CN209198711U - 一种单芯光纤双向光耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单芯光纤双向光耦合器，包括光纤、呈“卜”字型或截面呈直角梯形的光学器件、发光二极管以及光电二极管；光学器件包括一个上端部、一个左下端部和一个右下端部，上端部与右下端部呈竖直线状；光纤置于光学器件的上端部，发光二极管及光电二极管分别置于左下端部和右下端部的正下方。该光耦合器，其光学器件使得发光二极管、光电二极管以及光纤之间呈直角三角形状，且入射光通过光纤和光学器件直接垂直射到光电二极管上。这样，发光二极管与光电二极管分离设计，省去了发光二极管占用光电二极管的感光面积，提升了入射光的使用效率；同时，使得封装操作变得更简单。

Description

一种单芯光纤双向光耦合器

技术领域

本实用新型涉及光耦合器，尤其涉及一种单芯光纤双向光耦合器。

背景技术

光通信领域中，将光信号转化为电信号或将电信号转化为光信号，一般采用光电转换器。现阶段常见的光电转换器为单芯双向光耦合器，包括塑料光纤 (Plastic opticalfiber，简称POF)、发光二极管(LED)以及光电二极管 (Photodiode，简称PD)，其结构如图1和2所示。图1中，POF、LED、PD三个结构正面依次垂直同轴设置；图2中，PD与LED横向并排设置后再置于POF 下方。然而，前一种单芯双向光耦合器，LED占用了部分PD的感光面积，降低入射光的效率，封装复杂；后一种单芯双向光耦合器LED和PD的工作效率都不够高。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型所要解决的问题在于提供一种光接收效率高、封装简单，且LED不占用PD感光面积的单芯光纤双向光耦合器。

本实用新型的技术方案如下：

一种单芯光纤双向光耦合器，包括光纤、呈“卜”字型的光学器件、发光二极管以及光电二极管；所述光学器件包括一个上端部、一个左下端部和一个右下端部，所述上端部与右下端部之间的所在轴线呈竖直线状设置，所述左下端部、上端部以及右下端部之间的轴线夹角为0.5°～20°；所述光纤置于所述光学器件的上端部，所述发光二极管置于所述左下端部的正下方，所述光电二极管置于右下端部的正下方，且光电二极管所在水平面与上端部及右下端部之间的所在轴线相垂直。

一种单芯光纤双向光耦合器，包括光纤、截面呈直角梯形的光学器件、发光二极管以及光电二极管；所述光学器件包括一个上端部、一个左下端部和一个右下端部，所述上端部与右下端部呈竖直线状，所述左下端部、上端部以及右下端部之间的轴线夹角为0.5°～20°；所述光纤置于所述光学器件的上端部，所述发光二极管置于左下端部的正下方，所述光电二极管置于所述光学器件的右下端部的正下方，且光电二极管所在水平面与上端部及右下端部之间的所在轴线相垂直。

所述单芯光纤双向光耦合器，其中，所述左下端部、上端部以及右下端部之间的轴线夹角为5°。

所述单芯光纤双向光耦合器，其中，入射光线通过所述光纤、光学器件的上端部和右下端部直接垂直射入光电二极管上。

所述单芯光纤双向光耦合器，其中，在所述发光二极管与光学器件的左下端部之间设有发射光透镜。

所述单芯光纤双向光耦合器，其中，在所述光电二极管与光学器件的右下端部之间设有入射光透镜。

所述单芯光纤双向光耦合器，其中，所述光学器件为石英玻璃棱镜、有机玻璃棱镜、透明有机树脂棱镜、盛有透明液体或气体介质的玻璃或有机玻璃棱镜、真空玻璃或有机玻璃棱镜。

本实用新型单芯光纤双向光耦合器，由于光学器件可以将光纤全漫反射后的接收光几乎全部投射到光电二极管(PD)上，其又可以使发光二极管(LED) 发出的发射光以0.5～20°夹角射向光纤，并由光纤发射出去。这样，LED与PD 分离设计，省去了LED占用PD的感光面积，提升了PD入射光的效率；同时，由于LED与PD分离设计，使得封装操作变得更简单、方便。

附图说明

图1为现有一种单芯双向光耦合器结构示意图；

图2为现有另一种单芯双向光耦合器结构示意图；

图3为本实用新型的一实施例单芯光纤双向光耦合器结构示意图；

图4为本实用新型的另一实施例单芯光纤双向光耦合器结构示意图；

图5为本实用新型单芯光纤双向光耦合器在光电通信线路中的使用结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较佳实施例作进一步详细说明。

本实用新型提供的一种单芯光纤双向光耦合器，包括光纤、光学器件、发光二极管以及光电二极管；光学器件包括一个上端部、一个左下端部和一个右下端部，上端部与右下端部之间的所在轴线呈竖直线状设置，左下端部、上端部以及右下端部之间的轴线夹角为0.5°～20°；光纤置于光学器件的上端部，所述发光二极管置于所述左下端部的正下方；所述光电二极管置于右下端部的正下方，且光电二极管所在水平面与上端部及右下端部之间的所在轴线相垂直。

上述单芯光纤双向光耦合器中，光纤可以是塑料光纤、石英光纤或复合光纤。

上述单芯光纤双向光耦合器中，当发光二极管与光电二极管处于同一水平面上时，该水平面与上端部及右下端部之间的所在轴线相垂直；当发光二极管与光电二极管各自所在的水平面相异平行时，上端部及右下端部之间的所在轴线分别与两个相异的水平面相垂直。

上述光学器件可以是外形垂直截面呈“卜”字型；或者光学器件可以是外形垂直截面呈直角梯形状结构；或者光学器件可以是外形垂直截面呈直角三角形状结构。

该光学器件的材质为石英玻璃棱镜、有机玻璃棱镜、透明有机树脂棱镜、盛有透明液体或气体介质的玻璃或有机玻璃棱镜、真空玻璃或有机玻璃棱镜。

实施例一

如图3所示，本实用新型提供的一种单芯塑料光纤双向光耦合器，包括塑料光纤POF、呈“卜”字型的光学器件10、发光二极管LED以及光电二极管PD；光学器件10包括一个上端部1、一个左下端部2和一个右下端部3；其中，上端部1的外形构造与塑料光纤POF的端面构造相一致，以确保两者之间的无差异适配对接。光学器件10的上端部1与右下端部3之间的轴线呈竖直线状设计，且光电二极管PD置于光学器件10右下端部3的正下方，且光电二极管PD所在水平面(图中未示出)与上端部1及右下端部3之间的所在轴线相垂直。这样设计，便于入射光(Incident light，简称IL)经过塑料光纤POF的全反射后，通过光学器件10的上端部1及右下端部3直接垂直射出至位于光学器件10的右下端部3正下方的光电二极管PD，进而避免了光损失，提升了入射光IL的接收率。

上述光耦合器中，光学器件10的左下端部2、上端部1以及右下端部3之间的轴线夹角为5°；而发光二极管LED置于光学器件10左下端部2的正下方，且发光二极管LED发出的发射光的方向与光学器件10的左下端部2及上端部1 之间的轴线相一致。这样设计，可以确保发光二极管LED发出的发射光经光学器件10的左下端部2及上端部1射向塑料光纤POF，并由塑料光纤POF反射出去；同时，可以使发光二极管LED与光电二极管PD之间保留一定水平距离，确保发光二极管LED不占用光电二极管PD的感光面积，以进一步提升光电二极管 PD对入射光的光接收效率。

优选，光学器件10的左下端部2、上端部1以及右下端部3之间的轴线夹角为1°，轴线夹角尽可能小，在保证发光二极管LED不再占用光电二极管PD 的感光面积的前提下，尽量确保发射光(Emitted light，简称EL)通过光学器件10的左下端部2和上端部1后射入塑料光纤POF中，再经过塑料光纤POF的全反射后输送出去。

上述光耦合器中，其光学器件10应优先保证入射光IL直接入射到光电二极管PD上，确保光电二极管PD对入射光功率的最大化。控制光学器件10的左下端部2、上端部1以及右下端部3之间的夹角，也即发射光EL的角度，让发射光EL全部沿斜边，即光学器件10的左下端部2与上端部1所在平面的斜边入射进入塑料光纤POF，在塑料光纤POF里进行全反射。

因为发射光和入射光在塑料光纤POF中不会同时进行，所以发光二极管LED 和光电二极管PD之间无需光隔离，进而简化了封装程序。

上述光耦合器中，为使光学器件10发射出的入射光IL尽可能的投射到光电二极管PD上，减少入射光损失，在光电二极管PD与光学器件10的右下端部 3之间设有入射光透镜(Incident light lens，简称ILL)。相应地，在发光二极管LED与光学器件10的左下端部2之间设有发射光透镜(Emitted light lens，简称ELL),尽可能的使发射光EL汇聚后投射到光学器件10中，减少光损失。

优选地，上述光学器件10、发射光透镜ELL、发光二极管LED、入射光透镜 ILL以及光电二极管LED可以单独作为一个独立的外结构件；根据需要，将塑料光纤POF插入光学器件10的上端部1后，使塑料光纤POF的端面与该光学器件 POF的上端部1端面适配接触，以确保入射光IL或发射光EL尽量不损失。

实施例二

如图3所示，与实施例一的区别在于：

上述光耦合器中，光学器件10的左下端部2、上端部1以及右下端部3之间的轴线夹角为0.5°。

发光二极管LED与光电二极管PD各自所在的水平面相异平行，且上端部1 及右下端部3之间的所在轴线分别与两个相异的水平面(图中未示出)相垂直。

光学器件10为透明有机树脂棱镜；光纤为复合光纤。

实施例三

如图4所示，与实施例一的区别在于：

光学器件10的截面呈直角梯形，该光学器件10也包括一个上端部1、一个左下端部2和一个右下端部3，且发光二极管LED与光电二极管PD处于同一水平面(图中未示出)，以使该水平面与上端部1及右下端部3之间的所在轴线相垂直。其中，上端部1可以看成为直角梯形的上底边，左下端部2与右下端部3 可以看成为构成直角梯形的下底边的两个端部；入射光IL对应的棱边梯形的直角边，发射光EL对应的棱边为直角梯形的斜边。

上述光耦合器中，光学器件10的左下端部2、上端部1以及右下端部3之间的轴线夹角为20°。

光学器件10为有机玻璃棱镜；光纤为石英光纤。

实施例四

实施例一制得的单芯塑料光纤双向光耦合器被设置于集成电路中的应用。

如图5所示，在塑料光纤POF里，采用单芯双向半双工的通信方式，在不同的时间内，光的传输要么采用发射光形式存在，要么采用入射光的形式存在，即入射光和发射光不同时存在。在接收入射光的时候，发光二极管LED不会发光；在发光二极管LED发射光的时候，光电二极管PD对接收到的入射光信号不做处理。

单芯塑料光纤双向光传输的实现需要一个光电转换芯片配合，当控制指令 SW为0时，塑料光纤POF被用来做光发射信号通道，此时，光电二极管PD所在的入射光接收电路不起作用。当控制指令SW为1时，塑料光纤POF被用来做入射光的光接收信号通道，此时，发光二极管LED所在的发射光发射电路不起作用，发光二极管LED不亮。这就是单芯塑料光纤双向光耦合器的应用原理。

应当理解的是，上述针对本实用新型较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本实用新型的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，包括光纤、呈“卜”字型的光学器件、发光二极管以及光电二极管；所述光学器件包括一个上端部、一个左下端部和一个右下端部，所述上端部与右下端部之间的所在轴线呈竖直线状设置，所述左下端部、上端部以及右下端部之间的轴线夹角为0.5°～20°；所述光纤置于所述光学器件的上端部，所述发光二极管置于所述左下端部的正下方，所述光电二极管置于右下端部的正下方，且光电二极管所在水平面与上端部及右下端部之间的所在轴线相垂直。

2.根据权利要求1所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，所述光纤为塑料光纤、石英光纤或复合光纤。

3.根据权利要求1所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，所述左下端部、上端部以及右下端部之间的轴线夹角为5°。

4.根据权利要求1所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，入射光线通过所述光纤、光学器件的上端部和右下端部直接垂直射入光电二极管上。

5.根据权利要求1所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，在所述发光二极管与光学器件的左下端部之间设有发射光透镜。

6.根据权利要求1所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，在所述光电二极管与光学器件的右下端部之间设有入射光透镜。

7.根据权利要求1所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，所述光学器件为石英玻璃棱镜、有机玻璃棱镜、透明有机树脂棱镜、盛有透明液体或气体介质的玻璃或有机玻璃棱镜、真空玻璃或有机玻璃棱镜。

8.一种单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，包括光纤、截面呈直角梯形的光学器件、发光二极管以及光电二极管；所述光学器件包括一个上端部、一个左下端部和一个右下端部，所述上端部与右下端部呈竖直线状，所述左下端部、上端部以及右下端部之间的轴线夹角为0.5°～20°；所述光纤置于所述光学器件的上端部，所述发光二极管置于左下端部的正下方，所述光电二极管置于所述光学器件的右下端部的正下方，且光电二极管所在水平面与上端部及右下端部之间的所在轴线相垂直。

9.根据权利要求8所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，所述光纤为塑料光纤、石英光纤或复合光纤。

10.根据权利要求8所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，所述左下端部、上端部以及右下端部之间的轴线夹角为5°。

11.根据权利要求8所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，入射光线通过所述光纤、光学器件的上端部和右下端部直接垂直射入光电二极管上。

12.根据权利要求8所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，在所述发光二极管与光学器件的左下端部之间设有发射光透镜。

13.根据权利要求8所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，在所述光电二极管与光学器件的右下端部之间设有入射光透镜。

14.根据权利要求8所述的单芯光纤双向光耦合器，其特征在于，所述光学器件为石英玻璃棱镜、有机玻璃棱镜、透明有机树脂棱镜、盛有透明液体或气体介质的玻璃或有机玻璃棱镜、真空玻璃或有机玻璃棱镜。