CN1605895A - 减小了回反的接收器光学配件 - Google Patents

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蒂莫西·D·古德曼
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Abstract

本发明涉及一种用来将光信号转换为电信号的接收器光学装配件装置，包括：一个用来支持传输光信号的一根光纤的尾端的光耦合器；一个用来将光信号转换成一个电信号的光电探测器；在光耦合器和光电探测器之间，用来将光学信号聚焦到光电探测器的一个透镜；一个电连接到光电探测器，用来将电信号传入一个主装置的一个电连接器；和在光耦合器中耦合到透镜的一个光学插件，被设置时用来接触光纤的端部，该光学插件的折射率与光纤的折射率几乎相同，因此，在光学插件和光纤的界面之间几乎没有光被反射，并且从光学插件和透镜的界面反射的任何光束将被扩展而使任何被耦合进入光纤的光大大减少。

Description

减小了回反的接收器光学装配件
技术领域
本发明涉及一种接收器光学装配件(ROSA)，特别是一种减小了回反的接收器光学装配件。
背景技术
回反是光学噪音的一个源泉，因此减小回反水平对优化接收器光学装配件的性能很有必要。而且，一些通讯标准如SONET要求接收器的光学回反小于指定的限定值如-27dB。
如图1所示，在一个传统的ROSA1中，一个基座3上装有一个光电探测器，和其它电路，如互阻抗放大器4。电接头6从ROSA1的后面延伸出来以将电路连接到一个收发器的电路板上(没有图示)。基座3装在一个容器中，如电子晶体管(TO)罐7，该容器又被装在一个套管8中。套管8中还有一个球状透镜9，用来将来自光纤(没有图示)的一个光信号聚焦到光电探测器2中。用一个装配圈12将光连接器11连接到套管8中。光连接器使光纤的一端与透镜9很近。为了减小回反，在光连接器中装有一个与光纤连接的一个光纤头15。光纤头的外端有一个角度以使光倾斜，这样来自光电探测器2的反射就不会被耦合回光纤。不幸的是，图1所示的传统结构包括了许多小但又复杂的装配工序。而且，光纤的纤芯和光纤头15必须高度的准直否则会导致大的耦合损耗。
一种代替图1中所示的接收器光学装配件的结构在科恩(Cohen)等人于2001年10月16日申请的美国第6,302,596号专利中已有说明，如图2所示。光纤连接器21，套管28和透镜29被集成地模压为一个单体单元，用30表示。从光纤尾部出射的光信号在空气中经过一个凹处32到透镜29，它将光信号以法线角度聚焦到光电探测器上。凹处32起到一个“尘埃收集器”的作用以防止尘埃或其它外来物污染和进入塑料分界表面33。这种接收器光学装配件设计大大地简化了装配工序；不过回反的问题仍然存在。回反的主要来源在垂直的光纤-空气界面和光电探测器的表面。由于光纤输入必须要有一个垂直端面，这就需要抑制约4％的回反。
本发明的一个目的就是通过提供一个相对简单的有很小回反的接收器光学装配件来克服现有技术的缺点。
发明内容
因此，本发明涉及一种用来将一个光信号转换为一个电信号的接收器光学装配件装置，包括：
一个用来支持传输光信号的一根光纤的尾端的光耦合器；
一个用来将光信号转换成一个电信号的光电探测器；
在光耦合器和光电探测器之间，用来将光学信号聚焦到光电探测器的一个透镜；
一个电连接到光电探测器，用来将电信号传入一个主装置的一个电连接器；和
在光耦合器中耦合到透镜的一个光学插件，用来接触光纤的端部，该光学插件的折射率与光纤的折射率几乎相同，因此，在光学插件和光纤的界面之间几乎没有光被反射，从光学插件和透镜的界面反射的任何光束将被扩展而使任何被耦合进入光纤的光大大减少。
本发明将参照显示最佳实施例的相关图示进行详细说明：
附图说明
图1是传统接收器光学装配件的一个侧面图；
图2是传统的单体接收器光学装配件的一个侧面图；
图3是根据本发明的一个接收器光学装配件的一个侧面图；
图4是根据本发明的另一个实施例的接收器光学装配件的一个侧面图；
图5是根据本发明另一个实施例的接收器光学装配件的一个侧面图。
具体实施方式
参照图3，由41所表示的根据本发明的接收器光学装配件包括一个模压的塑料单体前端单元42，形成一个光连接器43，一个套框44，一个聚焦透镜46和一个装配圈47。前端单元42由一个光学级塑料材料做成，如ULTEM 1010。一个基座48被固定到装配圈47上以支撑光电探测器51和其它电子器件，如互阻抗放大器52。电引线最好是柔软的电线53，传输来自和传到光电探测器和其它电器件，如互阻抗放大器52的电信息。基座48为柔软的电线53提供了一个坚硬的底座。在一个理想的实施例中，基座48对光信号56是透明的，因此可以使光信号56透过基座到达光电探测器51。光电探测器51以倒片(flip-chip)的形式装到互阻抗放大器52上。该放大器装入基座48中。在基座48的后表面58中提供了一个凹槽57，以将光电探测器51悬浮于其中，因此，互阻抗放大器52的一个前表面的一个外缘连接在凹槽57周围的后表面58的一个侧臂上。或者，凹槽57可以一直延伸到基座48，使光信号56畅通无阻地到达光电探测器51。
为了限制光信号56出自光纤时的回反，一个折射率匹配的光学插件60被装到聚焦透镜46的一个前表面61上。光学插件的折射率与光纤的折射率很接近。更为理想的是，光学插件60是矩形或柱形的石英，BK7或硼硅酸盐浮法玻璃。理想的是将光学插件60用折射率匹配的粘接剂固定到前表面61，该粘接剂的折射率最好在光学插件60的折射率与塑料前端单元42的折射率之间。或者，可以用其它方法如冲压将光学插件60装到前表面61上。
光学插件60最好向外伸进光连接器43的空腔62中，形成一个槽63。槽63提供了一个空间以收集进入空腔62中的尘埃和其它外来物，防止这些杂质落到光学插件60上。
由于光纤是石英基的，可以忽略在光纤/光学插件60界面的反射。光学插件60/塑料透镜46界面之间折射率的不同会引起一个小的回反。不过，如图3所示，光信号56在到达前表面61之前会扩展，并在反射回光纤时继续扩展。因此，回反的光束和光纤模式之间的重叠相对来说就很小，即只有光信号56的一小部分被反射回光纤。为了将回反减得更小，光学插件的大小可以增加到超过通常的0.8毫米长度。
在如图4所示的本发明的另一个实施例中，以71表示的接收器光学装配件包括同样的单体模压前端单元42，构成一个光连接器43，一个套框44，一个聚焦透镜46和一个装配圈47。同样，光学插件60被固定到空腔62中的前表面61中，形成一个槽63。一个柔软的环形基座72被连接到装配圈47上，并支撑在一个装配表面75上的互阻抗放大器73的后表面。光电探测器74以倒片方式连接到互阻抗放大器73上，一根柔软电线76将互阻抗放大器73特别连接到一个收发器电路板上(没有图示)。在这种情况下，柔软的环形基座72可以由高热传导性的材料做成，即＞100W/m°K，如锌，铝，这些材料可以使ROSA71在更高的温度下工作而不使热噪音成为一个影响因素。为了进一步减小回反，光电探测器74以与输入光信号56成非法线的角度装配，这样，任何反射光就不会直接地被反射回透镜46。装配表面75与输入光信号56的法线平面之间有一个-4°到-10°的名义标称角度，最好是-7°。柔软的环形基座72包括一个用来连接到装配圈47上的一个装配环72a。
在图5所示的根据本发明的另一个实施例中，用77表示的接收器光学装配件包括一个同样的单体模压前端单元78，构成一个光连接器43，一个套框44，和一个聚焦透镜46。装配圈47由一个稍微大一些的套管79代替。同样地，光学插件60被折射率匹配的粘接剂固定到空腔62中的前表面61中，该空腔如前述形成一个槽63。一个光电探测器80装在互阻抗放大器81上，而放大器又装在基座82上。电引线83从ROSA 77的背面延伸出来以将电路连接到收发器电路板上(没有图示)。基座82装在一个容器中，如一个电子晶体管(TO)罐，而该电子晶体管罐又装在套框44的套管79中。最好是，有一个镀有减反膜的平面或倾斜(-4°到-10°)的透明小窗86，如玻璃，如图中所示的框架，用来将电子晶体管罐安全密封。光电探测器80也可以以一个小角度装配，如图所示，以进一步减小回反。

Claims (17)

1.一种用来将光信号转换为电信号的接收器光学装配件装置，包括：
一个用来支持传输光信号的一根光纤的尾端的光耦合器；
一个用来将光信号转换成一个电信号的光电探测器；
在光耦合器和光电探测器之间，用来将光学信号聚焦到光电探测器的一个透镜；
一个电连接到光电探测器，用来将电信号传入一个主装置的一个电连接器；和
在光耦合器中耦合到透镜的一个光学插件，被设置时用来接触光纤的端部，该光学插件的折射率与光纤的折射率几乎相同，因此，在光学插件和光纤的界面之间几乎没有光被反射，并且从光学插件和透镜的界面反射的任何光束将被扩展而使任何被耦合进入光纤的光大大减少。
2.根据权利要求1所述的装置，其中透镜和光耦合器由相同的塑料材料集成做成，以形成一个单独的前端单元。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括一个用来支撑光电探测器的基座；
其中前端单元包括一个用来连接到基座的装配圈。
4.根据权利要求3所述的装置，还包括一个以倒片方式耦合到光电探测器的互阻抗放大器，因此互阻抗放大器安装在基座上。
5.根据权利要求4所述的装置，其中基座包括在一个第一表面中的一个凹槽，用来接受光电探测器；
其中互阻抗放大器的一个边缘与第一表面相连接，使光电探测器悬浮于凹槽中。
6.根据权利要求5所述的装置，其中基座对于光信号来说是透明的，因此，基座的一个与第一表面相对的第二表面连接在装配圈上。
7.根据权利要求3所述的装置，其中光电探测器以与输入光信号成一个非法线角度装配，因此从光电探测器反射的任何光束将不会直接耦合回光纤。
8.根据权利要求7所述的装置，其中基座的一个第一表面支撑光电探测器；
其中基座的第一表面与垂直于光信号方向的一个平面成4到10度的角度设置。
9.根据权利要求8所述的装置，其中基座包括一个用来连接到装配圈上，环绕光电探测器延伸出来的装配环。
10.根据权利要求1所述的装置，其中光电探测器以与输入光信号成一个非法线角度装配，因此从光电探测器反射的任何光束将不会直接耦合回光纤。
11.根据权利要求10所述的装置，还包括一个基座，该基座的一个第一表面用来支撑光电探测器；
其中基座的第一表面与垂直于光信号方向的一个平面成4到10度的角度设置。
12.根据权利要求11所述的装置，其中前端单元包括一个装配圈，其中基座包括一个用来连接装配圈的装配环。
13.根据权利要求2所述的装置，还包括一个与前端单元集成为一体的并从前端单元延伸出来的装配套管，和一个用来密封光电探测器并装在装配套管中的容器，其中该容器包括一个对光信号透明的小窗，并与输入光信号成一个非法线角度设置，以防止光束被直接反回透镜。
14.根据权利要求8或11的装置，其中基座包括一种热传导率大于100W/m°K的材料。
15.根据权利要求1到13的任何一条所述的装置，其中光学插件包括一种选自石英，BK7和硼硅酸盐浮法玻璃的材料。
16.根据权利要求1到13的任何一条所述的装置，还包括一种用来将光学插件粘接到透镜的粘接剂，其中粘接剂的折射率界于光学插件的折射率和透镜的折射率之间。
17.根据权利要求1到13的任何一条所述的装置，其中光学插件延伸进入光耦合器并在周围形成一个槽，用来收集进入光耦合器的杂质。
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