CN212846054U - 一种光学耦合器件及光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及一种光学耦合器件及光模块。该光学耦合器件包括至少一激光器、至少一光电探测器、载体、器件本体、分光玻片、至少一准直透镜结构和至少一聚焦透镜结构，激光器和光电探测器均设置在载体上；器件本体设有第一光学反射面和第二光学反射面；分光玻片设于器件本体上，且设有光折射区域和光反射区域；激光器发射的多束光经准直透镜结构进行准直后，依次经第一光学反射面和第二光学反射面反射后，入射至分光玻片，一部分光束经分光玻片的光折射区域折射后，入射至光电探测器进行光功率监测，另一部分光束经分光玻片的光反射区域反射，并经聚焦透镜结构聚焦后输出。该光学耦合器件及光模块工艺简单，操作方便。

Description

一种光学耦合器件及光模块

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及一种光学耦合器件及光模块。

背景技术

光模块(optical module)由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。光模块的作用就是光发送单元把电信号转换成光信号，通过传送后，光接收单元再把光信号转换成电信号。

光学耦合器件是光模块中的重要器件，能实现分光的功能。现有的光学耦合器件中，使用分光膜片对光束进行分光，激光器发射的光束经过分光膜片分为两束具有不同光能量的光束，一束进入光纤中传输通信，另一束传输至光电探测器上进行光功率的监测。该方案需要以有源方式即通过监测光功率的方式调节设置合适分光比的分光膜片，从而使光学耦合器件达到所需要的分光效果，制作工艺复杂，可靠性差，且人力成本高，生产效率低。另外，激光器和光电探测器分离设置，在使用和对激光器及光电探测器进行散热时操作不方便。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光学耦合器件及光模块，解决现有光学耦合器件制作工艺复杂，可靠性差，且人力成本高，生产效率低，以及使用激光器和光电探测器操作不方便的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光学耦合器件，包括至少一激光器、至少一光电探测器、载体、器件本体、分光玻片、至少一准直透镜结构和至少一与准直透镜结构对应的聚焦透镜结构，其中，

所述激光器和光电探测器均设置在载体上；

所述器件本体设有第一光学反射面和第二光学反射面；

所述分光玻片设于器件本体上，且设有光折射区域和光反射区域；

所述激光器发射的多束光经所述准直透镜结构进行准直后，依次经第一光学反射面和第二光学反射面反射后，入射至分光玻片，一部分光束经分光玻片的光折射区域折射后，入射至光电探测器进行光功率监测，另一部分光束经分光玻片的光反射区域反射，并经聚焦透镜结构聚焦后输出。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述分光玻片的光反射区域上镀设有全反射膜，所述全反射膜对入射至光反射区域的光束进行全反射。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述器件本体上还设有第三光学反射面，所述分光玻片通过胶水粘接于第三光学反射面的背面。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述第三光学反射面与第二光学反射面平行设置。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述准直透镜结构准直后的光束与第一光学反射面之间的夹角为42°～48°。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述第一光学反射面反射的光束与第二光学反射面之间的夹角为42°～48°。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述器件本体设置有凹槽，所述准直透镜结构和分光玻片均设置于凹槽的内壁面上。

本实用新型的更进一步优选方案是：多个所述准直透镜结构呈阵列分布设置在器件本体的一端面上，多个所述聚焦透镜结构呈阵列分布设置在器件本体的另一端面上。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述光学耦合器件还包括电路板，所述载体和器件本体均设置在电路板上。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光模块，包括光接收单元和上述任一所述的光学耦合器件，所述光学耦合器件的聚焦透镜结构聚焦后输出的光束耦合至光接收单元。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，通过将分光玻片设置在器件本体上，并在分光玻片上设置光折射区域和光反射区域，一部分光束经分光玻片的光折射区域折射后，入射至光电探测器进行光功率监测，另一部分光束经分光玻片的光反射区域反射，并经聚焦透镜结构聚焦后输出，利用分光玻片上光折射区域与光反射区域的面积比得到不同的通光比例，以无源方式实现通光比例的调节，达到不同的分光效果，工艺简单，大大降低人力成本，提高生产效率，且可靠性较高，生产一致性重复性较强；以及，将发射光束的激光器和监测光功率的光电探测器均设置在载体上，在移动时操作方便，且便于通过载体对激光器和光电探测器一同进行散热。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的光学耦合器件(未放置激光器和光电探测器状态)的立体结构示意图；

图2是本实用新型的光学耦合器件(未放置激光器和光电探测器状态)另一角度的立体结构示意图；

图3是本实用新型的分光玻片的立体结构示意图；

图4是本实用新型的光学耦合器件的立体结构示意图；

图5是本实用新型的光学耦合器件的光路设计示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图4和图5所示，本实用新型提供一种光学耦合器件的优选实施例。

参考图1、2和图4、5，所述光学耦合器件包括至少一激光器10、至少一光电探测器20、载体30、器件本体40、分光玻片50、至少一准直透镜结构60和至少一与准直透镜结构60对应的聚焦透镜结构70，其中，所述激光器10和光电探测器20均设置在载体30上；所述器件本体40设有第一光学反射面41和第二光学反射面42；所述分光玻片50设于器件本体40上，且设有光折射区域51和光反射区域52；所述激光器10发射的多束光经所述准直透镜结构60进行准直后，依次经第一光学反射面41和第二光学反射面42反射后，入射至分光玻片50，一部分光束经分光玻片50的光折射区域51折射后，入射至光电探测器20进行光功率监测，另一部分光束经分光玻片50的光反射区域52反射，并经聚焦透镜结构70聚焦后输出。

通过将分光玻片50设置在器件本体40上，并在分光玻片50上设置光折射区域51和光反射区域52，一部分光束经分光玻片50的光折射区域51折射后，入射至光电探测器20进行光功率监测，另一部分光束经分光玻片50的光反射区域52反射，并经聚焦透镜结构70聚焦后输出，利用分光玻片50上光折射区域51与光反射区域52的面积比得到不同的通光比例，以无源方式实现通光比例的调节，达到不同的分光效果，工艺简单，大大降低人力成本，提高生产效率，且可靠性较高，生产一致性重复性较强；以及，将发射光束的激光器10和监测光功率的光电探测器20均设置在载体30上，在移动时操作方便，且便于通过载体30对激光器10和光电探测器20一同进行散热。

其中，所述准直透镜结构60可以是由一准直透镜构成，也可以是由多个准直透镜组合而成，可对激光器10发射的发散激光束进行准直。另外，所述准直透镜结构60准直后的光束与第一光学反射面41之间的夹角为42°～48°，优选地，准直透镜结构60准直后的光束与第一光学反射面41之间的夹角为45°，第一光学反射面41能实现光束的全反射，且45°的角度方便加工第一光学反射面41。当然，在其他实施例中，准直后的光束与第一光学反射面41的夹角也可以是43°，46°等在42°～48°之间的夹角。所述第一光学反射面41反射的光束与第二光学反射面42之间的夹角为42°～48°，优选地，第一光学反射面41反射的光束与第二光学反射面42之间的夹角为45°，第二光学反射面42能实现光束的全反射，且45°的角度方便加工第二光学反射面42。在其他实施例中，第一光学反射面41反射的光束与第二光学反射面42之间的夹角也可以是43°，46°等在42°～48°之间的夹角。

进一步地，所述聚焦透镜结构70可以是由一聚焦透镜构成，也可以是由多个聚焦透镜组合而成，可对分光玻片50的光反射区域52反射的光束进行聚焦后输出，并耦合进入外部光纤中传输。

进一步地，该光学耦合器件中准直透镜结构60的数量可以是一个，两个或两个以上，对应的聚焦透镜结构70也设置一个，两个或两个以上，以及，激光器10和光电探测器20的数量设置也与准直透镜结构60的数量对应。当准直透镜结构60和聚焦透镜结构70均设置一个时，光学耦合器件为单通道的器件，当准直透镜结构60和聚焦透镜结构70均设置多个时，可将多个所述准直透镜结构60呈阵列分布设置在器件本体40的一端面上，多个所述聚焦透镜结构70呈阵列分布设置在器件本体40的另一端面上，光学耦合器件形成阵列透镜形式的光学耦合器件，同时满足多通道的光传输应用，可应用在10G、40G、100G、200G和400G通信速率的单通道和多通道的光模块产品中。

参考图3和图5，本实施例中，所述分光玻片50的光反射区域52上镀设有全反射膜，所述全反射膜对入射至光反射区域52的光束进行全反射。第二光学反射面42反射的光束入射至分光玻片50，入射至光折射区域51的光束发生折射，从分光玻片50中输出，入射至光电探测器20进行光功率监测；入射至光反射区域52的光束发生全反射，反射后入射至聚焦透镜结构70进行聚焦后输出。加工制作该光学耦合器件时，可根据所需要的分光效果，在分光玻片50上镀设全反射膜，形成光反射区域52，光反射区域52与光折射区域51在分光玻片50上占据不同的面积，从而达到分光效果对应的通光比例，工艺简单，成本低。

参考图1和图2，所述器件本体40上还设有第三光学反射面43，所述分光玻片50通过胶水粘接于第三光学反射面43的背面，采用胶水固定分光玻片50，工艺简单。第二光学反射面42反射的光束入射到第三光学反射面43，在分光玻片50的光折射区域51，分光玻片50将入射至第三光学反射面43的光束引导进入分光玻片50，并发生折射后将其输出，入射至光电探测器20进行光功率监测；在分光玻片50的光反射区域52，分光玻片50将入射至第三光学反射面43的光束引导入射至全反射膜发生全反射，传输至聚焦透镜进行聚焦后输出，可输出至外部光纤中传输通信。

进一步地，所述第三光学反射面43与第二光学反射面42平行设置，则设于第三光学反射面43背面的分光玻片50与第二光学反射面42平行设置，在第一光学反射面41上反射的光束以45°入射角入射至第二光学反射面42，出射的光束会以45°角入射至分光玻片50，由分光玻片50上的光反射区域52进行全反射进入聚焦透镜结构70，提高光传输效率。

参考图2、4和图5，本实施例中，所述光学耦合器件还包括电路板80，所述载体30和器件本体40均设置在电路板80上，且激光器10可采用激光器芯片，光电探测器20可采用背光探测器芯片，占用空间小。将载体30和器件本体40设置在电路板80上进行装配，该应用封装方式称之为COB(Chip on board)封装方式，装配应用方便，封装设计简单。其中，将激光器10和光电探测器20通过载体30封装设置在电路板80上，工作可靠性更高。在进行上述封装操作时，可直接根据载体30上激光器10和光电探测器20的位置，将该光学耦合器件的器件本体40进行无源贴装在电路板80上，就能完成光路耦合传输，同时实现发射光功率的实时监控上报，在生产应用过程中，具有工艺简单，可靠性高，生产一致性和重复性较强的优点。若激光器10和光电探测器20的贴片精度不高，生产线对激光器10和光电探测器20的装配误差较大，则可采用有源耦合工艺把该光学耦合器件装配于所应用的光路中。在该光学耦合器件中，可在器件本体40设置凹槽44，将准直透镜结构60和分光玻片50均设置于凹槽44的内壁面上，器件本体40还设有两端脚45，所述载体30设于两端脚45之间，且位置与凹槽44的位置相对应。在装配时，激光器10和光电探测器20置于凹槽44中，与准直透镜结构60和分光玻片50配合使用，整体占用空间小，有利于器件的小型化。

参考图5，本实用新型的光学耦合器件的光路传输具体为：激光器芯片发射的发散激光束经过准直透镜结构60进行准直，沿竖直向上方向输入光学耦合器件的器件本体40内部进行传输，经过第一光学反射面41全反射后，准直激光束变成了沿水平方向传输，传输至第二光学反射面42，经过第二光学反射面42的全反射，准直激光束变成了沿竖直向下方向传输，传输至第三光学反射面43和分光玻片50上，入射至分光玻片50光反射区域52的准直激光束发生全反射，变成沿水平方向在器件本体40内部继续传输的准直激光束，并经聚焦透镜结构70聚焦后输出，耦合到外部光纤中传输；入射至分光玻片50折射区域的准直激光束经分光玻片50的引导发生折射现象，从分光玻片50输出至外部，且不改变方向传输至背光探测器芯片上，进行光功率的监测，实现发射光功率的实时监控上报。

本实用新型提供一种光模块的优选实施例。

所述光模块包括光接收单元和如上述所述的光学耦合器件，所述光学耦合器件的聚焦透镜结构70聚焦后输出的光束耦合至光接收单元。光模块中，通过将光学耦合器件的分光玻片50设置在器件本体40上，并在分光玻片50上设置光折射区域51和光反射区域52，一部分光束经分光玻片50的光折射区域51折射后，输出至光电探测器20进行光功率监测，实现发射光功率的实时监控上报，另一部分光束经分光玻片50的光反射区域52反射，并经聚焦透镜结构70聚焦后输出，耦合至光接收单元，由光接收单元将光信号转换为电信号，利用分光玻片50上光折射区域51与光反射区域52的面积比得到不同的通光比例，以无源方式实现通光比例的调节，达到不同的分光效果，与设置分光膜片的方案相比，工艺简单，大大降低人力成本，提高生产效率，且可靠性较高，生产一致性重复性较强，以及，将发射光束的激光器10和监测光功率的光电探测器20均设置在载体30上，在移动时操作方便，且便于通过载体30对激光器10和光电探测器20一同进行散热。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上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；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学耦合器件，其特征在于，包括至少一激光器、至少一光电探测器、载体、器件本体、分光玻片、至少一准直透镜结构和至少一与准直透镜结构对应的聚焦透镜结构，其中，

所述激光器和光电探测器均设置在载体上；

所述器件本体设有第一光学反射面和第二光学反射面；

所述分光玻片设于器件本体上，且设有光折射区域和光反射区域；

所述激光器发射的多束光经所述准直透镜结构进行准直后，依次经第一光学反射面和第二光学反射面反射后，入射至分光玻片，一部分光束经分光玻片的光折射区域折射后，入射至光电探测器进行光功率监测，另一部分光束经分光玻片的光反射区域反射，并经聚焦透镜结构聚焦后输出。

2.根据权利要求1所述的光学耦合器件，其特征在于，所述分光玻片的光反射区域上镀设有全反射膜，所述全反射膜对入射至光反射区域的光束进行全反射。

3.根据权利要求1所述的光学耦合器件，其特征在于，所述器件本体上还设有第三光学反射面，所述分光玻片通过胶水粘接于第三光学反射面的背面。

4.根据权利要求3所述的光学耦合器件，其特征在于，所述第三光学反射面与第二光学反射面平行设置。

5.根据权利要求1所述的光学耦合器件，其特征在于，所述准直透镜结构准直后的光束与第一光学反射面之间的夹角为42°～48°。

6.根据权利要求1所述的光学耦合器件，其特征在于，所述第一光学反射面反射的光束与第二光学反射面之间的夹角为42°～48°。

7.根据权利要求1-6任一所述的光学耦合器件，其特征在于，所述器件本体设置有凹槽，所述准直透镜结构和分光玻片均设置于凹槽的内壁面上。

8.根据权利要求7所述的光学耦合器件，其特征在于，多个所述准直透镜结构呈阵列分布设置在器件本体的一端面上，多个所述聚焦透镜结构呈阵列分布设置在器件本体的另一端面上。

9.根据权利要求7所述的光学耦合器件，其特征在于，所述光学耦合器件还包括电路板，所述载体和器件本体均设置在电路板上。

10.一种光模块，其特征在于，包括光接收单元和如权利要求1-9任一所述的光学耦合器件，所述光学耦合器件的聚焦透镜结构聚焦后输出的光束耦合至光接收单元。

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