專利名稱：多通道雙功能波分復用光電集成模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型有關(guān)一種光電集成模塊，特別是指一種能實現(xiàn)復用與解復用雙重功能 的且無光纖連接的多通道雙功能波分復用光電集成模塊。
背景技術(shù)：
在光通訊系統(tǒng)的末端，通常使用一種波分復用器，其可將由電信號轉(zhuǎn)換的信號光 發(fā)送到光纖等光傳輸路徑中，或者該波分復用器從光傳輸路徑中接收信號光?，F(xiàn)有技術(shù) 中，波分復用器是一種分波或合波器件，它能將不同波長的光信號復用至一根光纖上，或 將復用在一根光纖中的多個光信號按波長分開。目前，在波分復用(WDM，Wave Division Multiplexing)系統(tǒng)中，常見MUX (Multiplexer，多路復用器)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，光發(fā)
射裝置如激光二極管LD^LD2......LDn分別發(fā)射不同波長的信號光λ π λ 2......λΝ，通過
光纖經(jīng)過復用器件(WDM MUX)進入光纖中傳輸，并由信號光輸出端接收，此處WDM作為合波 器件。在波分復用系統(tǒng)中，常見DMUX(Demultiplexer，多路解復用器)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所
示，由信號光輸入端入射的多種波長的信號光λ ρ λ 2......λΝ在光纖中傳輸，通過光纖經(jīng)
過解復用器件(WDM DMUX)分離出信號光，各不同波長的信號光由光纖分別進入多個受光元 件，如光電二極管(Photodiode，PD)，此處WDM作為分波器件。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的WDM — 次只能實現(xiàn)復用或解復用中的一種功能，而在一些特殊場合，如光放大器等模塊中，需要具 有分波和合波兩種功能的器件，這就需要兩個波分復用器，需要許多光纖互相連接，由于每 根光纖連接的最小彎曲半徑是25mm，如圖10所示，光纖包括有光纖包層11及光纖纖芯12， 如果光纖彎曲半徑小于25mm，在光纖纖芯12中傳輸?shù)男盘柟鈱⒉粷M足全反射原理，信號光 在光纖中傳輸時會發(fā)生失真，還會損失部分光能量。同時如果彎曲半徑小于25mm，光纖容易 損傷，會使光信號發(fā)生失真和插損變大。除此之外，因為有光纖存在于光學元件系統(tǒng)中，會 占用很多空間，無疑增加了成本。由于傳統(tǒng)的用于波分復用和解復用的自由空間光學元件 系統(tǒng)包括有準直器和光纖頭，使用器件多，因此插入損耗大，且不易于集成。
實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種占用空間小，成本低，插入損耗 低，且能將復用和解復用雙重功能集成在一個器件上的多通道雙功能波分復用光電集成模 塊。為達到上述目的，本實用新型提供一種多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其 包括有一個信號光輸入端、一個信號光輸出端、至少兩個用于發(fā)射信號光的光發(fā)射裝置、與 光發(fā)射裝置數(shù)目相同的用于檢測信號光的光接收裝置及位于信號光輸入端和信號光輸出 端與光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的用于兩個方向傳輸信號光的無光纖相互連接的自由 空間光學元件系統(tǒng)，光發(fā)射裝置與光接收裝置及自由空間光學元件系統(tǒng)集成在一起。本實用新型中的無光纖相互連接的自由空間光學元件系統(tǒng)，包括有一組多波長通 道及至少兩組并列設(shè)置的單波長通道，該單波長通道的組數(shù)與光發(fā)射裝置數(shù)目相同；多波長通道包括有用于多波長傳輸?shù)耐雇哥R，第一組單波長通道依序包括有濾波片、用于單波 長傳輸?shù)耐雇哥R與反射鏡，其中第一組單波長通道的濾波片位于多波長通道的凸透鏡與 該組單波長通道的凸透鏡之間，其中所述第一組單波長通道的反射鏡的鏡面與水平面呈 45°，用于將光反射裝置的信號光耦合進所述第一組單波長通道的凸透鏡；其余各組單波 長通道依序包含有凹面鏡、濾波片、用于單波長傳輸?shù)耐雇哥R及用于單波長傳輸?shù)姆瓷溏R， 其中所述凹面鏡位于靠近多波長通道的一端，其中各組單波長通道的反射鏡的鏡面與水平 面呈45°，光發(fā)射裝置的信號光通過反射鏡耦合進所對應的各組單波長通道的凸透鏡；由 各組單波長通道的凸透鏡出射的信號光直接進入所對應的光接收裝置。第一組單波長通道的濾波片位于多波長通道的凸透鏡的像方焦點上，每組單波長 通道的濾波片位于各自對應的該組單波長通道的凸透鏡的像方焦點上。奇數(shù)組單波長通道所對應的光發(fā)射裝置發(fā)射信號光進入該組單波長通道的反射 鏡，信號光經(jīng)反射鏡反射后進入該組單波長通道的凸透鏡的上方，奇數(shù)組單波長通道的凸 透鏡的下方出射的信號光直接進入該組單波長通道所對應的光接收裝置；偶數(shù)組單波長通 道所對應的光發(fā)射裝置發(fā)射信號光進入該組單波長通道所對應的反射鏡，信號光經(jīng)反射鏡 反射后進入該組單波長通道的凸透鏡的下方，偶數(shù)組單波長通道的凸透鏡的上方出射的信 號光直接進入該組單波長通道所對應的光接收裝置。本實用新型光發(fā)射裝置為激光器、半導體激光二極管和半導體發(fā)光二極管，所述 光接收裝置為光電二極管。本實用新型多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其具有復用與解復用雙重功 能，不使用準直器和光纖頭，其中自由空間光學元件系統(tǒng)完全無光纖相互連接，因此其體積 更小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、插入損耗低，能應用于更多的場合。
圖1為公知WDM系統(tǒng)中多路復用器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為公知WDM系統(tǒng)中解復用器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型多通道雙功能波分復用光電集成模塊的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為本實用新型中的自由空間光學元件系統(tǒng)實施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型中的自由空間光學元件系統(tǒng)另一實施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型多通道雙功能波分復用光電集成模塊的立體示意圖；圖7為光電集成模塊的底板；圖8為本實用新型中的凹面鏡的成像示意圖；圖9為本實用新型中的凹面鏡的聚焦示意圖；圖10為光纖最小彎曲半徑示意圖。
具體實施方式
為便于對本實用新型的結(jié)構(gòu)及達到的效果有進一步的了解，現(xiàn)配合附圖并舉較佳 實施例詳細說明如下。如圖4所示，本實用新型多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其包括有一個信 號光輸入端1、一個信號光輸出端2、至少兩個用于發(fā)射信號光的光發(fā)射裝置3、與光發(fā)射裝置3數(shù)目相同的用于檢測信號光的光接收裝置4及位于信號光輸入端1和信號光輸出端2 與光發(fā)射裝置3和光接收裝置4之間的用于兩個方向傳輸信號光的自由空間光學元件系統(tǒng) 10。如圖4及圖5所示，該自由空間光學元件系統(tǒng)10包括有一組多波長通道及至少兩組并 列設(shè)置的單波長通道，該單波長通道的組數(shù)與所述光發(fā)射裝置數(shù)目相同；多波長通道包括 有用于多波長傳輸?shù)耐雇哥R5，第一組單波長通道依序包括有濾波片7、用于單波長傳輸?shù)?凸透鏡6及反射鏡9，其中第一組單波長通道的濾波片7位于多波長通道的凸透鏡5與該組 單波長通道的凸透鏡6之間，其中第一組單波長通道的反射鏡9的鏡面與水平面呈45°，用 于將所對應的光發(fā)射裝置的信號光耦合進第一組單波長通道的凸透鏡6 ；其余各組單波長 通道依序包含有凹面鏡8 (8’)、濾波片7’、用于單波長傳輸?shù)耐雇哥R6’、用于單波長傳輸?shù)?反射鏡9’，其中凹面鏡8(8’ )位于靠近多波長通道的一端，其中所有單波長通道的反射鏡 的鏡面與水平面呈45°，光發(fā)射裝置3發(fā)射的信號光通過反射鏡耦合進所對應的各組單波 長通道的凸透鏡；由各組單波長通道的凸透鏡出射的信號光直接進入所對應的光接收裝置 4，因此自由空間光學元件系統(tǒng)10內(nèi)的各部件之間無光纖連接。如圖4所示，由光電集成模塊的信號光輸入端1入射波長分別為λ ρ λ 2和λ 3的 信號光，進入多波長通道的凸透鏡5，經(jīng)多波長通道的凸透鏡5聚焦，信號光入射到第一組 單波長通道的濾波片7上，波長為λ工的信號光透過濾波片7，經(jīng)第一組單波長通道的凸透 鏡6接收并傳至所對應的光接收裝置4;而波長為入2和λ 3的信號光則經(jīng)第一組單波長通 道的濾波片7反射后照射在第二組單波長通道的凹面鏡8上，再經(jīng)凹面鏡8反射，入射至第 二組單波長通道的濾波片7’，波長為λ 2的信號光透過濾波片7’，經(jīng)第二組單波長通道的 凸透鏡6’接收并傳至所對應的光接收裝置4 ；波長為λ 3的信號光則經(jīng)第二組單波長通道 的濾波片7’反射后入射至第三組單波長通道的凹面鏡8’上，經(jīng)凹面鏡8’反射后，進入第 三組單波長通道的濾波片7’，波長為λ 3的信號光透過第三組單波長通道的濾波片7’，經(jīng) 第三組單波長通道的凸透鏡6’接收并傳至所對應的光接收裝置4，從而完成解復用功能。 三組單波長通道所對應的光發(fā)射裝置3分別發(fā)射波長為λ ’ ρ λ ’ 2和λ ’ 3的信號光，波長 為λ ’工的信號光經(jīng)由第一組單波長通道的反射鏡9反射進入第一組單波長通道的凸透鏡 6，再透過第一組單波長通道的濾波片7到達多波長通道的凸透鏡5送至信號光輸出端2輸 出；波長為λ，2的信號光經(jīng)由第二組單波長通道的反射鏡9’反射進入第二組單波長通道 的凸透鏡6’并透射，λ ’ 2透過第二組單波長通道的濾波片V進入凹面鏡8，經(jīng)由凹面鏡8 反射到第一組單波長通道的濾波片7的高反面上，再反射入多波長通道的凸透鏡5，最后出 射至光電集成模塊的信號光輸出端2 ；波長為λ ’3的信號光經(jīng)由第三組單波長通道的反射 鏡9’反射進入第三組單波長通道的凸透鏡6’，透過第三組單波長通道的濾波片V進入第 三組單波長通道的凹面鏡8’，經(jīng)由凹面鏡8’反射到第二組單波長通道的濾波片7’的高反 面上，再反射入第二組單波長通道的的凹面鏡8，經(jīng)由凹面鏡8反射到第一組單波長通道的 濾波片7的高反面上，再反射入多波長通道的凸透鏡5，最后出射至光電集成模塊的信號光 輸出端2，從而完成復用功能。再如圖5所示，若本實用新型中具有N組單波長通道，復用/解復用N個波長的 信號光，則從上至下排列N個濾波片、(N-I)個凹透鏡、(Ν+1)個凸透鏡、N個反射鏡，其中 N ^ 2,因此每組單波長通道所對應的光接收裝置4與光發(fā)射裝置3均為N個。由光電集成 模塊的信號光輸入端ι入射波長分別為X1J2... λ ,的信號光，進入多波長通道的凸透鏡5，經(jīng)多波長通道的凸透鏡5聚焦，信號光入射到第一組單波長通道的濾波片7上，波長為 λ ！的信號光透過濾波片7，經(jīng)第一組單波長通道的凸透鏡6接收并傳至所對應的光接收裝 置4 ；而波長為λ 2. . . λ Ν的信號光則經(jīng)第一組單波長通道的濾波片7反射后照射在第二組 單波長通道的凹面鏡8上，再經(jīng)凹面鏡8反射，入射至第二組單波長通道的濾波片7’，波長 為λ 2的信號光透過濾波片7’，經(jīng)第二組單波長通道的凸透鏡6’接收并傳至所對應的光接 收裝置4，依此類推，波長為λ Ν的信號光則經(jīng)第N-I組單波長通道的濾波片7’反射后入射 至第N組單波長通道的凹面鏡8，上，經(jīng)凹面鏡8，反射后，進入第N組單波長通道的濾波片 7’，波長為λ Ν的信號光透過第N組單波長通道的濾波片7’，經(jīng)第N組單波長通道的凸透鏡 6’接收并傳至所對應的光接收裝置4，從而完成解復用功能。N組單波長通道所對應的光 發(fā)射裝置3分別發(fā)射波長為λ ’ ρ λ ’ 2. . . λ ’ Ν的信號光，波長為λ，1的信號光經(jīng)由第一 組單波長通道的反射鏡9反射進入第一組單波長通道的凸透鏡6，再透過第一組單波長通 道的濾波片7到達多波長通道的凸透鏡5送至信號光輸出端2輸出；波長為λ ’2的信號光 經(jīng)由第二組單波長通道的反射鏡9’反射進入第二組單波長通道的凸透鏡6’并透射，λ，2 透過第二組單波長通道的濾波片V進入凹面鏡8，經(jīng)由凹面鏡8反射到第一組單波長通道 的濾波片7的高反面上，再反射入多波長通道的凸透鏡5，最后出射至光電集成模塊的信號 光輸出端2 ；波長為λ，Ν的信號光經(jīng)由第N組單波長通道的反射鏡9’反射進入第N組單 波長通道的凸透鏡6’，透過第N組單波長通道的濾波片7’進入第N組單波長通道的凹面鏡 8’，經(jīng)由凹面鏡8，反射到第N-I組單波長通道的濾波片7’的高反面上，再反射入第N-I組 單波長通道的的凹面鏡8’，依此類推，波長為λ ’Ν的信號光經(jīng)由第二組單波長通道的凹面 鏡8反射到第一組單波長通道的濾波片7的高反面上，再反射入多波長通道的凸透鏡5，最 后出射至光電集成模塊的信號光輸出端2，從而完成復用功能。本實用新型的輸入和輸出兩束光線共用一個濾波片。本實用新型中的光發(fā)射裝置 3可為激光器、半導體發(fā)光二極管或半導體激光二極管，光接收裝置4可為光電二極管。本實用新型中多波長通道的凸透鏡5到第一組單波長通道的濾波片7的距離等于 其像方焦點到端面的距離，即第一組單波長通道的濾波片7位于多波長通道的凸透鏡5的 像方焦點上，且每組單波長通道的濾波片7位于各自對應的該組單波長通道的凸透鏡6的 像方焦點上。圖6是本實用新型多通道雙功能波分復用光電集成模塊的立體示意圖，其中光接 收裝置4和光發(fā)射裝置3與自由空間光學元件系統(tǒng)10集成在一起，且整個光電集成模塊插 接在一底板上，該底板上具供光接收裝置4和光發(fā)射裝置3插接的電極40、30。本實用新型的多通道雙功能波分復用光電集成模塊中的凹面鏡具有聚焦光束的 作用。當孔徑角很小時，光纖在光軸附近很小的區(qū)域內(nèi)，這個區(qū)域稱為近軸區(qū)，近軸區(qū)內(nèi)的 光學成為近軸光線，我們可以得到凹面鏡的物像位置關(guān)系，如圖8所示，A、B分別為物的兩 端，A'、Β'為像的兩端，C為凹面鏡的焦點，凹面鏡的位置關(guān)系可由下式表示
Γπ1 1 2---=—
V I R 式中1'和1分別為像點和物點距球面頂點0的距離，R為凹面鏡的曲率半徑。當 有一定夾角Q1的兩束光線入射凹面鏡時，如圖9所示，可認為四個因素決定了經(jīng)凹面鏡反 射后的兩束光線的夾角θ2:[0030]1)由A點發(fā)出的兩入射光線的中心軸線和凹面鏡的基準軸的夾角α2)兩入射光線的夾角θ工；3)凹面鏡的半徑R ；4)兩光線交點A到球面頂點0的距離L1 ；當夾角θ工很小的時候，可以得出
權(quán)利要求一種多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其特征在于，其包括有一個信號光輸入端、一個信號光輸出端、至少兩個用于發(fā)射信號光的光發(fā)射裝置、與光發(fā)射裝置數(shù)目相同的用于檢測信號光的光接收裝置及位于信號光輸入端和信號光輸出端與光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的用于兩個方向傳輸信號光的無光纖互連接的自由空間光學元件系統(tǒng)，所述光發(fā)射裝置與光接收裝置及所述自由空間光學元件系統(tǒng)集成在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其特征在于，所述自由 空間光學元件系統(tǒng)包括有一組多波長通道及至少兩組并列設(shè)置的單波長通道，該單波長通 道的組數(shù)與所述光發(fā)射裝置數(shù)目相同；所述多波長通道包括有用于多波長傳輸?shù)耐雇哥R， 第一組單波長通道依序包括有濾波片、用于單波長傳輸?shù)耐雇哥R與反射鏡，其中第一組單 波長通道的濾波片位于所述多波長通道的凸透鏡與該組單波長通道的凸透鏡之間，其余各 組單波長通道依序包含有凹面鏡、濾波片、用于單波長傳輸?shù)耐雇哥R及用于單波長傳輸?shù)?反射鏡，其中所述凹面鏡位于靠近所述多波長通道的一端，其中各組單波長通道的反射鏡 的鏡面與水平面呈45°，所述光發(fā)射裝置發(fā)射的信號光通過所述反射鏡耦合進所對應的各 組單波長通道的凸透鏡；由各組單波長通道的凸透鏡出射的信號光直接進入所對應的所述 光接收裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其特征在于，所述第一 組單波長通道的濾波片位于所述多波長通道的凸透鏡的像方焦點上，每組單波長通道的濾 波片位于各自對應的該組單波長通道的凸透鏡的像方焦點上。
4.如權(quán)利要求2所述的多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其特征在于，奇數(shù)組單 波長通道所對應的光發(fā)射裝置發(fā)射信號光進入該組單波長通道的反射鏡，信號光經(jīng)反射鏡 反射后進入該組單波長通道的凸透鏡的上方，奇數(shù)組單波長通道的凸透鏡的下方出射的信 號光直接進入該組單波長通道所對應的光接收裝置；偶數(shù)組單波長通道所對應的光發(fā)射裝 置發(fā)射信號光進入該組單波長通道所對應的反射鏡，信號光經(jīng)反射鏡反射后進入該組單波 長通道的凸透鏡的下方，偶數(shù)組單波長通道的凸透鏡的上方出射的信號光直接進入該組單 波長通道所對應的光接收裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其特征在于，所述光發(fā) 射裝置為激光器、半導體激光二極管和半導體發(fā)光二極管，所述光接收裝置為光電二極管。
專利摘要本實用新型公開了一種多通道雙功能波分復用光電集成模塊，其包括有一個信號光輸入端、一個信號光輸出端、至少兩個用于發(fā)射信號光的光發(fā)射裝置、與光發(fā)射裝置數(shù)目相同的用于檢測信號光的光接收裝置及位于信號光輸入端和信號光輸出端與光發(fā)射裝置和光接收裝置之間的用于兩個方向傳輸信號光的自由空間光學元件系統(tǒng)。借由本實用新型的多通道雙功能波分復用光電集成模塊，可以實現(xiàn)復用與解復用雙重功能，光電集成一體，無光纖相互連接，且其成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間、節(jié)省光器件、插入損耗低，能應用于更多的場合。
文檔編號G02B6/42GK201708807SQ20102024876
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者朱益清, 蘇超, 趙蘭蘭, 邱二虎, 顧共恩 申請人:武漢奧新科技有限公司