CN109613663A - 一种光接收光路*** - Google Patents

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Abstract

本申请涉及光通信技术领域，公开了一种光接收光路***，包括依光路设置的光接收端口、波分复用器、聚焦透镜和光探测器阵列，所述聚焦透镜与所述光探测器阵列之间还设有缩焦镜阵列，所述缩焦镜阵列与所述光探测器阵列相对应，所述缩焦镜的焦距小于聚焦透镜的焦距。本申请通过在聚焦透镜与光探测器之间增加缩焦透镜，缩小***聚焦光斑尺寸，从而提高入射光束的视场角度和通光孔径偏差容忍度，降低了对***各组件装配精度的要求，放松了组装公差，方便生产组装，提高了生产效率，降低了成本。

Description

一种光接收光路***
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光接收光路***。
背景技术
随着市场对信息量及信息传输速率的要求越来越高，光通信产品的传输速率也越来越高。然而，为了降低器件容性以提高高频响应性能，光接收组件中的重要元件，光探测器件Photodiode的有效收光区域(光敏区域)需要越做越小。光探测器件的有效收光区域越小，就要求接收到的光能量需要更加集中才能有效的汇聚到探测组件上，同时也对器件装配容差提出更高的要求，装配容差越小越好，这就对后续的生产组装提出了更高的要求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种光接收光路***，在兼容可操作性的同时，增大装配容忍度。
为了实现上述目的之一，本申请提供了一种光接收光路***，包括依光路设置的光接收端口、波分复用器、聚焦透镜和光探测器阵列，所述聚焦透镜与所述光探测器阵列之间还设有缩焦镜阵列，所述缩焦镜阵列与所述光探测器阵列相对应，所述缩焦镜的焦距小于聚焦透镜的焦距；包含多通道光信号的入射光经所述光接收端口入射到波分复用器，由所述波分复用器分解成多束单通道光信号再入射到所述聚焦透镜，各单通道光信号经所述聚焦透镜后分别入射到缩焦镜阵列的各缩焦镜上，再经各缩焦镜调整之后分别聚焦于光探测器阵列的各光探测器上。
作为实施方式的进一步改进，还包括光路偏转组件，位于所述波分复用器与所述缩焦镜阵列之间，用于分别偏转各所述单通道光信号的传播方向。
作为实施方式的进一步改进，所述光路偏转组件位于所述波分复用器与所述聚焦透镜之间，将各所述单通道光信号的传播方向向靠近所述聚焦透镜的光轴的方向偏转，使各单通道光信号向所述聚焦透镜聚拢。
作为实施方式的进一步改进，所述光路偏转组件位于所述聚焦透镜与所述缩焦镜之间，将各所述单通道光信号的传播方向向平行于所述聚焦透镜的光轴的方向偏转。
作为实施方式的进一步改进，所述光路偏转组件包括一楔形块阵列；所述楔形块阵列包括多个分别位于各单通道光信号光路中的楔形块。
作为实施方式的进一步改进，所述楔形块阵列为一体成型结构。
作为实施方式的进一步改进，所述光路偏转组件包括一透镜阵列，所述透镜阵列包括多个分别位于各所述单通道光信号光路上的透镜。
作为实施方式的进一步改进，还包括一光路转折器，位于所述聚焦透镜与所述缩焦镜阵列之间；所述聚焦透镜输出的各单通道光信号经所述光路转折器转折后，入射到所述缩焦镜阵列的各缩焦镜上，经各缩焦镜再次聚焦到对应的各光探测器上。
作为实施方式的进一步改进，所述光路转折器包括一反射面，所述反射面与所述聚焦透镜的光轴具有一倾斜角。
作为实施方式的进一步改进，所述聚焦透镜为单个透镜。
本申请的有益效果：本申请通过在聚焦透镜与光探测器之间增加缩焦透镜，缩小***聚焦光斑尺寸，从而提高入射光束的视场角度与通光孔径偏差的容忍度，降低了对***各组件装配精度的要求，放松了组装公差，方便生产组装，提高了生产效率，降低了成本。
附图说明
图1是光模块示意图；
图2是本发明光接收光路***实施例1光路示意图；
图3是实施例1中楔形块阵列的一体成型结构示意图；
图4是实施例1中缩焦镜作用效果示意图；
图5是本发明光接收光路***实施例2光路示意图；
图6是本发明光接收光路***实施例3光路示意图；
图7是缩焦镜与聚焦透镜光心距的另一种情况示意图；
图8是本发明光接收光路***实施例4光路示意图。
附图标记：10、壳体；20、光组件；21、光接收端口；22、波分复用器；23、光路偏转组件；231、楔形块阵列；232、透镜阵列；24、聚焦透镜；25、光路转折器；251、反射面；26、缩焦镜阵列；27、光探测器阵列；30、电组件。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。
另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。
如图1所示，光模块一般包括壳体10、设于壳体10内的光组件20和电组件30。本申请提供的是光模块内光组件20接收端的光接收光路***的方案。
实施例1
如图2所示，本实施例光接收光路***包括依光路设置的光接收端口21、波分复用器22、聚焦透镜24和光探测器阵列27。其中，聚焦透镜24与光探测器阵列27之间还设有缩焦镜阵列26，该缩焦镜阵列26与光探测器阵列27相对应，其焦距f2小于聚焦透镜24的焦距f1，以缩短聚焦***(聚焦透镜和缩焦镜组合)的有效焦距f，减小聚焦到光探测器上的光斑尺寸，提高对入射光角度的容忍度。包含有多通道光信号的入射光经光接收端口21准直后入射到波分复用器22，由波分复用器22分解成多束单通道光信号再入射到聚焦透镜24，各单通道光信号经聚焦透镜24后分别入射到缩焦镜阵列26的各缩焦镜上，再经各缩焦镜调整之后分别聚焦于光探测器阵列27的各光探测器上。
上述聚焦透镜24采用的是单个透镜，如一个凸透镜、菲涅尔透镜、非球面透镜或自聚焦透镜等。该实施例中聚焦透镜24采用的是一个凸透镜或自聚焦透镜，即多束单通道光信号共用一个凸透镜或自聚焦透镜作为聚焦透镜。在波分复用器22与聚焦透镜24之间还设置一光路偏转组件23，用于分别偏转各单通道光信号的传播方向，使各路单通道光信号以不同的入射角入射到聚焦透镜24上，在聚焦透镜24后使各路单通道光信号的会聚点分离开来，分别聚焦到光探测器阵列27的各光探测器上。通过采用光路偏转组件改变光路入射角度，实现聚焦透镜不同视场角入射，进而通过像方远心光路设计，缩小各束光信号之间的间距，使得各束光信号可以共用一个大的聚焦透镜，减少了光路器件个数，大大减小了整个光路控制***的体积，从而缩小整个光模块的尺寸，降低成本。
如图2所示，该实施例中光路偏转组件23采用的是楔形块阵列231，该楔形块阵列231包括多个分别位于各单通道光信号光路中的楔形块，通过设计各楔形块的楔角大小，可以精确地将各路光信号按需要的角度偏转，实现光路偏转的目的。以四通道光信号为例，波分复用器22输出的4束单通道光信号相互平行、分别入射到各楔形块上，经各楔形块偏转方向之后，4束单通道光信号在聚焦透镜24的前焦面上交叉之后，再入射到聚焦透镜24上，经过聚焦透镜24后，4束单通道光信号相互平行输出，各束信号光经相应的缩焦镜之后各自聚焦到相应的光探测器上。
如图3所示，该实施例中的楔形块阵列231也可以采用一体成型结构，包括一个入射面和多个依次拼接的楔形面形成的出射面，各楔形面分别位于各单通道光信号的光路上。
如图4所示，当聚焦透镜24或光路偏转组件23偏离了主光轴时，如图中偏离了距离d，在没有缩焦镜的光路中，如图4中虚线表示的光路，则经聚焦透镜24会聚后的各路光信号也会偏转一个角度，其会聚的焦点也会偏离一定的距离D，从而导致光信号偏离光探测器的光敏区域，所以对聚焦透镜24与光路偏转组件23的组装精度要求很高，才能保证各路光信号落入光探测器的光敏区域。在本申请中，在聚焦透镜24与光探测器阵列27之间增加了缩焦镜阵列26，缩短了聚焦***(如聚焦透镜和缩焦镜组合)的有效焦距，如图4中实线表示的光路，使得各路光信号会聚的焦点偏离距离大大缩小，使得聚焦透镜或光路偏转组件在偏离主光轴一定距离内的时候，聚焦***也能将光信号会聚到光探测器的光敏区域内，提高了对入射光角度以及孔径偏差的容忍度，从而放松了聚焦镜阵列或光路偏转组件等光组件的装配公差，降低了光组件的装配精度要求，方便生产组装，提高了生产效率，降低了成本。
该聚焦***中，缩焦镜的焦距f2小于聚焦透镜的焦距f1，有效缩小聚焦***的有效焦距f，其缩焦倍率X＝f/f1，实际使用中以X≤0.8为优。以f1＝1.6mm，f2＝0.12mm，聚焦透镜与缩焦镜的光心距L＝1.48mm为例，根据有效焦距f＝f1*f2/(f1+f2-L)计算，有效焦距f＝0.8，即缩焦倍率X＝0.5。当入射光信号的光斑直径为0.5mm，波长λ为1300nm时，没有缩焦镜的***中，聚焦光斑大小为8.32um，增加了缩焦镜之后，聚焦光斑缩小到4.16um，光斑直径大小减小明显。假设光探测器的光敏区域尺寸为20um，则没有缩焦镜时，聚焦透镜能收到光探测器光敏区域表面的光信号的视场角为0.36度，而加入缩焦镜后，此视场角增大到0.72度，有效增大了入射光束的角度容忍度。
实施例2
如图5所示，与实施例1不同的是，该实施例中作为光路偏转组件23的楔形块阵列设于聚焦透镜24与缩焦镜阵列26之间。以四通道光信号为例，波分复用器输出的4束单通道光信号平行入射到聚焦透镜上，聚焦透镜分别将各束光信号各自会聚，同时也将4束光信号往其焦点的方向会聚，使4束光信号分别以不同的角度入射到相应的楔形块上，经各楔形块偏转方向之后，使4束单通道光信号相互平行输出，改变了各束光信号聚焦焦点的间距，并入射到相应的缩焦镜上，各束信号光经相应的缩焦镜之后各自聚焦到相应的光探测器上。
实施例3
如图6所示，与实施例2不同的是，该实施例中的光路偏转组件23采用的是透镜阵列232，该透镜阵列232包括多个分别位于各单通道光信号光路上的透镜。透镜阵列232中各透镜参数分立设计，可以独立控制相对应的光路偏转方向和聚焦位置。以四通道光信号为例，波分复用器输出的4束单通道光信号平行入射到聚焦透镜上，聚焦透镜分别将各束光信号各自会聚，同时也将4束光信号往其焦点的方向会聚，使4束光信号分别以不同的角度入射到透镜阵列相应的透镜上，经各透镜偏转方向和重新聚焦之后，使4束单通道光信号相互平行输出，改变了各束光信号聚焦焦点的间距，并入射到相应的缩焦镜上，各束信号光经相应的缩焦镜之后各自聚焦到相应的光探测器上。
该实施例中，作为光路偏转组件23的透镜阵列232也可以设置在波分复用器22与聚焦透镜24之间，其光路与实施例1近似，此处不再赘述。
上述各实施例中，缩焦镜阵列26与聚焦透镜24之间的光心距L可以小于聚焦透镜24的焦距f1，如图7所示，也可以大于f1，即缩焦镜阵列26可以设于聚焦透镜24的焦面之内，也可以设于其焦面之外。
实施例4
如图8所示，该实施例中，光探测器阵列27的各光探测器采用的是面接收型器件，其收光方向与光接收端口21接收的光传播方向相互垂直，所以该实施例在上述各实施例的基础上增加了一光路转折器25，设于聚焦透镜24与缩焦镜阵列26之间，聚焦透镜24输出的各单通道光信号经该光路转折器25转折后，入射到缩焦镜阵列26的各缩焦镜上，经各缩焦镜再次聚焦到对应的光探测器阵列27的各光探测器上。其中，光路转折器25包括一反射面251，该反射面251与聚焦透镜24的光轴具有一倾斜角，可以是倾斜设置的反射镜或者反射棱镜等，倾斜角可设置在40°～50°之间，以45°左右的夹角为优，例如43°或48°等，可以使接收***具有更好的回波损耗。
该实施例中，光路转折器25设于聚焦透镜24与缩焦镜阵列26之间，还可以根据实际使用需要将光路转折器25设置在光路偏转组件23与聚焦透镜24之间，即将聚焦透镜24放到光路转折器25的反射光路上。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光接收光路***，包括依光路设置的光接收端口、波分复用器、聚焦透镜和光探测器阵列，其特征在于：所述聚焦透镜与所述光探测器阵列之间还设有缩焦镜阵列，所述缩焦镜阵列与所述光探测器阵列相对应，所述缩焦镜的焦距小于聚焦透镜的焦距；包含多通道光信号的入射光经所述光接收端口入射到波分复用器，由所述波分复用器分解成多束单通道光信号再入射到所述聚焦透镜，各单通道光信号经所述聚焦透镜后分别入射到缩焦镜阵列的各缩焦镜上，再经各缩焦镜调整之后分别聚焦于光探测器阵列的各光探测器上。
2.根据权利要求1所述的光接收光路***，其特征在于：还包括光路偏转组件，位于所述波分复用器与所述缩焦镜阵列之间，用于分别偏转各所述单通道光信号的传播方向。
3.根据权利要求2所述的光接收光路***，其特征在于：所述光路偏转组件位于所述波分复用器与所述聚焦透镜之间，将各所述单通道光信号的传播方向向靠近所述聚焦透镜的光轴的方向偏转，使各单通道光信号向所述聚焦透镜聚拢。
4.根据权利要求2所述的光接收光路***，其特征在于：所述光路偏转组件位于所述聚焦透镜与所述缩焦镜之间，将各所述单通道光信号的传播方向向平行于所述聚焦透镜的光轴的方向偏转。
5.根据权利要求2-4任一项所述的光接收光路***，其特征在于：所述光路偏转组件包括一楔形块阵列；所述楔形块阵列包括多个分别位于各单通道光信号光路中的楔形块。
6.根据权利要求5所述的光接收光路***，其特征在于：所述楔形块阵列为一体成型结构。
7.根据权利要求2-4任一项所述的光接收光路***，其特征在于：所述光路偏转组件包括一透镜阵列，所述透镜阵列包括多个分别位于各所述单通道光信号光路上的透镜。
8.根据权利要求1所述的光接收光路***，其特征在于：还包括一光路转折器，位于所述聚焦透镜与所述缩焦镜阵列之间；所述聚焦透镜输出的各单通道光信号经所述光路转折器转折后，入射到所述缩焦镜阵列的各缩焦镜上，经各缩焦镜再次聚焦到对应的各光探测器上。
9.根据权利要求8所述的光接收光路***，其特征在于：所述光路转折器包括一反射面，所述反射面与所述聚焦透镜的光轴具有一倾斜角。
10.根据权利要求1-4、8-9任一项所述的光接收光路***，其特征在于：所述聚焦透镜为单个透镜。
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