CN218272814U - 一种长距离传输单纤双向光器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种长距离传输单纤双向光器件，包括发射光器件和接收光器件，所述发射光器件包括激光器和第一热电冷却器，激光器设置于第一热电冷却器，所述接收光器件包括半导体光放大器，用于对接收光信号进行信号放大。接收光器件还包括第二热电冷却器，半导体光放大器设置于第二热电冷却器，第二热电冷却器设置于第一热电冷却器。本实用新型通过半导体光放大器的设置，可以对接收信号进行放大，继而可以实现长距离传输。两个热电冷却器上下叠层设计，可以减小热电冷却器的横向空间占用，并节省第二热电冷却器的功耗。

Description

一种长距离传输单纤双向光器件

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及一种长距离传输单纤双向光器件。

背景技术

光模块产品的主要部件是光器件，大类分为发射器件和接收器件，对于单纤双向光器件，是将发射端和接收端封装在同一个BOX光器件内，随着对传输速率和传输距离、以及功耗的更高要求，传统的单纤双向光器件不能满足应用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种长距离传输单纤双向光器件，以实现长距离传输，并降低功耗。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种长距离传输单纤双向光器件，包括发射光器件和接收光器件，所述发射光器件包括激光器和第一热电冷却器，激光器设置于第一热电冷却器，所述接收光器件包括半导体光放大器，用于对接收光信号进行信号放大。

本方案中，通过半导体光放大器的设置，可以对接收光信号进行放大，继而可以实现长距离传输，传输距离可达80km以上。

进一步优化的方案中，所述接收光器件还包括第二热电冷却器，半导体光放大器设置于第二热电冷却器，第二热电冷却器设置于第一热电冷却器。

本方案中，通过设置第二热电冷却器，可以对半导体光放大器进行散热，延长半导体光放大器的使用寿命。另外，两个热电冷却器上下叠层设计，既可以减小热电冷却器的横向空间占用，又可以节省第二热电冷却器的功耗。

更优化的实施方案中，所述激光器为EML激光器。

更优化的实施方案中，所述发射光器件还包括透镜四，激光器发射的光信号经过透镜四透射后输出。

更优化的实施方案中，所述发射光器件还包括发射端隔离器，所述发射端隔离器设置于发射光路中透镜四的前方。发射端隔离器只允许光单向通过，即只允许激光器发出的光从发射端隔离器通过，不允许光进入激光器，以避免反射光进入激光器而影响传输质量。

更优化的实施方案中，所述接收光器件还包括透镜一，所述透镜一设置于接收光路中半导体光放大器的前方，接收光信号经过透镜一透射后入射至半导体光放大器。

更优化的实施方案中，所述接收光器件还包括透镜二，所述透镜二设置于接收光路中半导体光放大器的后方，半导体光放大器输出的光信号入射至透镜二。

更优化的实施方案中，所述接收光器件还包括2°滤波片，所述2°滤波片设置于接收光路中透镜二的后方，透镜二输出的光信号入射至2°滤波片。本方案中采用2°滤波片可以可靠地保障滤除SOA的自发光，避免影响接收端的灵敏度。

更优化的实施方案中，所述接收光器件还包括透镜三，所述透镜三设置于接收光路中2°滤波片的后方，经2°滤波片滤波后的光信号输入至透镜三。

更优化的实施方案中，所述接收光器件还包括接收端隔离器，所述接收端隔离器设置于接收光路中透镜一的前方。接收端隔离器可以防止SOA自发光耦合到光纤，只允许从光纤出来的光进入SOA，继而保障光信号传输质量。

更优化的实施方案中，还包括分光棱镜，分光棱镜的不同位置设置有增透膜片、13.5°滤波片和反射片，实现通过同一接口完成光信号的接收与发射。本方案中，通过分光棱镜的设置，不仅实现了将发射光路与接收光路区分开，继而实现在一个器件中同时实现光信号的接收与发送，继而减小整体尺寸，而且实现了接收光路与发射光路相互平行，而不是呈垂直状态，继而可以进一步减小光模块的整体尺寸。

一种方案下，发射端的光信号经过增透膜片透射后，入射至分光棱镜的反射面，经分光棱镜的反射面反射至反射片，经反射片反射后入射至13.5°滤波片，经13.5°滤波片反射至分光棱镜的透射面，经透射面透射后输出；接收的光信号经分光棱镜的透射面透射后入射至13.5°滤波片，经13.5°滤波片透射后被接收光器件所接收。

另一种方案下，接收的光信号经过分光棱镜的透射面透射后，入射至13.5°滤波片，经13.5°滤波片反射至反射片，经反射片反射后入射至分光棱镜的反射面，经分光棱镜的反射面反射后入射至增透膜片，经增透膜片透射后被接收光器件所接收；发射端的光信号经13.5°滤波片，经13.5°滤波片透射后入射至分光棱镜的透射面，经分光棱镜的透射面透射后输出。

在更优化的方案中，所述发射光器件和接收光器件封装成一个整体。

传统的设计是，发射激光器和接收探测器各自封装成一个组件，然后再把这两个组件组装一起，只有发射芯片和接收芯片是气密的，例如透镜等其他光学件都是非气密的。而上述方案中，不仅是发射芯片和接收芯片一起封装成一个组件，而且包括透镜等光学件在内的发射光器件和接收光器件封装成一个器件，不仅可以进一步降低整体设备的尺寸，而且还可以保护透镜等其他光器件不被容易气化的物质污染。

与现有技术相比，本实用新型通过半导体光放大器的设置，可以对接收信号进行放大，继而可以实现长距离传输。两个热电冷却器上下叠层设计，可以减小热电冷却器的横向空间占用，并保持第二热电冷却器的功耗不变。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为实施例中长距离传输单纤双向光器件的立体结构示意图。

图2为实施例中TEC1与TEC2之间的布置示意图。

图3为实施例中长距离传输单纤双向光器件的俯视图。

图4为实施例中长距离传输单纤双向光器件的主视图。

图5为实施例中长距离传输单纤双向光器件的光路图。

图6为实施例中长距离传输单纤双向光器件的外形图（无上盖）。

图中标记：11-TEC1；12-TEC2；13-EML激光器；14-透镜四；15-直角棱镜；16-透镜三；17-2°滤波片；18-透镜二；19-光放大器；20-透镜一；21-平移棱镜；22-接收端隔离器；23-13.5°滤波片；24-反射片；25-增透膜片；26-发射端隔离器；27-分光棱镜；28-接口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

请参阅图1-图4，本实施例中提供的长距离传输单纤双向光器件，包括发射光器件和接收光器件，发射光器件包括激光器和第一热电冷却器，激光器设置于第一热电冷却器，接收光器件包括半导体光放大器19（SOA）和第二热电冷却器TEC2 12，半导体光放大器19设置于第二热电冷却器TEC2 12，第二热电冷却器TEC2 12设置于第一热电冷却器TEC1 11。

激光器优选采用EML激光器13。半导体光放大器19用于对接收光信号进行信号放大，使得光器件可以满足更长距离的传输需求。

如图2和图4所示，半导体光放大器19设置于第二热电冷却器TEC2 12上，第二热电冷却器TEC2 12设置于第一热电冷却器TEC1 11上，即第二热电冷却器TEC2 12与第一热电冷却器TEC1 11进行重叠设置，不仅可以减小第二热电冷却器在横向空间的占用，使得整个光器件的长度减小，而且即使在激光器与半导体光放大器19之间温度差高达15℃的情况下也可以维持第二热电冷却器的功耗不变。

具体地，TEC的功耗主要是由TEC冷面的热负载和TEC冷热面的温差决定，本方案中，TEC2 12是摆在TEC1 11上的，也就是说TEC2 12的热面和TEC1 11的冷面是接触的，TEC111控制EML激光器13的温度(例如55℃~60℃)，始终维持固定温度，TEC2 12控制半导体光放大器19SOA的温度(例如40℃)，维持稳定，SOA的工作电流也是稳定的，所以SOA的发热量是固定的不变的，也就是说TEC2 12的冷面和热面温度都是固定的，因为SOA的发热量是固定的，所以TEC2 12的热负载也是固定的，因此TEC2 12的功耗是不变的。

需要说明的是，图3中看起来激光器与TEC1 11是分开的，光放大器19与TEC2 12也是分开的，这只是展示角度问题。实际上，EML激光器13是先跟一个陶瓷垫块采用共晶的工艺贴合在一起，共晶后的EML激光器13和陶瓷垫块称为COC，然后再把COC贴在TEC1 11上。而在COC和TEC1 11中间还有一层陶瓷垫块，这个垫块是为了把TEC2 12上面的SOA和热面电阻的供电引出去，同时能降低TEC2 12的一些被动热负载，对功耗有帮助。

请参阅图3，更完整的产品中，发射光器件还包括透镜四14和发射端隔离器26，发射端隔离器26设置于发射光路中透镜四14的前方，激光器发射的光信号入射至透镜四14，经过透镜四14透射后输出至发射端隔离器26。发射端隔离器26只允许光单向通过，即只允许激光器发出的光从发射端隔离器26通过，不允许光进入激光器，以避免反射光进入激光器而影响传输质量。

如图3和图4所示，接收光器件还包括透镜一20、透镜二18、2°滤波片17、透镜三16和直角棱镜15，透镜一20设置于接收光路中半导体光放大器19的前方，透镜二18设置于接收光路中半导体光放大器19的后方，2°滤波片17设置于接收光路中透镜二18的后方，透镜三16设置于接收光路中2°滤波片17的后方，直角棱镜15设置于接收光路中透镜三16的后方。接收光信号经过透镜一20透射后入射至半导体光放大器19，半导体光放大器19对输入的光信号进行信号放大，然后输出的光信号入射至透镜二18，经透镜二18透射后输出至2°滤波片17，经2°滤波片17滤波后的光信号输入至透镜三16，经透镜三16透射后的光信号入射至直角棱镜15。

设置滤波片是为了滤掉SOA发出的自发光，因为SOA的自发光是噪声，本方案中，滤波片带一个角度目的是抗反射，防止SOA出射的光通过滤波片又反射回SOA内部，引起性能劣化，可能直接影响接收端灵敏度。角度理论上尽量小，因为波长是LWDM的，工作区间是典型波长±1nm，SOA有自发光，SOA的自发光是噪声，类似LED是宽光谱的，与工作波长有重合，所以需要尽可能把工作波长以外的SOA自发光滤掉，对于这样的滤波片镀膜要求，入射角越小越容易做，因为贴装会带来角度误差大概±1°，所以为了避免出现0°的情况，设计的2°。即本方案中采用2°滤波片17可以可靠地保障滤除SOA的自发光，避免影响接收端的灵敏度。

如图3和图4所示，接收光器件还包括接收端隔离器22和平移棱镜21。接收端隔离器22设置于接收光路中平移棱镜21的前方，平移棱镜21设置于接收光路中透镜一20的前方，接收端隔离器22防止SOA自发光耦合到光纤，只允许从光纤出来的光进入SOA，平移棱镜21用于对光进行水平和高度方向的平移，平移后的光进入透镜一20。

如图3和图4所示，长距离传输单纤双向光器件还包括分光棱镜27，分光棱镜27的不同位置设置有增透膜片25、13.5°滤波片23和反射片24，增透膜片25主要用于降低EML激光器13光功率损耗，13.5°滤波片23主要是透射特定波长的光，反射其他波长的光。本方案中，通过分光棱镜27的设置，不仅实现了将发射光路与接收光路区分开，继而实现在一个器件中同时实现光信号的接收与发送，继而减小整体尺寸，而且实现了接收光路与发射光路相互平行，而不是呈垂直状态，继而可以进一步减小光模块的整体尺寸。

如图5所示，发射端的光信号经过增透膜片25透射后，入射至分光棱镜27的反射面271，经分光棱镜27的反射面271反射至反射片24，经反射片24反射后入射至13.5°滤波片23，经13.5°滤波片23反射至分光棱镜27的透射面273，经透射面273透射后输出，输出后的光信号经过连接至接口28的光纤（或先连接光纤准直器后再连接光纤）传输出去。接收的光信号经分光棱镜27的透射面273透射后入射至13.5°滤波片23，经13.5°滤波片23透射后被接收端光器件所接收。

图5所示光路中，发射光路经过多次反射后才传输出去，而接收光路比较简单，等效的，也可以是接收光路经过多次反射后才被接收端器件接收，而发射光路比较简单。也就是说，接收的光信号经过分光棱镜的透射面透射后，入射至13.5°滤波片，经13.5°滤波片反射至反射片，经反射片反射后入射至分光棱镜的反射面，经分光棱镜的反射面反射后入射至增透膜片，经增透膜片透射后被接收光器件所接收；发射端的光信号经13.5°滤波片，经13.5°滤波片透射后入射至分光棱镜的透射面，经分光棱镜的透射面透射后输出。此时，发射光器件和接收光器件的位置相互调换。

另外，本实施例中提供的单纤双向光器件不仅可以实现发射光路与接收光路平行，而且在进一步优化的方案中，发射光器件和接收光器件封装成一个整体，如图6所示。

传统的设计中，发射激光器和接收探测器各自封装成一个组件，然后再把这两个组件组装一起，只有发射芯片和接收芯片是气密的，例如透镜等其他光学件都是非气密的。而上述方案中，不仅是发射芯片和接收芯片一起封装成一个组件，而且包括透镜等光学件在内的发射光器件和接收光器件封装成一个器件，不仅可以进一步降低整体设备的尺寸，而且还可以保护透镜等其他光器件不被容易气化的物质污染。

需要理解的是，长距离传输单纤双向光器件还包括外壳和光纤准直器，为了方便于清楚展示，图1-图4中没有展示出外壳和光纤准直器，可以参见图6，但是图6中未展示出上盖。另外，为了便于各个器件的安装固定及定位，长距离传输单纤双向光器件还包括一些辅助垫块结构，图中也未进行相应标示及说明。但是也容易理解的，这些省略的标示及说明并不影响对本长距离传输单纤双向光器件结构的理解。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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 (10)

1.一种长距离传输单纤双向光器件，包括发射光器件和接收光器件，所述发射光器件包括激光器和第一热电冷却器，激光器设置于第一热电冷却器，其特在于，所述接收光器件包括半导体光放大器，用于对接收光信号进行信号放大。

2.根据权利要求1所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，所述接收光器件还包括第二热电冷却器，半导体光放大器设置于第二热电冷却器，第二热电冷却器设置于第一热电冷却器。

3.根据权利要求2所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，所述发射光器件还包括透镜四，激光器发射的光信号经过透镜四透射后输出。

4.根据权利要求3所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，所述发射光器件还包括发射端隔离器，所述发射端隔离器设置于发射光路中透镜四的前方。

5.根据权利要求2所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，所述接收光器件还包括透镜一，所述透镜一设置于接收光路中半导体光放大器的前方，接收光信号经过透镜一透射后入射至半导体光放大器。

6.根据权利要求5所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，所述接收光器件还包括透镜二，所述透镜二设置于接收光路中半导体光放大器的后方，半导体光放大器输出的光信号入射至透镜二。

7.根据权利要求1-6任一所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，还包括分光棱镜，分光棱镜的不同位置设置有增透膜片、13.5°滤波片和反射片，实现通过同一接口完成光信号的接收与发射。

8.根据权利要求7所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，发射端的光信号经过增透膜片透射后，入射至分光棱镜的反射面，经分光棱镜的反射面反射至反射片，经反射片反射后入射至13.5°滤波片，经13.5°滤波片反射至分光棱镜的透射面，经透射面透射后输出；接收的光信号经分光棱镜的透射面透射后入射至13.5°滤波片，经13.5°滤波片透射后被接收光器件所接收。

9.根据权利要求7所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，接收的光信号经过分光棱镜的透射面透射后，入射至13.5°滤波片，经13.5°滤波片反射至反射片，经反射片反射后入射至分光棱镜的反射面，经分光棱镜的反射面反射后入射至增透膜片，经增透膜片透射后被接收光器件所接收；发射端的光信号经13.5°滤波片，经13.5°滤波片透射后入射至分光棱镜的透射面，经分光棱镜的透射面透射后输出。

10.根据权利要求7所述的长距离传输单纤双向光器件，其特在于，所述发射光器件和接收光器件封装成一个整体。

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