CN114545565A - 一种光器件 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例提供一种光器件，包括第一LD芯片，用于发射携带第一光信号的第一光束；第二LD芯片，用于发射携带第二光信号的第二光束，第一光束的波长与第二光束的波长不同，第一光信号的速率与第二光信号的速率不同；凹面反射镜，用于接收第一光束和第二光束，以及用于反射第一光束和第二光束，第一光束和第二光束相对于凹面反射镜的光轴对称，第一光束和第二光束经凹面反射镜反射后分别得到第三光束和第四光束；聚焦透镜，用于接收第三光束和第四光束，以及将第三光束和第四光束进行汇聚得到第五光束，第三光束和第四光束呈准平行光状态，第五光束入射到光纤。本申请实施例提供的光器件能同时处理至少两种速率的光信号。

Description

一种光器件
技术领域
本申请涉及通信领域，尤其涉及一种光器件。
背景技术
无源光纤网络(Passive Optical Network，PON)系统由低速向高速的演进过程中，PON架构需要考虑重用现有的资源及前后向兼容等问题。现网中呈现出多种速率(如GPON与XGPON)并存的特点，因此对于能够同时处理多种速率信号的混合光网络终端(Optical Network Terminal，ONT)开发的诉求十分强烈。一方面，混合ONT可以令系统平滑升级，节约开发和维护成本；另一方面，可以通过端局配合，实现高品质业务硬隔离，通过端到端(End To End，E2E)硬管道保证业务质量，即高速的波长用于多用户业务，低速的波长作为高端客户的专线提供高品质业务应用。然而，现有的解决方案存在光路结构复杂，制造困难，成本高的问题。
发明内容
本申请的实施例提供一种光器件，能够实现低成本的同时处理至少两种速率的光信号。
第一方面，提供了一种光器件，包括凹面反射镜，聚焦透镜，第一激光二极管LD芯片和第二LD芯片；第一LD芯片用于发射携带第一光信号的第一光束，第二LD芯片用于发射携带第二光信号的第二光束，第一光束的波长与第二光束的波长不同，第一光信号的速率与第二光信号的速率不同；凹面反射镜用于接收第一光束和第二光束，第一光束和第二光束相对于凹面反射镜的光轴对称；凹面反射镜还用于反射第一光束和第二光束，第一光束经凹面反射镜反射后得到第三光束，第二光束经凹面反射镜反射后得到第四光束；聚焦透镜用于接收第三光束和第四光束，第三光束和第四光束呈准平行光状态；聚焦透镜还用于将第三光束和第四光束进行汇聚得到第五光束，第五光束入射到光纤。
结合第一方面的实现方式，在第一方面第一种可能的实现方式中，第一光束和第二光束相对于凹面反射镜的光轴对称包括：第一光束在凹面反射镜上的入射点和第二光束在凹面反射镜上的入射点到凹面反射镜的光轴的垂直距离相等。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式中，在第二种可能实现的方式中，光器件还包括底座，凹面反射镜贴装在底座上；底座包括凸台，第一LD芯片和第二LD芯片贴装在凸台上。
结合第一方面或第一方面的第一种至第二种可能的实现方式中的任意一种，在第三种可能实现的方式中，光器件还包括管帽，聚焦透镜贴装在管帽上。
结合第一方面或第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第四种可能实现的方式中，光器件还包括壳体，壳体上焊接有光纤。
结合第一方面或第一方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任意一种，在第五种可能实现的方式中，光器件还包括至少两个接收端，至少两个接收端用于接收来自光纤的的光信号。
结合第一方面或第一方面的第一种至第五种可能的实现方式中的任意一种，在第六种可能实现的方式中，光器件还包括管帽和滤波片，管帽上贴装有平窗透镜，聚焦透镜设置于滤波片和光纤之间。
结合第一方面或第一方面的第一种至第六种可能的实现方式中的任意一种，在第七种可能实现的方式中，光器件还包括底板，凹面反射镜、聚焦透镜、第一LD芯片、第二LD芯片贴装于底板上。
结合第一方面或第一方面的第一种至第七种可能的实现方式中的任意一种，在第八种可能实现的方式中，底板上焊接有光纤。
结合第一方面或第一方面的第一种至第八种可能的实现方式中的任意一种，在第九种可能实现的方式中，光器件为光网络终端ONT。
结合第一方面或第一方面的第一种至第九种可能的实现方式中的任意一种，在第十种可能实现的方式中，光器件为光网络单元ONU。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过使用凹面反射镜和聚焦透镜将多束光束汇聚为一束光，实现了如ONT或ONU等光器件同时处理至少两种速率的光信号的目的，简化了光路结构，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例和现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中以及现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是现有技术的一种实施方式的示意图；
图2是现有技术的另一种实施方式的示意图；
图3是依据本申请一实施例的光器件300的结构示意图；
图4是依据本申请一实施例的第一光束和第二光束相对于凹面反射镜的光轴对称的示意图；
图5是依据本申请一实施例的使用TO封装的光器件500的结构示意图；
图6是依据本申请一实施例的具有双发双收功能的光器件600的结构示意图；
图7是依据本申请一实施例的使用COB封装的光器件的结构示意图；
图8是依据本申请一实施例的多束光束相对于凹面反射镜的光轴对称的示意图。
具体实施方式
面对现网呈现出多种速率(如GPON与XGPON)并存的特点，目前已经存在一些解决方案。以具有两个发送端和两个接收端的ONT为例，现有的一种方案是通过COMBO四向组件实现混合ONT，在一个组件中将两个发送端与两个接收端组合到一起。在组件的光路中需要利用多个滤波片实现四种光波长的分离，同时还需要实现四个方向的空间光耦合。这种解决方案使得光路结构与两向光组件相比变的十分复杂，工艺也由几十步增加到一百步以上。与此同时，光路中的透镜也需使用价格更高的平行光透镜。透镜及滤波片的数量大幅度增加，其总体成本提升了数倍，并且由于工艺复杂度增加，生产效率也大幅度降低。
还存在一些其他解决方案。由于混合ONT中不同速率的信号由不同的波长所携带，因此需要通过一定的技术将不同波长的信号都耦合入光纤中，图1和图2为两种已有的合束方案。
以耦合两种不同波长的信号到光纤中为例，如图1所示。图1方案通过偏振进行合束。器件4即为偏振合束元件。两束偏振方向相互垂直的光分别从第一偏振控制器1和第二偏振控制器2射出。从第二偏振可控制器2射出的光(下称光束2)通过反射镜3反射后，射向与该光束呈45°的偏振片4。同时，从第一偏振控制器1射出的光(下称光束1)射向与该束光也呈45°的偏振片4。光束1的偏振方向与偏振片4相同，可以完全透过，沿原方向进行传输。光束2的偏振方向与偏振片垂直，会被偏振片4完全反射。由于光束2的入射方向与偏振片成45°，因此反射光方向与原传输方向垂直，与光束1的传输方向相同。因此，在通过偏振片4后，两束原本相互垂直的偏振光转化为同一方向进行传输，完成了合束。这种方案需要两束入射光的方向相互垂直，导致需要两个激光二极管芯片贴片方向垂直，将需要比较大的空间尺寸，难以满足光器件的尺寸要求。
以耦合多种不同波长的信号到光纤中为例，如图2所示。图2所示是现有的一种空间光合束方案。在这种方案中，光源芯片呈阶梯状排列，首先通过相应的汇聚透镜将各光源芯片的出射光转化为准平行光，再逐一入射到与相应准平行光呈45°的平面半透半反镜上。每个半透半反镜平行排列，因此可以将每个镜面上反射的光合并到一个方向出射，最终实现合束。然而，这种方案中的半透半反镜会令光源的光功率产生3dB的损耗，极大的影响了耦合效率。同时，多个半透半反镜排列，需要很大的空间尺寸，难以满足光器件小尺寸的特点。
可见，ONT的应用主要面向终端用户，对于成本十分敏感，并且需求量也十分巨大，而且现有的方案难以满足光器件小尺寸和低成本的要求，因此需要开发新型的低成本混合ONT。
图3是依据本申请一实施例的光器件300的结构示意图。光器件300包括凹面反射镜301，聚焦透镜302，第一激光二极管(Laser Diode，LD)芯片LD1，以及第二LD芯片LD2。LD1用于发射携带第一光信号的第一光束，LD2用于发射携带第二光信号的第二光束，第一光束的波长与第二光束的波长不同，第一光信号的速率与第二光信号的速率不同。凹面反射镜301用于接收第一光束和第二光束，第一光束和第二光束相对于凹面反射镜301的光轴对称。凹面反射镜301还用于反射第一光束和第二光束，第一光束经凹面反射镜301反射后得到第三光束，第二光束经凹面反射镜反射后得到第四光束，出射的第三光束和第四光束呈准平行光状态。聚焦透镜302用于接收经凹面反射镜301反射出的第三光束和第四光束。聚焦透镜302还用于将第三光束和第四光束进行汇聚得到第五光束，该第五光束入射到光纤中，发送出去。这样，光器件300便实现了同时处理至少两种速率的光信号。
准平行光是接近平行光的发散角较小的光束。本申请实施例中，准平行光状态可以满足发明目的，因此不一定严格要求为平行光。当然，在实际实现中，也可以通过调整LD芯片的位置和角度来实现凹面反射镜反射出的光束为平行光，本申请对此不做限制。
在一种实现方式中，第一光束和第二光束相对于凹面反射镜301的光轴对称包括：第一光束在所述凹面反射镜上的入射点和所述第二光束在所述凹面反射镜上的入射点到所述凹面反射镜的光轴的垂直距离相等。即，第一光束和第二光束在凹面反射镜上的入射点位于以光轴为中心的同一圆周上，如图4所示。第一光束的入射点和第二光束的入射点可以位于该圆周的同一条直径的两端，也可以不位于该圆周的同一条直径的两端，这样对于发射第一光束的LD1和发射第二光束的LD2的位置没有过多限制，提高了具体工艺过程的灵活度。第一光束的入射点和第二光束的入射点不必位于同一圆周的同一条直径的两端，这样也能实现大于两个LD芯片作为光源时，光器件300同时处理大于两种速率的光信号的目的。
在一种实现方式中，图3所示结构可应用在晶体管外形(Transistor Outline，TO)封装中，如图5所示。在这种实现方式中，光器件500还包括底座(或称为管座)501、管帽502和管脚503。底座501上设置有凸台5011。凹面反射镜301贴装在底座501上，LD1和LD2贴装在凸台5011上。聚焦透镜302贴装在管帽502上。
在一种实现方式中，图3所示结构可以整体焊接在壳体601上，如图6所示。光器件600的壳体601上还可以焊接两个接收端602和603。光纤也可以焊接在壳体601上。接收端602和603用于接收从光纤中传来的光信号(图中未示出)。光纤中传来的光信号经滤波片604和605滤波后，分别被接收端602和603接收，通过设置滤波片604和605，实现了对接收到的光信号的两向分离，同时，滤波片605还能够将入射到滤波片605上的光信号全反射，使其入射到接收端TO603，实现了接收到的光信号和发射端发射的光信号的分离。在图6所示结构中，由于加入了接收端，需要给接收端留下一定空间，因此，图3所示结构中的聚焦透镜位置放置平窗透镜，目的是延长准平行光的光程。而聚焦透镜设置于滤波片604和光纤之间，对准平行光进行汇聚，经汇聚后的光束入射到光纤中，发送出去。由于能够同时处理至少两个发送端LD1和LD2发出的两种速率的光信号，以及两个接收端602和603能够同时接收来自光纤的两个光信号，因此图6所示的光器件600能够实现双发双收功能。
图3和图6所示光器件均采用TO封装，在实际应用中，图3所述结构也可应用于板上芯片(Chips on Board，COB)封装和盒式(BOX)封装。如图7所示为COB封装，其中，凹面反射镜、聚焦透镜、第一LD芯片LD1和第二LD芯片LD2均贴装于底板上，底板上焊接有光纤，第三光束和第四光束经聚焦透镜汇聚后入射到光纤中。
BOX封装的功能区与图7所示的COB封装的功能区相同，区别是COB封装的最终形态类似一个单板，是非气密性的，而BOX封装还具有一个盖在底板上的盖子，形成盒的形状，以保证气密性。因此，BOX封装的结构示意图不再单独示出。
前述实施例附图仅显示了凹面反射镜接收两束光的情况，在实际应用中，可以存在两个以上LD芯片作为发射端。在这种情况中，为实现将来自两个以上LD芯片的光束转化为准平行光，需要调整各LD芯片的贴片位置和贴片角度，使各LD芯片发出的光在凹面反射镜上的入射点到凹面反射镜的光轴的垂直距离相等。即，各光束在凹面反射镜上的入射点位于以光轴为中心的同一圆周上，如图8所示。图8中以有四个LD芯片作为发射端为例进行呈现，四束光束的入射点在以凹面反射镜光轴为中心的同一圆周上。
在一种实现方式中，前述光器件为光网络终端(Optical network terminal，ONT)，或者为光网络单元(Optical Network Unit，ONU)。
根据本申请实施例的方案，通过使用凹面反射镜和聚焦透镜将多束光束汇聚为一束光，实现了如ONT或ONU等光器件同时处理至少两种速率的光信号的目的，简化了光路结构，降低了成本。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种光器件，其特征在于，包括凹面反射镜，聚焦透镜，第一激光二极管LD芯片和第二LD芯片；
所述第一LD芯片用于发射携带第一光信号的第一光束，所述第二LD芯片用于发射携带第二光信号的第二光束，所述第一光束的波长与所述第二光束的波长不同，所述第一光信号的速率与所述第二光信号的速率不同；
所述凹面反射镜用于接收所述第一光束和所述第二光束，所述第一光束和所述第二光束相对于所述凹面反射镜的光轴对称；
所述凹面反射镜还用于反射所述第一光束和所述第二光束，所述第一光束经所述凹面反射镜反射后得到第三光束，所述第二光束经所述凹面反射镜反射后得到第四光束；
所述聚焦透镜用于接收所述第三光束和所述第四光束，所述第三光束和所述第四光束呈准平行光状态；
所述聚焦透镜还用于将所述第三光束和所述第四光束进行汇聚得到第五光束，所述第五光束入射到光纤。
2.根据权利要求1所述的光器件，其特征在于，所述第一光束和所述第二光束相对于所述凹面反射镜的光轴对称包括：所述第一光束在所述凹面反射镜上的入射点和所述第二光束在所述凹面反射镜上的入射点到所述凹面反射镜的光轴的垂直距离相等。
3.根据权利要求1或2所述的光器件，其特征在于，所述光器件还包括底座，所述凹面反射镜贴装在所述底座上；所述底座包括凸台，所述第一LD芯片和所述第二LD芯片贴装在所述凸台上。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的光器件，其特征在于，所述光器件还包括管帽，所述聚焦透镜贴装在所述管帽上。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的光器件，其特征在于，所述光器件还包括壳体，所述壳体上焊接有所述光纤。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的光器件，其特征在于，所述光器件还包括至少两个接收端，所述至少两个接收端用于接收来自所述光纤的光信号。
7.根据权利要求6所述的光器件，其特征在于，所述光器件还包括管帽和滤波片，所述管帽上贴装有平窗透镜，所述聚焦透镜设置于所述滤波片和所述光纤之间。
8.根据权利要求1或2所述的光器件，其特征在于，所述光器件还包括底板，所述凹面反射镜、所述聚焦透镜、所述第一LD芯片、第二LD芯片贴装于所述壳体上。
9.根据权利要求8所述的光器件，其特征在于，所述底板上焊接有所述光纤。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的光器件，其特征在于，所述光器件为光网络终端ONT。
11.根据权利要求1至9任意一项所述的光器件，其特征在于，所述光器件为光网络单元ONU。
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