CN203149161U - 光学器件及具有该光学器件的光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学器件及具有该光学器件的光模块，所述光学器件包括有设置在外表面上、将光源发出的入射光转变为平行光的准直透镜，还包括有将所述准直透镜传输的部分平行光向光学器件内部反射、而将另一部分平行光向光学器件外部透射的一级分光部。本实用新型通过在光学器件上设置部分反射、部分透射的分光部，利用分光部不仅能够实现光信号变向传输，还可以通过光的透射达到衰减可用光的强度的目的。

Description

光学器件及具有该光学器件的光模块

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，具体地说，是涉及光学设备，更具体地说，是涉及一种采用部分反射、部分透射的分光部实现光信号传输和光强度衰减的光学器件及具有该光学器件的光模块。

背景技术

现有光通信领域用的光模块中，为将激光器发出的光束改变方向后耦合到光纤中，或者将光纤中的接收光束改变方向后耦合到光电探测器中，通常使用多个倾斜设置的反射镜来改变光束的传输方向。多个反射镜的组合因器件较多，布置结构较为复杂，组装繁琐，且容易因位置误差而影响光信号的正常传输。因此，有人提出采用具有全反射面的集成光学器件实现光信号的变向传输。一般情况下，光模块的激光器发出的光强较大，需要衰减后传输到光纤中。由于全反射面仅能改变光路传输方向，在这种光学器件时，通常还需要在光学器件中加入吸光介质材料吸收光，达到衰减光强度的目的。这种光强衰减方式不仅制作工艺复杂，且光强衰减程度不易控制，从而导致光学器件性能较低、成本较高、不易实现。

发明内容

本实用新型为解决现有技术存在的上述问题而提供了一种光学器件，利用光学器件上设置的部分反射、部分透射的分光部实现光信号变向传输的同时达到光强衰减的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种光学器件，包括有设置在外表面上、将光源发出的入射光转变为平行光的准直透镜，所述光学器件还包括有将所述准直透镜传输的部分平行光向光学器件内部反射、而将另一部分平行光向光学器件外部透射的一级分光部。

如上所述的光学器件，所述一级分光部采用下述结构来实现：所述一级分光部包括有一个与所述准直透镜传输的平行光方向呈一设定角度设置的反射面，在该反射面上开设有至少一个凹槽，该凹槽具有将所述准直透镜传输的部分平行光向所述光学器件外部透射的透射面。

如上所述的光学器件，所述一级分光部还可以采用下述结构来实现：所述一级分光部包括有多个反射面，相邻两个反射面通过至少一个凹槽相连接，该凹槽具有将所述准直透镜传输的部分平行光向所述光学器件外部透射的透射面。

如上所述的光学器件，为方便对光强信号进行检测，所述光学器件还包括有将所述一级分光部的部分反射光进行反射、而将另一部分反射光透射的二级分光部。

如上所述的光学器件，所述二级分光部可以采用下述结构来实现：所述二级分光部包括有一个与所述一级分光部传输的反射光方向呈一设定角度设置的反射面，在该反射面上开设有至少一个凹槽，该凹槽具有将所述一级分光部传输的部分反射光进行透射的透射面。

如上所述的光学器件，所述二级分光部还可以采用下述结构来实现：所述二级分光部包括有多个反射面，相邻两个反射面通过至少一个凹槽相连接，该凹槽具有将所述一级分光部传输的部分反射光进行透射的透射面。

为保证光信号的正常传输，所述一级分光部中的凹槽与所述二级分光部中的凹槽至少部分错位设置。

如上所述的光学器件，所述一级分光部中凹槽的透射面优选与所述准直透镜传输的平行光方向垂直，所述二级分光部中凹槽的透射面优选与所述一级分光部传输的反射光方向垂直。

如上所述的光学器件，在所述光学器件的外面上还设置有与所述二级分光部传输的反射光相对应、用于对该反射光聚焦的第一聚焦透镜以及与所述二级分光部传输的透射光相对应、用于对该透射光聚焦的第二聚焦透镜。

本实用新型还提供了一种光模块，包括PCB板和传输光纤，在所述PCB板上设置有光源和光学检测器，所述光模块还包括有将所述光源所发出的光部分耦合到所述传输光纤的光学器件，所述光学器件采用上述所述的结构。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型通过在光学器件上设置部分反射、部分透射的分光部，利用分光部不仅能够实现光信号变向传输，还可以通过光的透射达到衰减可用光的强度的目的，从而以简单的结构和可靠的控制实现了光学器件的多个功能，提高了光学器件的使用性能。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型光学器件第一个实施例的部分结构示意图；

图2是图1光学器件的光路原理图；

图3是本实用新型光学器件第二个实施例的部分结构示意图；

图4是本实用新型光学器件第三个实施例的部分结构示意图；

图5是本实用新型光学器件第四个实施例的结构示意图；

图6是图5实施例中的光学器件在光模块中应用的光路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细的描述。

首先，简要说明本实用新型的技术设计思路：针对现有技术通过在改变光信号传输路径的光学器件中加入吸光介质材料吸收过强的光信号时存在的工艺复杂、光强衰减强度难以准确控制的问题，本实用新型提出了一种新的解决方案，通过改变光学器件的外表面结构，使得要衰减的部分过强光信号直接从光学器件中跑出，从而达到衰减光强的目的。

请参考图1和图2所示的本实用新型光学器件第一个实施例，其中，图1是光学器件的部分结构示意图，图2是其光路原理图。

如图1及图2所示意，该实施例光学器件的外表面上设置有准直透镜11，用来将光源发出的入射光转变为平行光。光学器件还包括有对部分光进行反射、对部分光进行透射的一级分光部12，该一级分光部12具有一个与准直透镜11传输的平行光方向呈45°夹角设置的反射面121，以便将入射到该反射面121上的光进行90°的转向。在反射面121上开设有一个凹槽122，该凹槽122具有与准直透镜11传输的平行光方向垂直的透射面1221。

在光模块中使用上述结构的光学器件之后，来自光源、如激光器的散射光先经准直透镜11转变为垂直向上的平行光后入射到一级分光部12上。对于入射到一级分光部12的反射面121上的平行光，由于反射面121与平行光呈45°夹角，所以，该部分平行光被反射面121全反射后水平向右在光学器件内部传输；而对于入射到凹槽122的透射面1221上的平行光，由于透射面1221与平行光垂直设置，因此，这部分平行光将穿透透射面1221而从光学器件中跑掉。通过合理设置凹槽122及其透射面1221的位置和尺寸，能够保证光模块所要求衰减的部分光全部通过透射面1221跑掉，在光学器件内部仅留有所需要的部分有用光。而凹槽及透射面的位置及尺寸比较容易确定，且确定后可以通过表面切割等技术进行精确加工，所以，采用该结构的光学器件能以简单的结构和可靠的控制实现了光学器件的光路换向及光强衰减功能，提高了光学器件的使用性能。

经反射面121反射后的反射光可以根据实际需要聚焦到光纤中对外传输，或者聚焦到光学检测器中进行光强信号监控等。

凹槽的数量不限定于该实施例所述的一个，可以是多个；其透射面的形状也不限定于图1所示的长方形，还可以是圆形、三角形、梯形等规则形状或其他不规则形状。

对于同时兼有对部分光反射、对部分光透射功能的一级分光部来说，除了可以采用上述第一个实施例在反射面上开设凹槽的结构之外，还可以采用其他结构形式，例如，采用图3所示的结构。

如图3所示出的本实用新型光学器件第二个实施例的部分结构示意图，该实施例的光学器件在外表面上设置有准直透镜21，用来将光源发出的入射光转变为平行光。光学器件还包括有对部分光进行反射、对部分光进行透射的一级分光部22。具体来说，一级分光部22具有相互平行的多个反射面221、222、223、224和225，每个反射面均与准直透镜21传输的平行光方向呈45°夹角而设置。反射面221和反射面222通过凹槽226相连接，反射面222和反射面223通过凹槽227相连接，反射面223和反射面224通过凹槽228相连接，反射面224和反射面225通过凹槽229相连接。其中，每个凹槽均具有一个与准直透镜21传输的平行光方向垂直的透射面（图中未标注，也即每个凹槽的底面为平面，形成透射面）。

该第二个实施例的光学器件的光路原理与图1实施例类似，也即，来自光源、如激光器的散射光先经准直透镜21转变为垂直向上的平行光后入射到一级分光部22上。对于入射到一级分光部22任一个反射面上的平行光，由于反射面与平行光呈45°夹角，所以，该部分平行光被反射面全反射后水平向右在光学器件内部传输；而对于入射到任一个凹槽的透射面上的平行光，由于透射面与平行光垂直设置，因此，这部分平行光将穿透透射面而从光学器件中跑掉。

在该实施例中，多个反射面221、222、223、224和225相互平行，每个反射面以与准直透镜21传输的平行光方向呈相同的夹角而设置，但不局限于此，多个反射面也可以与准直透镜21传输的平行光方向不同的夹角而设置，也即多个反射面可以不是相互平行的面，只要能实现对光信号的反射即可。

上述两个光学器件的实施例均是以一个准直透镜为例来描述一级分光部的结构，但不局限于此，这种结构也可以扩展至准直透镜阵列的情形。

如图4所示，该图示出了本实用新型光学器件第三个实施例的部分结构示意图。

如图4所示，在该实施例中，光学器件的外表面上设置有透镜阵列31，透镜阵列31中包括有四个准直透镜311、312、313和314。光学器件还包括有一级分光部32，该一级分光部32具有一个与准直透镜阵列中的准直透镜传输的平行光方向呈45°夹角设置的反射面321，以便将入射到该反射面321上的光进行90°的转向。在反射面321上对应着每个准直透镜的位置处均开设有一个凹槽，四个准直透镜共对应着四个凹槽，分别是凹槽322、323、324及325，且每个凹槽均具有与所对应的准直透镜传输的平行光方向垂直的透射面。

对于上述结构的光学器件，每个准直透镜及其所对应的透射面及反射面的光路传输原理与图1第一个实施例类似，可参考上述第一个实施例的描述。

请参考图5和图6所示的第四个实施例，其中，图5为该实施例光学器件的结构示意图，图6是该光学器件在光模块中应用的光路原理图。

如图5及图6所示意，该实施例的光模块包括有PCB板6，在PCB板6上设置有作为光源的激光器阵列7和用来接收光信号、具体来说是接收检测光信号的光学检测器阵列8，这里的光学检测器阵列8采用光电探测器阵列来实现。该光模块从整体尺寸及内部结构布局考虑，与外部进行光信号传输的耦合光纤5位于激光器阵列7的右上方，激光器阵列7所发出的光信号并不能直接进入到耦合光纤阵列5中。为保证光信号顺利传输，需要将激光器阵列7的光信号向上传输并旋转90°之后再进入到耦合光纤阵列5中。因此，该实施例的光模块在PCB板6的上方、对应激光器阵列7和光学检测器阵列8的位置处设置有光学器件4，利用该光学器件4改变激光器阵列7发出的光信号的传输方向，以将光信号顺利耦合到耦合光纤阵列5中来实现光信号的传输。光学器件4在实现光信号变向传输功能的同时，还可以衰减光信号的强度，避免不符合要求的过强光信号进入到耦合光纤阵列5中。此外，结合光模块的整体结构，利用该光学器件4还可以检测经耦合光纤阵列5中所输出的光信号的强度。

为实现光学器件4的上述功能，该光学器件4具体采用下述结构来实现：

光学器件4具有朝向PCB板2的底面及与底面相垂直的右侧面，在底面上设置有准直透镜阵列41和第一聚焦透镜阵列44，在右侧面上设置有第二聚焦透镜阵列45。其中，准直透镜阵列41与PCB板6上的激光器阵列7相对应，第一聚焦透镜阵列44与光学检测器阵列8相对应，第二聚焦透镜阵列45与耦合光纤阵列5相对应。

光学器件还包括有一级分光部42和二级分光部43。其中，一级分光部42位于准直透镜41的上方，包括有与准直透镜阵列41传输的平行光方向呈45°夹角设置的反射面421，在反射面421上开设有多个凹槽422，该凹槽422具有与准直透镜阵列41传输的平行光方向垂直的透射面（即凹槽的底面为平面，形成透射面，图中未标注）。二级分光部43位于一级分光部42、第一聚焦透镜阵列44及第二聚焦透镜阵列45之间，具有一个与一级分光部42中的反射面421传输的反射光方向呈45°夹角设置的反射面431，在反射面431上开设有多个凹槽432，每个凹槽均具有与一级分光部42中的反射面421传输的反射光方向垂直的透射面（图中未标注）。而且，第二分光部43的设置位置将使得经其反射面431反射后的反射光入射到第一聚焦透镜阵列44上进行聚焦、而使得经其凹槽432的透射面透射后的透射光能够入射到第二聚焦透镜阵列45中进行聚焦。

而且，一级分光部42中的各凹槽422与二级分光部43中的各凹槽432至少部分是错位设置的，这样能够保证二级分光部43即能将部分光线向下、最终作为检测光而传输至光学检测器阵列8，而又部分光线向右传输、最终作为传输光耦合至耦合光纤阵列5中。

该实施例的光模块采用光学器件4之后的光路传输方向及过程如下：

激光器阵列7发出强度较大的散射光并入射到准直透镜阵列41上，经准直透镜阵列41变为平行光后垂直向上传输。平行光中入射到一级分光部42的反射面421上的部分平行光，将被45°倾斜设置的反射面421反射，这部分一级反射光将旋转90°后水平向右传输至二级分光部43。而平行光中入射到一级分光部42凹槽422上的部分平行光，将通过凹槽422的透射面穿出光学器件4而跑掉，从而起到衰减光强度的目的。入射到二级分光部43中的一级反射光又可以分成两部分，其中，入射到二级分光部43的反射面431上的部分一级反射光，经反射面431反射后旋转90°，作为二级反射光向下传输至第一聚焦透镜阵列44上；而入射到二级分光部43的凹槽432上的部分一级反射光，将通过凹槽432的透射面透射，继续水平向右而传输至第二聚焦透镜阵列45上。入射到第一聚焦透镜阵列44上的二级反射光经该透镜阵列聚焦后被光学检测器阵列8接收。通过分析光学检测器阵列8所接收的检测光的强度，并根据预先设定的检测光与传输光的比例关系，即可获知耦合光纤阵列5所输出的传输光的实际强度。而入射到第二聚焦透镜阵列45上的透射光将经该透镜阵列聚焦耦合到耦合光纤阵列5中，作为实际传输光对外传输。

一级分光部42及二级分光部43中凹槽的数量、位置及尺寸可根据激光器阵列7实际发出的光信号强度、经耦合光纤阵列5实际传输的光信号强度及光学检测器阵列8所检测的光信号强度与耦合光纤阵列5实际传输的光信号强度的比例关系等因素来确定。这个确定过程是本领域技术人员能够知悉的，在此不作具体阐述和限定。

对于一级分光部42及二级分光部43，除了可以采用图5实施例的结构之外，也可以采用类似于图3的结构，也即采用多个通过凹槽连接的反射面的结构形式，只要能够满足所需的光路传输要求即可。

最后，需要特别说明的是：虽然在上述各个实施例中，一级分光部中的反射面与准直透镜传输的平行光方向呈45°夹角设置、二级分光部中的反射面与一级分光部中的反射面传输的反射光方向呈45°夹角而设置，该设置角度为最佳、最容易实现的一个角度，但并不局限为该角度，还可以采用其他的角度来设置，只要能够实现反射、并能满足后续光路传输即可。此外，一级分光部及二级分光部中凹槽的透射面也不局限于和要透过的光线垂直设置，也可以是以其他角度设置，只要能够将符合强度要求的光线透射过去即可。而且，准直透镜11发射出的部分平行光也不局限于仅经一级分光部或二级分光部来传输，还可以存在其他的反射面。而且，与光学检测器相对应的聚焦透镜（如图5和图6中的聚焦透镜阵列44）也是可选的一种结构，在光学检测器面积足够大、能够直接接收满足需求的平行光时，也可以不设置该聚焦透镜。

总而言之，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光学器件，包括有设置在外表面上、将光源发出的入射光转变为平行光的准直透镜，其特征在于，所述光学器件还包括有将所述准直透镜传输的部分平行光向光学器件内部反射、而将另一部分平行光向光学器件外部透射的一级分光部。

2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述一级分光部包括有一个与所述准直透镜传输的平行光方向呈一设定角度设置的反射面，在该反射面上开设有至少一个凹槽，该凹槽具有将所述准直透镜传输的部分平行光向所述光学器件外部透射的透射面。

3.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述一级分光部包括有多个反射面，相邻两个反射面通过至少一个凹槽相连接，该凹槽具有将所述准直透镜传输的部分平行光向所述光学器件外部透射的透射面。

4.根据权利要求2或3所述的光学器件，其特征在于，所述光学器件还包括有将所述一级分光部的部分反射光进行反射、而将另一部分反射光透射的二级分光部。

5.根据权利要求4所述的光学器件，其特征在于，所述二级分光部包括有一个与所述一级分光部传输的反射光方向呈一设定角度设置的反射面，在该反射面上开设有至少一个凹槽，该凹槽具有将所述一级分光部传输的部分反射光进行透射的透射面。

6.根据权利要求4所述的光学器件，其特征在于，所述二级分光部包括有多个反射面，相邻两个反射面通过至少一个凹槽相连接，该凹槽具有将所述一级分光部传输的部分反射光进行透射的透射面。

7.根据权利要求5或6所述的光学器件，其特征在于，所述一级分光部中的凹槽与所述二级分光部中的凹槽至少部分错位设置。

8.根据权利要求7所述的光学器件，其特征在于，所述一级分光部中凹槽的透射面与所述准直透镜传输的平行光方向垂直，所述二级分光部中凹槽的透射面与所述一级分光部传输的反射光方向垂直。

9.根据权利要求4所述的光学器件，其特征在于，在所述光学器件的外面上还设置有与所述二级分光部传输的反射光相对应、用于对该反射光聚焦的第一聚焦透镜以及与所述二级分光部传输的透射光相对应、用于对该透射光聚焦的第二聚焦透镜。

10.一种光模块，包括PCB板和传输光纤，在所述PCB板上设置有光源和光学检测器，其特征在于，所述光模块还包括有将所述光源所发出的光部分耦合到所述传输光纤的光学器件，所述光学器件采用上述权利要求1至9中任一项所述的结构。

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