CN214151138U - 一种高隔离度单向光电探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高隔离度单向光电探测器，包括：封装管，固设于封装管内的玻璃管与光电探测器，玻璃管中依次固设有双光纤头、第一透镜与分光膜片，分光膜片的前端面为直角面并镀有部分反射膜，分光膜片的后端面为楔角面并镀有WDR补偿增透膜，输入光纤出射的光线经过第一透镜准直后射入分光膜片，再由分光膜片偏折后射入光电探测器，输出光纤出射的光线经过第一透镜准直后射入分光膜片，再由分光膜片偏折后偏离光电探测器。本实用新型的优点在于：本实用新型通过在楔角面镀WDR补偿增透膜，补偿了光电探测器对不同波长的响应度不同的差异，结构简单，单向性隔离度高，工艺简单，成本低，便于大批量生产。

Description

一种高隔离度单向光电探测器

技术领域

本实用新型涉及光电探测器，具体地涉及一种高隔离度单向光电探测器。

背景技术

TAP-PD是光功率光电探测器，它广泛应用于光纤通信系统中，对光信号的功率进行在线监测，从而实现对光信号的功率监控和管理。不分方向性的TAP-PD对输出光纤返回的光不进行限制，此类型光电探测器探测的光功率容易受到输出光纤返回的光的影响，为了避免此影响，光纤通信系统很多要求单方向性TAP-PD。光电探测器对不同波长的响应度(WDR)不同，存在1％-2％的差别。

对比文件1：2008年2月9日授权的美国专利US 7,333,693B2公开了一种单向光功率探测器，见图3。采用两个G-lens作为准直和分光透镜，第一个G-LENS将来自输入的光准直成平行光，第二个G-lens将输入光纤和输出光纤的光分成两相互平行的且小间距的光出射。其中一束直接斜射进入光电探测器芯片接收，但因两束光分开的距离很小，且平行出射，另一束光也难免有一小部份的光进入光电探测器，从而影响隔度，并且使用两个G-lens将增加了器件的成本。

对比文件2：2019年1月1日授权的中国专利CN 208,314,276 U，见图4，采用孔径光阑，使来自输入光纤的光通过孔径光阑后进入到探测芯片上，来自输出光纤的光经过被孔径光阑所阻挡或反射，从而保证了高隔离度。该方案缺点在于小尺寸孔径光阑加工困难，装配费劲，成本高昂。其它的专利，如CN 204,790,086 U，采用在探测器封装上增加隔离腔，虽然可以起到单向隔离作用，但探测器上增加隔离腔，结构复杂，且这种探测器芯片位置不在探测器中心，需要偏向探测器某一边，使用时需要定制，增加了器件的成本。

对比文件3：2012年11月28日授权的中国专利CN 202,563,130 U，见图5。为了使用常规的探测器，将G-lens和双光纤头组成的准直器进行一定角度的偏移，并且需要复杂外封装管和内通光管。使得整个器件加工困难，装配费劲，同时也增加了器件的成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种高隔离度单向光电探测器，避免光电探测器探测的光功率受到输出光纤返回的光的影响，克服了光电探测器对不同波长的响应度不同的缺陷。

本实用新型是这样实现的：一种高隔离度单向光电探测器，包括：封装管，固设于所述封装管内的玻璃管与光电探测器，所述玻璃管中依次固设有双光纤头、第一透镜与分光膜片，所述双光纤头包括双光纤毛细管以及固设于所述双光纤毛细管内的输入光纤与输出光纤；

所述分光膜片的前端面为直角面并镀有部分反射膜，所述分光膜片的后端面为楔角面并镀有WDR补偿增透膜，所述输入光纤出射的光线经过所述第一透镜准直后射入所述分光膜片，再由所述分光膜片偏折后射入所述光电探测器，所述输出光纤出射的光线经过所述第一透镜准直后射入所述分光膜片，再由所述分光膜片偏折后偏离所述光电探测器。

进一步地，所述第一透镜的前端面角度为0°，所述输入光纤出射的光线经过所述第一透镜准直后以入射角θ₁射入所述分光膜片，再由所述分光膜片偏折后垂直地射入所述光电探测器，所述输出光纤出射的光线经过所述第一透镜准直后以入射角θ₂射入所述分光膜片，所述入射角θ₁与所述入射角θ₂的绝对值相等。

进一步地，所述楔角面的楔角α与所述入射角θ₁由以下关系式得出：

其中，n为所述分光膜片的折射率。

进一步地，所述光电探测器包括封装壳体以及固设于所述封装壳体上的第二透镜与光电探测芯片，所述光电探测芯片在所述第二透镜的焦点位置，所述第二透镜位于所述封装管内，所述封装壳体与所述封装管固定连接。

本实用新型的优点在于：1、本实用新型通过在楔角面镀WDR补偿增透膜，补偿了光电探测器对不同波长的响应度不同的差异，并且由于楔角的存在，能够很好地降低产品的纹波；结构简单，单向性隔离度高，工艺简单，成本低，便于大批量生产。2、输入光纤出射的光线在分光膜片的偏折后，垂直地射入所述光电探测器，实现信号光功率的稳定性探测。3、第一透镜的前端面角度为0°，输入光纤与输出光纤经过第一透镜后的两束光线关于光线传输方向是轴对称的，在装配分光膜片时无需进行角度的偏移或旋转，装配工艺简单容易。4、第二透镜会将垂直射入的光线会聚至光电探测芯片，更好地达到高隔离度与单向性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型的高隔离度单向光电探测器的结构示意图。

图2是本实用新型中分光膜片以及光线偏折的示意图。

图3是现有技术中对比文件1的结构示意图。

图4是现有技术中对比文件2的结构示意图。

图5是现有技术中对比文件3的结构示意图。

附图标记：

11-双光纤头；111-双光纤毛细管；112-输入光纤；113-输出光纤；

12-第一透镜；121-部分反射膜；

13-分光膜片；131-部分反射膜；132-WDR补偿增透膜；

14-光电探测器；141-光电探测芯片；142-封装壳体；143-第二透镜；

15-玻璃管；16-封装管；

17-透镜；18-斜面块；19-内通光管；191-中心孔；

100、101、102、103、104、105：光线。

具体实施方式

本实用新型实施例通过提供一种高隔离度单向光电探测器，解决了现有技术中所描述的缺陷，实现了单向性隔离度高与补偿对不同波长的响应度不同的差异的技术效果。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：第一透镜起光线准直作用，输入光纤出射的光线经过分光膜片的偏折后射入光电探测器，输出光纤出身的光线经过分光膜片的偏折后偏离光电探测器；通过在楔角面WDR补偿增透膜，补偿了光电探测器对不同波长的响应度不同的差异。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参阅图1至图2，本实用新型的高隔离度单向光电探测器的优选实施例。

本实用新型包括：封装管16，固设于所述封装管16内的玻璃管15与光电探测器14，所述玻璃管15中依光路方向、沿封装管16的轴线依次固设有双光纤头11、第一透镜12与分光膜片13，所述双光纤头11包括双光纤毛细管111以及固设于所述双光纤毛细管111内的输入光纤112与输出光纤113。所述光电探测器14包括封装壳体142以及固设于所述封装壳体142上的第二透镜143与光电探测芯片141，所述光电探测芯片141在所述第二透镜143的焦点位置，所述第二透镜143位于所述封装管16内，所述封装壳体142与所述封装管16固定连接。

所述分光膜片13的前端面为直角面并镀有部分反射膜131，所述分光膜片13的后端面为楔角面并镀有补偿针对不同波长透过率有1％-2％微小差异的增透膜，即WDR补偿增透膜132。不同的波长的光透过率不同，使得不同波长的光进入光电探测芯片141的光功率不同，WDR补偿增透膜132刚好补偿了光电探测器14对不同波长的响应度不同的差异。WDR是Wavelength Dependent Responsivity的缩写，指不同波长的响应度；补偿针对不同波长透过率有1％-2％微小差异的增透膜采用现有的镀膜技术获得。

所述输入光纤112出射的光线经过所述第一透镜12准直后射入所述分光膜片13，再由所述分光膜片13偏折后射入所述光电探测器14，所述输出光纤113出射的光线经过所述第一透镜12准直后射入所述分光膜片13，再由所述分光膜片13偏折后偏离所述光电探测器14。具体地，所述第一透镜12的前端面角度为0°，所述输入光纤112出射的光线100经过所述第一透镜12准直后以入射角θ₁射入所述分光膜片13，再由所述分光膜片13偏折后垂直地射入所述光电探测器14，即在分光膜片13的前端面的部分反射膜131的作用下，其中一部分光折射进入分光膜片13，折射光线102的折射角为θ₁₁，折射光线102经过分光膜片13的后端的楔角面后再次发生折射，出射后的折射光线104的折射角为θ₁₂，当楔角α等于折射角θ₁₂，出射后的折射光线104将会垂直地射入第二透镜143，进入光电探测芯片141。实现信号光功率的稳定性探测。所述楔角面的楔角α与所述入射角θ₁由以下关系式得出：

其中，n为所述分光膜片的折射率。

从输入光纤112出射的光线100，入射到第一透镜12的前端面，由第一透镜12准直，并以入射角θ₁射入到分光膜片13上，其中另一部分光被部分反射膜131反射，反射光线进入第一透镜12；由于第一透镜12的前端面角度为0°，输入光纤112与输出光纤113经过第一透镜12后的两束光线是关于光线传输轴对称的，因此反射光线经第一透镜12会聚到输出光纤113再输出，实现光信号的传输。

所述输出光纤113出射的光线101，即输出光纤113返回的光入射到第一透镜12的前端面，经过所述第一透镜12准直后以入射角θ₂射入所述分光膜片13，所述入射角θ₁与所述入射角θ₂的绝对值相等。在部分反射膜131的作用下，其中一部分光透过分光膜片13前端的直角面后，折射进入分光膜片13，折射光线103的折射角为θ₂₁，折射光线103经过分光膜片13后端的楔角面后再次发生折射，由于楔角α的存在，出射后的折射光线105将会以更大的偏折角β离轴，折射光线105偏离了光电探测器14的第二透镜143，无法进入光电探测芯片141。实现光电探测芯片141对从输出光纤113返回的光信号的隔离，从而实现了高隔离度的单向光电探测器14。

双光纤头11的出射端角度为8°，第一透镜12为C-lens,C-lens的材料为N-SF11，前端面角度为0°，曲率半径为1mm，C-lens长度为1.99mm。双光纤头11的端面与C-lens的距离为0.2mm。输入光纤112出射的光线100经过C-lens后，入射到分光膜片13的入射角θ₁为2.667°，分光膜片13的材料为BK7，经计算，当楔角α为5.32°时，折射光线104将会垂直入射第二透镜143，进入光电探测芯片141。第二透镜143会将垂直射入的光线会聚至光电探测芯片141，光电探测芯片141的感应面直径一般为80um。输出光纤113出射的光线101经过C-lens后，入射到分光膜片13入射角θ1为-2.667°，折射光线105的偏折角β为5.37°。折射光线105没有垂直射入第二透镜143，所以折射光线105即使经过第二透镜143无法入射到光电探测芯片141上。通过改变双光纤头11的出射端角度，可相应地调整折射光线104的位置。本实例中双光纤头11的出射端角度为8°，折射光线104位于封装管16的轴线位置，而光电探测芯片142也处于封装管16的轴线位置，提高探测稳定性。

本实用新型实现了高隔离度单向的光电检测器(Tap-PD)，结构简单，单向性隔离度高，工艺简单，成本低，便于大批量生产。本实用新型通过在分光膜片的后端楔角面镀WDR补偿增透膜，补偿光电探测器对不同波长的响应度不同的差异。并且由于楔角的存在，能够很好的降低产品的纹波。本实用新型第一透镜的前端面角度为0°，双光纤的两根光纤经过第一透镜后的两束光线关于光线传输方向是轴对称的，在装配分光膜片时无需进行角度的偏移或旋转，装配工艺简单容易。

相比专利US 7,333,693B2，结合图3，本实用新型解决了单向性隔离度不好的缺点，并且相对G-lens而言,本实用新型采用的C-lens和分光膜片从成本上降低很多。相比专利CN 208,314,276 U，结合图4，本实用新型采用普通的光电探测器即可，无需进行定制化，同样节约了成本。相比专利CN 202,563,130 U，结合图5，本实用新型的准直器无需进行一定角度的偏移，不需要复杂外封装管和内通光管，使得整个器件结构简单，装配容易，成本低，便于大批量生产。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种高隔离度单向光电探测器，其特征在于，包括：封装管，固设于所述封装管内的玻璃管与光电探测器，所述玻璃管中依次固设有双光纤头、第一透镜与分光膜片，所述双光纤头包括双光纤毛细管以及固设于所述双光纤毛细管内的输入光纤与输出光纤；

所述分光膜片的前端面为直角面并镀有部分反射膜，所述分光膜片的后端面为楔角面并镀有WDR补偿增透膜，所述输入光纤出射的光线经过所述第一透镜准直后射入所述分光膜片，再由所述分光膜片偏折后射入所述光电探测器，所述输出光纤出射的光线经过所述第一透镜准直后射入所述分光膜片，再由所述分光膜片偏折后偏离所述光电探测器。

2.根据权利要求1所述的一种高隔离度单向光电探测器，其特征在于，所述第一透镜的前端面角度为0°，所述输入光纤出射的光线经过所述第一透镜准直后以入射角θ₁射入所述分光膜片，再由所述分光膜片偏折后垂直地射入所述光电探测器，所述输出光纤出射的光线经过所述第一透镜准直后以入射角θ₂射入所述分光膜片，所述入射角θ₁与所述入射角θ₂的绝对值相等。

3.根据权利要求2所述的一种高隔离度单向光电探测器，其特征在于，所述楔角面的楔角α与所述入射角θ₁由以下关系式得出：

其中，n为所述分光膜片的折射率。

4.根据权利要求1所述的一种高隔离度单向光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括封装壳体以及固设于所述封装壳体上的第二透镜与光电探测芯片，所述光电探测芯片在所述第二透镜的焦点位置，所述第二透镜位于所述封装管内，所述封装壳体与所述封装管固定连接。

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