CN203301489U

CN203301489U - 具有多路波长通道的光发射器件、光接收器件及光模块

Info

Publication number: CN203301489U
Application number: CN2013203976191U
Authority: CN
Inventors: 陈思乡
Original assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Current assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2023-07-05

Abstract

本实用新型公开了一种具有多路波长通道的光发射器件、光接收器件及光模块，设置有激光器组件、激光准直透镜组件/准直透镜、一体化的薄膜滤波片模块、聚焦耦合透镜/聚焦耦合透镜组件以及光电检测器组件；通过采用一体化的WDM模块代替传统分立的WDM膜片，对N个激光器发出的N条不同波长的光束进行汇聚，或者对光纤接入的包含有多种波长的光信号进行分离，在满足信号的多通道传输要求的同时，限制和减小了膜片间相对位置的改变，稳定了光路，可以有效减小由于光路随环境变化而导致的插入损耗。此外，通过在器件中引入光束位移棱镜，使得输入/输出光路可以位于器件的中心位置，解决了光路的偏移问题，使得器件封装变得更加简单方便。

Description

具有多路波长通道的光发射器件、光接收器件及光模块

技术领域

本实用新型属于光通信系统技术领域，具体地说，是涉及一种用于接收或者发射光信号的光接收器件和光发射器件以及光收/发一体模块。

背景技术

在高速数据通信领域中，对于发射速率要求在40Gbps以上、接收速率要求在100Gbps以上的光纤通信网络，为了确保数据能够长距离高速传输，其普遍采用的解决方案是将4路不同波长的光信号复用/解复用于单模光纤中进行传输。这样，每个波长通道的信号速率只需达到10/25Gbps（即发射速率在10Gbps以上、接收速率在25Gbps以上），即可满足40/100Gbps的信号传输速率。在一个40/100Gbps 的光信号收/发模块中，既包含有这样4路波长的光发射器件（或称组件）TOSA，同时也包含有这样4路波长的光接收器件（或称组件）ROSA。

目前，具有四路波长通道的光收/发器件（TOSA/ROSA）主要采用两种设计方案：

一种是基于平面光波导技术（PLC）的设计方案，即采用PLC型的阵列波导光栅（AWG）复用/解复用四个波长的光波信号，构成TOSA/ROSA；或者采用PLC型的光纤合成器Combiner复用四个波长的光波信号，构成TOSA。这种设计方案的缺点是：阵列波导光栅AWG具有较大的损耗和较差的温度稳定性，且通带宽度较窄；光纤合成器Combiner具有更大的物理损耗，因而容易导致光信号的输出功率降低。

另一种是基于薄膜滤波片技术（WDM）的设计方案，通常采用如图1、图2所示的结构设计方案。其中，图1为光发射器件TOSA的结构设计方案，主要包括基板170、聚焦耦合透镜110、反射镜120、WDM 组件130（在所述WDM组件130中包括4个波长膜片1301、1302、1303、1304，分别用于透射4种波长的光波信号）、准直透镜组件140以及激光器组件150等部分。其中，在激光器组件150中设置有4个激光器1501、1502、1503、1504，分别用于发射四种不同波长的激光光束。由激光器组件150发出的激光光束经由透镜140准直进入WDM组件130，并通过反射镜120反射汇聚成一条光束，通过透镜110聚焦后，耦合进入光纤。

对于光接收器件ROSA来说，参见图2所示，来自光纤的输入光束通过准直透镜180进入WDM组件130，并通过反射镜120多次反射后，分别射入WDM组件130的4个波长膜片1301、1302、1303、1304中，进而经由4个波长膜片1301、1302、1303、1304分离成4路不同波长的光束，通过聚焦透镜组件190分别聚焦到PD组件160中的四个PD光电检测器1601、1602、1603、1604上，通过PD光电检测器1601、1602、1603、1604将四路光信号转换成四路电信号，实现数据的接收。上述各个部件被固定在光接收器件ROSA的基板170上。

基于WDM技术的设计方案，其缺点是：输入和输出光束偏离光收/发器件的中心位置，从而给器件的装配带来不便。另外，由于WDM 组件130采用分立的WDM膜片进行设计，其与反射镜120的相对位置容易随温度和环境条件的改变而发生变化，进而使光收/发器件的性能变得不可靠。

发明内容

本实用新型为了提高光器件的性能，首先提出了一种采用一体化的WDM模块设计的具有多路波长通道的光发射器件，以使得光束的传输路径更加稳定、可靠。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种具有多路波长通道的光发射器件，包括激光器组件、激光准直透镜组件、一体化的薄膜滤波片模块以及聚焦耦合透镜；在所述激光器组件中设置有N个激光器，在所述激光准直透镜组件中设置有N个激光准直透镜，在所述薄膜滤波片模块中设置有一玻璃体，在所述玻璃体上设置有N个带通薄膜滤波片和一个反射膜片，所述N个带通薄膜滤波片与激光准直透镜相邻布设，所述反射膜片与聚焦耦合透镜相邻布设；通过N个激光器发射的N路不同波长的激光光束分别经由N个激光准直透镜对应射入所述的N个带通薄膜滤波片，并通过反射膜片反射汇聚成一束光束，经由聚焦耦合透镜聚焦后，耦合进入光纤中。

进一步的，所述N个带通薄膜滤波片具有对特定波长的入射光线透射而对其余波长的入射光线反射的特性，且每一个带通薄膜滤波片透射不同波长的光束，N个波长的间隔符合国际电信联盟ITU对粗波分复用和密集波分复用的规定。

为了使得光发射器件的封装操作变得更加简单方便，在所述聚焦耦合透镜与光纤之间还设置有光束位移棱镜，通过聚焦耦合透镜输出的光束射入光束位移棱镜，通过光束位移棱镜改变光束的传输路径至光发射器件安装光纤的位置，使光束垂直入射到光纤中。

优选的，所述光束位移棱镜为一玻璃棱镜，在所述玻璃棱镜的入射面和出射面上镀有减反射膜，玻璃棱镜的相对两个侧端面形成全内反射面。

仿照上述设计思想，本实用新型还提出了一种采用一体化的WDM模块设计的具有多路波长通道的光接收器件，包括光电检测器组件、聚焦耦合透镜组件、一体化的薄膜滤波片模块以及准直透镜；在所述光电检测器组件中设置有N个光电检测器，在所述聚焦耦合透镜组件中设置有N个聚焦耦合透镜，在所述薄膜滤波片模块中设置有一玻璃体，在所述玻璃体上设置有N个带通薄膜滤波片和一个反射膜片，所述N个带通薄膜滤波片与聚焦耦合透镜相邻布设，所述反射膜片与准直透镜相邻布设；通过光纤输入的光信号经由准直透镜射入薄膜滤波片模块，通过薄膜滤波片模块分成N路不同波长的光信号，一一对应地入射到N个聚焦耦合透镜中，通过聚焦耦合透镜分别耦合进入N个光电检测器，并转换生成电信号。

进一步的，所述N个带通薄膜滤波片具有对特定波长的入射光线透射而对其余波长的入射光线反射的特性，且每一个带通薄膜滤波片透射不同波长的光束，N个波长的间隔符合ITU对粗波分复用和密集波分复用的规定。

为了进一步简化光接收器件的封装操作，在所述光纤与准直透镜之间还设置有光束位移棱镜，通过光纤输入的光信号经由光束位移棱镜改变光信号的传输路径至准直透镜的安装位置，使光信号垂直入射准直透镜。

基于上述光发射器件和光接收器件，本实用新型还提出了一种光模块，即光收/发一体模块，包括光发射器件和光接收器件；其中，

在所述光发射器件中设置有激光器组件、激光准直透镜组件、一体化的薄膜滤波片模块以及聚焦耦合透镜；在所述激光器组件中设置有N个激光器，在所述激光准直透镜组件中设置有N个激光准直透镜，在所述薄膜滤波片模块中设置有一玻璃体，在所述玻璃体上设置有N个带通薄膜滤波片和一个反射膜片，所述N个带通薄膜滤波片与激光准直透镜相邻布设，所述反射膜片与聚焦耦合透镜相邻布设；通过N个激光器发射的N路不同波长的激光光束分别经由N个激光准直透镜对应射入所述的N个带通薄膜滤波片，并通过反射膜片反射汇聚成一束光束，经由聚焦耦合透镜聚焦后，耦合进入光纤中；

在所述光接收器件中设置有光电检测器组件、聚焦耦合透镜组件、一体化的薄膜滤波片模块以及准直透镜；在所述光电检测器组件中设置有N个光电检测器，在所述聚焦耦合透镜组件中设置有N个聚焦耦合透镜，在所述薄膜滤波片模块中设置有一玻璃体，在所述玻璃体上设置有N个带通薄膜滤波片和一个反射膜片，所述N个带通薄膜滤波片与聚焦耦合透镜相邻布设，所述反射膜片与准直透镜相邻布设；通过光纤输入的光信号经由准直透镜射入薄膜滤波片模块，通过薄膜滤波片模块分成N路不同波长的光信号，一一对应地入射到N个聚焦耦合透镜中，通过聚焦耦合透镜分别耦合进入N个光电检测器，并转换生成电信号。

优选的，所述N等于4，即形成具有4路波长通道的光收/发一体模块。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型采用一体化的WDM模块代替传统分立的WDM膜片设计光收/发器件，不仅限制和减小了膜片间相对位置的改变，稳定了光路，而且可以有效减小由于光路随环境变化而导致的插入损耗；

2、光束位移棱镜的引入，使得输入/输出光路可以位于光收/发器件的中心位置，这样不仅有效利用了空间，使得器件的封装体积变小，而且解决了光路的偏移问题，使得器件封装变得更加简单方便；

3、与传统的PLC技术方案相比，由于WDM膜片的损耗比PLC小得多，因此采用一体化的WDM模块可以减小光路损耗，提高光收/发器件的光输出功率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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而已，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它的附图。

图1是现有采用WDM技术设计的光发射器件的光路结构示意图；

图2是现有采用WDM技术设计的光接收器件的光路结构示意图；

图3是本实用新型所提出的光发射器件的第一种实施例的光路结构示意图；

图4是本实用新型所提出的光接收器件的第一种实施例的光路结构示意图；

图5是本实用新型所提出的光发射器件的第二种实施例的光路结构示意图；

图6是本实用新型所提出的光接收器件的第二种实施例的光路结构示意图；

图7是本实用新型所提出的光发射器件的第三种实施例的光路结构示意图；

图8是本实用新型所提出的光接收器件的第三种实施例的光路结构示意图；

图9是本实用新型所提出的光发射器件的第四种实施例的光路结构示意图；

图10是本实用新型所提出的光接收器件的第四种实施例的光路结构示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本实用新型技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作详细地说明。

本实施例为了解决传统的光收/发器件由于采用分立的WDM膜片进行设计，而WDM膜片与反射镜之间的相对位置又容易随温度和环境条件的改变而发生变化，进而导致光收/发器件的性能不可靠的问题，提出了一种采用一体化的WDM模块设计的光发射器件和光接收器件，以提高光束传输路径的稳定性和可靠性。

下面通过一个具体的实施例分别对所述的光发射器件和光接收器件的具体组建结构进行详细地阐述。

首先，介绍光发射器件的具体组建结构，参见图3所示，主要包括激光器组件350、激光准直透镜组件340、一体化的薄膜滤波片模块（即WDM模块）330和聚焦耦合透镜320等部分。其中，在所述的激光器组件350中设置有N个激光器，本实施例以N=4为例进行说明，即在所述的光发射器件中设置有4路波长通道，通过4个激光器3501、3502、3503、3504发出4路不同波长的激光光束，射入激光准直透镜组件340中。为了对每一个激光器3501、3502、3503、3504发出的激光光束进行准直处理，本实施例在所述的激光准直透镜组件340中设置了与激光器相同个数的激光准直透镜，即也为N个，仍以N=4为例进行说明。不同激光器发出的激光光束对应射入不同的激光准直透镜，通过4个激光准直透镜对4路不同波长的激光光束进行准直处理后，射入薄膜滤波片模块330。

本实施例的薄膜滤波片模块330为一体式结构，包括一个玻璃体3301、N个带通薄膜滤波片（TFF膜片）3302和一个反射膜片3303，参见图3所示。所述TFF膜片3302的个数与激光器的个数相同，仍以N=4为例进行说明。在本实施例中，所述的4个TFF膜片3302均具有对特定波长的入射光线透射而对其余波长的入射光线反射的特性，每一个TFF膜片3302透射不同波长的光束，例如分别透射1271nn、1291nm、1311nm、1331nm四种波长的光束，且各个波长之间的间隔应符合国际电信联盟（ITU）对粗波分复用和密集波分复用的规定。

在玻璃体3301的入射面和出射面上分别镀有减反射膜，将所述的TFF膜片3302布设在玻璃体3301上与激光准直透镜组件340相邻的位置处，参见图3所示，将反射膜片3303布设在玻璃体3301上与聚焦耦合透镜320相邻的位置处。所述反射膜片3303是一种在指定区域内镀有高反射膜的反射镜。

通过4个激光器3501、3502、3503、3504发射的4路不同波长的激光光束，分别经由4个激光准直透镜准直入射到4个TFF膜片3302中，每一个TFF膜片3302对其中一种波长的光束进行透射，并对其余波长的光束进行反射。通过4个TFF膜片3302透射到玻璃体3301中的4路不同波长的光束，通过反射膜片3303反射后，汇聚成一束光束，射向聚焦耦合透镜320，经由聚焦耦合透镜320聚焦后，耦合进入光纤中，完成TOSA功能。

由于光纤在光发射器件上的安装位置一般是位于器件的中间位置，为了使通过聚焦耦合透镜320聚焦发出的光束垂直入射到光纤中，本实施例在光发射器件中还设置了光束位移棱镜310，参见图3所示，用于改变光束的传输路径，使通过聚焦耦合透镜320发出的光束垂直耦合进入光纤中，以提高器件的光传输功率。

在本实施例中，所述光束位移棱镜310优选采用一个玻璃棱镜制成，在所述玻璃棱镜的入射面和出射面上分别镀有减反射膜，将玻璃棱镜的相对两个侧端面（例如上下两个侧端面）进行抛光处理，以形成全内反射面，实现对入射光束传输路径的改变。

为了方便各部件的固定，在所述光发射器件中还设置有基板170，如图3所示，上述的激光器组件350、激光准直透镜组件340、薄膜滤波片模块330、聚焦耦合透镜320以及光束位移棱镜310均固设在所述的基板170上。

接下来，介绍光接收器件的具体组建结构，参见图4所示，主要包括光电检测器组件360、聚焦耦合透镜组件345、一体化的薄膜滤波片模块330以及准直透镜325等部分。为了提高接收速率，本实施例在所述的光电检测器组件360中设置有N个光电检测器，本实施例仍以N=4为例进行说明，即在所述的光接收器件中设置有4路波长通道，通过4个光电检测器3601、3602、3603、3604分别接收4路不同波长的光信号，进而转换成4路电信号，实现对数据的高速接收。

在所述聚焦耦合透镜组件345中设置有与光电检测器相同个数的聚焦耦合透镜，即也为N个，仍以N=4为例进行说明。将薄膜滤波片模块330设置在聚焦耦合透镜组件345与准直透镜325之间，所述薄膜滤波片模块330与图3中的薄膜滤波片模块结构相同，且N个带通薄膜滤波片3302布设在玻璃体3301上与聚焦耦合透镜组件345相邻的位置处，反射膜片3303布设在玻璃体3301上与准直透镜325相邻的位置处，参见图4所示。

通过光纤输入的光信号（含有4个波长的光信号）经由准直透镜325准直后，射入薄膜滤波片模块330中。所述光信号首先射向第一个TFF膜片，对于光信号中波长与第一个TFF膜片的透射波长一致的光束通过第一个TFF膜片透射出来，射向聚焦耦合透镜组件345中的第一个聚焦耦合透镜，其余波长的光束反射到反射膜片3303的反射面上，进而通过反射膜片3303反射到第二个TFF膜片上。所述第二个TFF膜片对光信号中波长与第二个TFF膜片的透射波长一致的光束进行透射，射向聚焦耦合透镜组件345中的第二个聚焦耦合透镜，其余波长的光束反射到反射膜片3303上，进而通过反射膜片3303反射到第三个TFF膜片上。以此类推，包含有4个波长的光信号在四个TFF膜片3302和反射膜片3303的透射和反射作用下，分离成4路不同波长的光束，通过四个TFF膜片3302分别透射输出至四个聚焦耦合透镜，进而经由4个聚焦耦合透镜聚焦后，对应耦合进入4个光电检测器3601~3604，以转换成4路电信号，传输至后级的电路板，由此便完成了ROSA功能。

同样的，为了缩小光接收器件的体积，解决光路的偏移问题，使得器件封装变得更加简单方便，本实施例在所述的光接收器件中也设置了光束位移棱镜310，如图4所示。所述光束位移棱镜310的结构与图3中的光束位移棱镜的结构相同，布设在光纤与准直透镜325之间，通过光纤输入的光信号沿光接收器件的中心位置传输，经由光束位移棱镜310对其传输路径进行改变后，射向准直透镜325的安装位置，进而使光信号能够垂直入射到准直透镜325中，以提高光信号的传输功率。

在所述的光接收器件中同样设置有基板170，如图4所示，用于固定上述的光电检测器组件360、聚焦耦合透镜组件345、一体化的薄膜滤波片模块330、准直透镜325以及光束位移棱镜310。

图5、图7和图9分别图示了另外三种基于一体化的薄膜滤波片模块设计的光发射器件，光路结构与上述图3所示的光发射器件完全相同，区别仅在于薄膜滤波片模块中反射膜片与TFF膜片的相对位置上，即：图5中的反射膜片4303与TFF膜片4302均设置在玻璃体4301靠中间的位置处，膜片之间的距离较近；图7中的反射膜片5303设置在玻璃体5301靠中间的位置处，而TFF膜片5302设置在玻璃体5301靠右侧端面的位置处；图9中的反射膜片6303设置在玻璃体6301靠左侧端面的位置处，而TFF膜片6302设置在玻璃体6301靠中间的位置处。

同理，图6、图8和图10分别图示了另外三种基于一体化的薄膜滤波片模块设计的光接收器件，光路结构与上述图4所示的光接收器件完全相同，区别仅在于薄膜滤波片模块中反射膜片与TFF膜片的相对位置上，即：图6中的反射膜片4303与TFF膜片4302均设置在玻璃体4301靠中间的位置处，膜片之间的距离较近；图8中的反射膜片5303设置在玻璃体5301靠中间的位置处，而TFF膜片5302设置在玻璃体5301靠右侧端面的位置处；图10中的反射膜片6303设置在玻璃体6301靠左侧端面的位置处，而TFF膜片6302设置在玻璃体6301靠中间的位置处。

本实施例对另外三种实施例的光接收器件和光发射器件的光路组建结构以及工作原理可以参照本实施例对图3、图4的相关描述，本实施例在此不再展开说明。

将本实施例所提出的光接收器件和光发射器件集成设计在一起，即可形成一个光收/发一体模块，为光信号的传输提供4路（也可以是其他任意数量）波长通道，满足40/100Gbps高速率数据通信的接入网设计要求。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种具有多路波长通道的光发射器件，其特征在于：设置有激光器组件、激光准直透镜组件、一体化的薄膜滤波片模块以及聚焦耦合透镜；在所述激光器组件中设置有N个激光器，在所述激光准直透镜组件中设置有N个激光准直透镜，在所述薄膜滤波片模块中设置有一玻璃体，在所述玻璃体上设置有N个带通薄膜滤波片和一个反射膜片，所述N个带通薄膜滤波片与激光准直透镜相邻布设，所述反射膜片与聚焦耦合透镜相邻布设；通过N个激光器发射的N路不同波长的激光光束分别经由N个激光准直透镜对应射入所述的N个带通薄膜滤波片，并通过反射膜片反射汇聚成一束光束，经由聚焦耦合透镜聚焦后，耦合进入光纤中。

2.根据权利要求1所述的具有多路波长通道的光发射器件，其特征在于：所述N个带通薄膜滤波片具有对特定波长的入射光线透射而对其余波长的入射光线反射的特性，且每一个带通薄膜滤波片透射不同波长的光束，N个波长的间隔符合ITU对粗波分复用和密集波分复用的规定。

3.根据权利要求1或2所述的具有多路波长通道的光发射器件，其特征在于：在所述聚焦耦合透镜与光纤之间还设置有光束位移棱镜，通过聚焦耦合透镜输出的光束射入光束位移棱镜，通过光束位移棱镜改变光束的传输路径至光发射器件安装光纤的位置，使光束垂直入射到光纤中。

4.根据权利要求3所述的具有多路波长通道的光发射器件，其特征在于：所述光束位移棱镜为一玻璃棱镜，在所述玻璃棱镜的入射面和出射面上镀有减反射膜，玻璃棱镜的相对两个侧端面形成全内反射面。

5.一种具有多路波长通道的光接收器件，其特征在于：设置有光电检测器组件、聚焦耦合透镜组件、一体化的薄膜滤波片模块以及准直透镜；在所述光电检测器组件中设置有N个光电检测器，在所述聚焦耦合透镜组件中设置有N个聚焦耦合透镜，在所述薄膜滤波片模块中设置有一玻璃体，在所述玻璃体上设置有N个带通薄膜滤波片和一个反射膜片，所述N个带通薄膜滤波片与聚焦耦合透镜相邻布设，所述反射膜片与准直透镜相邻布设；通过光纤输入的光信号经由准直透镜射入薄膜滤波片模块，通过薄膜滤波片模块分成N路不同波长的光信号，一一对应地入射到N个聚焦耦合透镜中，通过聚焦耦合透镜分别耦合进入N个光电检测器，并转换生成电信号。

6.根据权利要求5所述的具有多路波长通道的光接收器件，其特征在于：所述N个带通薄膜滤波片具有对特定波长的入射光线透射而对其余波长的入射光线反射的特性，且每一个带通薄膜滤波片透射不同波长的光束，N个波长的间隔符合ITU对粗波分复用和密集波分复用的规定。

7.根据权利要求5或6所述的具有多路波长通道的光接收器件，其特征在于：在所述光纤与准直透镜之间还设置有光束位移棱镜，通过光纤输入的光信号经由光束位移棱镜改变光信号的传输路径至准直透镜的安装位置，使光信号垂直入射准直透镜。

8.根据权利要求7所述的具有多路波长通道的光接收器件，其特征在于：所述光束位移棱镜为一玻璃棱镜，在所述玻璃棱镜的入射面和出射面上镀有减反射膜，玻璃棱镜的相对两个侧端面形成全内反射面。

9.一种光模块，其特征在于：设置有如权利要求1至4中任一项权利要求所述的具有多路波长通道的光发射器件以及如权利要求5至8中任一项权利要求所述的具有多路波长通道的光接收器件。

10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于：所述N等于4。