CN114740575A - 一种波分接收器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤通信高速光模块技术领域，提供了一种波分接收器件，包括沿光路方向依次布设的准直插针、Z‑block、柱透镜、棱镜组件以及垂直转折棱镜。本发明的一种波分接收器件，通过棱镜组件多次缩减出光高度，能直接匹配0.25mm pitch的PD array使用的耦合光路的接收光器件，能很大程度上缩小器件尺寸实际器件，空间长度10～15mm，可加大系统的可集成度，且降低芯片成本；器件封装尺寸小，易于操作，耦合容差大，耦合难度低且易于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信高速光模块技术领域，具体为一种波分接收器件，其基于COB封装或BOX封装的接收光路组件或BOX器件，可用于40G、 100G、200G、400G、800G等CWDM、LANWDM光器件或光模块中。
背景技术
光通信高速器件中，芯片成本占器件总成本比例很高，为了降低成本，加大集成度，接收器件或光路中通常采用集成度较高的阵列PD和TIA，一般 pitch为0.25mm或0.75mm，集成度越高，芯片越便宜。
对于CWDM、LAN WDM接收器件，需要做波分，目前行业常用的是采用Z-block空间光路——棱镜+滤波膜片组合解复用，还要一种是采用平面波导光路分光，如AWG、MZ等，其中Z-block膜片分光以低廉成本、高温度稳定性、高可靠性、低串扰等优良的特性，在波分复用的ROSA器件和光模块中占据重要地位。
但Z-block空间光路分光方式受膜片切割、装配等影响，无法直接匹配到 0.25mmpitch的阵列芯片使用，只能匹配750um pitch的芯片，0.25mm pitch 的芯片节约3倍材料，成本降低2/3。CN109613663 A中描述了一种采用缩pitch 转折棱镜和Clens组合的缩pitch的耦合光路，这种光路工作距离很长，从光纤出光点到PD光敏面，实际占空间长度20～25mm，对缩pitch转折棱镜精度要求较高，很难在空间有限的BOX器件中实现这种光路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波分接收器件，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：一种波分接收器件，包括沿光路方向依次布设的准直插针、Z-block、柱透镜、棱镜组件以及垂直转折棱镜，
所述准直插针，用于出射准直光束，
所述Z-block，用于将具有多个波长的光束分成多束光，
所述柱透镜，用于多束光的聚焦，
所述棱镜组件，用于多次折射缩减光束之间距离，
所述棱镜组件包括沿光路设置的多个楔形棱镜，经各所述楔形棱镜出射的多束光射入所述垂直转折棱镜。
进一步，所述棱镜组件包括沿光路依次设置的第一棱镜和第二棱镜，
所述第一棱镜，用于改变各光束在水平面出射角度，
所述第二棱镜，用于缩减相邻束光之间距离，且将光束方向重新调整为水平方向。
进一步，所述第一棱镜和所述第二棱镜均为直角梯形，所述第一棱镜和所述第二棱镜的斜边与长底边之间的夹角均控制在55～65°之间。
进一步，所述第一棱镜为直角梯形，所述第二棱镜为直角三角形，所述第一棱镜的斜边与长底边之间的夹角控制在68～74°之间，所述第二棱镜的其中一个直角边与所述第一棱镜的斜边贴合。
进一步，所述柱棱镜和所述第一棱镜为一个整体时，先将所述Z-block、所述第二棱镜以及所述垂直转折棱镜无源贴片，再将所述柱透镜和所述第一棱镜组成的组合体与所述准直插针同时夹持并进行迭代耦合。
进一步，所述柱棱镜和所述第一棱镜分开为两个部件时，先将所述 Z-block、所述第一棱镜、所述第二棱镜以及所述垂直转折棱镜无源贴片，再有源耦合所述准直插针，固定所述准直插针，有源耦合所述柱透镜，再固定所述柱透镜完成耦合。
进一步，所述第二棱镜与水平射出的出射光之间的夹角控制在25～35°之间。
进一步，所述Z-block包括棱镜基底和四个滤光器，四个所述滤光器设在所述棱镜基底的出光面上，且四个所述滤光器用于将多个波长的光分成多束光。
进一步，所述棱镜基底的入光面与水平射来的入射光之间的夹角控制在 80～84°之间或者75～78°之间。
进一步，所述柱透镜粘接在所述棱镜组件上，所述柱透镜的材料为SF11，且所述柱透镜通过折射率与所述棱镜组件匹配的胶水粘接在所述棱镜上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种波分接收器件，通过棱镜组件多次缩减出光高度，能直接匹配0.25mm pitch的PD array使用的耦合光路的接收光器件，能很大程度上缩小器件尺寸实际器件，空间长度10～15mm，可加大系统的可集成度，且降低芯片成本；器件封装尺寸小，易于操作，耦合容差大，耦合难度低且易于批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种波分接收器件的俯视图；
图2为本发明实施例一提供的一种波分接收器件的侧视图；
图3为本发明实施例二提供的一种波分接收器件的俯视图；
图4为本发明实施例二提供的一种波分接收器件的侧视图；
附图标记中：1-光纤插针；2-准直Clens；3-Z-block；4-柱透镜；5-第一棱镜；6-第二棱镜；7-垂直转折棱镜；8-PD lens array；9-PD array；10-基板。
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4，本发明实施例提供一种波分接收器件，包括沿光路方向依次布设的Z-block3、柱透镜4、棱镜组件以及垂直转折棱镜7。所述准直插针，包括光纤插针1和准直Clens2，准直光斑1/e2直径大小在0.25～0.3mm。准直Clens2用来准直光束。所述Z-block3，用于将具有多个波长的光束分成多束光，所述柱透镜4，用于多束光的聚焦，所述棱镜组件，用于多次折射缩减光束之间距离，所述棱镜组件包括沿光路设置的多个楔形棱镜，经各所述楔形棱镜出射的多束光射入所述垂直转折棱镜7，四束光经过该垂直转折棱镜 7到PD lens array8最后到达PD进行光电转换。在本实施例中，通过棱镜组件多次折射缩减光束之间距离，能直接匹配0.25mm pitch的PD array9使用的耦合光路的接收光器件，能很大程度上缩小器件尺寸实际器件，空间长度 10～15mm，可加大系统的可集成度，且降低芯片成本。入射光在Z-block3中，将多个波长的光分为多束光，例如四个波长的光可分为λ1、λ2、λ3、λ4四束光，再分别经过柱透镜4、棱镜组件，将pitch缩减成0.25mm。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1至图4，所述棱镜组件包括沿光路依次设置的第一棱镜5和第二棱镜6，第一棱镜5和第二棱镜6均为楔形棱镜。所述第一棱镜5，用于改变各光束在水平面出射角度，所述第二棱镜6，用于缩减相邻束光之间距离，且将光束方向重新调整为水平方向。在本实施例中，将棱镜组件细化为两个棱镜，当然还可以根据需要设置更多数量的棱镜，只需要能够配合起来将出光高度缩减至需要的尺寸即可，本实施例对其数量不作限制。
以下为两个不同的实施例：
实施例1：请参阅图1和图2，所述第一棱镜5和所述第二棱镜6均为直角梯形，所述第一棱镜5和所述第二棱镜6的斜边与长底边之间的夹角均控制在55～65°之间。优选的，该夹角a为60度时最佳。本实施例可将750μm pitch 缩减为250μm pitch。Z-block3 pitch(高度)为750um。此时的柱透镜4曲率半径可以为8mm。柱透镜4可以和第一棱镜5粘接耦合，也可以分开；光束被Z-block 3分成4束以后，先通过柱透镜4、再通过第一棱镜5和第二棱镜 6，到达垂直转折棱镜7，然后再到PD lens array8聚焦到PD array9。优选的，两个棱镜的材质均为N-SF11，且二者形状相同，最多只是在尺寸上有区别。具体地，当所述柱棱镜4和所述第一棱镜5为一个整体时，先将所述Z-block3、所述第二棱镜6、所述垂直转折棱镜7、PDarray9、PD lens array8无源贴片，再将所述柱透镜4和所述第一棱镜5组成的组合体与所述准直插针同时夹持并进行迭代耦合；当所述柱棱镜4和所述第一棱镜5分开为两个部件时，先将所述Z-block3、所述第一棱镜5、所述第二棱镜6、所述垂直转折棱镜7、 PD array9、PD lens array8无源贴片，再有源耦合所述准直插针，固定所述准直插针，有源耦合所述柱透镜4，再固定所述柱透镜4完成耦合。优选的，所述第二棱镜6与水平射出的出射光之间的夹角控制在25～35°之间。该夹角b 为30°时最佳。
实施例2：请参阅图3和图4，所述第一棱镜5为直角梯形，所述第二棱镜6为直角三角形，所述第一棱镜5的斜边与长底边之间的夹角控制在68～74°之间，所述第二棱镜6的其中一个直角边与所述第一棱镜5的斜边贴合。优选的，该夹角c为78.2°时最佳，而第二棱镜6的关键点是其为直角梯形。本实施例可将750μm pitch缩减为250μmpitch。Z-block3 pitch(高度)为750um。此时的柱透镜4曲率半径可以为8mm。柱透镜4可以和第一棱镜5粘接耦合，也可以分开；光束被Z-block3分成4束以后，先通过柱透镜4、再通过第一棱镜5和第二棱镜6，到达垂直转折棱镜7，然后再到PD lens array8聚焦到 PD array9。优选的，第一棱镜5的材料为硅，第二棱镜6材料为N-BK7。具体地，当所述柱棱镜4和所述第一棱镜5为一个整体时，先将所述Z-block3、所述第二棱镜6、所述垂直转折棱镜7、PD array9、PD lens array8无源贴片，再将所述柱透镜4和所述第一棱镜5组成的组合体与所述准直插针同时夹持并进行迭代耦合；当所述柱棱镜4和所述第一棱镜5分开为两个部件时，先将所述Z-block3、所述第一棱镜5、所述第二棱镜6、所述垂直转折棱镜7、 PD array9、PD lens array8无源贴片，再有源耦合所述准直插针，固定所述准直插针，有源耦合所述柱透镜4，再固定所述柱透镜4完成耦合。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1至图4，所述Z-block3包括棱镜基底和四个滤光器，四个所述滤光器设在所述棱镜基底的出光面上，且四个所述滤光器用于将多个波长的光分成多束光。优选的，所述棱镜基底的入光面与水平射来的入射光之间的夹角控制在80～84°之间或者75～78°之间。在本实施例中，该Z-block3由棱镜基座和四个filter(滤光器)组成，节省空间，Z-block3出光pitch一般为750um或500um。优选的，夹角可以是82°或76.5°。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1至图4，所述柱透镜4粘接在所述棱镜组件上，所述柱透镜4的材料为SF11，且所述柱透镜4通过折射率与所述棱镜组件匹配的胶水粘接在所述棱镜上。在本实施例中，柱透镜4粘接在第一棱镜5上，在垂直方向上将光束光斑逐渐缩小，柱透镜4材料为SF11，通过折射率匹配胶水粘接在棱镜上，曲率半径可根据光程长短具体设计。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1至图4，本器件还包括基板 10，所述Z-block3、所述柱透镜4以及所述棱镜组件均安装在所述基板10上。在本实施例中，基板10作为支撑，供各部件(包括上述的垂直转折棱镜7) 安装。
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)
1.一种波分接收器件，其特征在于：包括沿光路方向依次布设的准直插针、Z-block、柱透镜、棱镜组件以及垂直转折棱镜，
所述准直插针，用于出射准直光束，
所述Z-block，用于将具有多个波长的光束分成多束光，
所述柱透镜，用于多束光的聚焦，
所述棱镜组件，用于多次折射缩减光束之间距离，
所述棱镜组件包括沿光路设置的多个楔形棱镜，经各所述楔形棱镜出射的多束光射入所述垂直转折棱镜。
2.如权利要求1所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述棱镜组件包括沿光路依次设置的第一棱镜和第二棱镜，
所述第一棱镜，用于改变各光束在水平面出射角度，
所述第二棱镜，用于缩减相邻束光之间距离，且将光束方向重新调整为水平方向。
3.如权利要求2所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述第一棱镜和所述第二棱镜均为直角梯形，所述第一棱镜和所述第二棱镜的斜边与长底边之间的夹角均控制在55～65°之间。
4.如权利要求2所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述第一棱镜为直角梯形，所述第二棱镜为直角三角形，所述第一棱镜的斜边与长底边之间的夹角控制在68～74°之间，所述第二棱镜的其中一个直角边与所述第一棱镜的斜边贴合。
5.如权利要求3或4所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述柱透镜和所述第一棱镜为一个整体时，先将所述Z-block、所述第二棱镜以及所述垂直转折棱镜无源贴片，再将所述柱透镜和所述第一棱镜组成的组合体与所述准直插针同时夹持并进行迭代耦合。
6.如权利要求3或4所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述柱透镜和所述第一棱镜分开为两个部件时，先将所述Z-block、所述第一棱镜、所述第二棱镜以及所述垂直转折棱镜无源贴片，再有源耦合所述准直插针，固定所述准直插针，有源耦合所述柱透镜，再固定所述柱透镜完成耦合。
7.如权利要求3所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述第二棱镜与水平射出的出射光之间的夹角控制在25～35°之间。
8.如权利要求1所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述Z-block包括棱镜基底和四个滤光器，四个所述滤光器设在所述棱镜基底的出光面上，且四个所述滤光器用于将多个波长的光分成多束光。
9.如权利要求8所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述棱镜基底的入光面与水平射来的入射光之间的夹角控制在80～84°之间或者75～78°之间。
10.如权利要求1所述的一种波分接收器件，其特征在于：所述柱透镜粘接在所述棱镜组件上，所述柱透镜的材料为SF11，且所述柱透镜通过折射率与所述棱镜组件匹配的胶水粘接在所述棱镜上。
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