CN216248437U - 一种基于tff波分的新型光发射、接收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于TFF波分的新型光发射、接收装置，包括光发射装置和光接收装置，光发射装置包括光发射单元、准直透镜、滤光单元、隔离器、聚焦透镜及光适配器，四个LD芯片发出不同波长的光束，四个光束分别在四个滤光片反射或透射，最后从边缘处的滤光片射出汇合后的一路光信号，之后经过隔离器和聚焦透镜后从光适配器输出；光接收装置包括光适配器、准直透镜、滤光单元、聚焦透镜及光接收单元，一路光信号从光适配器射入，光信号经过准直透镜后入射到其中一个位于边缘处的滤光片，经过四个滤光片的透射或反射后形成四个波长不同的光束，四个光束由四个PD芯片接收。本实用新型采用4个独立的滤光片实现波分，尺寸小、成本低，降低光路风险。

Description

一种基于TFF波分的新型光发射、接收装置

技术领域：

本实用新型涉及一种基于TFF波分的新型光发射、接收装置。

背景技术：

现有基于波分技术的光发射/接收装置，多是在100G以上速率的器件，且多是采用4通道波分，目前常用的方案有如下几种：基于自由空间形式的z-block装置、基于AWG（阵列波导光栅）技术的硅光芯片装置、基于同轴器件的方案（例如专利号为201610631009的中国专利）。其中，基于自由空间形式的z-block装置存在的缺点是：z-block装置本身生产工艺较复杂，成本高，体积大，光路相对复杂；基于AWG（阵列波导光栅）技术的硅光芯片装置存在的缺点是：生产工艺要求高，技术门槛高，插损，隔离度等指标相对会差一些；基于同轴器件的方案存在的缺点是：体积大，成本上也未有明显优势，在对模块体积要求越来越小的背景下，此方案难以推广，已经被淘汰。有鉴于此，亟需设计一种基于TFF波分的新型光发射、接收装置。

实用新型内容：

本实用新型针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于TFF波分的新型光发射、接收装置，设计合理，不仅尺寸小、成本低，而且光路简单。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于TFF波分的新型光发射装置，包括沿光线出射方向依次设置的光发射单元、准直透镜、滤光单元、隔离器、聚焦透镜以及光适配器，所述光发射单元包含四个LD芯片，四个LD芯片分别发出不同波长的光束；所述滤光单元包含分别与四个LD单元相对应的四个滤光片，四路不同波长的光束依次经过准直透镜、四个滤光片后汇合成一路光信号，并依次经过隔离器、聚焦单元以及光适配器后射出。

进一步的，四个LD芯片包括沿垂直于光线出射方向并排分布的第一LD芯片、第二LD芯片、第三LD芯片以及第四LD芯片；四个滤光片分别为第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及第四滤光片，第一LD芯片发出的第一光束经过第一滤光片反射后进入第二滤光片，第二LD芯片发出的第二光束经过第二滤光片反射后与透射过第二滤光片的第一光束一起进入第三滤光片，第三LD芯片发出的第三光束经过第三滤光片反射后与透射过第三滤光片的第一光束、第二光束一起进入第四滤光片，第四LD芯片发出的第四光束经过第四滤光片透射后与经由第四滤光片反射的第一光束、第二光束以及第三光束汇合成一路信号。

进一步的，所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及第四滤光片均呈45度倾斜放置。

进一步的，所述准直透镜为独立透镜或阵列透镜。

进一步的，还包括壳体，四个LD芯片、准直透镜、四个滤光片、隔离器以及聚焦透镜均设置在壳体内，所述光适配器设于壳体的右侧，四个LD芯片与位于壳体左侧的真空电极金丝键合，以将电连接引出到壳体外部，再通过柔性电路板与印制电路板焊接连接。

本实用新型采用的另一种技术方案是：一种基于TFF波分的新型光接收装置，包括沿光线入射方向依次设置的光适配器、准直透镜、滤光单元、聚焦透镜以及光接收单元，所述滤光单元包含四个滤光片，所述光接收单元包含与四个滤光片相对应的四个PD芯片，一路含有四个不同波长光束的光信号经过光适配器和准直透镜后入射到四个滤光片，四个滤光片分别射出四个不同波长的光束，四个PD芯片分别接收穿过聚焦透镜的四个不同波长的光束。

进一步的，四个滤光片包括沿垂直于光线入射方向并排分布的第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及第四滤光片，四个PD芯片分别为第一PD芯片、第二PD芯片、第三PD芯片以及第四PD芯片，从光适配器射入的一路光信号包括波长不同的第一光束、第二光束、第三光束以及第四光束，第一光束透射过第一滤光片后由第一PD芯片接收，第二光束、第三光束以及第四光束从第一滤光片反射至第二滤光片，第二光束经过第二滤光片反射后由第二PD芯片接收，第三光束和第四光束从第二滤光片透射至第三滤光片，第三光束经过第三滤光片反射后由第三PD芯片接收，第四光束从第三滤光片透射至第四滤光片，第四光束经过第四滤光片反射后由第四PD芯片接收。

进一步的，所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及第四滤光片均呈45度倾斜放置。

进一步的，所述准直透镜为独立透镜或阵列透镜。

进一步的，还包括壳体，四个PD芯片、准直透镜、四个滤光片、隔离器以及聚焦透镜均设置在壳体内，所述光适配器设于壳体的右侧，四个PD芯片通过金丝键合与跨阻放大器相连接，以将电连接引出到壳体外部，再通过柔性电路板与印制电路板焊接连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：本实用新型设计简单、合理，采用4个独立的滤光片来实现波分，不仅尺寸小、制作成本低，而且最边缘的光线也只需经过2次反射、2次透射即可，降低了光路风险，提高光学性能。

附图说明：

图1是本实用新型实施例中光发射装置的构造示意图；

图2是本实用新型实施例中光接收装置的构造示意图。

图中：

1-光发射单元；2-准直透镜；3-滤光单元；4-隔离器；5-聚焦透镜；6-光适配器；7-第一LD芯片；8-第二LD芯片；9-第三LD芯片；10-第四LD芯片；11-第一滤光片；12-第二滤光片；13-第三滤光片；14-第四滤光片；15-壳体；16-真空电极；17-第一PD芯片；18-第二PD芯片；19-第三PD芯片；20-第四PD芯片；21-跨阻放大器；22-光接收单元；23-第一光束；24-第二光束；25-第三光束；26-第四光束；27-柔性电路板。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”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实用新型，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实用新型的限制。

实施例一：如图1所示，本实用新型一种基于TFF波分的新型光发射装置，包括沿光线出射方向依次设置的光发射单元1、准直透镜2、滤光单元3、隔离器4、聚焦透镜5以及光适配器6，所述光发射单元1包含四个LD芯片，四个LD芯片分别发出不同波长的光束；所述滤光单元3包含分别与四个LD单元相对应的四个滤光片，四个滤光片相独立，以实现波分；四路不同波长的光束依次经过准直透镜2、四个滤光片后汇合成一路光信号，并依次经过隔离器、聚焦单元以及光适配器后射出。

本实施例中，四个LD芯片包括沿垂直于光线出射方向并排分布（例如图1中从下往上分布）的第一LD芯片7、第二LD芯片8、第三LD芯片9以及第四LD芯片10，第一LD芯片7、第二LD芯片8、第三LD芯片9以及第四LD芯片10分别发射处波长不同的四个光束，四个光束分别为波长为λ1的第一光束23，波长为λ2的第二光束24，波长为λ3的第三光束25，波长为λ4的第四光束26。

本实施例中，四个滤光片相平行，且分别为第一滤光片11、第二滤光片12、第三滤光片13以及第四滤光片14，所述第一滤光片11、第二滤光片12、第三滤光片13以及第四滤光片14均呈45度倾斜放置。第一滤光片11镀有全波段全反射膜，以利于波长为λ1的第一光束23向上反射；第二滤光片12镀有波长为λ2的第二光束24反射、其他波长的光束透射的膜，以利于波长为λ2的第二光束24反射向上反射，波长为λ1的第一光束23向上透射；第三滤光片13镀有波长为λ3的第三光束25反射、其他波长的光束透射的膜，以利于有波长为λ3的第三光束25向上反射，波长为λ1的第一光束23、波长为λ2的第二光束24向上透射；第四滤光片14镀有波长为λ4的第四光束透射、其他波长的光束反射的膜，以利于波长为λ4的第四光束26直接透射，波长为λ1的第一光束23、波长为λ2的第二光束24以及波长为λ3的第三光束25则反射至隔离器4，四个光束从第四滤光片14射出时汇和成一路光信号。应说明的是，此处各个滤光片上镀的膜均是现有技术，此处不做过渡重复赘述。

本实施例中，所述准直透镜2可以采用独立透镜，也可以是采用阵列透镜，通道间距可以做到很窄范围。

本实施例中，该光发射装置采用气密box封装，具体还包括壳体15，四个LD芯片、准直透镜2、四个滤光片、隔离器4以及聚焦透镜5均设置在壳体内，所述光适配器6设于壳体15的右侧，四个LD芯片与位于壳体左侧的真空电极16（feedthrough）金丝键合，以将电连接引出到壳体15外部，再通过柔性电路板27与印制电路板焊接连接。

应说明的是，本实施例仅描述了气密box封装应用，但在非气密，COB封装上也可使用此方案，只是光输出接口更改，如改为FA或其他带尾纤结构。同样的，在电接口上，本实施例仅描述了气密box封装应用，而对于非气密，如COB封装，芯片可以直接与PCB进行金丝键合实现电连接，而无需feedthrough和FPC。

本实施例中，所述LD芯片为现有技术，用于发射出激光。

本实施例中，滤光片尺寸可在0.3*0.3mm以下。

本实施例中，光发射装置的工作方法为：四个LD芯片发出四个不同波长的光束，第一LD芯片7发出的第一光束23经过第一滤光片11反射后进入第二滤光片12，第二LD芯片8发出的第二光束24经过第二滤光片12反射后与透射过第二滤光片12的第一光束23一起进入第三滤光片13，第三LD芯片9发出的第三光束25经过第三滤光片13反射后与透射过第三滤光片13的第一光束23、第二光束24一起进入第四滤光片14，第四LD芯片10发出的第四光束26经过第四滤光片14透射后与经由第四滤光片14反射的第一光束23、第二光束24以及第三光束25汇合成一路信号，该路信号从第四滤光片14射出并依次经过隔离器4和聚焦透镜5，最终从光适配器6中输出。

实施例二：如图2所示，本实用新型一种基于TFF波分的新型光接收装置，包括沿光线入射方向依次设置的光适配器6、准直透镜2、滤光单元3、聚焦透镜5以及光接收单元22，所述滤光单元3包含四个滤光片，四个滤光片相独立，以实现波分，所述光接收单元22包含与四个滤光片相对应的四个PD芯片，一路含有四个不同波长光束的光信号经过光适配器6和准直透镜2后入射到四个滤光片，四个滤光片分别射出四个不同波长的光束，四个PD芯片分别接收穿过聚焦透镜5的四个不同波长的光束。

本实施例中，从光适配器6输入的一路光信号中包含有四个不同波长的光束，四个不同波长的光束分别为：波长为λ1的第一光束23，波长为λ2的第二光束24，波长为λ3的第三光束25，波长为λ4的第四光束26。

本实施例中，四个滤光片相平行，且包括沿垂直于光线入射方向（例如图2中从下往上分布）并排分布的第一滤光片11、第二滤光片12、第三滤光片13以及第四滤光片14，所述第一滤光片11、第二滤光片12、第三滤光片13以及第四滤光片14均呈45度倾斜放置。第一滤光片11镀有波长为λ1的第一光束23透射、其他波长的光束反射的膜，以利于波长为λ1的第一光束23水平透射过去，而波长为λ2的第二光束24、波长为λ3的第三光束25、波长为λ4的第四光束26则向上反射；第二滤光片12镀有波长为λ2的第二光束24反射、其他波长的光束透射的膜，以利于波长为λ2的第二光束24水平反射，波长为λ3的第三光束25、波长为λ4的第四光束26则向上透射；第三滤光片13镀有波长为λ3的第三光束25反射、其他波长的光束透射的膜，以利于波长为λ3的第三光束25水平反射，波长为λ4的第四光束26则向上透射；第四滤光片14镀有全波段全反膜，以利于波长为λ4的第四光束26水平反射，以此实现一路光信号形成四个相平行但波长不同的光束。应说明的是，此处各个滤光片上镀的膜均是现有技术，此处不做过渡重复赘述。

本实施例中，四个PD芯片分别为第一PD芯片17、第二PD芯片18、第三PD芯片19以及第四PD芯片20，与四个滤光片一一对应，用于分别接收波长为λ1的第一光束23，波长为λ2的第二光束24，波长为λ3的第三光束25，波长为λ4的第四光束26。

本实施例中，所述准直透镜2可以采用独立透镜，也可以是采用阵列透镜，通道间距可以做到很窄范围。

本实施例中，该光接收装置还包括壳体15和跨阻放大器（TIA）21，四个PD芯片、准直透镜2、四个滤光片、隔离器4以及聚焦透镜5均设置在壳体15内，所述光适配器6设于壳体15的右侧，四个PD芯片通过金丝键合与跨阻放大器21相连接，以将电连接引出到壳体15外部，再通过柔性电路板27与印制电路板焊接连接。

本实施例中，所述PD芯片为现有技术，用于接收激光信号。

本实施例中，滤光片尺寸可在0.3*0.3mm以下。

本实施例中，光接收装置的工作方法为：一路含有四个不同波长光束的光信号从光适配器6射入，该光信号经过准直透镜2后入射到第一滤光片11（位于边缘处），第一光束23直接透射过第一滤光片11，第二光束24、第三光束25以及第四光束26从第一滤光片11向上反射至第二滤光片12，第二光束24经过第二滤光片12水平反射，第三光束25和第四光束26从第二滤光片12向上透射至第三滤光片13，第三光束25经过第三滤光片13水平反射，第四光束26从第三滤光片13向上透射至第四滤光片14，第四光束26经过第四滤光片14水平反射，以此实现一路光信号形成四个相平行但波长不同的光束，这四个相平行的光束经过聚焦透镜5后分别由第一PD芯片17、第二PD芯片18、第三PD芯片19、第四PD芯片20接收。

本实用新型的优点在于：

（1）尺寸小：仅需4个独立的滤光片，滤光片尺寸可以做到0.3*0.3mm以下，本实用新型在不考虑适配器的尺寸时，最小可以做到3*3mm以内，极大的节省了模块的空间；

（2）成本低：仅需4个独立的滤光片即可，成本极低，同时耦合光路上也可使用阵列透镜，进一步降低了成本，成本预计相比于传统方案可降低20%；

（3）光路简单：最边缘的光线只需经过2次反射，2次透射即可，降低了光路风险；

（4）使用4个独立的滤光片，每一路的滤光片可单独调节，通过调节滤光片的角度来补充光路位移，避免使用高精度的贴片设备；

（5）性能指标好：采用TFF方案，在光学性能指标上要优于现有技术的AWG方案，同时由于光路相对zblock要简单，最边缘光线少经历了2次反射，减小了插损，提高了4个通道的一致性；

（6）无需复杂的电连接：可采用传统的气密封装方案，也可采用传统的COB直接金丝键合方案，相比于4个TO的方案，无需复杂的电连接设计。

本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是：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；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种基于TFF波分的新型光发射装置，其特征在于：包括沿光线出射方向依次设置的光发射单元、准直透镜、滤光单元、隔离器、聚焦透镜以及光适配器，所述光发射单元包含四个LD芯片，四个LD芯片分别发出不同波长的光束；所述滤光单元包含分别与四个LD单元相对应的四个滤光片，四路不同波长的光束依次经过准直透镜、四个滤光片后汇合成一路光信号，并依次经过隔离器、聚焦单元以及光适配器后射出。

2.根据权利要求1所述的一种基于TFF波分的新型光发射装置，其特征在于：四个LD芯片包括沿垂直于光线出射方向并排分布的第一LD芯片、第二LD芯片、第三LD芯片以及第四LD芯片；四个滤光片分别为第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及第四滤光片，第一LD芯片发出的第一光束经过第一滤光片反射后进入第二滤光片，第二LD芯片发出的第二光束经过第二滤光片反射后与透射过第二滤光片的第一光束一起进入第三滤光片，第三LD芯片发出的第三光束经过第三滤光片反射后与透射过第三滤光片的第一光束、第二光束一起进入第四滤光片，第四LD芯片发出的第四光束经过第四滤光片透射后与经由第四滤光片反射的第一光束、第二光束以及第三光束汇合成一路信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于TFF波分的新型光发射装置，其特征在于：所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及第四滤光片均呈45度倾斜放置。

4.根据权利要求1所述的一种基于TFF波分的新型光发射装置，其特征在于：所述准直透镜为独立透镜或阵列透镜。

5.根据权利要求1所述的一种基于TFF波分的新型光发射装置，其特征在于：还包括壳体，四个LD芯片、准直透镜、四个滤光片、隔离器以及聚焦透镜均设置在壳体内，所述光适配器设于壳体的右侧，四个LD芯片与位于壳体左侧的真空电极金丝键合，以将电连接引出到壳体外部，再通过柔性电路板与印制电路板焊接连接。

6.一种基于TFF波分的新型光接收装置，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的光适配器、准直透镜、滤光单元、聚焦透镜以及光接收单元，所述滤光单元包含四个滤光片，所述光接收单元包含与四个滤光片相对应的四个PD芯片，一路含有四个不同波长光束的光信号经过光适配器和准直透镜后入射到四个滤光片，四个滤光片分别射出四个不同波长的光束，四个PD芯片分别接收穿过聚焦透镜的四个不同波长的光束。

7.根据权利要求6所述的一种基于TFF波分的新型光接收装置，其特征在于：四个滤光片包括沿垂直于光线入射方向并排分布的第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及第四滤光片，四个PD芯片分别为第一PD芯片、第二PD芯片、第三PD芯片以及第四PD芯片，从光适配器射入的一路光信号包括波长不同的第一光束、第二光束、第三光束以及第四光束，第一光束透射过第一滤光片后由第一PD芯片接收，第二光束、第三光束以及第四光束从第一滤光片反射至第二滤光片，第二光束经过第二滤光片反射后由第二PD芯片接收，第三光束和第四光束从第二滤光片透射至第三滤光片，第三光束经过第三滤光片反射后由第三PD芯片接收，第四光束从第三滤光片透射至第四滤光片，第四光束经过第四滤光片反射后由第四PD芯片接收。

8.根据权利要求7所述的一种基于TFF波分的新型光接收装置，其特征在于：所述第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片以及第四滤光片均呈45度倾斜放置。

9.根据权利要求6所述的一种基于TFF波分的新型光接收装置，其特征在于：所述准直透镜为独立透镜或阵列透镜。

10.根据权利要求6所述的一种基于TFF波分的新型光接收装置，其特征在于：还包括壳体，四个PD芯片、准直透镜、四个滤光片、隔离器以及聚焦透镜均设置在壳体内，所述光适配器设于壳体的右侧，四个PD芯片通过金丝键合与跨阻放大器相连接，以将电连接引出到壳体外部，再通过柔性电路板与印制电路板焊接连接。

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