CN113176639A

CN113176639A - 集成式双向光器件以及光学装置

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Publication number: CN113176639A
Application number: CN202110707224.6A
Authority: CN
Inventors: 房晓燕; 李林科; 吴天书; 杨现文; 张健
Original assignee: Wuhan Linktel Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan Linktel Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2021-07-27

Abstract

本申请的各实施例提供了一种集成式双向光器件及其光学装置。该双向式光器件包括:光发射组件，其适于沿第一方向发射具有第一波长的第一光；光接收组件，其适于接收入射至其上的具有第二波长的第二光；以及组合滤光片，其包括第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片被布置成沿所述第一方向透射所述第一光，并且将沿第二方向入射至所述第一滤光片上的所述第二光反射至所述第二滤光片，所述第二滤光片被布置成将经所述第一滤光片反射的所述第二光进一步反射至所述光接收组件；其中所述第一方向与所述第二方向相反。

Description

集成式双向光器件以及光学装置

技术领域

本申请的各实施例涉及光通信领域，更具体地涉及一种集成式双向光器件以及相关的光学装置。

背景技术

传统的单纤双向光收发一体器件，因工艺成熟，且可节省一半光纤，在光通讯市场中也有一席之地。在单纤双向光器件中发送和接收通常采用两个不同的波长，比如一个用1310nm，一个用1550nm，然后用一个滤波器来区分发送和接收方向的波长信号。

然而，随着传输速度的提高，波长也越来越密。譬如，还可以使用其他的波长对1310 nm/1270nm、1270nm/1310nm、1510nm/1550nm等来作为收发的通信波长。这些其他波长对的使用对双向光器件中的滤波器的分光形成了挑战。

发明内容

本申请的目的之一在于提供一种改进的集成式双向光器件，其可以有效地提高对间隔较短的波长对的分光能力。

根据本申请的第一方面，提供了一种集成式双向光器件。该双向式光器件包括:光发射组件，其适于沿第一方向发射具有第一波长的第一光；光接收组件，其适于接收入射至其上的具有第二波长的第二光；以及组合滤光片，其包括第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片被布置成沿所述第一方向透射所述第一光，并且将沿第二方向入射至所述第一滤光片上的所述第二光反射至所述第二滤光片，所述第二滤光片被布置成将经所述第一滤光片反射的所述第二光进一步反射至所述光接收组件；其中所述第一方向与所述第二方向相反；其中所述第一滤光片形成在第一透明基板上，所述第二滤光片形成在第二透明基板上，所述第一透明基板和所述第二透明基板两者彼此成45度的夹角；所述集成式双向光器件还包括适于安装所述组合滤光片的安装支架，所述安装支架具有本体，所述本体具有彼此相对的第一侧和第二侧，以及从第一侧贯通至第二侧的开孔，所述第一透明基板适于贴附在所述第一侧，所述光发射组件沿所述第一方向发射的所述第一光能够穿过所述开孔，并随后透射通过所述第一滤光片。

通过本申请的集成式双向光器件，特别是第一滤光片和第二滤光片的组合设计，可以使得入射到滤光片的入射角有所减小，这有助于减少滤光片对于设计波长的角偏移，从而提高滤光片对波长对的分光能力，譬如可以实现间隔60nm及以下的波长对的分光能力。而且，本申请的接收光路收光效率可以达到90%以上。

在一些实施例中，沿所述第一方向入射至所述第一滤光片上的所述第一光或者沿所述第二方向入射至所述第一滤光片上的所述第二光，相对于所述第一滤光片的入射角均在10度至32度的范围内。以这种方式，可以进一步提高滤光片对波长对的分光能力，甚至可以实现间隔40nm及以下的波长对的分光能力。

在一些实施例中，所述第一滤光片和所述第二滤光片彼此成45度的夹角。以这种方式，可以有助于将第二光投射至处于与光发射组件的光轴正交位置的光接收组件。

在一些实施例中，还包括：光隔离器，所述光隔离器安装所述本体的第二侧，并且面对所述光发射组件。

在一些实施例中，所述安装支架还包括从所述本体延伸的两个延伸臂，所述集成式双向光器件还包括0度滤光片，所述0度滤光片贴附在所述两个延伸臂上，所述第二光被所述第二滤光片反射穿过所述0度滤光片，而后入射至所述光接收组件。通过安装支架的使用，可以使得集成式双向光器件内部器件的安装和定位变得更为简单。

在一些实施例中，所述集成式双向光器件是单纤双向光器件，所述单纤双向光器件还包括单一的光纤插芯，所述单一的光纤插芯被布置成耦入从所述第一滤光片透射的所述第一光，并且耦出所述第二光至所述第一滤光片。

在一些实施例中，所述第一波长和所述第二波长的间隔小于60 nm。

根据本申请的第二方面，提供了一种光学装置。该光学装置包括第一方面所述的集成式双向光器件。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请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，本申请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示出了一种常规的单纤双向光器件的结构。

图2示出了根据本申请的示例实施例的集成式双向光器件的示意性结构。

图3示出了根据本申请的示例实施例的集成式双向光器件中的安装支架的示意性立体视图。

图4示出了根据本申请的示例实施例的集成式双向光器件中的安装支架的另一示意性立体视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施例。虽然附图中显示了本申请的某些实施例，然而应当理解的是，本申请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仅是为了更加透彻和完整地理解本申请。应当理解的是，本申请的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本申请的保护范围。

图1示出了一种常规的单纤双向光器件的结构。如图1所示，该单纤双向光器件10主要包括光发射组件11、光接收组件12、管壳13、45度滤光片14和光纤插芯15。

光发射组件11适于发射具有预定通信波长的第一光。光接收组件12适于接收具有另一预定通信波长的第二光。该预定通信波长和另一预定通信波长两者例如可以选自例如1270nm、1310nm、1330 nm、1550 nm中的波长。

45度滤光片14被布置在管壳13中，其被定位成相对于光发射组件11的光轴以及光接收组件12的光轴均成45度。45度滤光片14的作用在于：其一方面用于透射从光发射组件11发射的第一光至光纤插芯15，另一方面用于反射从光纤插芯15耦出的第二光至光接收组件12。

然而，发明人发现：对于通常使用的波长对而言，由于全温以及全入射角度下光谱曲线有重合，使用45度滤光片很难区分间隔为60nm以及以下的波长对（例如，间隔为40 nm的1270nm和1310nm），因此，这限制了如图1所示的常规的单纤双向光器件的设计的应用。

本申请的目的至少在于提供一种改进的集成式双向光器件，其通过滤光片的改进布置可以有效地满足间隔为60nm以及以下的波长对（例如，间隔40nm的波长对）的分光要求。

如图2所示，集成式双向光器件20主要包括光发射组件21、光接收组件22、管壳23、光隔离器25、安装支架28、组合滤光片24和光纤插芯26。

光发射组件11适于发射具有第一波长的第一光。光接收组件12适于接收具有第二波长的第二光。该第一波长和第二波长例如可以选自诸如1270nm、1310nm、1330 nm、1550nm的通信波长。特别地，第一波长和第二波长之间的波长间隔可以在60nm及以下，例如为40nm。

管壳23适于容纳光隔离器25、0度滤光片27（如果有的话）、安装支架28、组合滤光片29和光纤插芯26，并且对些器件起到支撑和保护的作用。通常而言，管壳23可以呈方管体的形状，但这并非限制，在其他实施例中，管壳23也可以为其他的形状。

如后面将要描述的，隔离器25、0度滤光片27（如果有的话）、组合滤光片24会被首先安装在安装支架28上，然后再将安装支架28安装至管壳23内，这使得整个集成式双向光器件的装配变得非常简单。

光纤插芯26被布置在光发射组件21的对面。在一些实施例中，光纤插芯26基本上与光发射组件21的光轴处于同一水平线上。在一些实施例中，光接收组件22的光轴可以与光发射组件21的光轴相交，特别地，它们可以彼此正交地布置。

在一些实施例中，光纤插芯26可以是单一的光纤插芯，其可以用于双向传输不同波长的光。例如，光纤插芯26可以用于经由组合滤光片24耦入来自光发射组件21所发射的第一波长的第一光，然后将第一光透射至光纤插芯26，同时光纤插芯26还可以用于接收从外部传入的具有第二波长的第二光，并且经由组合滤光片24的反射而耦出至光接收组件22。仅作为示例，图1和图2中绘出了单一的光纤插芯，但应当理解，光纤插芯26为双纤插芯也是可能的，在这种情况下，其中一个纤芯用于向集成式双向光器件的外部耦出第一光，另一纤芯用于接收从外部传入的第二光。

与图1的单一的45度滤光片14的设计不同，本申请的组合滤光片24包括第一滤光片29和第二滤光片30。根据本申请的设计，第一滤光片29被布置和定向成沿第一方向（X）透射来自光发射组件21的第一光，并且将沿第二方向（-X）入射至第一滤光片29上的第二光反射至第二滤光片30。第二滤光片30被布置和定向成接收来自第一滤光片29反射的第二光，并且将经第一滤光片29反射的第二光进一步反射至光接收组件22。

在一些实施例中，第一滤光片29可以被定向为使得光发射组件21的第一光轴从其穿过，而第二滤光片30可以被定向为使得光接收组件22的第二光轴从其穿过，其中第一光轴与上述第一方向（X）平行，并且与第二光轴正交。

在一些实施例中，第一滤光片29和第二滤光片30的反射和透射性能可以相同，譬如，它们的滤光特性均可以为透射第一波长的光而反射第二波长的光。以这种方式，可以有助于简化滤光片的选择。然而，这并非限制，在其他实施例中，第一滤光片29和第二滤光片30具有不同的反射和透射特性也是可能的。

进一步地，在一些实施例中，组合滤光片20可以被定向为：

a. 使得沿第一方向（X）入射至第一滤光片29上的第一光和/或沿第二方向（-X）入射至第一滤光片29上的第二光，相对于第一滤光片29的入射角均在10度至32度的范围内；和/或

b. 使得经由第一滤光片29反射而入射至第二滤光片30的第二波长的第二光，相对于第二滤光片30的入射角均在10度至32度的范围内。

与图1的45度滤光片14的常规设计（其入射角在45度左右）相比，本申请的组合滤光片的设计，不管是第一波长的第一光还是第二波长的第二光，它们均可以以较小的入射角度（10度至32度的范围内的入射角）入射至第一滤光片或第二滤光片。

以较小的入射角度入射至滤光片的优势在于：对于第一波长和第二波长而言，滤光片所各自对应的角偏移都会有所减小，这使得区分间隔为60nm以及以下（特别是间隔40nm）的波长对成为可能。

在光发射组件的光轴和光接收组件的光轴大致正交的实施例中，为了使得第二波长的第二光经由第二滤光片的反射而入射至光接收组件的方向，第一滤光片29和第二滤光片30的夹角可以为45度左右。

在一些实施例中，第一滤光片29可以形成在第一透明基板31上，第二滤光片30可以形成在第二透明基板32上，第一透明基板31的一侧和第二透明基板32的一侧可以连接（例如，粘结或熔接）在一起。以这种方式，可以方便地以预定夹角来固定第一滤光片29和第二滤光片30。仅作为示例，第一透明基板31和第二透明基板32例如可以由玻璃或透明塑料制成。

在一些实施例中，在组合滤光片20的光发射组件侧，还可以设置光隔离器25，该光隔离器25的作用是隔离从第一滤光片29返回至光发射器件侧的杂散光。在一些实施例中，在组合滤光片20的光接收组件侧，还可以设置0度滤光片，该0度滤光片的作用是仅允许第二波长的第二光从其透过。

为了方便地安装组合滤光片20、光隔离器25和0度滤光片27中的一者或多者，本申请的集成式双向光器件20还可以特别地设计有安装支架28。

图3和图4示出了安装支架的示意性结构图。如图3和图4所示，安装支架28可以具有本体35和从本体35延伸的两个延伸臂36。在一些实施例中，本体35和两个延伸臂36之间可以具有大于90度的夹角。当安装支架28固定在管壳23内时，本体35可以被定向为关于光发射组件21的光轴倾斜地布置，而两个延伸臂36可以平行于光发射组件21的光轴。

本体35可以具有彼此相对的第一侧和第二侧，其中第一侧朝向光发射组件21，第二侧朝向光纤插芯26。进一步地，本体35设置有从第一侧贯通至第二侧的开孔37。

在使用安装支架23安装组合滤光片20和光隔离器25的实施例中，组合滤光片20中的第一滤光片29连同其第一透明基板31可以被贴附在本体35的第一侧，而光隔离器25可以被安装在本体35的第二侧。此外，在安装支架230另外安装0度滤光片27的实施例中，0度滤光片27可以被贴附在两个延伸臂36上，面对第二滤光片30。

在上述安装支架23连同其上的光器件安装就位的情况下，从光发射组件21沿第一方向（X）发射的具有第一波长的第一光可以首先穿过光隔离器25，然后穿过开孔37，透过第一滤光片29，最后入射至光纤插芯26。而从光纤插芯26耦出的具有第二波长的第二光可以入射至第一滤光片29，接着被第一滤光片29反射至第二滤光片30，而后被第二滤光片30反射至0度滤光片27（如果有的话），并且穿过0度滤光片27，最后入射至光接收组件22。

本领域技术人员容易理解，由于组合滤光片24的特别设计，不管是具有第一波长的第一光，还是具有第二波长的第二光，都会以较小的入射角度入射至滤光片（无论是第一滤光片还是第二滤光片）。在这种情况下，可以避免在大角度入射下的滤光片的大角偏移的特性，从而使得在使用滤光片进行不同波长的分光时更加简单。特别地，在使用本申请的组合滤光片，可以实现小于60nm（譬如，小于40nm）间隔的波长对的区分。

本申请的集成式双向光器件不仅可以用于光纤通信中，在一些实施例中，还可以并入至其他的光学装置中，从而实现更为广泛的用途。

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。

Claims

1.一种集成式双向光器件，其特征在于，包括:

光发射组件（21），其适于沿第一方向发射具有第一波长的第一光；

光接收组件（22），其适于接收入射至其上的具有第二波长的第二光；以及

组合滤光片（24），其包括第一滤光片（29）和第二滤光片（30），所述第一滤光片（29）被布置成沿所述第一方向透射所述第一光，并且将沿第二方向入射至所述第一滤光片（29）上的所述第二光反射至所述第二滤光片（30），所述第二滤光片（30）被布置成将经所述第一滤光片（29）反射的所述第二光进一步反射至所述光接收组件（22）；其中所述第一方向与所述第二方向相反；

其中所述第一滤光片（29）形成在第一透明基板（31）上，所述第二滤光片（30）形成在第二透明基板（32）上，所述第一透明基板和所述第二透明基板两者彼此成45度的夹角；

所述集成式双向光器件还包括适于安装所述组合滤光片（24）的安装支架（28），所述安装支架（28）具有本体（35），所述本体具有彼此相对的第一侧和第二侧，以及从第一侧贯通至第二侧的开孔（37），所述第一透明基板（31）适于贴附在所述第一侧，所述光发射组件（21）沿所述第一方向发射的所述第一光能够穿过所述开孔，并随后透射通过所述第一滤光片（29）。

2.根据权利要求1所述的集成式双向光器件，其特征在于，

沿所述第一方向入射至所述第一滤光片（29）上的所述第一光或者沿所述第二方向入射至所述第一滤光片（29）上的所述第二光，相对于所述第一滤光片（29）的入射角均在10度至32度的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的集成式双向光器件，其特征在于，所述第一滤光片（29）和所述第二滤光片（30）彼此成45度的夹角。

4.根据权利要求1所述的集成式双向光器件，其特征在于，还包括：光隔离器，所述光隔离器安装所述本体的第二侧，并且面对所述光发射组件（21）。

5.根据权利要求1所述的集成式双向光器件，其特征在于，所述安装支架（28）还包括从所述本体（35）延伸的两个延伸臂（36），

所述集成式双向光器件还包括0度滤光片，所述0度滤光片贴附在所述两个延伸臂上，所述第二光被所述第二滤光片（30）反射穿过所述0度滤光片，而后入射至所述光接收组件（22）。

6.根据权利要求1所述的集成式双向光器件，其特征在于，所述集成式双向光器件是单纤双向光器件，所述单纤双向光器件还包括单一的光纤插芯，所述单一的光纤插芯被布置成耦入从所述第一滤光片（29）透射的所述第一光，并且耦出所述第二光至所述第一滤光片（29）。

7.根据权利要求1、2、4、5或6中任一项所述的集成式双向光器件，其特征在于，所述第一波长和所述第二波长的间隔小于60 nm。

8.一种光学装置，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的集成式双向光器件。