CN114859480A - 一种窄带单纤双向光组件及其封装结构 - Google Patents

一种窄带单纤双向光组件及其封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种窄带单纤双向光组件及其封装结构，该封装结构包括基座、镜架、基板和lens固定环，基座上设置光口端、激光器端口和探测器端口，镜架、lens固定环、基板固定于基座内，镜架与lens固定环同轴布置，镜架与lens固定环之间的基座内设有用于容纳第一滤光片的第一安装腔，镜架下方的基座内设有用于容纳第二滤光片的第二安装腔，基板与镜架之间的基座内设有用于容纳第三滤光片的第三安装腔。该发明通过基座对各光器件进行集成，保证了窄带单纤双向光组件封装的小型化，同时镜架和基板的设计具有隔离功能，大大减少了反射光对单纤双向光组件功能的影响，并且单纤双向光组件通过设计3个滤光片在保证高隔离度的情况下将波长相差8nm的LD与PD波长分开。

Description

一种窄带单纤双向光组件及其封装结构
技术领域
本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种窄带单纤双向光组件及其封装结构。
背景技术
单纤双向光模块即BIDI（Bidirectional）要实现收发两个方向的光信号同时传输，需要收发方向使用不同的光波长，单纤双向光模块只有一个端口，通过光模块中的滤波器进行滤波，同时完成一个波长光信号的发射和另一个波长光信号的接收。
然而，现有的单纤双向光器件存在串扰大的缺点，发射端的杂散光、发射端光经过光纤端面陶瓷端面发射会进入探测器，形成串扰干扰探测器正常工作，而且现有单纤双向光器件无法将波长相差8nm的LD与PD波长分开。
发明内容
本发明的目的是提供一种窄带单纤双向光组件，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种窄带单纤双向光组件的封装结构，包括基座、镜架、基板和lens固定环，所述基座上设置有光口端、激光器端口和探测器端口，所述光口端与激光器端口分别开设于基座相对两端并相贯通，所述探测器端口垂直开设于光口端与激光器端口连线的基座侧壁上，所述镜架和lens固定环分别于光口端和激光器端口处固定于基座内，且镜架与lens固定环同轴布置，所述镜架与lens固定环之间的基座内设有用于容纳第一滤光片的第一安装腔，所述镜架下方的基座内设有用于容纳第二滤光片的第二安装腔，所述基板于探测器端口处固定于基座内部，所述基板与镜架之间的基座内设有用于容纳第三滤光片的第三安装腔。
进一步的，所述第一安装腔和第二安装腔为斜面构造，且第一安装腔的斜面角度α为13°，第二安装腔的斜面角度β为32°，所述第二安装腔的斜面朝向第一安装腔，所述第三安装腔竖直布置。
进一步的，所述镜架靠近lens固定环一端端面具有与第一安装腔的斜面相对应的第一倾斜面，所述镜架下方对应第二安装腔处具有与第二安装腔的斜面相对应的第二倾斜面，所述镜架上对应第一倾斜面和第二倾斜面处均设有用于固定滤光片的限位件。
进一步的，所述限位件为限位卡槽，位于镜架的第一倾斜面和第二倾斜面端部。
进一步的，所述基板为圆环形金属板，所述基板的轴线与第三安装腔同轴布置。
进一步的，所述lens固定环一端设置有用于固定光隔离器的第一凹槽，lens固定环另一端设置有用于固定C-lens的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽同轴且相贯通。
进一步的，所述镜架与基座过盈配合连接，所述基板和lens固定环均通过环氧树脂胶水粘接于基座内。
另外，本发明还提供了一种窄带单纤双向光组件，包括激光器、探测器、准直器、第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、光隔离器、C-lens以及上述的封装结构，所述激光器、探测器和准直器分别与基座的激光器端口、探测器端口和光口端连接，所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片分别安装于第一安装腔、第二安装腔和第三安装腔内，且第二滤光片位于第一滤光片的反射光路上，所述第三滤光片位于第二滤光片的反射光路上，所述光隔离器和C-lens分别安装于lens固定环的两端，且C-lens位于光隔离器与第一滤光片之间。
进一步的，所述第一滤光片紧贴镜架端部，且第一滤光片与基板轴向方向呈13°夹角布置，所述第二滤光片紧贴镜架下表面，且第二滤光片与基板轴向方向呈32°夹角布置，所述第三滤光片紧贴基板下表面，且第三滤光片与基板轴向方向呈0°夹角布置。
进一步的，所述镜架上对应第一滤光片、第二滤光片处均设有限位卡槽，所述第一滤光片和第二滤光片上均设有与限位卡槽配合的限位卡条。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种窄带单纤双向光组件的封装结构通过基座对各光器件进行集成，保证了窄带单纤双向光组件封装的小型化设计；同时镜架和基板的设计具有隔离功能，大大减少了反射光对单纤双向光组件功能的影响，而且该封装结构简单，制造工艺简单成本较低，大大降低单纤双向光组件的成本。
(2)本发明提供的这种窄带单纤双向光组件通过设计3个滤光片可将波长相差8nm的LD与PD波长分开，同时通过滤光片和基板对干扰光进行隔离，保证了光器件探测器的隔离度，规避了光器件的光串扰风险。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明窄带单纤双向光组件的结构示意图；
图2是本发明窄带单纤双向光组件的光路工作示意图；
图3是本发明窄带单纤双向光组件的发射光路结构示意图；
图4是本发明窄带单纤双向光组件的接收光路结构示意图；
图5是本发明窄带单纤双向光组件的封装结构中镜架的结构示意图；
图6是本发明窄带单纤双向光组件的封装结构中基板的结构示意图；
图7是本发明窄带单纤双向光组件的封装结构中lens固定环的结构示意图。
附图标记说明：1、基座；2、第一安装腔；3、第一滤光片；4、第二安装腔；5、第二滤光片；6、光口端；7、镜架；8、探测器端口；9、基板；10、第三滤光片；11、激光器端口；12、lens固定环；13、光隔离器；14、C-lens；15、激光器；16、准直器；17、探测器；18、限位卡槽；19、限位卡条；20、第一倾斜面；21、第二倾斜面。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本实施例提供了一种窄带单纤双向光组件的封装结构，包括基座1、镜架7、基板9和lens固定环12，所述基座1上设置有光口端6、激光器端口11和探测器端口8，所述光口端6与激光器端口11分别开设于基座1相对两端并相贯通，所述探测器端口8垂直开设于光口端6与激光器端口11连线的基座1侧壁上，所述镜架7和lens固定环12分别于光口端6和激光器端口11处固定于基座1内，且镜架7与lens固定环12同轴布置，所述镜架7与lens固定环12之间的基座1内设有用于容纳第一滤光片3的第一安装腔2，所述镜架7下方的基座1内设有用于容纳第二滤光片5的第二安装腔4，所述基板9于探测器端口8处固定于基座1内部，所述基板9与镜架7之间的基座1内设有用于容纳第三滤光片10的第三安装腔。
在本实施例中，基座1、镜架7、基板9和lens固定环12均采用金属材质制成，可起到屏蔽作用，并在制作时，对其尺寸要求角度公差为±0.5°，尺寸公差为±0.05mm，要求对局部位置进行清根处理和平面度处理。镜架7、基板9、lens固定环12与基座1组装过程中，镜架7与基座1采用过盈配合压配组装，压入力大于1000N保证了产品的可靠性；基板9与基座1使用环氧树脂胶水进行固定，保证了产品的易操作性；lens固定环12与基座1同样使用环氧树脂胶水进行固定，保证了产品的易操作性。本实施例提供的这种封装结构在基座1上集成光口端6、激光器端口11、探测器端口8三个端口，同时在基座1内部设置容纳滤光片的安装腔，保证了窄带单纤双向光组件封装的小型化设计；镜架7和基板9的设计具有隔离功能，大大减少了反射光对单纤双向光组件功能的影响，而且该封装结构简单，制造工艺简单成本较低，大大降低单纤双向光组件的成本。
优化的实施方式，如图1所示，所述第一安装腔2和第二安装腔4为斜面构造，且第一安装腔2的斜面角度α为13°，第二安装腔4的斜面角度β为32°，所述第二安装腔4的斜面朝向第一安装腔2，所述第三安装腔竖直布置。在本实施方式中，第一安装腔2、第二安装腔4和第三安装腔分别用于安装第一滤光片3、第二滤光片5和第三滤光片10，对第一安装腔2和第二安装腔4的斜面设计亦是配合第一滤光片3和第二滤光片5的倾斜布置方式。
可选的，如图1和图5所示，所述镜架7靠近lens固定环12一端端面具有与第一安装腔2的斜面相对应的第一倾斜面20，用于配合第一滤光片3的安装，可使得第一滤光片3紧贴镜架7布置；所述镜架7下方对应第二安装腔4处具有与第二安装腔4的斜面相对应的第二倾斜面21，用于配合第二滤光片5的安装，可使得第二滤光片5紧贴镜架7布置；所述镜架7上对应第一倾斜面20和第二倾斜面21处均设有用于固定滤光片的限位件。具体的，所述限位件为限位卡槽18，位于镜架7的第一倾斜面20和第二倾斜面21端部，便于滤光片安装的限位和固定，保证滤光片安装的精确度。
可选的，如图1和图6所示，所述基板9为圆环形金属板，所述基板9的轴线与第三安装腔同轴布置，基板9作为探测器端相关光学元件的载体，同时通过基板9对基座1内部光进行格挡，保证光器件接收端隔离度，减少基座1内部光反射，提升光隔离度指标，防止上行丢包异常。
可选的，如图1和图7所示，所述lens固定环12一端设置有用于固定光隔离器13的第一凹槽，lens固定环12另一端设置有用于固定C-lens14的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽同轴且相贯通，通过lens固定环12的设计，保证光隔离器13与C-lens14的准直性能，从而保证光路的准直度。
另外，如图1、图2、图3和图4所示，本发明还提供了一种窄带单纤双向光组件，包括激光器15、探测器17、准直器16、第一滤光片3、第二滤光片5、第三滤光片10、光隔离器13、C-lens14以及上述的封装结构，所述激光器15、探测器17和准直器16分别与基座1的激光器端口11、探测器端口8和光口端6连接，所述第一滤光片3、第二滤光片5、第三滤光片10分别安装于第一安装腔2、第二安装腔4和第三安装腔内，且第二滤光片5位于第一滤光片3的反射光路上，所述第三滤光片10位于第二滤光片5的反射光路上，所述光隔离器13和C-lens14分别安装于lens固定环12的两端，且C-lens14位于光隔离器13与第一滤光片3之间。其中，为提升接收端耦合效率，采用孔径1.2mm的C-lens14进行配合准直lens，提升产品光功率。
上述窄带单纤双向光组件的组装过程如下：首先，第一滤光片3和第二滤光片5粘接于镜架7上，将此镜架7由光口端6压入基座1内部，使第一滤光片3和第二滤光片5分别安装于基座1内的第一安装腔2和第二安装腔4内；然后，第三滤光片10粘接于基板9下表面，将此基板9由探测器端口8粘接于基座1上，并使第三滤光片10下端延伸至基座1内部，以降低接收端耦合高度；再将光隔离器13和C-lens14分别粘接于lens固定环12的两端，此lens固定环12由激光器端口11粘接于基座1内。
在本实施例中，如图2、图3和图4所示，激光器15（LD TO）发出波长λ1的汇聚光，该汇聚光经过光隔离器13的偏转折射进入到C-lens14中，C-lens14将汇聚光转换为准直平行光，准直平行光穿透第一滤光片3到达准直器16（receptacle），同时准直器16（receptacle）发出光波长λ2的准直平行光，该准直平行光在第一滤光片3上反射至第二滤光片5，光在第二滤光片5上再次反射，第二次反射的光穿透第三滤光片10到达探测器17（PD TO）。
优化的实施方式，为了能将波长相差8nm的LD与PD波长分开，所述第一滤光片3紧贴镜架7端部，且第一滤光片3与基板9轴向方向呈13°夹角布置，所述第二滤光片5紧贴镜架7下表面，且第二滤光片5与基板9轴向方向呈32°夹角布置，所述第三滤光片10紧贴基板9下表面，且第三滤光片10与基板9轴向方向呈0°夹角布置。本实施例中通过对3个滤光片（即第一滤光片3、第二滤光片5、第三滤光片10）的角度和位置关系进行设计，从而可将相差8nm的LD与PD波长完全分开，规避了光串扰风险；并且基板9和第三滤光片10的设置保证了光器件探测器的隔离度。在本实施例中，第一滤光片3安装角度（即与基板轴向方向呈13°夹角）的设计是发明人经过多次试验分析总结而得出，在此过程中发现，第一滤波片3安装角度发生变化（即大于/小于13°）后，光的入射角度变大或变小，由于选用的第一滤波片3可透过波长是一定的，且光的波长随入射光角度变化而变大或变小，在第一滤波片3角度发生变化后，光的入射角度偏移，波长会跟随光的入射角度一起偏移，偏移后的波长会被第一滤波片3反射而不发生透射，从而使得光路无法正常工作，因而第一滤光片3安装角度的选择直接关系光路的工作情况。第二滤光片5和第三滤光片10的角度选择用于配合第一滤光片的光路而设计。
一种具体实施方式，选择第一滤波片3通频带为1505~1507nm，阻带为1260~1500nm和1513~1620nm，第三滤波片10通频带为1513~1515nm，阻带为 1260~1507nm和1520~1620nm。激光器15（LD TO）发出波长1506nm的汇聚光，该汇聚光经过光隔离器13的偏转折射进入到C-lens14中，C-lens14将汇聚光转换为准直平行光，准直平行光穿透第一滤光片3到达准直器16（receptacle），同时准直器16（receptacle）发出光波长1514nm的准直平行光，该准直平行光在第一滤光片3上反射至第二滤光片5，光在第二滤光片5上再次反射，第二次反射的光穿透第三滤光片10到达探测器17（PD TO），从而通过第一滤光片3、第二滤光片5、第三滤光片10将波长1506nm和1514nm的光完全分开。
进一步的，如图1和图5所示，所述镜架7上对应第一滤光片3、第二滤光片5处均设有限位卡槽18，所述第一滤光片3和第二滤光片5上均设有与限位卡槽18配合的限位卡条19；通过限位卡条19与限位卡槽18的配合连接，保证了滤光片安装的精度。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种窄带单纤双向光组件的封装结构，其特征在于：包括基座、镜架、基板和lens固定环，所述基座上设置有光口端、激光器端口和探测器端口，所述光口端与激光器端口分别开设于基座相对两端并相贯通，所述探测器端口垂直开设于光口端与激光器端口连线的基座侧壁上，所述镜架和lens固定环分别于光口端和激光器端口处固定于基座内，且镜架与lens固定环同轴布置，所述镜架与lens固定环之间的基座内设有用于容纳第一滤光片的第一安装腔，所述镜架下方的基座内设有用于容纳第二滤光片的第二安装腔，所述基板于探测器端口处固定于基座内部，所述基板与镜架之间的基座内设有用于容纳第三滤光片的第三安装腔。
2.如权利要求1所述的窄带单纤双向光组件的封装结构，其特征在于：所述第一安装腔和第二安装腔为斜面构造，且第一安装腔的斜面角度α为13°，第二安装腔的斜面角度β为32°，所述第二安装腔的斜面朝向第一安装腔，所述第三安装腔竖直布置。
3.如权利要求2所述的窄带单纤双向光组件的封装结构，其特征在于：所述镜架靠近lens固定环一端端面具有与第一安装腔的斜面相对应的第一倾斜面，所述镜架下方对应第二安装腔处具有与第二安装腔的斜面相对应的第二倾斜面，所述镜架上对应第一倾斜面和第二倾斜面处均设有用于固定滤光片的限位件。
4.如权利要求3所述的窄带单纤双向光组件的封装结构，其特征在于：所述限位件为限位卡槽，位于镜架的第一倾斜面和第二倾斜面端部。
5.如权利要求1所述的窄带单纤双向光组件的封装结构，其特征在于：所述基板为圆环形金属板，所述基板的轴线与第三安装腔同轴布置。
6.如权利要求1所述的窄带单纤双向光组件的封装结构，其特征在于：所述lens固定环一端设置有用于固定光隔离器的第一凹槽，lens固定环另一端设置有用于固定C-lens的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽同轴且相贯通。
7.如权利要求1所述的窄带单纤双向光组件的封装结构，其特征在于：所述镜架与基座过盈配合连接，所述基板和lens固定环均通过环氧树脂胶水粘接于基座内。
8.一种窄带单纤双向光组件，其特征在于：包括激光器、探测器、准直器、第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、光隔离器、C-lens以及权利要求1～7任一项所述的封装结构，所述激光器、探测器和准直器分别与基座的激光器端口、探测器端口和光口端连接，所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片分别安装于第一安装腔、第二安装腔和第三安装腔内，且第二滤光片位于第一滤光片的反射光路上，所述第三滤光片位于第二滤光片的反射光路上，所述光隔离器和C-lens分别安装于lens固定环的两端，且C-lens位于光隔离器与第一滤光片之间。
9.如权利要求8所述的窄带单纤双向光组件，其特征在于：所述第一滤光片紧贴镜架端部，且第一滤光片与基板轴向方向呈13°夹角布置，所述第二滤光片紧贴镜架下表面，且第二滤光片与基板轴向方向呈32°夹角布置，所述第三滤光片紧贴基板下表面，且第三滤光片与基板轴向方向呈0°夹角布置。
10.如权利要求9所述的窄带单纤双向光组件，其特征在于：所述镜架上对应第一滤光片、第二滤光片处均设有限位卡槽，所述第一滤光片和第二滤光片上均设有与限位卡槽配合的限位卡条。
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