CN113126219A - 光发射器组件、光发射装置以及光学装置 - Google Patents

Abstract

本公开的各实施例涉及光发射器组件、光发射装置和光学装置。该光发射器组件包括：激光发射芯片；以及柔性光纤‑透镜组件，其至少由透镜主体、柔性光纤和陶瓷插芯组成；其中所述透镜主体被布置为接收从所述激光发射芯片发射的光，并且将光汇聚至位于所述柔性光纤的一端的纤芯；所述柔性光纤的另一端连接至陶瓷插芯；所述陶瓷插芯适于作为所述光发射器组件的光耦出端口。

Description

光发射器组件、光发射装置以及光学装置

技术领域

本公开的各实施例涉及光通信和光传感领域，并且更具体地涉及具有集成式柔性光路的光发射器组件。

背景技术

光发射器组件（Transmitter Optical Subassembly，或T0SA)是光通信系统中的核心器件，其负责把本端的电信号转换成光信号。TOSA中的内部结构设计直接关系到TOSA在系统中的工作效果。然而，现有的设计和制造过程较为复杂，任一环节的问题都将导致整个光路系统失效。

发明内容

本公开的目的之一在于提供一种改进的光发射器件，其可以至少简化了TOSA的设计和制造，提高器件的可靠性和生产效率。

根据本公开的第一方面，提供了一种光发射器组件。该光发射器组件包括：激光发射芯片；以及柔性光纤-透镜组件，其至少由透镜主体、柔性光纤和陶瓷插芯组成；其中所述透镜主体被布置为接收从所述激光发射芯片发射的光，并且将光汇聚至位于所述柔性光纤的一端的纤芯；所述柔性光纤的另一端连接至陶瓷插芯；所述陶瓷插芯适于作为所述光发射器组件的光耦出端口。

在本公开的光发射器组件中，由于柔性光纤的存在，激光发射器芯片的出光点、透镜主体的光轴以及陶瓷插芯的定位位置可以不必在同一直线上，这使得TOSA内部的整体结构不需要进行复杂的对准匹配，从而简化了装配，提高了生产效率，同时TOSA的精度也能够得到很好的保证。

在一些实施例中，所述柔性光纤-透镜组件可以是预制的一体式组件。这意味着柔性光纤-透镜组件在TOSA装配之前就可以提前预制好，从而进一步方便TOSA的装配。

在一些实施例中，所述透镜主体可以包括：本体，其上设置有微型透镜，所述微型透镜适于将光汇聚至位于所述柔性光纤的一端的纤芯；以及壳型结构，其具有彼此相对的第一侧和第二侧，所述第一侧与所述本体接合在一起，并且所述柔性光纤的所述一端的纤芯被紧固在所述第二侧。在这些实施例中，借助于壳型结构实现了微型透镜和柔性光纤的一体式设计。

在一些实施例中，所述透镜主体可以是由玻璃制成的一体式组件。通过玻璃来形成该透镜主体可以使得透镜主体的制造变得更加简便。仅作为示例，所述微型透镜可以是非球面汇聚透镜。

在一些实施例中，所述壳型结构可以为锥形结构。在锥形结构下，柔性光纤的一端的纤芯可以方便地固定在锥形结构的第二侧。

在一些实施例中，该光发射器件还可以包括：管壳；以及套管光窗，其设置在所述管壳上，所述陶瓷插芯适于从所述管壳内部插入到所述套管光窗中，其中作为所述光发射器组件外部器件的光纤连接器适于从外部插入到所述套管光窗中，并且与所述陶瓷插芯光学耦接在一起。在这些实施例中，可以借助于套管光窗，实现陶瓷插芯与光纤连接器的耦接。

在一些实施例中，在所述光发射器组件组装之后的状态下，所述透镜主体的中心轴与所述陶瓷插芯的中心轴不在同一直线上。这可以省却透镜主体的中心轴与陶瓷插芯的对准操作，并且使得陶瓷插芯的定位位置更加自由。

根据本公开的第三方面，提供了一种光发射装置。该光发射装置可以包括至少一个根据前述第一方面所述的光发射器组件。

根据本公开的第三方面，提供了一种光学装置。该光学装置可以包括根据前述第二方面中所述的光发射装置。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开实施例的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。

图1示出了一种常规的光发射器组件的设计。

图2示出了根据本公开的示例实施例的光发射器组件的立体示意图。

图3示出了根据本公开的示例实施例的光发射器组件的截面示意图。

图4示出了根据本公开的示例实施例的光发射器组件中的柔性光纤-透镜组件的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

如前所述的，光发射器组件（TOSA）中的内部结构设计直接关系到TOSA在系统中的工作效果。

图1示出了一种常规的TOSA设计。这里需要说明的是，尽管这里使用了表述“常规”， 但这并不意味着图1的设计为本领域所公知的现有技术。

如图1所示，该光发射器组件TOSA 50’主要包括管壳1’、激光发射器芯片3’、芯片下结构2’、透镜10’、透镜垫块13’、内部陶瓷线路体12’和管壳光窗6’。为了保证TOSA的高光输出功率，其通常要求激光器芯片3’的出光点、透镜10’的光轴以及管壳光窗6’的中心在同一条直线11’上。这意味着需要精确设计管壳1’内的激光器芯片3’、芯片下结构2’、透镜10’、透镜垫块13’、内部陶瓷线路体12’和管壳光窗6’等多个元件的位置和尺寸，然后通过光耦合工艺来保证整个组件的精确装配。此外，还通常需要芯片下结构2’和陶瓷线路体12’两者等高来缩短金线绑定过程中的金线长度，以保证高频信号的传输效果。从以上描述可以看出，光发射器组件TOSA 50’的设计和装配过程较为复杂，任一环节的缺陷都将导致整个光路系统失效。

本公开的目的在于提供一种改进的光发射器组件TOSA，其至少能够简化TOSA的设计和装配，从而提高生产效率。

下面将参照图2至图4来描述本公开的光发射器组件的具体结构，其中图2示出了本公开的示例性光发射器组件的立体示意图，图3示出了本公开的示例性光发射器组件的截面示意图，图4示出了本公开的示例性光发射器组件中的柔性光纤-透镜组件的示意图。

如图2和图3所示，本公开的示例性光发射器组件TOSA 50主要包括管壳1、芯片下结构2、激光发射器芯片3、柔性光纤-透镜组件4、透镜垫块13、内部陶瓷线路体12和套管光窗6。

在该示例中，管壳1呈方管形状，可以用于容纳芯片下结构2、激光发射器芯片3、柔性光纤-透镜组件4、透镜垫块13和内部陶瓷线路体12等部件，而套管光窗6可以被设置在管壳1上。

在一些实施例中，管壳1可以由任何刚性材料制成。仅作为示例，管壳1可以特别地由金属、陶瓷、或者诸如金属-陶瓷的复合材料制成。

激光发射器芯片3被布置在芯片下结构2的上方，并且适于发射预定波长的光。仅作为示例，该波长可以是适于光纤通信的波长。譬如，该波长可以为1310nm、1550nm。

内部陶瓷线路体12可以在其上布置供电、射频和/或控制线路，从而为激光发射器芯片3提供供电、射频和/或控制功能。

透镜垫块13用于对上面的柔性光纤-透镜组件4进行支撑。

从以上的简单描述可知，图2的光发射器组件50与图1的光发射器组件50’最大的不同就在于：柔性光纤-透镜组件4。

结合图3和图4，可以看出，该柔性光纤-透镜组件4主要由透镜主体7、柔性光纤8和陶瓷插芯9组成。

透镜主体7被布置为接收从激光发射芯片3发射的光，并且将光汇聚至柔性光纤8的一端的纤芯14，而柔性光纤8的另一端连接至陶瓷插芯9，后者适于作为光发射器组件50所发射的光的耦出端口。在该示例中，陶瓷插芯9适于从管壳1内部插入到套管光窗6中，其中作为光发射器组件50外部器件的光纤连接器5（例如，LC光纤连接器）适于从外部插入到套管光窗6中，从而与陶瓷插芯9耦接在一起

在一些实施例中，柔性光纤-透镜组件4是预制的一体式组件。这意味着光发射器组件50在组装之前，该柔性光纤-透镜组件4可以被预先集成在一起而形成为单一部件。

透镜主体7可以包括本体16、微型透镜17和壳型结构15。微型透镜17可以设置在本体16的中心处，其光学焦点与柔性光纤8的一端的纤芯14重合，从而适于将来自激光发射器芯片3的光汇聚至柔性光纤8的一端的纤芯，并且使得光在柔性光纤8的纤芯内部朝向陶瓷插芯9的方向传播。在一些实施例中，该透镜主体7——特别是微型透镜17——可以根据需要汇聚的光束的特征进行针对性设计。

在一些实施例中，微型透镜17可以是单一透镜，例如非球面汇聚透镜。在又一些实施例中，微型透镜17可以是透镜的组合。

壳型结构15具有彼此相对的第一侧和第二侧，其中第一侧与本体16接合在一起，而第二侧与柔性光纤8的一端的纤芯14紧固在一起。在一些实施例中，壳型结构15可以为锥形结构，其从第一侧向第二侧方向渐缩。仅作为示例，该锥形结构例如可以为金字塔形形状、或穹顶形状。壳型结构15的第二侧设置有允许柔性光纤8的一端伸入的孔洞（未示出）。在柔性光纤8的该一端伸入壳型结构15内之后，可以采用固定手段将柔性光纤8的该一端紧固在壳型结构的第二侧，该固定手段包括但不限于在壳型结构15的第二侧内使用夹具来固定该柔性光纤8的一端、或者使用胶粘。

仅作为示例，透镜主体7与柔性光纤8在具体连接时，可以例如首先通过耦合工艺找到透镜主体7和柔性光纤8的最佳配合位置，然后进行固化连接，从而保证发散光束或者平行光束经过透镜主体7聚焦后的光可以高效率地入射到柔性光纤8的纤芯中。

在一些实施例中，包括本体16、微型透镜17和壳型结构15的透镜主体7可以全部是由玻璃制成一体式组件。但这并非限制，在其他实施例中，透镜主体7中的仅有微型透镜17是玻璃制成的，而本体和壳型结构由金属材料制成也是可能的。

柔性光纤8的另一端则连接至陶瓷插芯9，后者可以从管壳1内部插入到套管光窗6，该套管光窗6可以与陶瓷插芯9精确配合，从而套管光窗6与陶瓷插芯9的纤芯是精确对准的。由于柔性光纤8的另一端的纤芯与陶瓷插芯9的纤芯是预先精确对准的，所以经柔性光纤8的纤芯传导过来的光束可顺利入射进入陶瓷插芯9的纤芯，并沿着陶瓷插芯9的纤芯继续传播。

此外，套管光窗6也被设计成与从外部插入到套管光窗6中的外部光纤连接器5精确配合。在陶瓷插芯9和外部的光纤连接器5均被插入到套管光窗6并进行耦接的状态下，光可以经由耦接的陶瓷插芯9和光纤连接器5传输至外部连接的光纤中。

在一些实施例中，套管光窗6例如可以为陶瓷套管光窗。

以上已经详细地描述了本公开的光发射器组件TOSA，下面简单地描述本公开的光发射器组件TOSA的部分装配过程。

在TOSA的装配过程中，可以采用透镜耦合工艺，使激光发射器芯片3发出的光束经过透镜主体7有效聚焦，并且使得汇聚点与透镜主体7和柔性光纤8连接的一侧的光学焦点重合。由于透镜主体7与柔性光纤8连接一侧的光学焦点，其又和柔性光纤8的纤芯是精确对准的，因此这样芯片发出的光束，经过透镜主体7后，在透镜主体7的焦点上聚焦为一点，从而能够顺利入射进入柔性光纤8，并在柔性光纤8的纤芯内部向陶瓷插芯9方向传播。而柔性光纤8的纤芯与陶瓷插芯9的纤芯也是精确对准的，所以经柔性光纤8的纤芯传导过来的光束可顺利入射进入陶瓷插芯9的纤芯，并沿着陶瓷插芯9的纤芯朝向与之耦接的光纤连接器5继续传播。

将会理解，利用本公开的光发射器组件，将会是特别有利地，这是因为由于柔性光纤8的存在，激光发射器芯片3的出光点、透镜主体7的光轴、套管光窗6的中心不在同一直线上也可以保证光沿光路传播的精确性和有效性，所以TOSA内部的整体结构不需要进行复杂的匹配设计来保证各组成部件位置上的正确的相互配合关系。

与诸如图1的光发射器组件相比，本发明的有益效果至少在于：在TOSA设计和装配过程中，芯片和各个组成部件之间的相对位置不需要复杂的精确配合，整个TOSA的生产工艺过程中，只需进行一步耦合工艺，将芯片发出的光束耦合进柔性光纤-透镜组件4中即可，这大大降低了TOSA内部结构的复杂程度，并大大降低了TOSA生产过程中的复杂度和难度，从而简化了TOSA的设计和制造，提高了器件的可靠性和生产效率。

还将会理解，本公开的光发射器组件不仅可以用于单通道的光发射装置中，还可以用于多通道的光发射装置中。该单通道的光发射装置譬如可以包括单个的光发射器器件，而在多通道的光发射装置中，其可以包括多个光发射器组件。此外，本公开的光发射装置可以被包括任何合适的光学装置中。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变型和组合。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本发明的范围。

Claims (10)

1.一种光发射器组件（50），其特征在于，包括：

激光发射芯片（3）；以及

柔性光纤-透镜组件（4），其至少由透镜主体（7）、柔性光纤（8）和陶瓷插芯（9）组成；

其中所述透镜主体（7）被布置为接收从所述激光发射芯片（3）发射的光，并且将光汇聚至位于所述柔性光纤（8）的一端的纤芯（14）；所述柔性光纤（8）的另一端连接至陶瓷插芯（9）；所述陶瓷插芯（9）适于作为所述光发射器组件（50）的光耦出端口。

2.根据权利要求1所述的光发射器组件（50），其特征在于，所述柔性光纤-透镜组件（4）是预制的一体式组件。

3.根据权利要求1或2所述的光发射器组件（50），其特征在于，所述透镜主体（7）包括：

本体（16），其上设置有微型透镜（17），所述微型透镜（17）适于将光汇聚至位于所述柔性光纤（8）的一端的纤芯（14）；以及

壳型结构（15），其具有彼此相对的第一侧和第二侧，所述第一侧与所述本体（16）接合在一起，并且所述柔性光纤（8）的所述一端的纤芯（14）被紧固在所述第二侧。

4.根据权利要求3所述的光发射器组件（50），其特征在于，所述透镜主体（7）是由玻璃制成的一体式组件。

5.根据权利要求3所述的光发射器组件（50），其特征在于，所述微型透镜（17）是非球面汇聚透镜。

6.根据权利要求3所述的光发射器组件（50），其特征在于，所述壳型结构（15）为锥形结构。

7.根据权利要求1所述的光发射器组件（50），其特征在于，还包括：

管壳（1）；以及

套管光窗（6），其设置在所述管壳（1）上，所述陶瓷插芯（9）适于从所述管壳（1）内部插入到所述套管光窗（6）中，其中作为所述光发射器组件（50）外部器件的光纤连接器（5）适于从外部插入到所述套管光窗（6）中，并且与所述陶瓷插芯（9）光学耦接在一起。

8.根据权利要求1或7所述的光发射器组件（50），其特征在于，在所述光发射器组件（50）组装之后的状态下，所述透镜主体（7）的中心轴与所述陶瓷插芯（9）的中心轴不在同一直线上。

9.一种光发射装置，其特征在于，包括至少一个根据权利要求1-8中任一项所述的光发射器组件。

10.一种光学装置，其特征在于，包括根据权利要求9所述的光发射装置。

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