CN116299894A

CN116299894A - 应用于xgspon的单纤双向光收发组件

Info

Publication number: CN116299894A
Application number: CN202211618555.3A
Authority: CN
Inventors: 饶华斌
Original assignee: Xiamen San U Optronics Co ltd
Current assignee: Xiamen San U Optronics Co ltd
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2023-06-23

Abstract

本发明应用于XGSPON的单纤双向光收发组件，激光器和隔离器设在隔离器支座内，隔离器支座设在四方座的发射端；本发明采用外焦距为7.5mm非球管帽，不仅在物料成本上有优势，而且在LD封装后，焦距的一致性比较好，有利于批量生产；此光收发组件要求的出纤功率大于2.6mW，在尾芯上设有斜8度斜面的陶瓷插芯，陶瓷插芯的中心轴与尾纤钢包针的中心轴之间偏转角为3.78，这样的光学设计，能让BOSA实现更大的耦合功率。

Description

应用于XGSPON的单纤双向光收发组件

技术领域

本发明涉衣光通信领域，特指单纤双向收发器。

背景技术

bosa是光通信领域重要的零部件。如中国专利CN 202512275 U和CN208207286U，10G单纤双向收发器组件结构，其焦点是中心部位的wdm分光/滤波片，激光器ld组件和pd组件均通过自聚焦透镜与光纤耦合。其工作原理如图1所示，ld组件发射一种波长为1270nm的光，通过自聚焦透镜聚焦成平行光束，透过45°滤波片耦合进传输光纤，然后通过光纤传输出去，另一种1577nm波长的外来信号光通过光纤传输进来，通过45°wdm反射，再穿过0°滤波片照射到pd组件上的自聚焦透镜上，经透镜聚光与探测器组件耦合，被接收器接收。

现有的XGSPON单纤双向光收发组件要求的出纤功率大(出纤功率大于2.6mW),对于DFB LD的管帽传统方案采用外焦距为10.1mm非球管帽，管帽物料成本比较高，而且在LD封装后，焦距的一致性比较差，不利于批量生产；尾纤传统方案采用普通斜8度陶瓷插芯，光功率耦合效率一般；10Gbps APD-TIA TO-CAN传统方案一般采用非球管帽来实现光的会聚，成本比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、易于封装的出纤功率大于2.6mW的XGSPON单纤双向光收发组件。

为达成上述目的，本发明应用于XGSPON的单纤双向光收发组件，主要由激光器、PD、0度波片、45度波片、隔离器、调节环、尾纤等组成，其中，激光器和隔离器设在隔离器支座内，隔离器支座设在四方座的发射端，四方座内设有45度波片，45度波片正上方设0度波片，0度波片上方设有APD-TIA TO-CAN；激光器主要由10Gbps 1270nm DFB激光器芯片、MPD芯片、管座、带外焦距7.5mm非球透镜的管帽、陶瓷片、热沉、金丝、银胶组成；APD-TIA TO-CAN主要由10G APD芯片、TIA芯片、电容、陶瓷片、管座、带水滴球透镜或高折透镜的管帽、金丝、银胶组成；尾纤端部设有带斜8度斜面的陶瓷插芯，陶瓷插芯的中心轴与尾纤钢包针的中心轴之间偏转角为3.78度。

本发明采用外焦距为7.5mm非球管帽，不仅在物料成本上有优势，而且在LD封装后，焦距的一致性比较好，有利于批量生产；此光收发组件要求的出纤功率大(出纤功率大于2.6mW)，在尾芯上设有斜8度斜面的陶瓷插芯，陶瓷插芯的中心轴与尾纤钢包针的中心轴之间偏转角为3.78，这样的光学设计，能让BOSA实现更大的耦合功率。

附图说明

图1为现有单纤双向光收发器结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明陶瓷插芯构示意图；

图4为本发明激光器入射到陶瓷插芯光路示意图；

图5为本发明光路示意图。

标号说明：

1、激光器；2、APD-TIA TO-CAN；3、四方座；4、隔离器；41、隔离器支座；5、0度波片；6、45度波片；7、调节环；8、尾纤；81、陶瓷插芯；9、柔性电路板。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图2，本发明应用于XGSPON的单纤双向光收发组件，主要由激光器1、APD-TIA TO-CAN2、四方座3、隔离器4、隔离器支座41、0度波片5、45度波片6、调节环7、尾纤8、柔性电路板9、胶水等组成。

其中，激光器1主要由10Gbps 1270nm DFB激光器芯片、MPD芯片、管座、带非球透镜(外焦距7.5mm)的管帽、陶瓷片、热沉、金丝、银胶等组成；

APD-TIA TO-CAN2主要由10G APD芯片、TIA芯片、电容、陶瓷片、管座、带水滴球透镜(或者高折透镜)的管帽、金丝、银胶等组成；

如图2所示，0度波片5及45度波片6安装在四方座相应的位置上，波片与四方座之间用353ND或BF-4胶水固化后连接在一起。隔离器支座41用电阻焊工艺与激光器1焊接在一起。隔离器4安装在隔离器支座41上，并353ND胶或BF-4胶经固化后固定在一起。激光器1、隔离器支座41、隔离器4三者组装在一起后，用压合的方式压进四方座3对应的结构中，并在两者压合配合的四方座圆柱面上用激光穿透焊将两者的连接加固。调节环7与尾纤8采用激光穿透焊固定在一起，而调节环7与四方座3之间采用激光搭接焊固定在一起。APD-TIA TO-CAN2用353ND胶或BF-4胶经固化后固定在一起。激光器1引脚剪短后，柔性电路板9与激光器1组装后用焊锡焊在一起。

如图3-5所示，陶瓷插芯81一端带斜8度的斜面；陶瓷插芯81的中心轴与尾纤8钢包针的中心轴之间有个3.78度偏转角，两者加起来的尾纤8端面总斜度角为11.78度；尾纤端面总斜度角为11.78度，从图4光路可知，当激光器1出来的光到达11.78度端面后，根据光的反射原理，反射角等于入射角，反射光将朝旁边方向反射出去，反射光不会原路返回到激光器1芯片内部去影响激光器的正常发光，这样就达到与传统隔离器相似的作用(传统隔离器的作用就是阻止光路上的反射光返回到激光器内部)，从而达到在无隔离器的情况下，不影响产品的性能及使用。当激光1从陶瓷插芯81端面发出来后，光路中心线与

水平线呈3.78度的偏转角(可根据光的折射原理计算，图5中，n*sina＝n’*sina’,85其中，n＝1.4676,a＝8°,n’＝1,可求得折射角a’＝11.78°；最后可计算光路与水平

线的夹角为3.78°)。根据光路可逆的特性，当激光器的激光要耦合进尾纤时，

此偏转角也是同样存在的，从单纤双向光收发组件的结构及生产工艺来分析，

此偏转角对于单纤双向光收发组件的光功率耦合效率有不利的影响。

为了提高本案单纤双向光收发组件的光功率耦合效率，在尾纤上特意将陶90瓷插芯的中心轴与尾纤钢包针的中心轴之间设计成3.78度的偏转角，这样，当

激光从插芯端面出来后，光路中心线呈水平线状态(参见图4)，不会再往上偏3.78度。根据光路可逆的特性，当激光器的激光要耦合进尾纤时，经光路水平方向进入倾斜陶瓷插芯端面，并从本案单纤双向光收发组件的结构及生产工艺

来分析可知，这样的水平方向的光路有利于提高单纤双向光收发组件的光功率95耦合效率，从而有机会实现用带高折透镜的管帽替代非球管帽。

本发明用带水滴球透镜或者高折透镜的管帽替代非球管帽，其原理如下：

1)采用非球管帽时，经光学计算及分析，此光组件接收端落在光电探测器芯片表面的光斑直径约为7微米；而光电探测器芯片光敏面直径为40微米，光

斑直径比光敏面直径小比较多，所以生产余量大；

2)采用带水滴球透镜或者高折透镜的管帽时，经光学计算及分析，此光组

件接收端落在光电探测器芯片表面的光斑直径约为27微米；而光电探测器芯片光敏面直径为40微米，光斑直径仍然小于光敏面直径，所以带水滴球透镜或者高折透镜的管帽方案也是可行的，可以替代非球管帽，只是生产余量没有非球管帽那么大。

参考产品结构图，此单纤双向光收发组件由两个光路组成：第一路光路是由10Gbps 1270nm激光器1芯片发射出来的激光，经过管帽上的非球透镜，并通过隔离器4，然后再经过45度波片6，激光会聚到尾纤8上带斜度的陶瓷插芯81上，进入尾纤8的光纤里，将激光经光纤传送出去。第二路光路是从外面光纤传进来的1577nm波长的激光，经尾纤SC的尾纤头传入到尾纤8的光纤，激光经带斜度陶瓷插芯81将激光传入此光组件的内部，激光经45度波片6反射后，将1577nm波长的激光传播方向转了一个90度方向，经过0度波片5滤波后，激光经APD-TIA TO-CAN2的水滴球透镜(或者高折透镜)管帽后会聚在APD芯片的光敏面上，APD芯片将激光转换成电流，实现了光电转换，而APD-TIA2的TIA又将电流信号进一步的放大，经管座引脚电信号传出。

此单纤双向光收发组件，发射端是由10Gbps 1270nm DFB激光器实现激光发射，而接收端是由10Gbps APD-TIA TO-CAN来实现1577nm波长的光接收，发射端和接收端由一个光组件来实现，由上述光路分析可知，在一根光纤上实现了10Gbps 1270nm波长激光的发射和10Gbps 1577nm波长的光接收，实现单纤双向传输，此光收发组件，符合XGSPON ONU的应用规范，所以此组件是应用于XGSPON的单纤双向光收发组件。

特点一：此光收发组件要求的出纤功率大(出纤功率大于2.6mW),对于DFB LD的管帽传统方案采用外焦距为10.1mm非球管帽，管帽物料成本比较高，而且在LD封装后，焦距的一致性比较差，不利于批量生产。而本方案，采用外焦距为7.5mm非球管帽，替代外焦距为10.1mm非球管帽，不仅在物料成本上有优势，而且在LD封装后，焦距的一致性比较好，有利于批量生产。

特点二：此光收发组件要求的出纤功率大(出纤功率大于2.6mW),尾纤传统方案采用普通斜8度陶瓷插芯，光功率耦合效率一般。而本方案，在带斜度的插芯上做了特别的光学设计，能让BOSA实现更大的耦合功率。

特点三：10Gbps APD-TIA TO-CAN过去传统方案，一般采用非球管帽来实现光的会聚，成本比较高，而本方案，我们采用带水滴球透镜或者高折透镜的管帽来实现，在成本上比较有优势。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.应用于XGSPON的单纤双向光收发组件，主要由激光器、PD、0度波片、45度波片、隔离器、调节环、尾纤等组成，其特征在于：激光器和隔离器设在隔离器支座内，隔离器支座设在四方座的发射端，四方座内设有45度波片，45度波片正上方设0度波片，0度波片上方设有APD-TIA TO-CAN；激光器主要由10Gbps 1270nm DFB激光器芯片、MPD芯片、管座、带外焦距7.5mm非球透镜的管帽、陶瓷片、热沉、金丝、银胶组成；APD-TIA TO-CAN主要由10GAPD芯片、TIA芯片、电容、陶瓷片、管座、带水滴球透镜或高折透镜的管帽、金丝、银胶组成；尾纤端部设有带斜8度斜面的陶瓷插芯，陶瓷插芯的中心轴与尾纤钢包针的中心轴之间偏转角为3.78度。