CN213874893U - 一种单纤双向光耦合组件 - Google Patents

一种单纤双向光耦合组件 Download PDF

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CN213874893U CN202022640410.6U CN202022640410U CN213874893U CN 213874893 U CN213874893 U CN 213874893U CN 202022640410 U CN202022640410 U CN 202022640410U CN 213874893 U CN213874893 U CN 213874893U
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Abstract

本申请公开一种单纤双向光耦合组件。该单纤双向光耦合组件的玻璃体分光反射体(210)具有第一斜面(211)和自第一斜面(211)的倾斜向上延伸的第二斜面(212)；第一斜面(211)设置成用于将半导体激光器(510)发射出的光的第一部分光(601)折射后透过45度滤光片(410)输出至光纤，并将半导体激光器(510)发射出的光的第二部分光(602)折射至第二斜面(212)；第二斜面(212)设置成用于将经过第一斜面(211)折射后的第二部分光(602)全反射后再经过全反射棱镜(310)全反射至监控光电探测器(520)。根据本申请的单纤双向光耦合组件，能够监控半导体激光器是否发生故障，同时发射光信号的光程较短。

Description

一种单纤双向光耦合组件
技术领域
本申请属于单纤双向光模块的半导体激光器的功率监测技术领域，具体而言，本申请涉及一种单纤双向光耦合组件。
背景技术
光模块通常由光发射组件(含半导体激光器)、光接收组件(含光探测器)、驱动电路和光、电接口等组成。光模块用于实现电-光和光-电信号的转换。在发送端，一定速率的电信号经驱动芯片处理后驱动激光器(LD)发射出相应速率的调制光信号，通过光功率自动控制电路，输出功率稳定的光信号。在接收端，一定速率的光信号输入模块后由光探测器(PD)转换为电信号，经前置放大器后输出相应速率的电信号。
单纤双向是通信中用到的传输技术，目前单纤双向技术较为成熟。单纤双向光模块要求在一根光纤上同时收发，利用WDM(即波分复用)技术，发送和接收两个方向的不同中心波长，从而实现一根光纤双向传输光信号。
实用新型内容
要解决的技术问题
本申请要解决的技术问题：提供一种单纤双向光耦合组件，能够监控半导体激光器是否发生故障，同时发射光信号的光程较短。
解决其技术问题采用的技术方案
针对该技术问题，本申请提供一种单纤双向光耦合组件，包括基体和设置在所述基体的下部的电路板，其中，所述电路板设置有用于发射出光信号的半导体激光器、用于接收来自光纤的光信号的光探测器以及用于监测半导体激光器的功率的监控光电探测器；所述光探测器位于所述半导体激光器的左侧，所述监控光电探测器位于所述半导体激光器的右侧；所述基体具有位于所述半导体激光器的正上方的第一容置槽、位于所述监控光电探测器的正上方的第二容置槽以及位于所述光探测器的正上方的第三容置槽；所述第一容置槽内设置有玻璃体分光反射体，所述第二容置槽内设置有全反射棱镜，所述第三容置槽内设置有45度滤光片；所述玻璃体分光反射体具有第一斜面和自所述第一斜面的倾斜向上延伸的第二斜面；所述第一斜面设置成用于将所述半导体激光器发射出的光的第一部分光折射后透过所述45度滤光片输出至所述光纤，并将所述半导体激光器发射出的光的第二部分光折射至所述第二斜面；所述第二斜面设置成用于将经过所述第一斜面折射后的所述第二部分光全反射后再经过所述全反射棱镜全反射至所述监控光电探测器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述玻璃体分光反射体还具有上水平表面、下水平表面、右竖直表面以及前竖直表面和后竖直表面；从前向后观察，所述上水平表面、所述第二斜面、所述第一斜面、所述下水平表面和所述右竖直表面依次相邻接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一斜面与所述下水平表面之间的第一夹角为135度；所述第一斜面与所述第二斜面之间的第二夹角为81.5度；所述第二斜面与所述上水平表面之间的第三夹角为143.5度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述半导体激光器发射出的光的第一部分光的入射光与所述第一斜面的法线的第四夹角为45度；所述半导体激光器发射出的光的第一部分光的折射光与所述第一斜面的法线的第五夹角为28度；所述半导体激光器发射出的光的第二部分光的入射光与所述第二斜面的法线的第六夹角为53.5度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述半导体激光器发射出的光的第一部分光与所述半导体激光器发射出的光的第二部分光的比率为9:1。
有益效果
实施本申请的获得的效果包括：根据本申请的单纤双向光耦合组件，能够监控半导体激光器是否发生故障，同时发射光信号的光程较短。
附图说明
图1是根据本申请的具体实施方式的单纤双向光耦合组件的立体示意图；
图2是图1的单纤双向光耦合组件的俯视示意图；
图3是图1的单纤双向光耦合组件的剖面示意图；
图4是图1的单纤双向光耦合组件的剖面示意图，显示了光路；
图5是图1的单纤双向光耦合组件的玻璃体分光反射体的立体示意图；
图6是图1的单纤双向光耦合组件的玻璃体分光反射体的另一立体示意图；
图7是图1的单纤双向光耦合组件的玻璃体分光反射体的侧面示意图；
图中标号含义如下：100-基体；101-光纤端口；200-第一容置槽；210-玻璃体分光反射体；211-第一斜面；212-第二斜面；213-右竖直表面；214-上水平表面；215-下水平表面；216-前竖直表面；217-后竖直表面；300-第二容置槽；310-全反射棱镜；400-第三容置槽；410-45度滤光片；500-电路板；510-半导体激光器；520-监控光电探测器；530-光探测器；601-第一部分光；602-第二部分光；603-第三部分光；1000-单纤双向光耦合组件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
中国在先实用新型专利申请CN2013102998145(下称在先申请)提供了一种实现分束能量控制的光组件，参照该专利申请说明书附图之图(标号为3)，激光器(标号为12)发出的光经第一透镜(标号为10)形成平行光后，经全反射单元(标号为9)时在空气和树脂界面发生全反射而射向用于对光束进行分光和分配能量的滤波片(标号为2)，其中一路光束(下称第一部分光束)射向下方的MPD背光探测器(标号为13)，实现背光探测，另一路光束(下称第二部分光束)透过第二镂空结构(标号为4)经由第二透镜(标号为11)汇聚进入光纤(标号为15)，实现信号传输。
该在先申请中，作为发射光信号的第二部分光束需要先通过经全反射单元进行全反射，然后通过滤波片透射，再经由第二透镜进入光纤，发射光信号的光程较长，由于元器件以及空气等介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，光损耗较大。
该在先申请中，射入MPD背光探测器(标号为13)的第一部分光束的传播路径的一部分朝向光纤，第一部分光束和第二部分光束在全反射单元与滤波片之间重叠，不便于对第一部分光束和第二部分光束进行分开控制和处理。而且，这种情况下，第一部分光束和第二部分光束之间容易相互影响。
此外，该在先申请中，实现分束能量控制的光组件仅能应用于单纤单向类型的光模块，不能应用于单纤双向即BiDi(Bidirectional)类型的光模块。
而且，该在先申请中，第二部分光束需要先通过经全反射单元进行全反射，然后通过滤波片透射，再经由第二透镜进入光纤，最终进入光纤的光，受全反射单元、滤波片以及第二透镜三个元器件的制造精度和安装精度等因素的影响，光模块整体的产品质量难以控制。
鉴于上述课题，本发明人锐意构思，提出一种单纤双向光耦合组件，发射光信号的光程较短，光路上元器件数量较少，能够监控半导体激光器是否发生故障。
如图1所示，显示了单纤双向光耦合组件的立体外形。其中，单纤双向光耦合组件1000，包括基体100和设置在所述基体100的下部的电路板500。
基体100采用树脂材质，便于加工成型。
单纤双向光耦合组件1000收发两个方向的光信号，收发方向采用不同的光波长。
如图1至图4所示，其中，所述电路板500设置有用于发射出光信号的半导体激光器510、用于接收来自光纤的光信号的光探测器530以及用于监测半导体激光器510的功率的监控光电探测器520。
监控光电探测器(MPD，monitorphotodetector)520可以监控半导体激光器510的功率变化，进而判断半导体激光器510是否正常工作。
如图3至图4所示，光纤端口101位于基体100的左端侧，用于接入光纤。
如图3至图4所示，所述光探测器530位于所述半导体激光器510的左侧，所述监控光电探测器520位于所述半导体激光器510的右侧。
换言之，所述半导体激光器510位于所述光探测器530与所述监控光电探测器520之间。
如图4所示，所述基体100具有位于所述半导体激光器510的正上方的第一容置槽200、位于所述监控光电探测器520的正上方的第二容置槽300以及位于所述光探测器530的正上方的第三容置槽400.
第一容置槽200、第二容置槽300以及第三容置槽400，例如可以通过一体成型工艺形成在所述基体100上。
如图4所示，其中，所述第一容置槽200内设置有玻璃体分光反射体210。所述第二容置槽300内设置有全反射棱镜310。所述第三容置槽400内设置有45度滤光片410。
玻璃体分光反射体210固定安装在第一容置槽200内。全反射棱镜310固定安装在第二容置槽300内。45度滤光片410固定安装在第三容置槽400内。
如图5至图7所示，所述玻璃体分光反射体210具有第一斜面211和自所述第一斜面211的倾斜向上延伸的第二斜面212。
其中，如图4和图7所示，所述第一斜面211设置成用于将所述半导体激光器510发射出的光的第一部分光601折射后透过所述45度滤光片410输出至光纤，并将所述半导体激光器510发射出的光的第二部分光602折射至所述第二斜面212。
第一部分光601仅折射一次便透过所述45度滤光片410进入光纤，光模块的发射光信号的光程较短，可以减小发射光信号的损耗。即，由此，发射光信号的光程较短，可以减小发射光信号的损耗。
另一方面，如图4和图7所示，所述第二斜面212设置成用于将经过所述第一斜面211折射后的所述第二部分光602全反射后再经过所述全反射棱镜310全反射至所述监控光电探测器520。换言之，经过所述第一斜面211折射后的所述第二部分光602在所述第二斜面212上发生全反射，然后在全反射棱镜310发生全反射，最后进入所述监控光电探测器520。
其中，第一部分光601可以透过45度滤光片410，进入光纤。而经由光纤射至45度滤光片410的接收的第三部分光603，会被反射至光探测器530。由此，45度滤光片410实现接收光的反射，发挥接收光的作用，进而完成一个波长光信号的发射和另一个波长光信号的接收，即实现单纤双向功能。
具体而言，如图4至图7所示，在图示实施例中，除了所述第一斜面211和所述第二斜面212，所述玻璃体分光反射体210还具有上水平表面214、下水平表面215、右竖直表面213以及前竖直表面216和后竖直表面217。从前向后观察，所述上水平表面214、所述第二斜面212、所述第一斜面211、所述下水平表面215和所述右竖直表面213依次相邻接。
具体应用例中，如图7所示，右竖直表面213的上下方向的高度为1.82毫米，右竖直表面213的前后方向的宽度为1.63毫米。下水平表面215的左右方向的厚度为0.80毫米。当然，在其他实施例中，右竖直表面213的上下方向的高度可以为1-3毫米，右竖直表面213的前后方向的宽度可以为1-3毫米。下水平表面215的左右方向的厚度可以为0.5-2毫米。
如图7所示，在图示实施例中，所述第一斜面211与所述下水平表面215之间的第一夹角221为135度。所述第一斜面211与所述第二斜面212之间的第二夹角222为81.5度；所述第二斜面212与所述上水平表面214之间的第三夹角223为143.5度。
如图7所示，在图示实施例中，所述半导体激光器510发射出的光的第一部分光601的入射光与所述第一斜面211的法线的第四夹角231为45度。所述半导体激光器510发射出的光的第一部分光601的折射光与所述第一斜面211的法线的第五夹角232为28度。所述半导体激光器510发射出的光的第二部分光602的入射光与所述第二斜面212的法线的第六夹角233为53.5度。
具体应用例中，所述半导体激光器510发射出的光照射在第一斜面211，有90％的光发生反射形成第一部分光601，剩余10％的光在第二斜面212折射进入玻璃体分光反射体210的内部。
根据斯涅尔定律，入射光和折射光位于同一个平面上，并且与界面法线的夹角满足sinβ＝n*sinα的关系。其中，n为玻璃体分光反射体210与空气两个介质的折射率的比值，β为入射角即第四夹角231，α为折射角即第五夹角232。
上述玻璃体分光反射体n＝1.5，当β＝45度时，α＝28度；故反射角即第六夹角233为53.5度(90度-(180度-(90度-28度)-81.5度))。第二部分光602垂直于所述右竖直表面213出射。换言之，第二部分光602平行于上水平表面214出射。在图示实施例中，所述半导体激光器510发射出的光的波长为830nm至930nm。
在图示实施例中，所述半导体激光器510发射出的光的第一部分光601与所述半导体激光器510发射出的光的第二部分光602的比率为9:1。
在本申请的描述中，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的实施方式的限制。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种单纤双向光耦合组件(1000)，包括基体(100)和设置在所述基体(100)的下部的电路板(500)，其特征在于，所述电路板(500)设置有用于发射出光信号的半导体激光器(510)、用于接收来自光纤的光信号的光探测器(530)以及用于监测半导体激光器(510)的功率的监控光电探测器(520)；所述光探测器(530)位于所述半导体激光器(510)的左侧，所述监控光电探测器(520)位于所述半导体激光器(510)的右侧；所述基体(100)具有位于所述半导体激光器(510)的正上方的第一容置槽(200)、位于所述监控光电探测器(520)的正上方的第二容置槽(300)以及位于所述光探测器(530)的正上方的第三容置槽(400)；所述第一容置槽(200)内设置有玻璃体分光反射体(210)，所述第二容置槽(300)内设置有全反射棱镜(310)，所述第三容置槽(400)内设置有45度滤光片(410)；所述玻璃体分光反射体(210)具有第一斜面(211)和自所述第一斜面(211)的倾斜向上延伸的第二斜面(212)；所述第一斜面(211)设置成用于将所述半导体激光器(510)发射出的光的第一部分光(601)折射后透过所述45度滤光片(410)输出至所述光纤，并将所述半导体激光器(510)发射出的光的第二部分光(602)折射至所述第二斜面(212)；所述第二斜面(212)设置成用于将经过所述第一斜面(211)折射后的所述第二部分光(602)全反射后再经过所述全反射棱镜(310)全反射至所述监控光电探测器(520)，所述玻璃体分光反射体(210)还具有上水平表面(214)、下水平表面(215)、右竖直表面(213)以及前竖直表面(216)和后竖直表面(217)；从前向后观察，所述上水平表面(214)、所述第二斜面(212)、所述第一斜面(211)、所述下水平表面(215)和所述右竖直表面(213)依次相邻接。
2.根据权利要求1所述的单纤双向光耦合组件(1000)，其特征在于，所述第一斜面(211)与所述下水平表面(215)之间的第一夹角为135度；所述第一斜面(211)与所述第二斜面(212)之间的第二夹角为81.5度；所述第二斜面(212)与所述上水平表面(214)之间的第三夹角为143.5度。
3.根据权利要求2所述的单纤双向光耦合组件(1000)，其特征在于，所述半导体激光器(510)发射出的光的第一部分光(601)的入射光与所述第一斜面(211)的法线的第四夹角(231)为45度；所述半导体激光器(510)发射出的光的第一部分光(601)的折射光与所述第一斜面(211)的法线的第五夹角(232)为28度；所述半导体激光器(510)发射出的光的第二部分光(602)的入射光与所述第二斜面(212)的法线的第六夹角(233)为53.5度。
4.根据权利要求3所述的单纤双向光耦合组件(1000)，其特征在于，所述半导体激光器(510)发射出的光的第一部分光(601)与所述半导体激光器(510)发射出的光的第二部分光(602)的比率为9:1。
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