均设置在一个管壳内，这样，准直组件、光电探测器、滤波片以及泵浦激光器之间不需要使用光纤连接，相比起传统的光纤放大器，可以大大减少使用光纤的数量，一方面可以降低光纤放大器的生产成本，另一方面，由于不需要使用大量的光纤，也就大大减少了盘纤空间，使得光纤放大器的体积大大减少，进而使用该光纤放大器的设备体积也能够大幅度减少，有利于光学设备的小型化。

此外，由于各个光学元器件之间不需要通过光纤进行连接，光纤熔接点的数量也大大减少，不但减少了因使用大量光纤而导致的链路损耗，减少光纤熔接点也能够避免光能的损失，对应减少光纤放大器的插入损耗有极大的帮助。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，例如将准直组件中的毛细管与准直透镜做成一个器件，或者光电探测器与泵浦激光器使用其他方式固定在管壳内，又或者，滤波片与管壳的轴线之间的夹角可以设计成其他角度，这样的变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.混合型光电器件，其特征在于，包括：

管壳，所述管壳的第一端设置有准直组件，滤波片设置在所述管壳内并且位于所述准直组件的出射端；

所述管壳的第二端设置有泵浦激光器，所述泵浦激光器的出射端设置有第一准直透镜，所述第一准直透镜设置在所述泵浦激光器与所述滤波片之间；

所述管壳内还是设置有光电探测器，所述光电探测器位于所述滤波片的反射光路上。

2.根据权利要求1所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述泵浦激光器通过激光焊接或用胶水粘接的方式固定在所述管壳内。

3.根据权利要求1所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述光电探测器通过激光焊接或用胶水粘接的方式固定在所述管壳内。

4.根据权利要求1至3任一项所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述第一准直透镜为非球面透镜、球面透镜、自聚焦透镜或者是由多个透镜组合的透镜组。

5.根据权利要求1至3任一项所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述准直组件包括毛细管与第二准直透镜，所述毛细管内设置有一根入射光纤与一根出射光纤，所述第二准直透镜位于所述毛细管与所述滤波片之间。

6.根据权利要求1至3任一项所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述滤波片与所述管壳的轴线倾斜设置，所述滤波片的第一表面朝向所述准直组件与所述光电探测器，所述滤波片的第二表面朝向所述泵浦激光器。

7.根据权利要求6所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述滤波片与所述管壳的轴线形成的夹角为45°。

8.根据权利要求1至3任一项所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述准直组件靠近所述滤波片的表面上镀有部分反射部分透射膜。

9.根据权利要求1至3任一项所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述准直组件的轴线与所述泵浦激光器的轴线均平行于所述管壳的轴线。

10.根据权利要求9所述的混合型光电器件，其特征在于：

所述光电探测器的轴线与所述管壳的轴线垂直。