CN218182706U - 一种双透镜结构的半导体光放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种双透镜结构的半导体光放大器，包括管壳、半导体光放大器芯片组件、接收端光纤组件和发射端光纤组件；所述管壳内设有半导体光放大器芯片组件，所述管壳两端分别设有接收端光纤组件和发射端光纤组件，所述接收端光纤组件和所述半导体光放大器芯片组件之间依次设有第一透镜和第二透镜，所述半导体光放大器芯片组件和所述发射端光纤组件之间依次设有第三透镜和第四透镜。本实用新型采用的双透镜结构使得半导体放大器芯片的耦合效率相比于金属化光纤更高、工艺难度更低。

Description

一种双透镜结构的半导体光放大器

技术领域

本实用新型涉及半导体光放大器技术领域，尤其涉及一种双透镜结构的半导体光放大器。

背景技术

半导体光放大器是光放大器的一种，是将光信号进行放大的一种设备，可用于提高数据传输功率和扩展传输距离。半导体光放大器以半导体材料为增益介质，能够对小信号光进行功率放大并且不明显降低其他光学指标，可作为前置放大器、波长转换器、高速光快门等广泛应用于光通信传输系统和光纤传感系统。

由于5G网络迅速发展，在100G高速传输中要使用到高带宽、高增益和小型化的半导体光放大器。但目前半导体光放大器多采用金属化光纤或者准直器，耦合效率较低，器件可靠性不足。因此需要一种高增益、高耦合的半导体光放大器。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种高增益、高耦合的半导体光放大器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种双透镜结构的半导体光放大器，包括管壳、半导体光放大器芯片组件、接收端光纤组件和发射端光纤组件；所述管壳内设有半导体光放大器芯片组件，所述管壳两端分别设有接收端光纤组件和发射端光纤组件，所述接收端光纤组件和所述半导体光放大器芯片组件之间依次设有第一透镜和第二透镜，所述半导体光放大器芯片组件和所述发射端光纤组件之间依次设有第三透镜和第四透镜；信号光通过所述接收端光纤组件后经过第一透镜准直，准直后的信号光从第二透镜进入半导体光放大器芯片组件，半导体光放大器芯片组件将信号光放大后经第三透镜准直，随后信号光从第四透镜进入发射端光纤组件。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述半导体光放大器芯片组件包括致冷器、热沉、过渡热沉、芯片、热敏电阻，所述致冷器与所述管壳底部连接，所述热沉与致冷器远离管壳底部的一端连接，所述第一透镜、第二透镜、过渡热沉、第三透镜和第四透镜均设于热沉远离致冷器的一端；所述芯片和热敏电阻均设于过渡热沉远离热沉的一端。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为非球面透镜，且镜片的两端面均镀有增透膜。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述管壳的两端分别设有中空结构的第一管壳尾管和第二管壳尾管，所述第一管壳尾管远离管壳的一端与接收端光纤组件的一端连接，所述第二管壳尾管远离管壳的一端与发射端光纤组件的一端连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一管壳尾管和第二管壳尾管靠近管壳的一端均嵌设有一个窗口片。

在以上技术方案的基础上，优选的，两个所述窗口片所在平面与半导体光放大器的光轴之间的夹角为8°。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述接收端光纤组件和发射端光纤组件均包括一个宝塔套、一个钢针、一个插芯和一个光纤，所述第一管壳尾管和第二管壳尾管远离管壳的一端均固定连接有一个宝塔套，每个所述宝塔套内均嵌设有一个钢针，每个所述钢针内部均设有一个插芯，每个所述插芯内均穿置一个光纤。

在以上技术方案的基础上，优选的，两个所述插芯靠近管壳的一端均为斜面，所述斜面与光纤轴向的夹角为6-10°。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括两个橡胶尾套，两个所述橡胶尾套分别套设于两个宝塔套外部，且包覆宝塔套和钢针。

本实用新型的一种双透镜结构的半导体光放大器相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型将所有透镜内置于外壳之中，有效的缩短了半导体光放大器的长度，便于模块化；采用的双透镜结构使得半导体光放大器芯片的耦合效率相比于金属化光纤更高。

(2)本实用新型采用的透镜均为非球面透镜经过镀膜能够有效减少反射，第一窗口片和第二窗口片通过倾斜安装也能够达到减少发射的目的，两个光纤均采用斜面光纤以减少反射，通过以上措施能够有效的减少回到半导体光放大器芯片的光，减小半导体光放大器的噪声、纹波等。

(3)整个器件除第二透镜和第三透镜采用紫外胶固定，其余部件全部通过焊接固定，能够有效的增强器件的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型半导体光放大器的剖面图；

图2为本实用新型半导体光放大器的内部结构俯视图；

图3为图2中A部分的放大图。

图中，1-管壳、2-半导体光放大器芯片组件、3-接收端光纤组件、4-发射端光纤组件、5-第一透镜、6-第二透镜、7-第三透镜、8-第四透镜、21-致冷器、22-热沉、23-过渡热沉、24-芯片、25-热敏电阻、9-第一管壳尾管、10-第二管壳尾管、11-窗口片、12-宝塔套、13-钢针、14-插芯、15-光纤、16-橡胶尾套、17-管壳盖板、18-管脚。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“下端”、“尾端”、“左右”、“顶部”、“底部”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上

如图1-3所示，本实用新型的一种双透镜结构的半导体光放大器，包括管壳1、半导体光放大器芯片组件2、接收端光纤组件3和发射端光纤组件4；管壳1内设有半导体光放大器芯片组件2，管壳1两端分别设有接收端光纤组件3和发射端光纤组件4，接收端光纤组件3和半导体光放大器芯片组件2之间依次设有第一透镜5和第二透镜6，半导体光放大器芯片组件2和发射端光纤组件4之间依次设有第三透镜7和第四透镜8。其中，半导体光放大器芯片组件2与管壳1焊接，接收端光纤组件3和发射端光纤组件4与管壳1均采用焊接的连接方式。

接收端光纤组件3、第一透镜5、第二透镜6、半导体光放大器芯片组件2、第三透镜7、第四透镜8和发射端光纤组件4均位于同一光轴。信号光通过接收端光纤组件3后经过第一透镜5准直，准直后的信号光从第二透镜6进入半导体光放大器芯片组件2，半导体光放大器芯片组件2将信号光放大后经第三透镜7准直，随后信号光从第四透镜8进入发射端光纤组件4，从而实现光信号放大传输。

具体的实施例中，半导体光放大器芯片组件2包括致冷器21、热沉22、过渡热沉23、芯片24、热敏电阻25，致冷器21与管壳1底部连接，热沉22与致冷器21远离管壳1底部的一端连接，第一透镜5、第二透镜6、过渡热沉23、第三透镜7和第四透镜8均设于热沉远离22致冷器21的一端；芯片24和热敏电阻25均设于过渡热沉23远离热沉22的一端。

其中，致冷器21与管壳1采用铟锡焊料焊接固定，热沉22与致冷器21采用铟锡焊料焊接固定，过渡热沉23与热沉22采用SAC305焊接固定，芯片24和热敏电阻25采用金锡焊料焊接的方式与过渡热沉23固定连接，芯片24和热敏电阻25通过金丝键合方式与管座1电性连接，第二透镜6和第三透镜7均采用紫外胶与热沉22粘接，第一透镜5和第四透镜8均采用激光焊接与热沉22固定连接。

由制冷器21、热沉22、过渡热沉23、热敏电阻25构成半导体光放大器的控温系统，半导体光放大器的器件在工作时一直由控温系统控制温度。第一透镜5、第二透镜6、芯片23、第三透镜7和第四透镜8均位于管壳1内部，且均由控温系统控制温度，具有良好的散热效果，可以适应不同温度的环境。

具体的实施例中，第一透镜5、第二透镜6、第三透镜7和第四透镜8均为非球面透镜，且镜片的两端面均镀有增透膜，能够有效减少光反射。

具体的实施例中，管壳1的两端分别设有中空结构的第一管壳尾管9和第二管壳尾管10，第一管壳尾管9远离管壳1的一端与接收端光纤组件3的一端连接，第二管壳尾管10远离管壳1的一端与发射端光纤组件4的一端连接。其中，第一管壳尾管9和第二管壳尾管10与管壳1一体设置。

具体的实施例中，第一管壳尾管9和第二管壳尾管10靠近管壳1的一端均嵌设有一个窗口片11，两个窗口片11分别与第一管壳尾管9和第二管壳尾管10采用SAC305焊料焊接。

窗口片11为蓝宝石材质，且窗口片11的两端面均镀有增透膜，能够有效减少光反射。蓝宝石玻璃片有光透过率高，力学性能好和耐高温的优点，起到保护内部元件和提高光信号的作用。

具体的实施例中，两个窗口片11所在平面与半导体光放大器的光轴之间的夹角为8°，窗口片11倾斜安装起到减少光反射的目的。

具体的实施例中，接收端光纤组件3和发射端光纤组件4均包括一个宝塔套12、一个钢针13、一个插芯14和一个光纤15，第一管壳尾管9和第二管壳尾管10远离管壳1的一端均固定连接有一个宝塔套12，每个宝塔套12内均嵌设有一个钢针13，每个钢针13内部均设有一个插芯14，每个插芯14内均穿置一个光纤15。其中插芯14为陶瓷材质，宝塔套12为金属材质，作用是保护光纤15。

具体的实施例中，两个插芯14靠近管壳1的一端均为斜面，斜面与光纤15轴向的夹角为6-10°，插芯14采用斜面结构可以减少光反射。

具体的实施例中，还包括两个橡胶尾套16，两个橡胶尾套16分别套设于两个宝塔套12外部，且包覆宝塔套12和钢针13，对宝塔套12和钢针13起到保护作用。

具体的实施例中，还包括管壳盖板17，管壳盖板17盖设于管壳1顶部，并与管壳1焊接。

具体的实施例中，还包括若干个管脚18，若干个管脚18对称设于管壳1两侧，管脚18用于与外部系统电连接。

各元件的安装方式为：管壳1与致冷器21采用铟锡焊料焊接固定，热沉22与致冷器21采用铟锡焊料焊接固定，过渡热沉23与热沉22采用SAC305焊接固定，热敏电阻25和芯片24均与过渡热沉23采用金锡焊料焊接固定，上述元件组合成耦合半成品。

光组件中，第二透镜6和第三透镜7通过光路耦合后采用紫外胶与热沉22固定，第一透镜5和第四透镜8通过耦合调整光谱后与热沉22焊接固定，两个窗口片11采用SAC305焊料分别与第一管壳尾管9、第二管壳尾管10焊接，第一管壳尾管9、第二管壳尾管10分别与接收端光纤组件3、发射端光纤组件4采用激光焊接固定，管壳盖板17通过平行封焊与管壳1固定密封。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：包括管壳(1)、半导体光放大器芯片组件(2)、接收端光纤组件(3)和发射端光纤组件(4)；所述管壳(1)内设有半导体光放大器芯片组件(2)，所述管壳(1)两端分别设有接收端光纤组件(3)和发射端光纤组件(4)，所述接收端光纤组件(3)和所述半导体光放大器芯片组件(2)之间依次设有第一透镜(5)和第二透镜(6)，所述半导体光放大器芯片组件(2)和所述发射端光纤组件(4)之间依次设有第三透镜(7)和第四透镜(8)；信号光通过所述接收端光纤组件(3)后经过第一透镜(5)准直，准直后的信号光从第二透镜(6)进入半导体光放大器芯片组件(2)，半导体光放大器芯片组件(2)将信号光放大后经第三透镜(7)准直，随后信号光从第四透镜(8)进入发射端光纤组件(4)。

2.如权利要求1所述的一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：所述半导体光放大器芯片组件(2)包括致冷器(21)、热沉(22)、过渡热沉(23)、芯片(24)、热敏电阻(25)，所述致冷器(21)与所述管壳(1)底部连接，所述热沉(22)与致冷器(21)远离管壳(1)底部的一端连接，所述第一透镜(5)、第二透镜(6)、过渡热沉(23)、第三透镜(7)和第四透镜(8)均设于热沉(22)远离致冷器(21)的一端；所述芯片(24)和热敏电阻(25)均设于过渡热沉(23)远离热沉(22)的一端。

3.如权利要求1所述的一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：所述第一透镜(5)、第二透镜(6)、第三透镜(7)和第四透镜(8)均为非球面透镜，且镜片的两端面均镀有增透膜。

4.如权利要求1所述的一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：所述管壳(1)的两端分别设有中空结构的第一管壳尾管(9)和第二管壳尾管(10)，所述第一管壳尾管(9)远离管壳(1)的一端与接收端光纤组件(3) 的一端连接，所述第二管壳尾管(10)远离管壳(1)的一端与发射端光纤组件(4)的一端连接。

5.如权利要求4所述的一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：所述第一管壳尾管(9)和第二管壳尾管(10)靠近管壳(1)的一端均嵌设有一个窗口片(11)。

6.如权利要求5所述的一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：两个所述窗口片(11)所在平面与半导体光放大器的光轴之间的夹角为8°。

7.如权利要求4所述的一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：所述接收端光纤组件(3)和发射端光纤组件(4)均包括一个宝塔套(12)、一个钢针(13)、一个插芯(14)和一个光纤(15)，所述第一管壳尾管(9)和第二管壳尾管(10)远离管壳(1)的一端均固定连接有一个宝塔套(12)，每个所述宝塔套(12)内均嵌设有一个钢针(13)，每个所述钢针(13)内均嵌设有一个插芯(14)，每个所述插芯(14)内均穿置一个光纤(15)。

8.如权利要求7所述的一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：两个所述插芯(14)靠近管壳(1)的一端均为斜面，所述斜面与光纤(15)轴向的夹角为6-10°。

9.如权利要求8所述的一种双透镜结构的半导体光放大器，其特征在于：还包括两个橡胶尾套(16)，两个所述橡胶尾套(16)分别套设于两个宝塔套(12)外部，且包覆宝塔套(12)和钢针(13)。

Images