CN208314275U - 一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统。在同一轴线上依次设置光纤光口、光纤端准直透镜、第一透反滤片、第一滤光片、第一准直透镜和第一PD芯片；在第一透反滤片反射面一侧设有第二滤光片、第二准直透镜、第二PD芯片，以及第一反射片；第一透反滤片和第一反射片分别倾斜。从光纤光口接收的光分别透射或反射后快速进入第一PD芯片和第二PD芯片。并且，所有准直透镜和与其对应的PD芯片分离设置，不需要采用体积较大的TO管壳，减小了封装体积，且生产成本低，便于批量生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统。
背景技术
随着互联网、大数据、人工智能等技术的发展，市场对光纤网络数据的传输速率要求越来越高，从1G、10G发展到目前25G、40G、100G甚至400G。由于芯片本身材料限制和提升速率上的限制，导致单一芯片能够达到的最高传输速率提升过慢，目前主流芯片仅支持25G的传输速率，无法满足市场对高传输速率的需求。为了满足市场对高传输速率的需求，多通道波分复用系统被广泛使用，其将多个通道通过波分复用系统组合在一起，以此提升光纤网络整体的传输速率。目前主流的技术是四通道波分复用(也可以是其他多通道)，如采用4*10G来实现40G的传输速率，采用4*25G来实现100G的传输速率。
目前市场主要的四通道波分复用系统有两种：一种是通过如图1所示的通过MUX系统来实现四通道波长信号的解析。其把IC芯片和激光器封装在一起，但是其封装结构需要单独设计并开模，研发费用高，生产设备也要用专用设备，批量生产成本高、效率低，设备投入大；另一种是如图2所示的通过透镜T和玻片B组合得到的平行光路系统，但是现有的基于透镜和玻片组合的平行光路系统都是采用球面透镜，耦合效率低，并且球面透镜与TO管壳(Transistor Outline，即晶体管外壳)封装一体，尺寸较大，难以满足光发射系统整体QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable，即四通道SFP接口)封装尺寸的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，避免上述现有技术中的不足之处而提供一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，从而提升耦合效率并减小封装尺寸。
为实现上述目的，提供一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，包括在同一轴线上依次设置的光纤光口、光纤端准直透镜、第一透反滤片、第一滤光片、第一准直透镜和第一PD芯片；所述光纤端准直透镜入射面对准所述光纤光口，出光面朝向所述第一透反滤片的反射面；在所述第一透反滤片的反射面一侧，自轴线一侧向外依次设有第二滤光片、第二准直透镜和第二PD芯片，所述第二准直透镜和第二PD芯片分离设置，在轴线另一侧与所述第二滤光片相对的位置设有第一反射片；所述第一透反滤片和所述第一反射片分别倾斜，以使射到第一透反滤片上的光经第一透反滤片和第一反射片依次反射后，进入第二滤光片滤光，并由第二准直透镜聚焦到第二PD芯片。
其中，所述光纤端准直透镜和所述第一透反滤片之间的轴线上还设有至少一个次级透反滤片，在所有次级透反滤片的反射面一侧，轴线一侧设有次级滤光片、次级准直透镜和次级PD芯片，另一侧设有次级反射片，所有次级透反滤片和所有次级反射片都分别倾斜，以使射到次级透反滤片上的光经与其对应的次级透反滤片和次级反射片依次反射后，进入与其对应的次级滤光片滤光，并由与其对应的次级准直透镜聚焦到与其对应的次级PD芯片。
其中，所述光纤端准直透镜和所述第一透反滤片之间的轴线上设有两个次级透反滤片，分别为第二透反滤片和第三透反滤片：在第一/二/三透反滤片的反射面一侧，轴线一侧分别设有第二/三/四滤光片、第二/三/四准直透镜和第二/三/四PD芯片，另一侧设有第一/二/三反射片。
其中，从第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片和第四滤光片的透射光的波长依次递增。
其中，所述第一透反滤片、第二透反滤片和第三透反滤片的反射面的倾斜方向均相同，倾斜角度均相等。
其中，所有透反滤片的反射面与轴线的夹角均为77度。
其中，所述第一反射片、第二反射片和第三反射片的反射面的倾斜方向均相同，倾斜角度均相等。
其中，所有反射面与轴线的夹角均为32度。
有益效果：该粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，在同一轴线上依次设置光纤光口、光纤端准直透镜、第一透反滤片、第一滤光片、第一准直透镜和第一PD芯片，从光纤光口接收的光直接透过光纤端准直透镜和第一透反滤片射入第一滤光片，该束光经过第一滤光片滤光后由第一准直透镜聚焦到第一PD芯片。第一透反滤片的反射面一侧，自轴线一侧向外依次设有第二滤光片、第二准直透镜和第二PD芯片，在轴线另一侧与第二滤光片相对的位置设有第一反射片；第一透反滤片和第一反射片分别倾斜，以使射到第一透反滤片上的光经第一透反滤片和第一反射片依次反射后，进入第二滤光片滤光，并由第二准直透镜聚焦到第二PD芯片，从光纤光口接收的光通过该粗波分复用定焦平行光路的光接收系统快速进入第一PD芯片和第二PD芯片。并且，第一准直透镜和第一PD芯片、第二准直透镜和第二PD芯片分离设置，不需要采用体积较大的TO管壳，减小了封装体积，且生产成本低，便于批量生产。
附图说明
图1是基于MUX的四通道波分复用系统的结构示意图。
图2是现有技术中透镜和玻片组合得到的平行光路系统的结构示意图。
图3是该粗波分复用定焦平行光路的光接收系统的结构示意图。
附图标记：1.光纤端准直透镜、11A.光纤端准直透镜出光面、12A.光纤端准直透镜入射面、2.第四准直透镜、21A.第四准直透镜入射面、22A.第四准直透镜出光面、3.第三准直透镜、31A.第三准直透镜入射面、32A.第三准直透镜出光面、4.第二准直透镜、41A.第二准直透镜入射面、42A.第二准直透镜出光面、5.第一准直透镜、51A.第一准直透镜入射面、52A.第一准直透镜出光面、6.第一PD芯片、7.第二PD芯片、8.第三PD芯片、9.第四PD芯片、10.第一滤光片、101.第一滤光片入射面、11.第二滤光片、111.第二滤光片入射面、12.第三滤光片、121.第三滤光片入射面、13.第四滤光片、131.第四滤光片入射面、14.光纤光口、15.第三反射片、16.第二反射片、17.第一反射片、18.第三透反滤片、19.第二透反滤片、20.第一透反滤片、21.第一光束、22.第二光束、23.第三光束、24.第四光束。
具体实施方式
该粗波分复用定焦平行光路的光接收系统如图3所示，包括在同一轴线L上依次设置的光纤光口14、光纤端准直透镜1、第三透反滤片18、第二透反滤片19、第一透反滤片20、第一滤光片10、第一准直透镜5和第一PD芯片6。该实施例的PD(photo diode)芯片即光电二极管。其中，第一透反滤片20、第二透反滤片19和第三透反滤片18的反射面与轴线L的夹角相同，都是77度，且均倾斜地朝向光纤端准直透镜1所在侧面。这三个透反滤片的反射面一侧，自轴线L一侧向外依次设有第二/三/四滤光片11/12/13、第二/三/四准直透镜4/3/2和第二/三/四PD芯片7/8/9，在轴线L另一侧与第二/三/四滤光片11/12/13相对的位置设有第一反射片17/第二反射片16/第三反射片15。第一反射片17、第二反射片16和第三反射片15的反射面均朝向轴线L，且与轴线L的夹角相同，都是32度。
其中，第三透反滤片18和第二透反滤片19都是次级透反滤片，
所述光纤端准直透镜和所述第一透反滤片之间的轴线上还设有至少一个次级透反滤片，在所有次级透反滤片的反射面所在的一侧，轴线一侧依次设有次级滤光片、次级准直透镜和次级PD芯片，另一侧设有次级反射片。所有次级透反滤片和所有次级反射片都分别倾斜，以使射到次级透反滤片上的光经与其对应的次级透反滤片和次级反射片依次反射后，进入与其对应的次级滤光片滤光，并由与其对应的次级准直透镜聚焦到与其对应的次级PD芯片。两个或者更多的次级透反滤片设置在光纤端准直透镜1和第一PD芯片6之间的轴线L上，从而实现四通道或者更多的光路。
光纤端准直透镜入射面12A对准光纤光口14，光纤端准直透镜出光面11A朝向第三透反滤片18的反射面，在该第三透反滤片18的反射面一侧，轴线L上方设有第四滤光片13、第四准直透镜2和第四PD芯片9，轴线L下方设有第三反射片15，第三透反滤片18和第三反射片15分别倾斜，以使射到第三透反滤片18上的光经第三透反滤片18和第三反射片15依次反射后，进入第四滤光片13滤光，并由第四准直透镜2聚焦到第四PD芯片9，被第四PD芯片9接收；第二透反滤片19和第二反射片16分别倾斜，以使透过第三透反滤片18射到第二透反滤片19上的光经第二透反滤片19和第二反射片16依次反射后，进入第三滤光片12滤光，并由第三准直透镜3聚焦到第三PD芯片8，被第三PD芯片8接收；第二透反滤片19和第二反射片16分别倾斜，以使透过第三透反滤片18射到第二透反滤片19上的光经第二透反滤片19和第二反射片16依次反射后，进入第三滤光片12滤光，并由第三准直透镜3聚焦到第三PD芯片8，被第三PD芯片8接收；第一透反滤片20和第一反射片17分别倾斜，以使透过第二透反滤片19射到第一透反滤片20上的光经第一透反滤片20和第一反射片17依次反射后，进入第二滤光片11滤光，并由第二准直透镜4聚焦到第二PD芯片7，被第二PD芯片7接收；透过第一透反滤片20射到第一滤光片10上的光经过第一滤光片10滤光后，由第一准直透镜5聚焦到第一PD芯片6，被第一PD芯片6接收。从光纤光口14接收的光通过该粗波分复用定焦平行光路的光接收系统快速进入第一PD芯片6、第二PD芯片7、第三PD芯片8和第四PD芯片9。
其中，该粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，每个准直透镜和与其对应的PD芯片分离设置，不需要采用体积较大的TO管壳，减小了封装体积，生产成本低，且便于批量生产。
其中，光纤端准直透镜11、第一准直透镜52、第二准直透镜43、第三准直透镜34和第四准直透镜25都是非球准直透镜，光耦合效率较高。
其中，各个PD芯片及其对应的准直透镜、滤光片设在平行光路的轴线L一侧，二反射片设在相对的另一侧，可以充分利用平行光路两侧的空间，减小该粗波分复用定焦平行光路的光接收系统在高度方向的尺寸。各个滤光片贴在其对应的准直透镜的入射面一侧，也可以把滤光片设置在准直透镜内，进一步减小光接收系统高度方向的尺寸。
其中，第一滤光片10、第二滤光片11、第三滤光片12和第四滤光片13的透射光的波长依次递增。具体的，粗波分复用采用中心波长为1270nm(对应第一滤光片10和第一PD芯片6)、1290nm(对应第二滤光片11和第二PD芯片7)、1310nm(对应第三滤光片12和第三PD芯片8)、1330nm(对应第四滤光片13和第四PD芯片9)四个波长，每通道通过波分复用的光学结构来实现独立的工作模式。
第一束光21：发散光(波长范围1260nm～1280nm)从9um的光纤光口14通过光纤端准直透镜1转换为平行光，平行光依次过三块13度透反射滤光镜片(即第一透反滤片20、第二透反滤片19和第三透反滤片18)；分别为第一透反滤片20透射、第二透反滤片19透射、第三透反滤片18透射，进入第一滤光片入射面101，平行光经过第一滤光片10透射，进入第一准直透镜入射面51A，最后由第一准直透镜出光面52A对入射的光进行汇聚后最终进入到第一PD芯片6，完成第一光束。
第二束光22：发散光(波长范围1280nm～1300nm)从9um的光纤光口14通过光纤端准直透镜1转换为平行光，平行光通过三块13度透反射滤光镜片(即第一透反滤片20、第二透反滤片19和第三透反滤片18)，分别为第三透反滤片18透射、第二透反滤片19透射、第一透反滤片20反射，平行光被反射到第一反射片17反射，进入第二滤光片入射面111，平行光经过第二滤光片11透射，平行光进入第二准直透镜入射面41A，最后由第二准直透镜出光面42A对入射的光进行汇聚后最终进入到第二PD芯片7，完成第二光束。
第三束光23：发散光(波长范围1300～1320nm)从9um的光纤光口14通过光纤端准直透镜1转换为平行光，平行光通过两块13度透反射滤光镜片(即第二透反滤片19和第三透反滤片18)，分别为第三透反滤片18透射，第二透反滤片19反射，平行光被反射到第二反射片16反射，进入第三滤光片入射面121，平行光经过第三滤光片12透射，平行光进入第三准直透镜入射面31A，最后由第三准直透镜出光面32A对入射的光进行汇聚后最终进入到第三PD芯片8，完成第三光束。
第四束光24：发散光(波长范围：1320～1340nm)从9um的光纤光口14通过光纤端准直透镜1转换为平行光，平行光通过第一透反滤片20反射，平行光被反射到第三反射片15进行反射，进入第四滤光片入射面131，平行光经过第四滤光片13透射，平行光进入第四准直透镜入射面21A，最后由第四准直透镜出光面22A对入射的光进行汇聚后最终进入到第四PD芯片9，完成第四光束。
Claims (8)
1.一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，其特征在于，包括在同一轴线上依次设置的光纤光口、光纤端准直透镜、第一透反滤片、第一滤光片、第一准直透镜和第一PD芯片；所述光纤端准直透镜入射面对准所述光纤光口，出光面朝向所述第一透反滤片的反射面；在所述第一透反滤片的反射面一侧，自轴线一侧向外依次设有第二滤光片、第二准直透镜和第二PD芯片，所述第二准直透镜和第二PD芯片分离设置，在轴线另一侧与所述第二滤光片相对的位置设有第一反射片；所述第一透反滤片和所述第一反射片分别倾斜，以使射到第一透反滤片上的光经第一透反滤片和第一反射片依次反射后，进入第二滤光片滤光，并由第二准直透镜聚焦到第二PD芯片。
2.根据权利要求1所述的一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，其特征在于，所述光纤端准直透镜和所述第一透反滤片之间的轴线上还设有至少一个次级透反滤片，在所有次级透反滤片的反射面一侧，轴线一侧设有次级滤光片、次级准直透镜和次级PD芯片，另一侧设有次级反射片，所有次级透反滤片和所有次级反射片都分别倾斜，以使射到次级透反滤片上的光经与其对应的次级透反滤片和次级反射片依次反射后，进入与其对应的次级滤光片滤光，并由与其对应的次级准直透镜聚焦到与其对应的次级PD芯片。
3.根据权利要求2所述的一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，其特征在于，所述光纤端准直透镜和所述第一透反滤片之间的轴线上设有两个次级透反滤片，分别为第二透反滤片和第三透反滤片：在第一/二/三透反滤片的反射面一侧，轴线一侧分别设有第二/三/四滤光片、第二/三/四准直透镜和第二/三/四PD芯片，另一侧设有第一/二/三反射片。
4.根据权利要求3所述的一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，其特征在于，从第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片和第四滤光片的透射光的波长依次递增。
5.根据权利要求3所述的一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，其特征在于，所述第一透反滤片、第二透反滤片和第三透反滤片的反射面的倾斜方向均相同，倾斜角度均相等。
6.根据权利要求5所述的一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，其特征在于，所有透反滤片的反射面与轴线的夹角均为77度。
7.根据权利要求3所述的一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，其特征在于，所述第一反射片、第二反射片和第三反射片的反射面的倾斜方向均相同，倾斜角度均相等。
8.根据权利要求7所述的一种粗波分复用定焦平行光路的光接收系统，其特征在于，所有反射面与轴线的夹角均为32度。
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|---|---|---|---|---|
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| CN110456466A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-15 | 无锡源清瑞光激光科技有限公司 | 基于波分复用和耦合技术的单管超辐射发光二极管超宽带光源 |
| CN112394458A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-02-23 | 四川九州光电子技术有限公司 | 一种同轴封装40g光发射接收组件 |
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