RU2255363C1 - Optical receiver - Google Patents
Optical receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2255363C1 RU2255363C1 RU2003131232/28A RU2003131232A RU2255363C1 RU 2255363 C1 RU2255363 C1 RU 2255363C1 RU 2003131232/28 A RU2003131232/28 A RU 2003131232/28A RU 2003131232 A RU2003131232 A RU 2003131232A RU 2255363 C1 RU2255363 C1 RU 2255363C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- fiber
- receiving element
- light guide
- angle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для волоконно-оптических систем передачи информации (ВОСПИ), в частности к фотоприемным модулям, и может быть использовано для создания фотоприемных модулей с вводом излучения с помощью волоконного световода.The invention relates to devices for fiber-optic information transmission systems (FOSPI), in particular to photodetector modules, and can be used to create photodetector modules with radiation input using a fiber optic fiber.
При создании фотоприемных модулей для ВОСПИ особые требования накладываются на предельно низкий уровень отраженных обратно в волоконный световод части излучения, поступающей из линии ВОСПИ.When creating photodetector modules for VOSPI, special requirements are imposed on the extremely low level of the part of radiation coming back from the VOSPI line reflected back into the fiber waveguide.
Для снижения уровня отраженного сигнала фотоприемный элемент устанавливают перед волоконным световодом под некоторым углом так, чтобы отраженные от фотоприемного элемента лучи не попадали обратно в волоконный световод (см.DE №4445997, МКИ G 02 В 6/163, публ. 27.12.95). В таком устройстве фотоприемный элемент, закрепленный на промежуточной плате с выводами, располагают на поверхности платы-носителя (металлической или керамической).To reduce the level of the reflected signal, the photodetector is installed in front of the fiber optic fiber at an angle so that the rays reflected from the photodetector do not fall back into the fiber (see DE No. 4445997, MKI G 02
Недостатки данного устройства - невозможность создания планарной конструкции фотоприемного модуля для сверхскоростных ВОСПИ (свыше 2 ГГц) в малогабаритном исполнении. Фотоприемный элемент в такой конструкции размещается на плате перпендикулярно ее поверхности, в таких случаях приходится плату вместе с расположенным на ней фотоприемным элементом устанавливать перпендикулярно или почти перпендикулярно оси волоконного световода. Это приводит к возрастанию габаритных размеров фотоприемного модуля, к значительному усложнению процесса присоединения выводов к площадкам платы внутри корпуса.The disadvantages of this device are the impossibility of creating a planar design of a photodetector module for ultra-high-speed FOSP (over 2 GHz) in a small-sized version. In this design, the photodetector element is placed on the board perpendicular to its surface, in such cases it is necessary to install the board together with the photodetector element located on it perpendicularly or almost perpendicularly to the axis of the fiber. This leads to an increase in the overall dimensions of the photodetector module, to a significant complication of the process of attaching the leads to the board pads inside the case.
Эти недостатки частично устранены в устройстве для связи световодного волокна с оптическим компонентом (см. DE №4445997,МКИ G 02 6/163, публ.27.12.95 г.), в котором предложено устройство по меньшей мере одного световодного волокна с одним оптическим компонентом. При этом световодное волокно и оптический компонент расположены на противоположных сторонах оптически прозрачного держателя, а оптическая ось световодного волокна проходит параллельно этому держателю. В области оптической оси расположено устройство отклонения световых лучей, которое обеспечивает отклонение светового луча от световодного волокна к оптическому компоненту. Устройство отклонения световых лучей образовано юстировочной структрой световодного волокна.These disadvantages are partially eliminated in a device for coupling a fiber to an optical component (see DE No. 4445997, MKI G 02 6/163, publ. 27.12.95), which proposes a device for at least one fiber with one optical component . In this case, the light guide fiber and the optical component are located on opposite sides of the optically transparent holder, and the optical axis of the light guide fiber runs parallel to this holder. In the region of the optical axis there is a device for deflecting light rays, which provides a deviation of the light beam from the light guide fiber to the optical component. The device deflecting light rays is formed by the alignment structure of the light guide fiber.
Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- сложность получения высококачественного устройства отклонения световых лучей одним из способов ″мокрого″ или ″сухого″ травления, с заданным углом наклона;- the difficulty of obtaining a high-quality device deflecting light rays by one of the methods of “wet” or “dry” etching, with a given angle of inclination;
- отраженные от оптического компонента, в данном случае от фотоприемного элемента световые лучи могут частично вернуться в световодное волокно;- light rays reflected from the optical component, in this case from the photodetector element, can partially return to the light guide fiber;
- световые лучи, выходящие из световодного волокна и отразившись от устройства отклонения, падают на поверхность оптически прозрачного держателя, частично отражаются от его (держателя) поверхностей и возвращаются в световодное волокно;- light rays emerging from the light guide fiber and reflected from the deflection device fall onto the surface of the optically transparent holder, partially reflect from its (holder) surfaces and return to the light guide fiber;
- использование дополнительного прозрачного держателя увеличивает расстояние между торцем световодного волокна и оптическим компонентом, что либо приводит к существенному размытию светового пятна, образованного от исходящих из световодного волокна лучей на фотоприемном элементе, и потери части полезного сигнала, либо требуется увеличение размеров оптического компонента, что может привести к ухудшению характеристик, например увеличению электрической емкости оптического компонента.- the use of an additional transparent holder increases the distance between the end face of the light guide fiber and the optical component, which either leads to a significant blurring of the light spot formed from the rays emanating from the light guide fiber and the loss of part of the useful signal, or an increase in the size of the optical component is required, which may lead to poor performance, for example, an increase in the electrical capacitance of the optical component.
В другом устройстве связи и способа ввода излучения в оптическое волокно (см. ЕР №689071, МКИ G 02 В 6/42) предложены устройство ввода светового пучка, передаваемого по оптическому волокну, в электро-оптический элемент, например фотоприемник, гибридно-интегральная схема (ГИС), которая помещена в корпусе. Способ предусматривает удаление оболочки с волоконного световода, скалывание его под углом 45° и создание зеркала на торце волоконного световода. Зеркало отклоняет световой пучок в боковом направлении так, чтобы он выходил через оболочку волоконного световода. Зеркало может быть получено путем серебрения торца или нанесения на него диэлектрического покрытия.In another communication device and a method for introducing radiation into an optical fiber (see EP No. 689071, MKI G 02
В крышке корпуса, закрывающей электро-оптический элемент, выполнено окно, прозрачное в заданном спектральном диапазоне. Фиксация волоконного световода на верхней поверхности крышки произведена так, чтобы отражающий торец находился над окном, напротив электро-оптического элемента ГИС. Способ позволяет отказаться от использования наконечника волоконного световода, а также допускает проведение термообработки и контроля модуля ГИС перед присоединением волоконного световода.In the housing cover covering the electro-optical element, a window is made transparent in a given spectral range. The fiber optic was fixed on the upper surface of the lid so that the reflecting end was above the window, opposite the electro-optical element of the GIS. The method allows you to refuse to use the tip of the fiber, and also allows for heat treatment and control of the GIS module before attaching the fiber.
Недостатки данного устройства - наличие оптических отражений от границы раздела между оболочкой световода и воздухом, которые отражаются цилиндрической поверхностью оболочки обратно в сердцевину волоконного световода, а также относительная сложность нанесения отражающих покрытий на торец волоконного световода.The disadvantages of this device are the presence of optical reflections from the interface between the fiber sheath and the air, which are reflected by the cylindrical surface of the sheath back to the core of the fiber, as well as the relative complexity of applying reflective coatings to the end of the fiber.
Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в устранении причин отражения оптического сигнала обратно в сердцевину волоконного световода, а также в упрощении технологии изготовления косого среза торца волоконного световода.The invention consists in the following. The problem to which the claimed technical solution is directed is to eliminate the reasons for the reflection of the optical signal back to the core of the fiber, as well as to simplify the manufacturing technology of the oblique cut of the end of the fiber.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в оптическом приемном устройстве, включающем оптический приемный элемент, например фотодиод, волоконный световод, содержащий оболочку и сердцевину, с выходным торцем, имеющем вид косого среза, расположенным над оптическим приемным элементом и оптически состыкованным с оптическим приемным элементом, косой срез выходного торца волоконного световода выполнен под углом полного внутреннего отражения для границы раздела сердцевина волоконного световода - воздух, при этом между волоконным световодом и оптическим приемным элементом расположено прозрачное для оптического излучения вещество, показатель преломления которого равен или близок к показателю преломления оболочки волоконного световода, причем волоконный световод расположен таким образом над оптическим приемным элементом, чтобы выходящее из волоконного световода оптическое излучение падало на приемную поверхность оптического приемного элемента под углом, при котором отраженные от оптического приемного элемента лучи не попадали обратно в сердцевину волоконного световода.These technical results are achieved by the fact that in an optical receiving device including an optical receiving element, for example a photodiode, a fiber optic fiber containing a sheath and a core, with an output end having the form of an oblique cut located above the optical receiving element and optically connected to the optical receiving element, the oblique section of the output end of the fiber is made at an angle of total internal reflection for the interface between the core of the fiber - air, and between the fibers The optical fiber and the optical receiving element comprise a substance transparent to optical radiation, the refractive index of which is equal to or close to the refractive index of the sheath of the optical fiber, the optical fiber being positioned above the optical receiving element so that the optical radiation emerging from the optical fiber is incident on the receiving surface of the optical receiving element at an angle at which the rays reflected from the optical receiving element did not fall back into the core of the fiber fiber optic cable.
Оптический приемный элемент располагают планарно на плате, которую, в свою очередь, располагают внутри плоского корпуса планарно с ее выводами и волоконным световодом. Косой срез торца волоконного световода формируют одним из имеющихся в наличии способов (скалывание, шлифовка и полировка и др.), причем угол, под которым выполнен косой срез, выбирается из условий того, чтобы отраженный от оболочки волоконного световода луч выходного оптического сигнала не попадал обратно в сердцевину волоконного световода. Ввиду того, что этот угол равен или близок к углу полного внутреннего отражения на границе раздела сердцевина волоконного световода - воздух, необходимость нанесения отражающих покрытий отпадает. Для того чтобы устранить отражение от границ раздела оболочка волоконного световода - воздух и снизить отражение от оптического приемного элемента, между волоконным световодом и оптическим приемным элементом располагают прозрачное для оптического излучения вещество, показатель преломления которого равен или близок к показателю преломления оболочки волоконного световода.The optical receiving element is positioned planarly on the circuit board, which, in turn, is positioned planarly inside the flat case with its terminals and fiber optic fiber. The oblique cut of the end of the fiber is formed by one of the available methods (chipping, grinding and polishing, etc.), and the angle at which the oblique cut is made is selected so that the output optical signal beam reflected from the fiber optic sheath does not fall back into the core of the fiber. Due to the fact that this angle is equal to or close to the angle of total internal reflection at the interface between the core of the optical fiber and the air, there is no need to apply reflective coatings. In order to eliminate reflection from the fiber-optical fiber cladding interface — air and reduce reflection from the optical receiving element, a substance transparent to optical radiation is placed between the optical fiber and the optical receiving element, the refractive index of which is equal to or close to the refractive index of the optical fiber cladding.
Новым в заявляемом устройстве являются:New in the claimed device are:
- косой срез волоконного световода выполнен под углом, равным или близким к углу полного внутреннего отражения, что позволяет отказаться от использования дополнительных отражающих покрытий;- oblique section of the fiber is made at an angle equal to or close to the angle of total internal reflection, which eliminates the use of additional reflective coatings;
- для устранения отражений от границы раздела оболочка волоконного световода - воздух и уменьшения отражений от границы раздела воздух - материал оптического приемного элемента между волоконным световодом и оптическим приемным элементом располагают прозрачное оптическое вещество, например оптический клей;- to eliminate reflections from the interface between the fiber optic sheath — air and reduce reflections from the air — interface, a transparent optical material, for example optical glue, is placed between the optical fiber and the optical receiving element;
- для того чтобы излучение, выходящее из волоконного световода, падало на оптический приемный элемент под углом, волоконный световод с косым срезом торца повернут вокруг оси на угол, достаточный для того, чтобы лучи излучения, отраженные от оптического приемного элемента, не попадали в сердцевину волоконного световода.- in order for the radiation exiting from the optical fiber to fall onto the optical receiving element at an angle, the optical fiber with an oblique cut of the end face is turned around the axis by an angle sufficient so that the radiation rays reflected from the optical receiving element do not fall into the fiber core optical fiber.
Сущность технического решения поясняется графическими материалами, описанием и примером конкретного исполнения.The essence of the technical solution is illustrated by graphic materials, a description and an example of a specific implementation.
На фиг.1 представлен косой срез торца волоконного световода и ход лучей: S - падающий из сердцевины волоконного световода на косой срез; Re - отраженный от среза луч; Ro - отраженный от оболочки луч; Т- прошедший (полезный) луч; α - угол косого среза; β - угол между прошедшим лучом Т и нормалью No к оболочке волоконного световода; Nc- нормаль к косому срезу торца волоконного световода.Figure 1 shows the oblique cut of the end of the fiber and the path of the rays: S - incident from the core of the fiber to the oblique cut; Re is the beam reflected from the cut; Ro is the beam reflected from the shell; T - transmitted (useful) beam; α is the angle of oblique cut; β is the angle between the transmitted beam T and the normal N o to the cladding of the fiber; Nc is the normal to the oblique cut of the end of the fiber.
На фиг.2 показан общий вид устройства для частного случая, при котором приемная площадка оптического приемного элемента расположена на ближней от волоконного световода грани оптического приемного элемента.Figure 2 shows a General view of the device for a special case, in which the receiving platform of the optical receiving element is located on the edge of the optical receiving element closest to the fiber waveguide.
На фиг.3 показан общий вид устройства для другого частного случая, когда приемная площадка оптического приемного элемента расположена на его противоположной грани, при котором излучение достигает приемной площадки сквозь подложку оптического приемного элемента.Figure 3 shows a General view of the device for another special case, when the receiving area of the optical receiving element is located on its opposite side, in which the radiation reaches the receiving area through the substrate of the optical receiving element.
На фиг.4 представлены характеристики фотоприемного модуля с использованием технических решений.Figure 4 presents the characteristics of the photodetector module using technical solutions.
На фиг.1-4 приняты следующие обозначения:Figure 1-4 adopted the following notation:
1 - волоконный световод,1 - fiber light guide
2 - оболочка волоконного световода,2 - sheath of a fiber light guide,
3 - сердцевина волоконного световода,3 - the core of the optical fiber,
4 - косой срез торца волоконного световода,4 - oblique cut end of the fiber,
5 - оптическое приемное устройство,5 - optical receiving device,
6 - оптический приемный элемент,6 - optical receiving element,
7 - прозрачное вещество,7 - a transparent substance,
8 - приемная площадка оптического приемного элемента 6.8 - the receiving platform of the
Оптическое приемное устройство 6 содержит, например, одномодовый волоконный световод 1 из кварца, срезанный, например, под углом полного внутреннего отражения световедущей сердцевины волоконного световода 3. Оптический приемный элемент 6 выполнен из полупроводниковых соединений на основе кремния или арсенида галлия, или другого соединения. Оптически прозрачное вещество 7, например оптический клей, расположено между волоконным световодом 1 и оптическим приемным элементом 6, например фотодиодом.The
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Оптический сигнал S, поступающий из волоконной линии по сердцевине 3 волоконного световода 1, отражается от косого среза торца 4 волоконного световода 1 и, пройдя через оптическое прозрачное вещество 7, попадает на приемную поверхность 8 оптического приемного элемента 6, вызывая фототок в цепи оптического приемного элемента. Оптический сигнал не отражается от границы раздела ″оболочка 2 волоконного световода - оптическое прозрачное вещество 7″, т.е. Ro равно или близко к нулю, если их коэффициенты преломления выбраны равными или близкими по значению. Часть оптического сигнала отражается от оптического приемного элемента 6, если коэффициент преломления оптического приемного элемента больше, чем у оптически прозрачного вещества 7. Для устранения возможности возврата части оптического сигнала в сердцевину волоконного световода волоконный световод повернут вокруг его оси на угол φ, исключающий нормальное падение лучей на поверхность оптического приемного элемента.The optical signal S coming from the fiber line through the core 3 of the
Пример конкретного исполненияConcrete example
Предлагаемое устройство реализовано для создания фотоприемного модуля, в котором в качестве оптического приемного элемента использовался фотодиод на основе соединения индий-галлий-фосфор-мышьяк с размерами приемной площадки, равной 70 микрометров, одномодовый волоконный световод, оболочка и сердцевина которой изготовлены из кварца, торец у которого срезан и отполирован под углом 41°-43°, в качестве прозрачного оптического вещества использован оптический клей с показателем преломления n=1,516, а угол φ составлял 5...10 угловых градусов.The proposed device is implemented to create a photodetector module, in which a photodiode based on an indium-gallium-phosphorus-arsenic compound with a receiving area of 70 micrometers, a single-mode fiber optic fiber, the cladding and core of which is made of quartz, the end face is used as an optical receiving element which was cut and polished at an angle of 41 ° -43 °, optical glue with a refractive index of n = 1.516 was used as a transparent optical substance, and the angle φ was 5 ... 10 angular degrees.
Использование данного технического решения позволило существенно уменьшить величину обратно отраженного в волоконный световод сигнала, поступающего из волоконной линии, от -22 до - 45дБ (фиг.4).The use of this technical solution allowed to significantly reduce the value of the signal returning from the fiber line back-reflected into the fiber waveguide from -22 to - 45dB (Fig. 4).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003131232/28A RU2255363C1 (en) | 2003-10-23 | 2003-10-23 | Optical receiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003131232/28A RU2255363C1 (en) | 2003-10-23 | 2003-10-23 | Optical receiver |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2255363C1 true RU2255363C1 (en) | 2005-06-27 |
Family
ID=35836768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003131232/28A RU2255363C1 (en) | 2003-10-23 | 2003-10-23 | Optical receiver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2255363C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114815094A (en) * | 2022-05-25 | 2022-07-29 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | Method for coupling and aligning inclined optical fiber and detector chip |
-
2003
- 2003-10-23 RU RU2003131232/28A patent/RU2255363C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114815094A (en) * | 2022-05-25 | 2022-07-29 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | Method for coupling and aligning inclined optical fiber and detector chip |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2737030B2 (en) | Spatial filters for improving the polarization extinction ratio of proton exchange waveguide devices | |
US5390271A (en) | Optical interface for hybrid circuit | |
US5499309A (en) | Method of fabricating optical component including first and second optical waveguide chips having opposed inclined surfaces | |
US4343532A (en) | Dual directional wavelength demultiplexer | |
US8064745B2 (en) | Planar waveguide and optical fiber coupling | |
US8280207B2 (en) | Method and system for coupling optical signals into silicon optoelectronic chips | |
US7203390B2 (en) | Planar lightwave circuit package | |
US5497438A (en) | Optical transmission and reception module having coupled optical waveguide chips | |
JP3758526B2 (en) | Bidirectional optical communication device, bidirectional optical communication device, and bidirectional optical communication device assembling method | |
JP3399832B2 (en) | Two-way optical communication device and two-way optical communication device | |
US4739501A (en) | Optical multiplexer/demultiplexer | |
US5490227A (en) | Light receiving module for SCM transmission | |
US20120114293A1 (en) | Optical waveguide structure having angled mirror and lens | |
EP1454173B1 (en) | Focusing fiber optic | |
KR20040084494A (en) | Optical device using vertical photo detector | |
US6999661B2 (en) | Configuration for coupling optical signals of at least one optical data channel into and/or out of an optical waveguide | |
JP2000009968A (en) | Photodetecting module | |
JPH06331837A (en) | Optical device | |
WO2005036212A2 (en) | Photodetector/optical fiber apparatus with enhanced optical coupling efficiency and method for forming the same | |
US6892010B2 (en) | Photodetector/optical fiber apparatus with enhanced optical coupling efficiency and method for forming the same | |
RU2255363C1 (en) | Optical receiver | |
JP3642967B2 (en) | Optical communication device and bidirectional optical communication apparatus | |
JP2001264551A (en) | Optical waveguide for optical spectrometer whose incident aperture are integrally shaped | |
EP0559551A1 (en) | Optical coupler with high cross-talk rejection | |
JPH0821930A (en) | Light beam interface device for hybrid circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051024 |