CN111239931A - 一种光发射器的耦合方法及光发射器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光发射器的耦合方法及光发射器，涉及光通信技术领域。本发明实施例能够简化光发射器的耦合工艺、节约耦合时间、降低生产成本。该方法包括：将N个激光器、光复用组件、位移棱镜固定在预设位置；在N个激光器中的第一激光器处于发光状态下，耦合并固定第一激光器对应的第一透镜；将第二透镜固定在预设位置；在第一激光器处于发光状态下，耦合并固定光纤适配器；分别在除第一激光器外的N‑1个激光器发光状态下，根据光纤适配器接收到的光功率，分别耦合并固定N‑1个激光器分别对应的N‑1个第一透镜。本发明应用于光发射器的生产组装。

Description

一种光发射器的耦合方法及光发射器

本申请为申请日为2018年11月01日、申请号为201811294549.0、专利名称为一种光发射器的耦合方法及光发射器的分案申请。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光发射器的耦合方法及光发射器。

背景技术

在高速数据通信领域中，微光学组装的技术应用越来越广泛。图1所示为一个典型的多路复用的光发射器的结构示意图。其中该光发射器主要包括4个激光器、4个点对点透镜，4个准直透镜、、将4路光合成1路光的光复用组件、一个聚焦透镜、一个光纤适配器，其中4个激光器分别可发射不同波长的激光。该光发射器的基本工作原理为：4个激光器发出4路不同波长的光，通过4个点对点透镜整合成发散角较小的发散光，再通过4个准直透镜将4路发散角较小的发散光变成4路平行的准直光，4路平行的准直光通过一个光复用组件合成1路光，之后再通过一个聚焦透镜将激光耦合进光纤适配器。在对上述光发射器进行组装时，通常先将4个激光器、4个点对点透镜和光复用组件采用无源方式进行固定，再用有源方式固定4个准直透镜使4路光准直，然后再通过有源方式固定聚焦透镜，最后采用有源方式将光纤适配器焊接在合适位置，以便将4路光耦合进光纤适配器。

针对上述现有的光发射器的组装方法，本发明发明人发现：现有技术中，是在将激光器、光复用组件以及准直透镜固定后，再通过有源方式将光纤适配器进行耦合固定的，因此固定过程中或者在后期使用中，一旦发生微小形变就会导致光功率跌落，所以存在耦合困难的问题。另外，由于是先固定4路准直透镜，再焊接光纤适配器，因此当出现产品光功率不合格时，需要拆除适配器重新耦合，返修较为困难。

发明内容

本发明实施例提供一种光发射器的耦合方法及光发射器，能够简化光发射器的耦合工艺、节约耦合时间、降低生产成本。

为了达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种光发射器的耦合方法，其中该光发射器至少包括： N个激光器、N个第一透镜、光复用组件、第二透镜、位移棱镜以及光纤适配器，其中N≥2；其中，所述N个第一透镜分别设置在所述N个激光器的出射光路上，用于分别将所述N个激光器发出的光束调整为准直光；所述光复用组件设置在所述N个第一透镜的出射光路上，用于将所述N个第一透镜的出射光束合成一路光束；所述位移棱镜设置在所述光复用组件的出射光路上，用于改变光路方向；所述第二透镜设置在所述位移棱镜的出射光路上，用于使照射在所述第二透镜上的光束聚焦；所述光纤适配器设置在所述第二透镜的出射光路上； 所述耦合方法包括：将所述N个激光器、所述光复用组件、所述位移棱镜固定在预设位置；在将所述N个激光器、所述光复用组件、所述位移棱镜固定在预设位置之后，在所述N 个激光器中的第一激光器处于发光状态下，耦合所述第一激光器对应的第一透镜并固定所述第一激光器对应的第一透镜的位置，以使得所述第一激光器发出的光束通过所述第一激光器对应的第一透镜、所述光复用组件、所述位移棱镜照射在感光设备上；其中，所述感光设备设置在距离所述光发射器预设距离的位置；在所述第一激光器对应的第一透镜的位置固定后，将所述第二透镜固定在预设位置；在将所述第二透镜固定在预设位置后，在所述第一激光器处于发光状态下，耦合所述光纤适配器并固定所述光纤适配器的位置，以使得所述光纤适配器接收到的光功率处于第一预设范围内；在所述光纤适配器的位置固定后，分别在除所述第一激光器外的N-1个激光器发光状态下，根据光纤适配器接收到的光功率，分别耦合所述N-1个激光器分别对应的N-1个第一透镜，并固定所述N-1个第一透镜的位置。

第二方面，本发明提供一种光发射器，该光发射器采用上述第一方面所体用的光发射器的耦合方法组装而成，所述光发射器至少包括：N个激光器、N个第一透镜、光复用组件、第二透镜、位移棱镜以及光纤适配器，其中N≥2；其中，所述N个第一透镜分别设置在所述N个激光器的出射光路上，用于分别将所述N个激光器发出的光束调整为准直光；所述光复用组件设置在所述N个第一透镜的出射光路上，用于将所述N个第一透镜的出射光束合成一路光束；所述位移棱镜设置在所述光复用组件的出射光路上，用于改变光路方向；所述第二透镜设置在所述位移棱镜的出射光路上，用于使照射在所述第二透镜上的光束聚焦；所述光纤适配器设置在所述第二透镜的出射光路上。

本发明实施例所提供的光发射器的耦合方法以及光发射器，通过先将激光器、光复用组件以及位移棱镜进行无源固定，再对一个激光器对应的第一透镜进行有源耦合保证该路光束从光窗的固定位置传出，在该路激光的第一透镜位置确定后再固定第二透镜的位置，然后对光纤适配器进行有源耦合，在光纤适配器的位置固定后再分别固定其他激光器对应的第一透镜的位置。与现有技术相比，本发明实施例所提供的耦合方法能够降低光发射器的耦合难度。另外，本发明实施例中是先在第一激光器发光状态下，对光纤适配器进行有源耦合，保证了第一激光器发出的激光的光功率符合要求，再在光纤适配器固定后，再通过调整第一透镜的位置对除了第一激光器外的激光器的光束进行离焦，因此当第一激光器外的激光器的光功率不合格时，可通过调整第一透镜的位置来对光功率进行修正，避免拆除光纤适配器重新耦合的复杂步骤。进而简化光发射器的耦合工艺、节约耦合时间、降低生产成本。

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。

图1为一种典型的多路复用的光发射器的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种四路复用光发射器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种光发射器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种4个波长复用的光复用组件（WDM Block）的结构示意图；

图5为本发明实施例提供一种光发射器的耦合方法的流程示意图；

图6为图3所示光发射器30中，对第一透镜3021和透明玻璃板308处的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施例进行描述。本发明应用于光发射器的生产组装。

首先，对本发明实施例所提供的光发射器的结构进行介绍：

本发明实施例所提供光发射器包括：N个激光器、N个第一透镜、光复用组件、位移棱镜、第二透镜以及光纤适配器，其中N≥2；其中，N个第一透镜分别设置在N个激光器的出射光路上，用于分别将N个激光器发出的光束调整为准直光；光复用组件设置在N个第一透镜的出射光路上，用于将N个第一透镜的出射光束合成一路光束；位移棱镜设置在光复用组件的出射光路上，用于改变光路方向；第二透镜设置在位移棱镜的出射光路上，用于使照射在第二透镜上的光束聚焦；光纤适配器设置在第二透镜的出射光路上。

示例性的，以四路复用光发射器为例。如图2所示，为本发明实施例所提供的一种四路复用光发射器的结构示意图。其中光发射器20包括：四个激光器（如图中，激光器2011、激光器2012、激光器2013、激光器2014）、四个第一透镜（如图中，第一透镜2021、第一透镜2022、第一透镜2023、第一透镜2024）、光复用组件203、位移棱镜204、第二透镜205以及光纤适配器206。其中四个第一透镜2021/2022/2023/2024分别设置在四个激光器2011/2012/2013/2014的出射光路上，光复用组件203设置在四个第一透镜的出射光路上，位移棱镜204设置在光复用组件203的出射光路上，第二透镜205设置在位移棱镜204的出射光路上，光纤适配器206设置在第二透镜205的出射光路上。

在一种实现方式中，本发明实施例所提供光发射器，还包括N个第三透镜N个第三透镜分别设置在N个激光器的出射光路与N个第一透镜的入射光路之间，N个第三透镜用于分别将N个激光器发出的光束整合成发散角较小的发散光。

具体的，如图2所示，光发射器20还包括四个第三透镜2071/2072/2073/2074。

在另一种实施例中，本发明实施例所提供的光发射器，还包括用于固定N个第一透镜的透明玻璃板，该透明玻璃板设置在N个第一透镜的入射光路上且透明玻璃板垂直于光束方向设置。

具体的，如图3为例，图3为本发明实施例提供的另一种光发射器的结构示意图。其中光发射器30包括：四个激光器（如图中，激光器3011、激光器3012、激光器3013、激光器3014）、四个第一透镜（如图中，第一透镜3021、第一透镜3022、第一透镜3023、第一透镜3024）、光复用组件303、位移棱镜304、第二透镜305以及光纤适配器306。其中四个第一透镜3021/3022/3023/3024分别设置在四个激光器3011/3012/3013/3014的出射光路上，四个第三透镜3017/3072/3073/3074分别设置在四个激光器的出射光路与四个第一透镜的入射光路上，光复用组件303设置在四个第一透镜的出射光路上，位移棱镜304设置在光复用组件303的出射光路上，第二透镜305设置在位移棱镜304的出射光路上，光纤适配器306设置在第二透镜305的出射光路上。

其中，光发射器30内还包括固定四个第一透镜3021/3022/3023/3024的透明玻璃板308，透明玻璃板308设置在四个第一透镜的入射光路上且透明玻璃板垂直于光束方向设置。

另外，示例性的，如图3所示，本发明实施例提供的光发射器30还包括用于控制光发射器30各部件工作的控制器310，以及用于封装的管壳311。

需要说明的是，上述图2、图3仅示出了四路复用的光发射器的结构示意图，本发明还可应用于八路复用、十六路复用等光发射器中，对此本发明不做限制。

另外，需要说明的是，本发明实施例中所述第一透镜可以为准直透镜，第二透镜可以为聚焦透镜，第三透镜可以为点对点透镜。

此外，本发明中所涉及的光复用组件，例如上述图2中的光复用组件203以及图3中的光复用组件303，可以是基于薄膜滤波片（TFF）技术的光复用组件，在此仅以4路复用的光复用组件为例说明。该光复用组件是目前被普遍采用的实现n（n>=2）个波长光信号复用的技术方案之一。图4是本发明实施例提供的一种4个波长复用的光复用组件（WDM Block），其包含1个侧面镀有增透膜（AR Coating）和高反膜（HR Coating）的斜方棱镜，4个贴装在斜方棱镜另一个侧面的TFF膜片TFF1、TFF2、TFF3、TFF4。工作原理简述如下：4个激光器发出的4个波长的光

分别在膜片TFF1、TFF2、TFF3、TFF4处入射进入WDM组件，其中第一个波长的光束从膜片TFF1处入射进入WDM组件后直接从WDM组件的增透膜处出来；第二个波长的光束从膜片TFF2处入射进入WDM组件后被HR膜反射至膜片TFF1，再经膜片TFF1反射后从WDM组件的增透膜处出来；依次类推，第三个波长的光从膜片TFF3处入射经2次折返后从WDM组件的增透膜处出来，第四个波长的光从膜片TFF4处入射经3次折返后从WDM组件的增透膜处出来。这样4个波长的光束经过WDM组件后就合成了1束光从WDM组件的增透膜处出来，完成4路光束的合并。

基于上述光发射器的结构，本发明实施例提供一种光发射器的耦合方法，如图5所示，该方法包括：

S401、将N个激光器、光复用组件、位移棱镜固定在预设位置。

示例性的，以图3所示光发射器30为例，先将激光器3011/3012/3013/3014、光复用组件303、位移棱镜304固定在预设位置处。

在一种实现方式中，如图3所示光发射器30还包括第三透镜3071/3072/3073/3074，则步骤S401还包括：将第三透镜3071/3072/3073/3074固定在预设位置。

S402、在将N个激光器、光复用组件、位移棱镜固定在预设位置之后，在N个激光器中的第一激光器处于发光状态下，耦合第一激光器对应的第一透镜，并固定第一激光器对应的第一透镜。以使得第一激光器发出的光束通过第一激光器对应的第一透镜、光复用组件、位移棱镜照射在感光设备上。

其中，感光设备设置在距离光发射器预设距离的位置上。

示例性的，依然以图3所示光发射器为例。首先给激光器3011加电发光，对第一透镜3021进行有源耦合，以使得激光器3011发出的激光透过图3左侧的光窗（图中未示出）并照射在距离光发射器30一定距离的感光设备上。然后，对第一透镜3021进行固定。

在一种实施例中，光发射器中还包括用于固定第一透镜的透明玻璃板，并且第一透镜沿光束方向的长度可以调整。则在N个激光器中的第一激光器处于发光状态下，耦合第一激光器对应的第一透镜，具体包括：

在第一激光器处于发光状态下，通过改变第一激光器对应的第一透镜在透明玻璃板上的位置，调整第一激光器对应的第一透镜在垂直于光束方向的平面上的位置。通过改变第一激光器对应的第一透镜沿光束方向的长度，调整第一激光器对应的第一透镜在沿光束方向上的位置。

具体的，如图3所示，其中包括透明玻璃板308，在耦合第一透镜3021可以通过使第一透镜3021在透明玻璃板308上进行上下、左右移动，来调整第一透镜在垂直于光束方向的平面上的位置，以使第一激光器3011发出的激光能够与第一透镜3021对准。

然后，第一透镜沿光束方向的长度可以调整。具体可以将第一透镜设计成具有多种长度规格可供选择的透镜系列，可以根据需要选择不同长度的透镜作为第一透镜，从而调整第一透镜沿光束方式上的位置。例如，图6为图3所示光发射器30中对第一透镜3021和透明玻璃板308处的放大示意图，其中，可以根据需要选择长度为L的透镜作为第一透镜3021，或者选择长度为L+i的透镜作为第一透镜3021，或者选择长度为L+i×2的透镜作为第一透镜3021。本领域技术人员可以根据需要设置第一透镜的长度的梯度i，对此本发明不作限制。

另外，在一种实现方式中，第一激光器为N个激光器中光路最长的一路光束对应的激光器。

具体的，由于在如图4所示的光复用组件中，多路激光需要依次进行合路，因此最先进入光复用组件的激光的光路就比其他的激光的光路要长。本发明实施例中通过将光路最长的激光器作为第一激光器先进行耦合，进而提高了光发射器的耦合效率。

S403、在第一激光器对应的第一透镜的位置固定后，将第二透镜固定在预设位置。

示例性的，依然以图3为例，在将第一透镜3021固定好后，将第二透镜305贴装在管壳311的光窗上的预留圆孔上。在一种实施例中，第二透镜305哈可以固定在光复用组件的基板上。

S404、在将第二透镜固定在预设位置后，在第一激光器处于发光状态下，耦合光纤适配器并固定光纤适配器，以使得光纤适配器接收到的光功率处于第一预设范围内。

例如，依然以图3为例，在第二透镜305固定好后，耦合光纤适配器306，使得光纤适配器306接收到的光功率处于合适的功率范围内后，固定光纤适配器306。

考虑到由于光纤适配器越靠近第二透镜，光进入光纤适配器的发散角越大，光受光学元件位置变化的影响越大，光功率会变得相对不稳定，故通常采用朝远离第二透镜的方向离焦来衰减光功率。因此，在一种实现方式中，步骤S404具体包括：

S404a、在第一激光器处于发光状态下，调整光纤适配器的位置，以使光纤适配器接收到的光功率最大。

S404b、在使光纤适配器接收到的光功率最大之后，调整光纤适配器沿远离聚焦透镜的方向离焦，直至光纤适配器接收到的光功率控制在第一预设范围内，然后固定光纤适配器。

具体的，在固定光纤适配器时，可以利用激光焊接的方式，将光纤适配器焊接在光发射器的管壳上。

S405、在光纤适配器的位置固定后，分别在除第一激光器外的N-1个激光器发光状态下，根据光纤适配器接收到的光功率，分别耦合N-1个激光器分别对应的N-1个第一透镜，并固定N-1个第一透镜。

示例性的，依然以图3所示光发射器为例，在光纤适配器306固定好后，则使激光器3012加电发光，然后根据光纤适配器306接收到的光功率，调整第一透镜3022的位置，直至光纤适配器306接收到的光功率满足要求，固定第一透镜3022；然后关闭激光器3012，打开激光器3013耦合第一透镜3023；然后关闭激光器3013，打开激光器3014耦合第一透镜3024。

考虑到在耦合N-1个第一透镜时，在通过第一透镜进行离焦时，若向远离激光器的方向离焦，则会导致进入光纤适配器的光的发散角变大，从而影响光功率的稳定性。因此，本发明实施例中，步骤S405具体包括：

S405a、在N-1个激光器中的第二激光器处于发光状态下，调整第二激光器对应的第一透镜的位置，使光纤适配器接收到的光功率最大；

S405b、在使光纤适配器接收到的光功率最大之后，调整第二激光器对应的第一透镜向靠近第二激光器的方向离焦，直至光纤适配器接收到的光功率控制在第二预设范围内，然后固定第二激光器对应的第一透镜。

具体的，在一种实现方式中，如图3中光发射器所示，光发射器中还包括用于固定第一透镜的透明玻璃板308。且N-1个第一透镜沿光束方向的长度可以调整。其中对N-1个第一透镜沿光束方向的长度可以调整的具体描述，可以参考上述图6以及图6的描述中第一透镜3021的长度可以调整的内容，重复之处不摘赘述。

进而，本发明实施例中，上述步骤S405a则具体可以包括：在第二激光器处于发光状态下，通过改变第二激光器对应的第一透镜在透明玻璃板上的位置，以及改变第二激光器对应的第一透镜沿光束方向的长度，调整第二激光器对应的第一透镜的位置，使光纤适配器接收到的光功率最大。

上述步骤S405b具体可以包括：通过减小第二激光器对应的第一透镜的长度，使的第二激光器对应的第一透镜向靠近第二激光器的方向离焦。

本发明实施例所提供的光发射器的耦合方法以及光发射器，通过先将激光器、光复用组件以及位移棱镜进行无源固定，再对一个激光器对应的第一透镜进行有源耦合保证该路光束从光窗的固定位置传出，在该路激光的第一透镜位置确定后再固定第二透镜的位置，然后对光纤适配器进行有源耦合，在光纤适配器的位置固定后再分别固定其他激光器对应的第一透镜的位置。与现有技术相比，本发明实施例所提供的耦合方法能够降低光发射器的耦合难度。另外，本发明实施例中是先在第一激光器发光状态下，对光纤适配器进行有源耦合，保证了第一激光器发出的激光的光功率符合要求，再在光纤适配器固定后，再通过调整第一透镜的位置对除了第一激光器外的激光器的光束进行离焦，因此当第一激光器外的激光器的光功率不合格时，可通过调整第一透镜的位置来对光功率进行修正，避免拆除光纤适配器重新耦合的复杂步骤。进而简化光发射器的耦合工艺、节约耦合时间、降低生产成本。

在另一种实施例中，本发明实施例还提供一种光发射器，该光发射器采用上述实施例一所提供的耦合方法组装而成，该光发射器的结构以及光路原理可参见上述图2、3所提供的光发射器的结构以及光路原理，对此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种光发射器，其特征在于，包括

管壳；

激光器阵列，位于所述管壳内，可发出多路光束；

第三透镜阵列，位于所述激光器阵列的出光方向上，可分别汇聚所述多路光束；

透明玻璃板，设置在所述第三透镜阵列的出光方向上，分割所述管壳腔体；

第一透镜阵列，贴装在所述透明玻璃板表面，具有柱状体及平凸表面，可分别准直所述多路光束；

光复用组件，位于所述管壳中，可将所述多路光束合并为一路光束；

光纤适配器，位于所述管壳的壳壁上，可接收所述一路光束。

2.如权利要求1所述的光发射器，其特征在于，所述第一透镜阵列中的第一透镜之间具有不同的长度规格。

3.如权利要求2所述的光发射器，其特征在于，所述透明玻璃板设垂直于所述光束方向。

4.如权利要求1至3任一所述的光发射器，其特征在于，还包括位移棱镜，所述位移棱镜设置在所述光复用组件的出射光路上，用于改变光路方向。

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