CN104808299A - 一种用于光纤通讯的多波长组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光纤通讯的多波长组件，用于单光纤收发通讯中的多波长激光耦合，组件包括发射部、接收部、光耦合部和光纤端口。光纤端口设有对激光进行准直的准直部。发射部包括1个以上的发射端，发射端包括生成激光的激光芯片和准直透镜组；各发射端的激光芯片生成激光的波长不同；所述准直透镜组位于发射端出光口处，激光芯片生成激光经准直透镜组汇聚和准直后由出光口平行射向光耦合部。本发明通过改进光路组件，使组件内光发射部出射激光的亮度、平行度均有较好保证，且光路组件易于封装和调节，使光耦合组件对多波长激光的耦合能力得以提升。

Description

一种用于光纤通讯的多波长组件

技术领域

本发明涉及光纤通讯领域，特别是一种用于光纤通讯的多波长组件。

背景技术

随着光纤网络的应用越来越普及，尤其是世界各地光纤接入FTTH项目逐步实施，以及点对点的数据传输，为合理利用已布设的光纤资源，市场上对于能在单光纤内经多波长激光耦合来实现多路收发通讯的单纤双向组件的需求也越来越大。而随着三网合一的推进，以及光纤到户网络的不断推广，市场上对于单纤三向组件的需求随之增加，尤其是某两个波长间隔很窄的单纤三向组件。

目前市场上的单纤双向组件都是波长间隔很宽的两个波长的光信号，而单纤三向需同时处理三个波长的激光耦合，比如XGPON标准里面的单纤三向，需要处理的波长为1270nm， 1550nm和1577nm， 相比原来GPON标准里的1310nm，1490nm和1550nm，波长间隔从原先的最窄60nm，变成最窄27nm 。实际过渡带从原先的40nm，变成15nm，相应的技术难度成倍增加。

现有的一种常规汇聚光束耦合的光收发组件如附图1所示，包括发射端（110），发射端（110）的激光芯片（1110），正透镜（610），光纤端（210），接收端（300），接收端（300）的光电接收芯片（320），正透镜（310），滤光片（410）。由光纤端（210）输出的发散光束光信号经过滤光片（410）反射后，到达正透镜（310），正透镜（310）将发散光束变为汇聚光束后由接收端（300）的光电接收芯片（320）接收。由发射端（110）的激光芯片（1110）发出的发散光束光信号经过正透镜（610）后变为汇聚光束光信号，汇聚光束光信号经过滤光片（410）透射后由光纤端（210）接收。

在这种结构中，因为滤光片基于多层膜系干涉原理，同时要满足折射定律和反射定律，而光的反射和折射效果随入射角及波长的不同而不同，该结构中激光必须是45°入射才能良好发挥滤光片的分光功能，实现不同波长的透射和反射，如果入射激光无法保持平行以确保入射角的精确，那么发射和接收端的波长间隔就必须足够宽，否则就易使反射光中混杂不同波长的光信号，导致透射波长信号或者反射波长信号无法有效分开。当然在这种应用中，通过透镜把传输的光信号转变为平行光束，可以将光信号有效的分开。

现有的一种单透镜平行光耦合的光收发组件结构示意图如附图2所示，包括发射端（1100）、光纤端（2000）和接收端（3000），发射端（1100）内置有激光芯片（11100）和正透镜（6100），光纤端包括光纤头（2100）和透镜（2200），接收端（3000）包括光电接收芯片（3200），正透镜（3100），滤光片41。由光纤端（2000）输入的平行光束光信号经过滤光片（4100）反射后，到达正透镜（3100），正透镜（3100）将平行光束变为汇聚光束后由接收端（3000）的光电接收芯片（3200）接收。由发射端（1100）的激光芯片（11100）发出的发散光束光信号经过正透镜（6100）后变为平行光束光信号，平行光束光信号经过滤光片（4100）透射后由光纤端（2000）接收。

但是这种单透镜平行光的耦合方案，由于球面像差的存在，透镜边缘的光学性能与透镜中央的光学性能不同，使得激光芯片（11100）和正透镜（6100）之间的距离调节过于敏感，很难调试，结构稳定性能不是很好，当光纤组件在运输或使用过程中因震动、温度变化和老化等情况而使激光芯片（11100）和正透镜（6100）之间的相对距离发生变化时，将使从正透镜（6100）出射激光的平行度等特性难以保证，从而使产品性能恶化以至失效。

发明内容

 本发明提出一种用于光纤通讯的多波长组件，通过对光路组件的改进，优化了耦合光路中发射器件出射激光的亮度和平行度，使得激光的平行光耦合过程的像差和耦合度更好，光路便于调试且结构稳定性更佳。

本发明采用以下方案。

一种用于光纤通讯的多波长组件，用于单光纤收发通讯中的多波长激光耦合，所述组件包括发射部、接收部、光耦合部和光纤端口。

所述光纤端口设有对激光进行准直的准直部。

所述发射部包括1个以上的发射端，发射端包括生成激光的激光芯片和准直透镜组；所述各发射端的激光芯片生成激光的波长不同；所述准直透镜组位于发射端出光口处，激光芯片生成激光经准直透镜组汇聚和准直后由出光口平行射向光耦合部。

所述光耦合部包括1个以上的滤光片，滤光片依次排列于光纤端口准直部的准直方向上，其反射波段的光反射方向指向光纤端口；各个滤光片的反射波段不同且互不重合。

当发射部一发射端所发激光波长在光耦合部一滤光片的反射波段内时，该发射端位于光耦合部该滤光片的一旁侧，其发射激光经该滤光片反射后进入光纤端口。

当发射端一发射端所发激光波长不在光耦合部任一滤光片的反射波段内，且在光耦合部所有滤光片的透射波段内时，则该发射端位于光纤端口准直部的准直方向上，位于光耦合部后方，其发射激光经光耦合部所有滤光片透射后进入光纤端口。

所述接收部包括1个以上的接收端，内置光电接收芯片，当光纤端口准直部出射激光的波长在光耦合部一滤光片的反射波段内时，与该波长对应的接收部接收端位于光耦合部该滤光片的一旁侧，光纤端口准直部出射激光经光耦合部滤光片反射后进入接收端。

所述发射端的准直透镜组由正透镜和负透镜组成，激光芯片产生的激光经正透镜汇聚后入射于负透镜的中央部位，经负透镜转为平行光出射。

各滤光片均安装于光纤端口的指向方向上，各滤光片按反射波段和透射波段决定其排列次序，其排列先后次序及安装角度的原则为，各发射端在其对应滤光片处产生的指向光纤端口的反射光，以及各发射端在其对应滤光片处产生的指向光纤端口的透射光，均能被光行进方向上的滤光片透射。

本发明在发射部激光芯片的出光侧设置准直透镜组，且准直透镜组由正透镜和负透镜组成，激光芯片发出激光经正透镜汇聚后，再经负透镜转为平行光出射，由于正透镜汇聚后的激光集中入射于负透镜的中央部位，而透镜中央的光学性能较为均衡，能较好地消除由于透镜球面像差造成的光折射误差问题，使得经由该准直透镜组出射激光的亮度、平行度均有较好的保证。

由于激光芯片通常有较高的防尘度和惰性气体密封要求，而本发明所述耦合组件通过增设负透镜，可以实现组件封装时，对防尘度的不同需求，即激光芯片到正透镜之间可使用防尘度较高的封装以提升防尘度和气密性，而在正透镜和负透镜间则可以采用防尘度相对低的封装以节约成本，而且可以通过采用不同的封装结构提升光纤耦合组件总体封装结构的稳定性，使光纤组件在运输和使用中不易因震动、温度形变和老化等因素损害其光学性能。

由于本发明中，正透镜和负透镜间无芯片，使得此处的封装对防尘度的要求相对较低，因此可在正透镜和负透镜间采用便于光路调试的结构，使得本结构便于进行光路上的调整。

由于本发明以正透镜和负透镜组合处理激光芯片生成的激光，使得发射部出射激光亮度、平行度均有较好的保证，激光能以更高的亮度和更准确的入射角度射向滤光片，而滤光片基于光的折射定律和反射定律工作，入射角度的准确可以减少特定波长激光在滤光片处的损耗，而当波长相近的不同激光耦合为一束射向滤光片时，准确的入射角能充分发挥滤光片的在分光功能上的设计性能，也能在一定程度上降低对滤光片的镀膜性能要求，节约了滤光片的镀膜成本。

由于本发明中，激光芯片生成的激光经正透镜汇聚后，再从负透镜转为平行光出射，这就使得出射平行光的光束较细且亮度好，较细的光束便于高精密度光纤组件的设计，有利于实现更多路激光光束的光耦合。

由于本组件的发射端出射激光的亮度、平行度均有较好的保证，同时光束更细，这就允许本组件结构应用于具体产品时，可以按长距离光路的方式进行设计，长距离的光路有足够的空间可以容纳更多的发射端、接收端和滤光片，从而实现二路、三路、四路甚至是十路激光光束的合成和分解。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

附图1是现有的一种常规汇聚光束耦合的光收发组件示意图；

附图2是现有的一种单透镜平行光耦合的光收发组件结构示意图；

附图3是本发明所述组件同时进行光信号收发的示意图；

附图4是本发明所述组件对三个波长的光信号进行耦合后发送的示意图。

具体实施方式

如图3、图4所示，一种用于光纤通讯的多波长组件，用于单光纤收发通讯中的多波长激光耦合，所述组件包括发射部、接收部、光耦合部和光纤端口2。

所述光纤端口2设有对激光进行准直的准直部22。

所述发射部包括1个以上的发射端11、12和13，发射端11包括生成激光的激光芯片111和准直透镜组；所述各发射端的激光芯片生成激光的波长不同；所述准直透镜组包括正透镜61和负透镜51，位于发射端出光口处，激光芯片111生成激光经准直透镜组汇聚和准直后由出光口平行射向光耦合部。

所述光耦合部包括1个以上的滤光片41和42，滤光片41、42依次排列于光纤端口准直部22的准直方向上，其反射波段的光反射方向指向光纤端口2；各个滤光片41、42的反射波段不同且互不重合。

当发射部一发射端12所发激光波长在光耦合部一滤光片41的反射波段内时，该发射端位于光耦合部该滤光片的一旁侧，其发射激光经该滤光片41反射后进入光纤端口2。

当发射端一发射端11所发激光波长不在光耦合部任一滤光片的反射波段内，且在光耦合部所有滤光片41、42的透射波段内时，则该发射端11位于光纤端口2准直部22的准直方向上，位于光耦合部后方，其发射激光经光耦合部所有滤光片41、42透射后进入光纤端口2。

所述接收部包括1个以上的接收端3，内置光电接收芯片32，当光纤端口2准直部22出射激光的波长在光耦合部一滤光片41的反射波段内时，与该波长对应的接收部接收端3位于光耦合部该滤光片41的一旁侧，光纤端口2准直部22出射激光经光耦合部滤光片41反射后进入接收端3。

所述发射端的准直透镜组由正透镜61和负透镜51组成，激光芯片111产生的激光经正透镜61汇聚后入射于负透镜51的中央部位，经负透镜51转为平行光出射。

各滤光片均安装于光纤端口2的指向方向上，各滤光片按反射波段和透射波段决定其排列次序，其排列先后次序及安装角度的原则为，各发射端在其对应滤光片处产生的指向光纤端口的反射光，以及各发射端在其对应滤光片处产生的指向光纤端口的透射光，均能被光行进方向上的滤光片透射。

实施例1：

当本发明用于光信号的同时收发时，如图3所示，在光纤端2处同时有不同波长的光信号的接收和发送。

由发射端11激光芯片111发出的发散光束光信号经过正透镜61后变为汇聚光束光信号，汇聚光束光信号经过负透镜51后变为平行光束光信号。由于发射端11激光芯片111发射激光的波长位于滤光片41的透射波段内，因此该平行光束信号可经滤光片41透射，平行光束光信号经过滤光片41透射后由光纤端2准直部接收。

由于光纤端2发射激光的波长位于滤光片41的反射波段内，因此可被滤光片41反射，由光纤端2准直部22输入的平行光束光信号经过滤光片41反射后，平行光束光信号经过正透镜31后变为汇聚光束光信号，汇聚光束光信号由接收端3的光电接收芯片32接收。

实施例2：

当本发明用于多波长激光光信号的耦合发送时，如图4所示，在光纤端2处同时接受多个波长的激光信号输入。

此例中，多个波长的激光信号分别来自激光芯片111、121和131，其中激光芯片111的激光波长位于光耦合部的所有滤光片41、42的透射波段内，激光芯片121的激光波长位于光耦合部的滤光片41反射波段内，激光芯片131发射激光的波长位于滤光片42的反射波段及滤光片41的透射波段内。

由发射端11激光芯片111发出的发散光束光信号经过正透镜61后变为汇聚光束光信号，汇聚光束光信号经过负透镜51后变为平行光束光信号，由于发射端11激光芯片111发射激光的波长位于光耦合部的所有滤光片41、42的透射波段内，因此该平行光束信号可从光耦合部的所有滤光片透射通过，平行光束光信号经过滤光片42和滤光片41透射后由光纤端2准直部接收。

由发射端12激光芯片121发出的发散光束光信号经过正透镜62后变为汇聚光束光信号，汇聚光束光信号经过负透镜52后变为平行光束光信号，由于发射端12激光芯片121发射激光的波长位于滤光片41的反射波段内，因此该平行光束光信号可被滤光片41反射，平行光束光信号经过滤光片41反射后由光纤端2准直部接收。

由发射端13激光芯片131发出的发散光束光信号经过正透镜63后变为汇聚光束光信号，汇聚光束光信号经过负透镜53后变为平行光束光信号，由于发射端13激光芯片131发射激光的波长位于滤光片42的反射波段内，因此该平行光束光信号可被滤光片42反射，平行光束光信号经过滤光片42反射后射向滤光片41；由于发射端13激光芯片131发射激光的波长位于滤光片41的透射波段内，因此该平行光束光信号可被滤光片41透射，平行光束光信号经过滤光片41透射后由光纤端2准直部接收。

Claims (3)

1.一种用于光纤通讯的多波长组件，用于光纤收发通讯中的多波长激光耦合，其特征在于：所述组件包括发射部、接收部、光耦合部和光纤端口；

所述光纤端口设有对激光进行准直的准直部（22）；

所述发射部包括1个以上的发射端，发射端包括生成激光的激光芯片和准直透镜组；所述各发射端的激光芯片生成激光的波长不同；所述准直透镜组位于发射端出光口处，激光芯片生成激光经准直透镜组汇聚和准直后由出光口平行射向光耦合部；

所述光耦合部包括1个以上的滤光片，滤光片依次排列于光纤端口准直部（22）的准直方向上，其反射波段的光反射方向指向光纤端口；各个滤光片的反射波段不同且互不重合；

当发射部一发射端（12）所发激光波长在光耦合部一滤光片（41）的反射波段内时，该发射端（12）位于光耦合部该滤光片（41）的一旁侧，其发射激光经该滤光片（41）反射后进入光纤端口；

当发射端一发射端（11）所发激光波长不在光耦合部任一滤光片的反射波段内，且在光耦合部所有滤光片的透射波段内时，则该发射端（11）位于光纤端口准直部（22）的准直方向上，位于光耦合部后方，其发射激光经光耦合部所有滤光片透射后进入光纤端口；

所述接收部包括1个以上的接收端，内置光电接收芯片，当光纤端口准直部（22）出射激光的波长在光耦合部一滤光片（41）的反射波段内时，与该波长对应的接收部接收端（3）位于光耦合部该滤光片（41）的一旁侧，光纤端口准直部（22）出射激光经光耦合部滤光片（41）反射后进入接收端（3）。

2.根据权利要求1所述的一种用于光纤通讯的多波长组件，其特征在于：所述发射端的准直透镜组由正透镜和负透镜组成，激光芯片产生的激光经正透镜汇聚后入射于负透镜的中央部位，经负透镜转为平行光出射。

3.根据权利要求1所述的一种用于光纤通讯的多波长组件，其特征在于：各滤光片均安装于光纤端口的指向方向上，各滤光片按反射波段和透射波段决定其排列次序，其排列先后次序及安装角度的原则为，各发射端在其对应滤光片处产生的指向光纤端口的反射光，以及各发射端在其对应滤光片处产生的指向光纤端口的透射光，均能被光行进方向上的滤光片透射。