CN2716853Y - 单纤双向收发合一器件 - Google Patents

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李传文
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Abstract

本实用新型公开了一种单纤双向收发合一器件，涉及一种光纤通讯用有源光电子器件。本实用新型包括主体0、光纤插针1、激光器2、探测器3；在光纤插针1与激光器2/探测器3之间加入透镜5；透镜5或为C透镜、或为渐变折射率透镜；透镜5的材料或为LASFN9玻璃，或为BK7玻璃，或为SF6玻璃，或为SF11玻璃；透镜5的外形或为圆柱形，或为方柱形；透镜5的一端面为球面，另一端面为斜面，其中斜面与垂直方向夹角为4°－6°，两端面上均镀增透膜；光纤插针1的端面为斜面，其中斜面与垂直方向夹角为6°－10°。本实用新型通过设计适当的透镜参数，增加激光器2、探测器3与光学零件的工作距离，改善光束质量，提高耦合效率，同时保证器件整体的回损指标。

Description

单纤双向收发合一器件
技术领域
本实用新型涉及一种光纤通讯用有源光电子器件。该器件将通讯信号的发射和接收组件集成在一起，并且通过一根光纤传输几种不同波长的光信号。
背景技术
随着人们对通信带宽需求的日益增长，以光纤为传输介质的通信系统已经成为高速大容量通信系统的首选；作为信号发射源和接收器的有源光电子器件是整个系统中不可缺少的关键部件。光纤接入网络中大量应用单纤双向器件，而且随着高速率、多通道单纤双向器件的出现，对有源器件与光纤的耦合提出了更高的要求。这种器件在结构设计时要求器件与光纤插针之间有较长的工作距离，以便放置光学滤波片、光学透镜等其它光学零部件，同时还要保证很高的耦合效率。
目前，在单纤双向器件的耦合光路设计上一般有两种方法：
一种方法是改变TO-CAN(晶体管外形封装)激光器/探测器上的光窗形式，增加TO-CAN与光纤插针端面之间的工作距离，如激光器光窗形式采用长焦距非球透镜或采用平窗加非球透镜。此结构的缺点是：在研制多通道单纤双向器件时工作距离还不够，而且对于激光器发射功率要求不高的器件，采用特殊透镜TO-CAN封装的激光器价格昂贵。
另一种方法是在激光器/探测器TO-CAN与光纤插针端面之间引入额外的球透镜，以增加工作距离。但引入球透镜有些弊端：若光纤插针端面为平面，虽可保证光路与光轴平行，但整个器件回损指标不够好，参见美国专利(US5,127,075)；若光纤插针端面采用斜面，回损指标虽然很好，但从光纤插针出射的斜光束经球透镜后会偏离主轴，导致成像质量很差，且斜光束对后面的装配工艺非常不利，耦合效率很差，参见美国专利(US 6,493,121 B1)。可见，在加入球透镜时，要同时保证良好的耦合效率和提高回损指标是不容易实现的。
发明内容
本实用新型的目的就在于解决现有技术存在着的上述问题，设计一种具有新的光路结构的单纤双向收发合一器件。
本实用新型的目的是这样实现的：在光纤插针1与激光器2/探测器3之间加入透镜5，通过设计适当的透镜参数，不仅增加激光器2/探测器3与光学零件的工作距离，改善光束质量，提高耦合效率，而且能提高器件整体的回损指标。
本实用新型的技术方案及原理：
一、如图1，图2所示。在光纤插针1与激光器2/探测器3之间加入透镜5，用成像的方法将从光纤插针1出射的光信号聚焦到接收探测器3的光敏面上；同时发射激光器2出射的光束通过透镜5二次聚焦，耦合到光纤插针1。通过合理设计透镜5，优化光纤插针1经透镜5成像后的数值孔径，除了能使激光器2/探测器3与光纤插针1之间有较大的工作距离外，还可同时兼顾激光器2/探测器3的高耦合效率。在图1、图2中，透镜5靠近光纤插针1的一面设计成与垂直方向有一定倾角，可以校正由于光纤插针1的斜端面导致的光束倾斜，增加了整个器件装配的冗余度，同时保证整个器件的回损指标。
二、如图3所示。耦合光纤1与探测器3之间加入光学透镜5，将光纤插针1出射的光准直后再次聚焦，达到耦合目的。采用此方法的优点是经透镜5出射的准直光很容易与探测器3耦合，并且能保证在很大的纵向距离内保持较高的耦合效率，提高了纵向的耦合容差，可使器件的定位更加方便、灵活，提高器件耦合封装的工作效率。图3中，透镜5靠近探测器3的一面设计成与垂直方向有一定倾角，使得经过光学透镜5的光束主轴与光纤插针1的几何轴线平行，弥补了由于光纤插针1端面角度带来的光束的偏折，增加了整个器件装配的冗余度，同时保证整个器件的回损指标。
本实用新型中使用的光学透镜5或为C透镜(C-Lens)，或为渐变折射率透镜(G-Lens)。
透镜5的材料或为LASFN9玻璃，或为BK7玻璃，或为SF6玻璃，或为SF11玻璃；
其外形或为圆柱形，或为方柱形；对于各种柱形，一端面为球面，另一端面为斜面。
为了减小透镜5端面非涅耳反射造成光信号的损失，在透镜5两端面上镀有增透膜，波长针对不同的具体应用。
本实用新型为了提高回损指标，光纤插针1端面为斜面，其中斜面与垂直方向夹角为6°-10°。为了使出光光束主轴与透镜5的光轴平行，透镜5的斜面与垂直方向夹角为4°-6°。
本实用新型具有以下优点和积极效果：
1、在光路中用透镜5作为光学耦合部件，通过设计透镜5的材料、长度、斜面与垂直方向之间的夹角，可以校正由于光纤插针1端面的倾斜导致的光束倾斜，改善光束质量，提高耦合装配的冗余度，同时保证整个器件的回损指标；
2、在光路中用透镜5作为光学耦合部件，通过设计透镜5的长度、材料和曲面的曲率半径可以很方便的改变透镜与光纤插针1之间的工作距离；
3、在光路中用光学透镜5作为光学耦合部件，通过设计透镜5的长度、材料和曲面的曲率半径可以很方便的改变透镜5与其他光电子部件之间的工作距离。
附图说明
图1-基于透镜二次成像的激光器与光纤插针耦合原理图一；
图2-基于透镜二次成像的探测器与光纤插针耦合原理图二；
图3-基于透镜准直光束的探测器与光纤插针耦合原理图；
图4-基于透镜二次成像的双通道单纤双向器件耦合示意图；
图5-基于透镜二次成像的三通道单纤双向器件耦合示意图；
图6-基于透镜准直光束的新型三通道单纤双向器件耦合示意图。
其中：
0-主体；
1-光纤插针；
2-激光器；
3-探测器，包括第一探测器3a、第二探测器3b；
4-滤波片，包括第一滤波片4a、第二滤波片4b、第三滤波片4c；
5-透镜，包括C透镜(C-Lens)、渐变折射率透镜(G-Lens)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明。
实施例一，如图4所示。
与光纤插针1及透镜5同轴的是TO-CAN激光器2，与光纤插针1垂直的是接收用探测器3；滤波片4倾斜45度置于激光器2和透镜5之间；
该器件的光路是：从光纤插针1出射的光经过透镜5，遇到倾斜45度的滤波片4，全反射或部分反射至探测器3；激光器2出射的光透过倾斜45度的滤波片4，经过透镜5进入光纤插针1。
实施例二，如图5所示。
与光纤插针1及透镜5同轴的是TO-CAN激光器2，在轴线的两侧并与光纤插针1垂直的分别是接收用的第一探测器3a和第二探测器3b；第一滤波片4a、第二滤波片4b分别倾斜正向45度、反向45度置于激光器2和透镜5之间；
该器件的光路是：从光纤插针1出射的光经过透镜5，遇到正向倾斜45度的第一滤波片4a部分反射进入第一探测器3a，部分透过第一滤波片4a，遇到反向倾斜45度的第二滤波片4b，部分或者全部反射进入第二探测器3b；激光器2出射的光透过第二滤波片4b和第一滤波片4a，经过透镜5进入光纤插针1。
实施例三，如图6所示。
与光纤插针1及透镜5垂直的是TO-CAN激光器2和接收用第一探测器3a、第二探测器3b，并且三者在同一侧并列；在透镜5和光纤插针1之间可以放置一个正倾斜45度的第一滤波片4a，以缩小整个器件的体积。在透镜5右边，依次放置正向倾斜45度的第二滤波片4b和第三滤波片4c；
该器件的光路是：从光纤插针1出射的光透过倾斜45度的第一滤波片4a，经过透镜5准直，遇到倾斜45度的第二滤波片4b，部分反射进入第一探测器3a，部分透过并遇到倾斜45度的第三滤波片4c，反射进入第二探测器3b；激光器2出射的光遇到倾斜45度的第一滤波片4a，反射进入光纤插针1。
三个实例中光遇到滤波片4部分反射或者全部反射依据器件实际使用中光波长而定。

Claims (4)

1、一种单纤双向收发合一器件，包括主体(0)、光纤插针(1)、激光器(2)、探测器(3)；
其特征在于：在光纤插针(1)与激光器(2)/探测器(3)之间加入透镜(5)；
透镜(5)或为C透镜、或为渐变折射率透镜；
透镜(5)的材料或为LASFN9玻璃，或为BK7玻璃，或为SF6玻璃，或为SF11玻璃；
透镜(5)的外形或为圆柱形，或为方柱形；
对于各种柱形的透镜(5)，一端面为球面，另一端面为斜面；斜面与垂直方向夹角为4°-6°；两端面上均镀有增透膜；
光纤插针(1)的端面为斜面，其中斜面与垂直方向夹角为6°-10°。
2、按权利要求1所述的一种单纤双向收发合一器件，其特征在于：
与光纤插针(1)及透镜(5)同轴的是TO-CAN激光器(2)，与光纤插针(1)垂直的是接收用探测器(3)；第一滤波片(4)正倾斜45度置于激光器(2)和透镜(5)之间。
3、按权利要求1所述的一种单纤双向收发合一器件，其特征在于：
与光纤插针(1)及透镜(5)同轴的是TO-CAN激光器(2)，在轴线的两侧并与光纤插针(1)垂直的是接收用的第一探测器(3a)和第二探测器(3b)；第一滤波片(4a)、第二滤波片(4b)分别倾斜正向45度、反向45度置于激光器(2)和透镜(5)之间。
4、按权利要求1所述的一种单纤双向收发合一器件，其特征在于：
与光纤插针(1)及透镜(5)垂直的是TO-CAN激光器(2)和接收用第一探测器(3a)、第二探测器(3b)，并且三者在同一侧并列；在透镜(5)和光纤插针(1)之间可以放置一个正向倾斜45度的第一滤波片(4a)；在透镜5右边，依次放置正向倾斜45度的第二滤波片(4b)和第二滤波片(4c)。
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