CN208506305U - 一种多波长合波光学模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多波长合波光学模块，其特征在于：包括顺序排列的发射端、光学组件、输出端，还包括固定光学组件的光学组件固定装置，发射端、输出端、光学组件、光学组件固定装置安装在外壳上；发射端包括四组由激光二极管芯片、正透镜、负透镜依次排列构成的组合；光学组件包括反射镜，反射镜和发射端之间具有合波滤片，光学组件还包括与合波滤片对应安装的隔离器，隔离器对应安装侧移棱镜；侧移棱镜对应安装输出端。本实用新型利用正负透镜的组合，配合合波滤片和反射镜的空间分布，能够用简单结构，实现多个方向的调试耦合，使得在紧凑空间里面，能够实现多波长合波。具有更紧凑的空间，更低的成本，以及更高耦合效率等优势。

Description

一种多波长合波光学模块

技术领域

本实用新型涉及光纤通讯技术领域，尤其涉及光纤通讯技术领域中的一种多波长合波光学模块。

背景技术

由于光纤通讯发展迅速，随着单根光纤传输容量需求的提升，如视频影像等在虚拟现实(VR)和增强现实(AR)中的实时传输，直接要求最大利用光纤的宽度。波分复用(WDM)技术是用于提高传输容量的关键技术之一。WDM系统对各波长彼此不同的多个光信号进行多路复用。近几年，要求光学模块的WDM化，例如，作为用于具有结合从多个光源发出的不同波长的光信号而进行波长多路复用的光发射组件的光学模块的TOSA,已知的有将四个容纳LD(激光二极管)的CAN封装件向相同方向排成一列而配置的TOSA。另一方面，近几年，要求光收发两用机等光学模块的进一步的小型化。例如，要求与对应于40～100GbE连接的光纤的收发两用机规格即QSFP+(Quad Small Form-factor Pluggable Plus)对应的小型光收发两用机，尤其要求WDM用的小型光收发两用机。在QSFP标准中，是对光信号波长为1270nm，1290nm，1310nm和1330nm的四个波长进行合波和分波利用。

当前正在批量实用的LAN-WDM标准，对分别具有每个波长为25Gbps的传输速度且波长间隔为800GHz的四个光信号进行多路复用，以实现100Gbps的传输容量。相应的光信号的波长为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.14nm。LAN-WDM中规定的光收发器具有遵循CFP(100G可插拔式)多源协议(MSA)的外部尺寸。然而，非常需要进一步减小光收发器的尺寸以及成本，以便在通信设备中高密度地安装光收发器。

在进一步高速率传输模块标准中，有波长间隔约为800GHz的8个波长的复用，每个波长负责50Gbps的传输速率，一共实现400Gbps的传输容量。更进一步的在讨论的标准中，有10个波长和16个波长的复用协议。

目前，现有的一种多波长复用的光学模块如图1所示，将λ₁、λ₂、λ₃、λ₄四个波长的四个光信号(第一光信号、第二光信号、第三光信号、第四光信号)多路复用。具体如下：λ₁波长的第一光信号经波分复用膜片61反射后，到达波分复用膜片62；波分复用膜片62复用λ₂波长的第二光信号和λ₁波长的第一光信号，为λ₁λ₂波长的第一二多路复用光信号；波分复用膜片63复用λ₃波长的第三光信号和λ₁λ₂波长的第一二多路复用光信号，为λ₁λ₂λ₃波长的第一二三多路复用光信号；波分复用膜片64复用λ₄波长的第四光信号和λ₁λ₂λ₃波长的第一二三多路复用光信号，为λ₁λ₂λ₃λ₄波长的第一二三四多路复用光信号，最后将四个光信号复用在一起。由于四个不同波长光信号的激光芯片是单独封装在各自的二极管里，且应用时是在同个平面放置的，以至于造成整体占用的空间较大，最终完成的合波器件的体积就会比较大。并且到各个波长的间隔到20nm及比20nm更窄的情况下，45°放置的滤片将无法有效合波，或者说损耗会非常大。

实用新型内容

本实用新型提供一种多波长合波光学模块，其目的是解决现有技术的缺点，使得在紧凑空间里面，能够实现多波长合波。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多波长合波光学模块，其特征在于：

包括顺序排列的发射端、光学组件、输出端，还包括固定光学组件的光学组件固定装置，发射端、输出端、光学组件、光学组件固定装置安装在外壳上；

发射端包括四组由激光二极管芯片、正透镜、负透镜依次排列构成的组合；

光学组件包括反射镜，反射镜和发射端之间具有合波滤片，光学组件还包括与合波滤片对应安装的隔离器，隔离器对应安装侧移棱镜；

侧移棱镜对应安装输出端。

反射镜和发射端之间具有三个合波滤片或者四个合波滤片。

当反射镜和发射端之间具有一个合波滤片，反射镜对应安装一组偏振分光镜和波片的组合，合波滤片对应安装另一组偏振分光镜和波片的组合。

激光二极管芯片、正透镜、负透镜依次排列构成的组合中，负透镜的虚焦点和正透镜的焦点重合。

本实用新型的有益之处在于：

本实用新型提出的多波长合波光学模块，利用正负透镜的组合，配合合波滤片和反射镜的空间分布，能够用简单结构，实现多个方向的调试耦合，使得在紧凑空间里面，能够实现多波长合波。具有更紧凑的空间，更低的成本，以及更高耦合效率等优势。

附图说明

图1现有的一种多波长合波的光学模块原理示意图；

图2本实用新型实施例的发射端结构示意图；

图3本实用新型实施例的一种多波长合波光学模块的各元件空间分布示意图；

图4本实用新型实施例一的一种多波长合波光学模块的光学原理图；

图5本实用新型实施例二的一种多波长合波光学模块的光学原理图；

图6本实用新型实施例的一种侧移棱镜光学原理图；

图7本实用新型实施例的一种多波长合波光学模块外观图；

图8本实用新型实施例中正负透镜组合对激光芯片发散光束准直原理图。

附图标示：1-发射端；2-输出端；3-光学组件；4-光学组件固定装置；5-外壳；12-激光二极管芯片组；13-正透镜组；14-准直负透镜组；17-合波滤片组；121-第一激光二极管芯片；122-第二激光二极管芯片；123-第三激光二极管芯片；124-第四激光二极管芯片；131-第一正透镜；132-第二正透镜；133-第三正透镜；134-第四正透镜；141-第一负透镜；142-第二负透镜；143-第三负透镜；144-第四负透镜；161-侧移棱镜；171-第一合波滤片；172-第二合波滤片；173-第三合波滤片；174-第四合波滤片；175-第5合波滤片；181-第一反射镜；182-第二反射镜；191-隔离器；201-第一偏振分光棱镜；202-第二偏振分光棱镜；211-第一波片；212-第二波片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

参考图2，为本实用新型实施例的发射端1，依次包括第一激光二极管芯片121、第二激光二极管芯片122、第三激光二极管芯片123、第四激光二极管芯片124，第一正透镜131、第二正透镜132、第三正透镜133、第四正透镜134，第一负透镜141、第二负透镜142、第三负透镜143、第四负透镜144。第一激光二极管芯片121发出的光信号、先被第一正透镜131汇聚，然后被第一负透镜141发散准直成平行光，波长为λ₁的第一光信号。其它通道同理类推，从而获得λ₁、λ₂、λ₃、λ₄四个波长的四路平行光信号(第一光信号、第二光信号、第三光信号、第四光信号)。

参考图3、图4，发射端1的λ₁、λ₂、λ₃、λ₄四个波长的四路平行光信号，入射到光学组件3。第四激光二极管芯片124发出的λ₄波长的第四光信号经第四合波滤光片174透射后(实际使用中，第四合波滤光片174可以不用)，由反射镜181反射后到达第三合波滤片173，由第三合波滤片173反射；第三激光二极管芯片123发出的λ₃波长的第三光信号由第三合波滤片173透射，因此第三合波滤片173将λ₄和λ₃波长光束复用在一起，成为波长为λ₃λ₄的第三四多路复用光信号，再经过反射镜181反射后到达第二合波滤片172，由第二合波滤片172反射；第二激光二极管芯片122发出的λ₂波长的第二光信号由第二合波滤片172透射，因此第二合波滤片172将λ₄、λ₃和λ₂波长光束复用在一起，成为波长为λ₂λ₃λ₄的第二三四多路复用光信号，再经过反射镜181反射后到达第一合波滤片171，由第一合波滤片171反射；第一激光二极管芯片121发出的λ₁波长的第一光信号由第一合波滤片171透射，因此第一合波滤片171将λ₄、λ₃、λ₂和λ₁波长光束复用在一起，成为波长为λ₁λ₂λ₃λ₄的第一二三四多路复用光信号，再经过侧移棱镜161反射后由输出端2接收输出。

隔离器191吸收返回的杂光。

如图5所示，实用新型实施例二的一种多波长合波光学模块的光学原理图。对于波长间隔很窄的多波长，比如3.2nm间隔的CFP标准的波长，用图4所示的实施例一的一种多波长合波光学模块的光学原理图，那么滤片的入射角比较小，必然导致光程过长。本实用新型的实施例二，针对发射端1的λ₁、λ₂、λ₃、λ₄四路平行光波长信号(第一光信号、第二光信号、第三光信号、第四光信号)都是单偏振光的特点，采用第一波片211和第二波片212对波长为λ₂的第二光信号、波长为λ₄的第四光信号偏振方向旋转90°，从而可以通过第一偏振分光棱镜201和第二偏振分光棱镜202进行合波，分别获得波长为λ₁λ₂的第一二多路复用光信号和波长为λ₃λ₄的第三四多路复用光信号。然后波长为λ₁λ₂的第一二多路复用光信号经第五合波滤光片175透射，波长为λ₃λ₄的第三四多路复用光信号经第二反射镜182反射，再经过第五合波滤光片175反射，最终合波成波长为λ₁λ₂λ₃λ₄的第一二三四多路复用光信号。

如图6所示，本实用新型实施例的一种侧移棱镜光学原理图，侧移棱镜161把波长为λ₁λ₂λ₃λ₄的第一二三四多路复用光信号，侧移到输出端2。平行光束在侧移棱镜上发生两次透射和两次反射，发生了位置的侧移，保持传播方向不变。

在如图7所示，本实用新型实施例的一种多波长合波光学模块外观图。除了以上说明的发射端1、输出端2、光学组件3，作为一个完整的产品，还需要固定光学组件3的光学组件固定装置4、作为安装基础的外壳5、以及必要的附属结构，比如电路板等等。

如图8所示，本实用新型实施例中正负透镜组合对激光芯片发散光束准直原理图。选其中的第一激光二极管芯片121来举例说明，第一激光二极管芯片121发出的发散光束经第一正透镜131后变为汇聚光束，再经过第一负透镜141，由于第一负透镜141的虚焦点和第一正透镜131的焦点重合，从而获得准直的平行光束。又因为第一激光二极管芯片121发出的发射光，其实不是标准的发散光束，相应地第一正透镜131和第一负透镜141也就无法获得一个理论上完美的平行光。但就是这个不完美，使得通过调节第一正透镜131和第一负透镜141的位置，可以获得最佳方向和最佳大小的平行光束，从而对输出端2获得最佳的输出耦合效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种多波长合波光学模块，其特征在于：

包括顺序排列的发射端、光学组件、输出端，还包括固定光学组件的光学组件固定装置，发射端、输出端、光学组件、光学组件固定装置安装在外壳上；

发射端包括四组由激光二极管芯片、正透镜、负透镜依次排列构成的组合；

光学组件包括反射镜，反射镜和发射端之间具有合波滤片，光学组件还包括与合波滤片对应安装的隔离器，隔离器对应安装侧移棱镜；

侧移棱镜对应安装输出端。

2.如权利要求1所述的一种多波长合波光学模块，其特征在于：

反射镜和发射端之间具有三个合波滤片。

3.如权利要求1所述的一种多波长合波光学模块，其特征在于：

在反射镜和发射端之间具有四个合波滤片。

4.如权利要求1所述的一种多波长合波光学模块，其特征在于：

反射镜和发射端之间具有一个合波滤片，反射镜对应安装一组偏振分光镜和波片的组合，合波滤片对应安装另一组偏振分光镜和波片的组合。

5.如权利要求1所述的一种多波长合波光学模块，其特征在于：

激光二极管芯片、正透镜、负透镜依次排列构成的组合中，负透镜的虚焦点和正透镜的焦点重合。