CN1261785C - 用于注入及/或抽出光信号的耦合装置用壳体 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种耦合装置用壳体，该耦合装置用于将至少一个光数据信道的光信号注入及/或抽出一光导体；本发明还关于一种具有一相应壳体的耦合装置，本发明的壳体具有：-一壳本体(1)，-至少一个凹槽(12)，具体而言，一个V形凹槽，其构制于壳本体内并用于夹持至少一个安装管(10)，及-至少一个开口(14)，其位于壳本体内并且还部分包括凹槽(12)的基础(12a)，以使离开或进入位于凹槽(12)内的安装管(10)的光能够穿透照射凹槽(12)的基础。

Description

用于注入及/或抽出光信号的耦合装置用壳体

技术领域

本发明关于一种耦合装置用壳体，该耦合装置用于将至少一个光数据信道的光信号注入或抽出一光导体，本发明还涉及一种具有一相应壳体的耦合装置。

背景技术

众所周知，波分复用方法可在一条光纤上同时发送多种波长的光信号。光数据信道的多种波长的光信号注入或抽出光纤是在电光模块中完成的，该些电光模块借助于多个发送及/或接收元件，可对各种波长的光信号进行合成或分离。

EP-A-238 977揭示了一种用于双向通信网络的电光发送和接收模块，在该模块中，一激光二极管与光纤端头之间按一定间距布置了多个用于将激光聚焦在光纤端头的球面透镜。为进行波长分离，球面透镜之间布置有一个波长选择分束器，该分束器可从波束路径上将光纤端头发射的而且其波长不同于激光波长的光分离出来，并且将其送至一检波器或接收元件。

该已知模块的缺点在于，光被引导穿过一些大的自由光束区。因此，使用的透镜以折射方式操作，也就是说，折射率仅在透镜与空气的界面处起作用。自由光束区的存在要求对模块进行密封包封，以防止自由光束区内发生冷凝现象。另外，为保证激光可靠地注入光纤，已知模块必须具有良好的机械稳定性并且对温度变化不敏感。该模块通常采用金属壳体，而各个元件则焊接在壳体上。因此，生产和调整的费用都相当高。

WO-A-96/00915揭示了一种用于对光信号进行多路复用/多路分用的模块，该模块在一基底上形成一相控阵光栅，可用于对多条光信道进行分离和合成。波导均采用硅载玻璃制作成集成光波导。该装置的缺点在于，发送和接收元件必须无遮盖地安装在基底上或基底处。此外，由于波导必须采用大半径制导，基底相对较大，因而费用昂贵。另外一个问题是，为了将外部光导体耦合至基底并达到要求的精确度，装置需要进行特殊设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耦合装置用壳体，该耦合装置用于将光信号注入及/或抽出光导体；该壳体构造简单，可允许按照多种自由度对耦合装置的光学元件进行简便调整，并且在此情况下，可与预制元件配合使用。除此之外，本发明的目的是提供一种具有相应壳体的耦合装置。

本发明的这一目的可通过一耦合装置用壳体得以实现。具体而言，该耦合装置用于将至少一个光数据信道的光信号分别注入或抽出一光导体；该耦合装置具有至少一个安装管，而该安装管具有至少两个前后轴向定位的光导体段；一特定光数据信道的光通过下列方式注入或抽出光导体：一光导体段的倾斜于光导体光轴的端面对上述特定光数据信道的光进行反射，被反射的光在安装管的侧面；该壳体具有：

-一壳本体

-至少一个凹槽，具体而言，一个V形凹槽，其构制在壳本体内并且用于夹持至少一个安装管；及

-至少一个开口，该开口位于所述壳本体内，并且至少部分包括所述凹槽的基础，以使离开或进入所述凹槽内的一安装管的光能够穿透照射所述凹槽的基础。。

因此，本发明之解决方案的区别是：在壳本体内构制至少一个凹槽，具体而言，一个V形凹槽及至少一个开口，该开口还至少部分包括凹槽的基础，以使离开或进入位于凹槽内一安装管的光能够穿透照射凹槽基础。

在此情况下，安装管包括至少两个前后轴向定位的光导体段。光在一波导段的一配备有波长选择滤光器或分束器的斜削端面上被横向注入或抽出。被斜削端面反射的光首先穿透照射一包含光导体的玻璃套管，然后穿透照射安装管；为此，后者具有一纵向槽较佳。随后，由于凹槽基础区内有开口，光能够穿透照射凹槽的基础区并离开壳体。该结构用于一个在出口方向与壳体耦合的光发送及/或接收装置较佳。在光注入光导体的情况下，波束路径相应颠倒。

构制一个凹槽，具体而言，一个V形凹槽，可提供一自我调节装置，该装置可以在两个自由度(x-和y-方向)范围内对插入V形凹槽内的安装管进行自动固定。该装置还可以通过使V形凹槽内的安装管绕其轴心旋转的简单方法，旋转调整安装管的旋转角度，此时，布置在安装管内的光导体段也随上述光导体段的斜前端面一起旋转，由此，可很容易地设定横向光抽出方向。

在本发明一较佳设计方案中，壳本体内配置了一弹簧元件，该弹簧元件将安装管压入凹槽内，由此，可以简单地以一种弹性方式夹持安装管并且更精确地将其布置在凹槽内。在此情况下，弹簧元件在安装期间用作一自我调整和预固定装置较佳，其后，可以再进行额外固定。

弹簧元件构制为一安装在壳体内的平弹簧片较佳。该弹簧片可以固定在，例如，壳体上的侧凹处。平弹簧片结构的优点是：力可以通过一个潜在的大接触面积(弹簧片的平表面)传递到安装管上，因此，可允许有较大的公差。另外，平弹簧片可向安装管提供对壳体周围环境的某种程度的保护。

在一较佳改进方案中，壳本体具有一阻挡面，该阻挡面可用作一个发送及/或接收组件(具体而言，一个晶体管外壳组件)的界面。壳体阻挡面由壳体的一个侧面构成，具体而言，由壳体的底面构成。在此情况下，夹持区域构制在用于耦合一发送及/或接收组件的壳体阻挡面上；这些夹持区可由，例如，壳体阻挡面内的夹持孔构成。具体而言，在每种情况下，配置了用于夹持一晶体管外壳组件的晶体管外壳帽罩的圆形夹持孔。

为了耦合一发送及/或接收组件，夹持区至少直接邻接凹槽基础区域内一个开口较佳。这样，可以保证穿透照射凹槽基础的光可被直接注入及/或抽出发送及/或接收组件。然而，原则上，光还可以在穿透照射V形凹槽基础后，首先被，例如，若干反光镜或棱镜元件反射，然后再被注入一发送及/或接收组件内。

壳体阻挡面与位于凹槽内一安装管光轴的间距根据一发射单元的焦距或发射及/或接收组件上一接收单元的敏感面的焦距确定较佳。对必需的成像长度的精确设定可通过改变安装环的厚度来完成，该安装环用于支撑被耦合组件并且被固定，具体而言，被焊接在壳体阻挡面上。由此，不同成像长度的元件均可以安装在该壳体上。因此，该壳体可以兼容多种不同发射和接收元件的应用。

壳体为一体式设计较佳，这样可便于脱模并且能够采用一模铸工艺，例如注模法，进行生产。举例而言，生产可以采用金属喷镀工艺加烧结工艺的方式进行。

在一较佳改进方案中，壳体由一种材料制成，该材料与插入V形槽内的一安装管具有基本相同的膨胀系数，因此，在加热循环情况下，该装置不可能出现失调。

在一较佳改进方案中，V形凹槽内的安装管与一已耦合的发送及/或接收组件的一入口或出口开口之间不可避免地存在一间隙，该间隙内填充了一种光透明聚合物。光透明聚合物的使用可允许波导在具有良好湿热稳定性和永久弹性的模块内进行一封闭式制导。具体而言，对光进行封闭式制导所具有的功效是，不存在任何暴露于空气并因此产生湿气凝结的端面。因此，当在湿热条件下运行时，元件非常稳定。该较佳实施例的另一优点在于，光受到折射率大于空气的聚合物的额外聚焦。

一种光透明硅用作该聚合物较佳。硅具有持久弹性，因而具有良好的撞击稳定性，并可很好地附着在光学端面上。

壳体构成一可插入一光学插头的插座耦合区较佳。耦合区具有可与插座锁鼻闩锁的侧凹。

本发明还关于一种具有如上所述壳体的光耦合装置。该耦合装置具有至少一个安装管，该安装管至少具有两个前后轴向定位的光导体段。一特定光数据信道的光是通过下列方式注入或抽出光导体的：一光导体段的倾斜于光导体光轴的端面对该光数据信道的光进行反射，反射光在安装管的侧面，具体而言，通过安装管侧面内的一纵向狭缝离开或进入安装管。

在壳体的耦合区域内，耦合装置较佳具有另外一个安装管，该安装管通过一耦合装置与位于V形凹槽内的安装管相耦合并用于夹持一光学插头的插脚。

以可闩锁方式连接至壳体的插座具有若干支撑脚较佳，用以将插座固定在一印刷电路板上，并因此也将壳体固定在印刷电路板上。插入插头时产生的插入力通过支撑腿被印刷电路板吸收，因此，上述力不作用在耦合至壳体的发送及/或接收单元的接触装置上，例如，晶体管外壳的壳体的接触腿。

附图说明

下面参照附图并借助于一具体实施例对本发明做更详尽的说明。附图中：

图1为一采用晶体管外壳设计的光耦合装置用壳体倾斜俯视透视图，其中光耦合装置具有两个耦合至壳体的组件；

图2为图1所示壳体的倾斜仰视透视图；

图3展示图1所示的壳体，其带有一个已耦合的插座；

图4为图3所示壳体和插座的倾斜仰视透视图；

图5展示图1-3所示壳体(不带已耦合光组件)及图3和图4所示闩锁位置前的插座；

图6为图2所示壳体沿划线A-A的剖面图；

图7为图5所示壳体沿划线B-B的剖面图；及

图8为集成在图1-7所示壳体内的一耦合装置剖面图。

具体实施方式

上述附图展示了一个用于将至少一个光数据信道的光信号分别注入或抽出一光导体的耦合装置及该类耦合装置的壳体。

根据图1和图2，壳体形状基本上呈矩形，并且具有一顶侧101和一底侧102。顶侧101区域内有一个长条开口2，在该长条开口正中央构制了一个V形凹槽。关于此V形凹槽，下文中将借助于图6和图7做进一步说明。开口2两侧边缘处构制有带凸鼻19a、19b的侧凹3a、3b；凸鼻19a、19b将弹簧片4固定在壳体1内，而弹簧片4则在插入V形凹槽内的一安装管上施加一弹力并基本上覆盖住开口2。

在所示具体实施例的一晶体管外壳设计方案中，分别用于夹持光学组件15、16的基孔5、6构制在壳体的底侧102上。该些光学组件为，例如，一光发射组件16和一个光接收组件15。组件15、16分别插入其区域位于端面的基孔5、6内。这些组件在任何情况下均通过一安装环18a、18b固定在壳体1上，而安装环18a、18b首先永久性地连接在组件15、16上，然后焊接在壳体1的底侧101上。

壳体的正面区域构制有一耦合区域103。该耦合区域具有两个横向导槽7a、7b，该两个横向槽7a、7b在其端部各构制有侧凹一8a、8b。一安装套管9从正面耦合区103中央伸出，该安装套管与安装管耦合，其内部布置有一光导体并且一光学插头的插脚可与之耦合。

图3-5展示的是带有一插座11的图1和图2所示壳体。插座11用于容纳一标准化光学插头并且具有一个壳体111，该壳体111形成一夹持开口112用于夹持一被耦合的光学插头。壳体11的侧而设置有两个锁臂113a、113b，其具有与壳体1的导槽7a、7b相对应的正面锁鼻113a′、113b′。插座11与壳体1之间的牢固且同时又可断开的连接可通过锁鼻113a′、113b′与壳体1侧凹8a、8b之间的闩锁得以实现。

根据图4，插座11在一基础区域内具有两个支撑腿(所谓“间柱”)114a、114b，通过它们，插座11及与插座11闩锁的壳体8可以固定在用户的印刷电路板上。光学插头插入插座时出现的插入力可通过支撑腿114a、114b吸收并且不影响晶体管外壳组件15、16的接触腿。

图8所示为将光注入及/或抽出一光导体用实际耦合装置的结构。该耦合装置具有一标准安装管10，该安装管采用磷青铜制成较佳，并且在其内部有多个(图中所示实施例中为两个)前后轴向布置的波导段21、22。一波导段22从安装管10中伸出一预定长度且其伸出端头22a上具有一抛光端面221，该抛光端面与安装管10的纵向轴线40呈90°或近似90°角度。位于安装管10内的另一端22b上设置有一抛光端面222，该端面与纵向轴线40按45°角度校准。

邻接一个波导段22的波导段21具有两个抛光端面211、212，其均按45°角度与安装管的纵向轴线40校准。原则上讲，波导段21、22也可各自采用不同于45°的其它角度。

波导段21、22各包括一套管(光纤抽头)51、52及一个对待发送光信号进行制导的实际光导体61、62；光导体61、62在任一情况下以其各自为人们所熟知的方式在套管51、52中的一中央、高精密孔中受到制导。在此情况下，光导体61、62的端头要同样进行斜削。“套管”可被理解为任何包容和夹持实际光导体的结构。套管通常由陶瓷或塑料制成。然而，在本发明情况下，套管由玻璃制成，其目的是，如下文中所述，允许光通过波导段21、22上相互倚靠的端面211、222以垂直于安装管10的纵向轴线40的角度注入及/或抽出光导体。

安装管10构制为一对开式套管，并且具有一专门的纵向狭缝10a。

由于采用对开式套管结构，因此，安装管10将在波导段21、22上施加一弹力，并使二者对中且使其光导体61、62准确定位于核心。

两个波导段21、22须按下列方式安装在安装管10内，即按45°角校准的抛光端面211、222相互倚靠。端面211、222之间可能存在的间隙可用一浸没凝胶填充。左手波导段21的斜削抛光端面211上涂敷有一波长选择滤光器(未单独图示)。由垂直校准的端面221注入一波导段22并照射在波长选择滤光器上的光或因其波长而穿过此滤光器并随后被注入相邻的波导段21内，或被滤波镜反射回来并且以垂直或基本垂直于安装管纵向轴线的角度被抽出；在后一情况下，光穿透照射玻璃套管51的护套并穿过安装管的纵向槽10a。在此情况下，滤光器表面要根据其旋转角度进行校准，以使光被基本精确地向下发射并由此穿过纵向槽10a。此校准通过旋转壳体1V形凹槽内的安装管的方式实施较佳(比较图6和图7)。

注入波导段21的光同样被另一倾斜端面212向下反射。

由此，可对不同波长λ1、λ2的光信号进行分离，或者，在逆向波束路径情况下，进行合成。

因此，安装管在壳体1内的较佳定位方式为：按一相对于波导管1纵向轴线40的正确角度或近似正确角度布置多个发送及/或接收组件15、16，以使光通过这些发射及/或接收组件以一波长选择方式被注入及/或抽出波导61、62。在此情况下，原则上甚至可以在同一结构上设置两个以上发送及/或接收组件。

在另一改进方案中，左手波导段21的斜削并抛光的端面211上设置了一个分束器，而不是波长选择滤光器。该分束器可以是，例如，一个3dB分束器。因为有分束器，仅一部分入射光通过分束器并被注入邻接的波导段21内，另一部分光则被反射并抽出。

安装管10可以透过套管9(比较图1)耦合至一光学插头的插套。套管9为两部分式结构并且包括两个构成套管9a、9b较佳。套管9为一耦接装置的一部分，所述耦接装置除了两部分式套管9a、9b外，还包括另外一个用于一插套的安装管13。光学插头插在插座11内(比较图3-5)。在此情况下，插座11在光耦合时以一已知的方式接过执行和闩锁功能。

现在借助图6对壳体1的具体结构进行说明。

根据图6，壳体1的剖面形状为一对称双T型支架。壳本体的顶侧101区域内有一个上文中已提到的长条开口2。壳体开口2的中央构制了一个V形凹槽12，该凹槽由壳本体上的对立侧翼构成。图8中所示包含光导体段21，22的安装管10位于V形凹槽内。

因为有该V形凹槽12，安装管13可在x-和y-方向上基本自动定位和调整。在此情况下，安装管13被带有侧翼的弹簧片4压在V形凹槽内。弹簧片4被闩锁在壳体的侧凹3a、3b处，并由此将安装管13锁定在V形槽12内。同时，如图6中双箭头C所示，它还可允许安装管绕其自身轴线旋转。因此，包含在安装管内的波导段21、22也可绕其自身的纵向轴线旋转。

布置在安装管13内的波导段21、22要调整至倾斜端面上反射的光被基本上垂直于安装管波导轴线40向下反射。此旋转调整完成后，较佳采用粘合或激光焊接方式对安装管10进行额外固定。为此，壳本体内的组件(其中将固定最终制备好的安装管)可单独进行试验。

V形凹槽12的基础区域12a(比较图7)内有一个延伸开口14，该开口在轴向受到限制并且同时连接至对应基孔5的基础区域。因此，以基本上垂直于波导轴线40的角度从光导体段的斜削端面211、212抽出的光能够穿过开口14并且向一已耦合的光组件15、16的方向辐射或被该组件接收。

在任何情况下，开口14仅在V形凹槽12的区域内延伸较佳，从波导管10抽出的光可通过该区域向外辐射。然而，开口原则上也可以遍布凹槽12的整个区域；在此情况下，可能需要采用适当措施增加壳体的强度。壳体1的底侧102上构制一壳体阻挡面17，该阻挡面构成一个用于耦合光发送及/或接收组件15、16(在图示具体实施例中为光晶体管外壳组件15)的界面。

晶体管外壳组件15具有一个带有四个电气套管152的极板151，该些电气套管用于在一光发送或接收元件或一监测二极管与一前置放大器之间形成电气接触。另外，晶体管外壳组件15具有一壳体部件153，该部件在其顶侧形成一开口154，光通过该开口可进入或离开晶体管外壳的壳体。在图示具体实施例中，发射或接收元件是一个监测二极管155，从光导体抽出的光先后穿过安装管10的纵向槽10a、V形凹槽12的敞开式基础、开口14及晶体管外壳的壳体的开口14后，通过一透镜156落在监测二极管155上。

晶体管外壳组件5、6均永久地连接在安装环18上，该安装环的长度须保证V形凹槽12内已固定的安装管10与晶体管外壳壳体基础151之间设定一规定间距。

晶体管外壳帽罩153在调整期间伸入壳体1的基孔。如前文所述，基孔5的基础在朝向V形凹槽12的方向被一开口14形成的长条暴露部分穿透。

另外，应指出的是，安装管10的光束出口面与晶体管外壳开口内光入口或出口开口154之间的间隙填充了一种光透明聚合物(未单独图示)。举例而言，该聚合物可采用一种光透明硅材料。该聚合物对光进行额外聚焦，由此可提高耦合效率并可防止湿气在光端面上凝结。同时，硅具有持久弹性并可有效地附着在光端面上。

图7展示了图5内所示壳体沿划线B-B的剖面。设置在该区域内的凹槽12基础区12a内不再有任何开口。另外，带有锁鼻19a、19b的侧凹3a、3b的凸出部分也清晰可见，该些元件夹持着壳体1上的弹簧片4。

本发明的设计方案不限于上述具体实施例。例如，壳体1内的凹槽还可以构制成环形、抛物线形等各种形式，及/或以其它方式构制。

Claims (28)

1、一耦合装置用壳体，该耦合装置用于将至少一个光数据信道的光信号分别注入或抽出一光导体；该耦合装置具有至少一个安装管，而该安装管具有至少两个前后轴向定位的光导体段；一特定光数据信道的光通过下列方式注入或抽出光导体：一光导体段的倾斜于光导体光轴的端面对上述特定光数据信道的光进行反射，被反射的光在安装管的侧面；该壳体具有：

-一壳本体(1)

-至少一个凹槽(12)，其构制在壳本体内并且用于夹持至少一个安装管(10)；及

-开口至少一个开口(14)，开口该开口位于所述壳本体内，并且至少部分包括所述凹槽(12)的基础(12a)，以使离开或进入所述凹槽(12)内的一安装管(10)的光能够穿透照射所述凹槽(12)的基础。

2.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于：该安装管(10)具有一纵向槽(10a)，该被反射的光通过该纵向槽离开或进入该安装管。

3.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述至少一个凹槽(12)是一个V形凹槽。

4、根据权利要求1所述的壳体，其特征在于：一弹簧元件(4)将所述安装管压入所述凹槽(12)内。

5、根据权利要求4所述的壳体，其特征在于：所述弹簧元件(4)是一个安装在所述壳本体(1)内的平弹簧片。

6、根据权利要求5所述的壳体，其特征在于：所述弹簧片通过所述壳本体(1)的侧凹及/或凸鼻(3a、3b)固定在所述壳本体上。

7、根据权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述壳本体(1)的一个阻挡面(17)用作一发送及/或接收组件(15、16)的界面。

8.根据权利要求7所述的壳体，其特征在于：所述发送及/或接收组件(15、16)是一晶体管外壳组件。

9、根据权利要求7所述的壳体，其特征在于：所述阻挡面(17)构制于所述壳本体一侧。

10.根据权利要求8所述的壳体，其特征在于：所述壳本体具有一底侧，所述阻挡面(17)构制于所述壳本体的底侧上。

11、根据权利要求7所述的壳体，其特征在于：在用于耦合一发送及/或接收组件的所述阻挡面(17)上形成夹持区(5、6)。

12、根据权利要求11所述的壳体，其特征在于：所述夹持区(5、6)为所述阻挡面(17)内的夹持孔。

13、根据权利要求11所述的壳体，其特征在于：所述夹持区(5、6)邻接所述至少一个开口(14)之凹槽(12)的基础(12a)。

14、根据权利要求7所述的壳体，其特征在于：所述阻挡面(17)与位于所述凹槽(12)内一安装管(10)的光轴之间的间距根据一发送单元的焦距或所述发送及/或接收组件上一接收单元敏感面的焦距确定。

15、根据权利要求4所述的壳体，其特征在于：所述阻挡面(17)的壳体对面一侧构制有一个可插入一安装管(10)和所述弹簧元件(4)的开口(2)。

16、根据上述权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述壳本体(1)为一体式结构。

17、根据上述权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述壳本体(1)由一种材料制成，该材料具有与插入所述凹槽内的安装管相同的膨胀系数。

18、根据上述权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述壳本体(1)具有一T形剖面。

19.根据权利要求18所述的壳体，其特征在于：所述壳本体(1)具有一形状为对称双T形支架的T形剖面。

20、根据权利要求19所述的壳体，其特征在于：所述凹槽(12)由所述双T形支架的两个侧翼构成。

21、根据上述权利要求1所述的壳体，其特征在于：位于所述凹槽内的一安装管(10)与一已耦合的发送及/或接收组件的入口或出口开口(154)之间的间隙填充一种光透明聚合物。

22、根据权利要求21所述的壳体，其特征在于：一种光透明硅被用作所述聚合物。

23、根据上述权利要求1所述的壳体，其特征在于：所述壳本体(1)构成一用于插座的耦合区(103)。

24、根据权利要求23所述的壳体，其特征在于：所述耦合区(103)构成侧凹(8a、8b)，所述侧凹(8a、8b)可与一插座(11)的锁鼻(113a、113b)闩锁。

25、一种用于将至少一个光数据信道的光信号分别注入或抽出一光导体的耦合装置；该耦合装置具有至少一个安装管，而该安装管具有至少两个前后轴向定位的光导体段；一特定光数据信道的光通过下列方式注入或抽出光导体：一光导体段的倾斜于光导体光轴的端面对上述特定光数据信道的光进行反射，被反射的光在安装管的侧面；其特征在于所述耦合装置具有如权利要求1所述的壳体。

26.根据权利要求25所述的耦合装置，其特征在于：该安装管(10)具有一纵向槽(10a)，透过该纵向槽，被反射的光离开或进入该安装管。

27、根据权利要求25所述的耦合装置，其特征在于：所述安装管(10)可透过另外一个安装管(13)及一耦接装置的套管(9)耦接至一光学插头的插套。

28、根据权利要求25、26或27所述的耦合装置，其特征在于：一插座(11)能够以可闩锁方式连接至所述壳本体(1)，所述插座具有支撑腿(114a、114b)，用于将所述插座(11)固定在一印刷电路板上。

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