CN111952833A - 多激光器结构以及高速小型收发器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信技术领域，提供了一种多激光器结构，包括外壳，所述外壳具有供至少一组激光器组件安设的至少一个安装位，所述外壳安装有光纤，所述光纤的其中一端与所述安装位贯通；所述激光器组件包括分别射出的两条激光互相垂直的第一激光器和第二激光器，所述安装位中设有偏振合波器以及第一透镜，所述第一激光器的偏振光垂直于所述偏振合波器的入射面，所述第二激光器的偏振光平行于所述偏振合波器的入射面，所述第一透镜接收所述偏振合波器合并的激光并耦合至所述光纤。本发明的两个激光器使用同一个准直第一透镜，而不是每个激光器使用一个准直第一透镜，共享一个第一透镜的两个激光器是同轴封装，正交偏振，可以显著减小组件尺寸。

Description

多激光器结构以及高速小型收发器件

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体为一种多激光器结构以及高速小型收发器件。

背景技术

随着智能手机，高清电视和高带宽产品的大量应用，当前的光网络面临着前所未有的挑战，以适应成倍增长的流量需求。第一种众所周知的方法是增加光纤的数量，但是，光纤数量的增多意味着巨额成本的增加。第二种方法是提高传输速率，这将涉及昂贵的软硬件升级和技术挑战。第三种方法是在现有光纤的基础上增加多个波长通道，这种方法不需要安装新的光纤，只需要对硬件进行少量更新。目前，这种经济高效的方法，已成为当前网络扩容的主要途径。为了将多个波长的信号输入到同一根光纤中，需要将不同波长的激光器封装耦合到一根光纤中。因此，一个经济有效的光学组件将是多个激光器叠加到现有光纤的关键。

有多种技术可以实现多个激光器的集成，第一种方法就是单片集成，它包括与波分复用器(WDM)集成的多波长激光光源[U.S.Pat.No.6,434,175by Zah et al,U.S.Pat.No.7,058,246by Joyner et al]，阵列波导光珊AWG是波分复用WDM元件之一。激光器和AWG可在同一晶圆上生长，这种紧凑简单的设计易于封装。但是在同一个晶元上集成波长跨度大的多个激光器和AWG并非易事。因此，该技术主要用于波长跨度小的密集波分复用(DWDM)系统。对于波长跨度大的多个激光器集成，常用混合工艺。该工艺是将激光器和AWG分别制作，然后耦合到AWG的波导中[U.S.Pat.No.8,639,070by Neilson et.al]。这种混合集成的封装非常复杂，必须在芯片级完成，并且需要复杂的对准工具。另外，AWG自身的成本较高，插入损害也较大。第三种方法是基于自由空间光学的封装技术，相比使用AWG，这种方法可以实现多波复用[U.S.Pat.No.7,184,621by Zhu]。三个波分复用滤波器呈现45°被用来组合四个不同波长的激光器。通过调整激光器的位置，将四个激光器耦合到同一个输出光纤中。这种方法的优点是不需要增加昂贵的装配，缺点是整个组件太大，不适用小型收发器，比如QSFP(40G/100G光网络的标准格式)。

此外，当波长跨度变小时，WDM滤波器的成本和制作难度变高。美国Tang等人演示了一种通过偏振集束器集成激光器的方法。这种方法需要多个半波片来改变激光器的偏振方向，并且每个激光器都需要配备一个准直第一透镜。这些额外的组件不仅大大增加了材料成本，而且使整个包装变得更加复杂。因此，提供一个紧凑并且低成本的多个激光器集成封装方法是十分迫切的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多激光器结构以及高速小型收发器件，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种多激光器结构，包括外壳，所述外壳具有供至少一组激光器组件安设的至少一个安装位，所述外壳安装有光纤，所述光纤的其中一端与所述安装位贯通；所述激光器组件包括分别射出的两条激光束互相垂直的第一激光器和第二激光器，所述安装位中设有偏振合波器以及第一透镜，所述第一激光器的偏振光垂直于所述偏振合波器的入射面，所述第二激光器的偏振光平行于所述偏振合波器的入射面，所述第一透镜接收所述偏振合波器合并的激光并耦合至所述光纤。

进一步，所述激光器组件和所述安装位均有两个，两个所述激光器组件分别设于两个所述安装位中，每一所述安装位中均设有所述偏振合波器和所述第一透镜；经其中一个所述安装位中的第一透镜耦合后射出的第一激光束与经另外一个所述安装位中的第一透镜耦合后射出的第二激光束互相垂直，所述第一激光束和所述第二激光束由波分复用滤波器耦合至所述光纤。

进一步，所述激光器组件和所述安装位均有两个以上，每一所述激光器组件均设在其中一个安装位中，具有所述激光器组件的所述安装位中均设有所述偏振合波器和所述第一透镜；经其中一个所述安装位中的第一透镜耦合后射出的激光为第三激光束，经其他几个安装位中的第一透镜耦合后射出的激光均为第四激光束，各所述第四激光束互相平行设置，所述第三激光束垂直于各所述第四激光束，各所述第四激光束和各波分复用滤波器数量相同且一一对应配置，所述第三激光束和任一所述第四激光束均由与该第四激光束对应的所述波分复用滤波器耦合至所述光纤。

进一步，所述激光器组件还包括供所述第一激光器安装的第一基座以及供所述第二激光器安装的第二基座，所述第一基座和所述第二基座拼装在所述安装位中，所述偏振合波器搁置在所述第一基座上。

进一步，所述第一基座具有供第二激光器发射的激光射至所述偏振合波器的通道。

进一步，所述通道中设有透明材料。

进一步，所述第一透镜安装在所述外壳上，或者所述第一透镜安装在支架上，所述支架架设在所述第一基座上。

进一步，所述激光器组件还包括为所述第一激光器配置的第一探测器和为所述第二激光器配置的第二探测器，所述第一探测器和所述第二探测器均设于所述安装位中。

进一步，所述安装位中还设有用于对经过所述第一透镜耦合后的激光再次耦合的第二透镜。

本发明实施例提供另一种技术方案：一种高速小型收发器件，包括上述的多激光器结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：两个激光器使用同一个准直第一透镜，而不是每个激光器使用一个准直第一透镜，共享一个第一透镜的两个激光器是同轴封装，正交偏振，可以显著减小组件尺寸；将多个激光器通过偏振合波器，第一透镜和波分复用滤波器耦合到同一根输出光纤中，以实现小型化低成本的同轴封装，可以应用于高速小型收发器件中，提供了一个紧凑并且经济有效的解决方案。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种多激光器结构的示意图(有支架和有两个激光器时)；

图2为本发明实施例提供的一种多激光器结构增加了透明材料的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多激光器结构的示意图(无支架和有两个激光器时)；

图4为本发明实施例提供的一种多激光器结构的示意图(有支架、有两个激光器以及第二支座安装在外壳上时)；

图5为本发明实施例提供的一种多激光器结构的示意图(有支架和有四个激光器时)；

图6为本发明实施例提供的一种多激光器结构的示意图(有支架、有四个激光器以及有第二透镜时)；

图7为本发明实施例提供的一种多激光器结构的示意图(有支架以及有八个激光器时)；

附图标记中：1-外壳；10-安装位；11-光纤；12-激光器组件；120-第一激光器；121-第二激光器；122-第一引线；123-第二引线；124-第一基座；1240-通道；1241-透明材料；125-第二基座；126-第一探测器；13-第一透镜；14-偏振合波器；15-波分复用滤波器；16-第二透镜；17-支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图7，本发明实施例提供一种多激光器结构，包括外壳1，所述外壳1具有供至少一组激光器组件12安设的至少一个安装位10，所述外壳1安装有光纤11，所述光纤11的其中一端与所述安装位10贯通；所述激光器组件12包括分别射出的两条激光束互相垂直的第一激光器120和第二激光器121，所述安装位10中设有偏振合波器14以及第一透镜13，所述第一激光器120的偏振光垂直于所述偏振合波器14的入射面，所述第二激光器121的偏振光平行于所述偏振合波器14的入射面，两条偏振光的偏振方向互相垂直，所述第一透镜13接收所述偏振合波器14合并的激光并耦合至所述光纤11。在本实施例中，在外壳1中设安装位10，并在此安装位10中装设激光器组件12、偏振合波器14以及透镜，可以利用第一激光器120和第二激光器121输出的光束具有正交偏振态的特性，通过偏振合波器14将两束激光合并，然后再通过第一透镜13进行耦合(该透镜为准直透镜)至光纤11，进而解决了现有技术中需要每个激光器都使用一个准直透镜所造成的空间浪费和成本高的问题。因为共享一个透镜的两个激光器时同轴封装，正交偏振，可以显著减小组件尺寸。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1至图4，激光器组件12和安装位10均只有一个时。如图1所示，第一激光器120射出的激光束是水平的，它的偏振(S偏振光)方向垂直于偏振合波器14的入射面，第二激光器121射出的激光束是竖直的，并从第一基座124的通道1240中射出至偏振合波器14，实现同轴封装，它的偏振(P偏振光)方向平行于偏振合波器14的入射面，因此第一激光器120和第二激光器121输出的光束具有正交偏振态，两束激光将被偏振合波器14合并。为了便于第一激光器120和第二激光器121在安装位10中的安装，可以用第一基座124和第二基座125来供二者安装，其中，第一激光器120安装在第一基座124上，第二激光器121安装在第二基座125上，第一基座124和第二基座125拼装在安装位10中，偏振合波器14搁置在所述第一基座124上，并倾斜设置，如果涉及到密封的话，可以在第一基座124和第二基座125拼装的间隙中填充密封胶，密封胶可以采用环氧树脂胶，也可以通过焊接的形式实现，而第一基座124和第二基座125固定在外壳1上的形式分两种，一种是第一基座124与外壳1接触，通过焊接或者是粘接的形式固定，如图1和图3所示，也可以是第二基座125与外壳1接触，也通过焊接或者粘接的形式固定，如图4所示。在封装的过程中，首先进行标准芯片和引线的封装，其中的标准芯片即第一激光器120、第二激光器121、第一探测器126以及第二探测器，第一探测器126是为第一激光器120配置的，第二探测器是为第二激光器121配置的，同样，引线也需要配套设置，为了便于区分将它们分别定义为第一引线122和第二引线123，引线的数量可以不止一根，图中只是示例。优选的，如图2所示，所述通道1240中设有透明材料1241，当第一透镜13的焦距足够长时，可以用这种透明材料1241替代通道1240，透明材料1241可以是玻璃、硅或对激光器透明的其他材料，这种结构可以为激光器组件12提供密封。优选的，如图1和2所示，第一透镜13可以由支架17支起，也可以如图3所示，第一透镜13直接安装在外壳1上，不需要支架17支起。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图5和图6，激光器组件12和安装位10均有两个时。两个所述激光器组件12分别设于两个所述安装位10中，每一所述安装位10中均设有所述偏振合波器14和所述第一透镜13；经其中一个所述安装位10中的第一透镜13耦合后射出的第一激光束与经另外一个所述安装位10中的第一透镜13耦合后射出的第二激光束互相垂直，所述第一激光束和所述第二激光束由波分复用滤波器15耦合至所述光纤11。在本实施例中，为四个激光器集成的形式，整体结构形式与上述两个激光器集成的形式差不多，但是两个激光器组件12之间呈90度设置，并设波分复用滤波器15耦合进入光纤11，该波分复用滤波器15可以反射长波长的光，通过短波长光，反之亦然，该波分复用滤波器45°倾斜设在外壳1上，外壳1具有供波分复用滤波器15搁置的斜面。在这两组激光器组件12中，根据波分复用滤波器15的不同，其中一组激光器组件12的激光器发射的激光的波长比另一组激光器组件12的激光器发射的激光的波长短或长。在使用中，第一组激光器组件12中的两个激光器发出的激光正交偏振，另外一组激光器组件12中的两个激光器发出的激光也正交偏振，然后再经过各自的第一透镜13汇聚，最后通过波分复用滤波器15耦合进入光纤11中。优选的，如图6所示，所述安装位10中还设有用于对经过所述第一透镜13耦合后的激光再次耦合的第二透镜16，一般来说，波分复用激光器对入射光非常敏感，会随着入射角的变化而变化。我们的这种设计基于入射光为平行光束，这种设计对波长跨度大的芯片有优势，一旦波长跨度变小，通过波分复用滤波器15耦合不同激光器的光将变得十分艰难，因此使用双透镜耦合实现光束准直，以减轻对波分复用滤波器15的要求。两个激光器组件12中的两个激光器经过其对应的第一透镜13准直出来的光束先经过波分复用滤波器15组合，然后再通过第二透镜16聚焦组合成准直的光束，最后再输入到输出光纤11中，这里为了便于描述，将图6中水平方向上的激光器组件12出射的激光定义为第一激光束，将竖直方向上的激光器组件12出射的激光定义为第二激光束，第一激光束和第二激光束互相垂直。当然，上述实施例中的其他形式，例如透明材料1241，有无支架17等等形式均适用于该四个激光器的结构中，这里就不再赘述。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图7，所述激光器组件12和所述安装位10均有两个以上，每一所述激光器组件12均设在其中一个安装位10中，具有所述激光器组件12的所述安装位10中均设有所述偏振合波器14和所述第一透镜13；经其中一个所述安装位10中的第一透镜13耦合后射出的激光为第三激光束，经其他几个安装位10中的第一透镜13耦合后射出的激光均为第四激光束，各所述第四激光束互相平行设置，所述第三激光束垂直于各所述第四激光束，各所述第四激光束和各波分复用滤波器15数量相同且一一对应配置，所述第三激光束和任一所述第四激光束均由与该第四激光束对应的所述波分复用滤波器15耦合至所述光纤11。在本实施例中，以激光器组件12和安装位10均有四个举例说明(此时为八个激光器集成)，实际上数量可以有更多，或者只有三个(此时为六个激光器集成)，而且也不一定非要激光器组件12和安装位10一一对应，可以存在安装位10的数量多于激光器组件12的数量的情况。当数量超过了两个以后，布局的形式就又有些许区别，整体上的激光器组件12还是一样的布设，只是在四个激光器组件12和四个安装位10的情况中，一个激光器组件12和安装位10是水平设置的，另外三个都是竖直设置的，即这三个激光器组件12和这三个安装位10都是并排设置的，在一条线上。即第一个激光器组件12出射的激光是水平的，其他三个出射的激光都是竖直的，为了便于描述，如图7所示，将水平的这个激光定义为第三激光束，将三个竖直的激光定义为第四激光束，从左至右来描述，第三激光束和第一个第四激光束均射至第一个波分复用滤波器15，经过其耦合后向右射到第二个波分复用滤波器15，此时第二个第三激光束也射至第二个波分复用滤波器15，经过该第二个波分复用滤波器15耦合后继续向右射到第三个波分复用滤波器15，此时第三个第三激光束也射至第三个波分复用滤波器15，最终经过该第三个波分复用滤波器15耦合后射至光纤11。因此，就照着这种结构形式，可以有更多数量的激光器集成，扩展的激光器组件12就顺着水平线往右边扩展，增大外壳1的尺寸即可，但虽然是增大了外壳1的尺寸，但是比起现有技术中想要实现如此多的激光器集成要更节省空间。当然，上述实施例中的其他形式，例如透明材料1241，有无支架17等等形式均适用于该八个激光器的结构中，这里就不再赘述。

作为本发明实施例的优化方案，如图1所示，每个激光器都有与之配合的基座、透镜、探测器、引线偏振合波器14，因此可以非常方便对准。如果能在亚微米级上很好地控制激光芯片的放置精度，就可以将两个激光器放在同一个组件中，使整个组件更紧凑。还可以将分光比为50/50的分束器来代替PBC或WDM滤波器。

本发明实施例提供一种高速小型收发器件，采用上述的多激光器结构，可以显著减小组件尺寸，提供了一个紧凑并且经济有效的解决方案。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种多激光器结构，包括外壳，其特征在于：所述外壳具有供至少一组激光器组件安设的至少一个安装位，所述外壳安装有光纤，所述光纤的其中一端与所述安装位贯通；所述激光器组件包括分别射出的两条激光束互相垂直的第一激光器和第二激光器，所述安装位中设有偏振合波器以及第一透镜，所述第一激光器的偏振光垂直于所述偏振合波器的入射面，所述第二激光器的偏振光平行于所述偏振合波器的入射面，所述第一透镜接收所述偏振合波器合并的激光并耦合至所述光纤。

2.如权利要求1所述的多激光器结构，其特征在于：所述激光器组件和所述安装位均有两个，两个所述激光器组件分别设于两个所述安装位中，每一所述安装位中均设有所述偏振合波器和所述第一透镜；经其中一个所述安装位中的第一透镜耦合后射出的第一激光束与经另外一个所述安装位中的第一透镜耦合后射出的第二激光束互相垂直，所述第一激光束和所述第二激光束由波分复用滤波器耦合至所述光纤。

3.如权利要求1所述的多激光器结构，其特征在于：所述激光器组件和所述安装位均有两个以上，每一所述激光器组件均设在其中一个安装位中，具有所述激光器组件的所述安装位中均设有所述偏振合波器和所述第一透镜；经其中一个所述安装位中的第一透镜耦合后射出的激光为第三激光束，经其他几个安装位中的第一透镜耦合后射出的激光均为第四激光束，各所述第四激光束互相平行设置，所述第三激光束垂直于各所述第四激光束，各所述第四激光束和各波分复用滤波器数量相同且一一对应配置，所述第三激光束和任一所述第四激光束均由与该第四激光束对应的所述波分复用滤波器耦合至所述光纤。

4.如权利要求1所述的多激光器结构，其特征在于：所述激光器组件还包括供所述第一激光器安装的第一基座以及供所述第二激光器安装的第二基座，所述第一基座和所述第二基座拼装在所述安装位中，所述偏振合波器搁置在所述第一基座上。

5.如权利要求4所述的多激光器结构，其特征在于：所述第一基座具有供第二激光器发射的激光射至所述偏振合波器的通道。

6.如权利要求5所述的多激光器结构，其特征在于：所述通道中设有透明材料。

7.如权利要求4所述的多激光器结构，其特征在于：所述第一透镜安装在所述外壳上，或者所述第一透镜安装在支架上，所述支架架设在所述第一基座上。

8.如权利要求1所述的多激光器结构，其特征在于：所述激光器组件还包括为所述第一激光器配置的第一探测器和为所述第二激光器配置的第二探测器，所述第一探测器和所述第二探测器均设于所述安装位中。

9.如权利要求1所述的多激光器结构，其特征在于：所述安装位中还设有用于对经过所述第一透镜耦合后的激光再次耦合的第二透镜。

10.一种高速小型收发器件，其特征在于：包括如权利要求1-9任一所述的多激光器结构。

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