一種單波長光收發集成模塊的製作方法

2023-05-23 04:51:06

本發明涉及光電混合集成電路和光纖傳感領域，具體涉及一種單波長光收發集成模塊。

背景技術：

在光纖傳感系統中，其前端需要進行單一波長光源的發射和幹涉光接收。目前經典的技術方案是將sld光源、光探測器組件通過光耦合器實現分立安裝連接。但是該經典方案光路製作複雜，光路系統體積偏大，限制了其行業應用。隨之光纖傳感的快速發展，有必要探索實現將這部分系統集成為一個模塊。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種單波長光收發集成模塊，提高了整機的可靠性和組裝便利性，降低光纖傳感系統的體積和重量。

為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案：

一種單波長光收發集成模塊，包括管殼及設於管殼內的製冷裝置及金屬光纖組件，所述金屬光纖組件的光纖前端通過設於管殼上的開孔延伸至管殼外，其光纖後端固定於製冷裝置上，所述製冷裝置上設有光源發射裝置、光源吸收裝置、光電二極體探測電路，所述光源發射裝置發射的光源通過準直透鏡組射入金屬光纖組件的後端，同時反射至光源吸收裝置，所述光電二極體探測電路用於將光源吸收裝置吸收的光進行光電轉換並將其輸出。

所述準直透鏡組包括設於金屬光纖組件的光纖後端的第一透鏡及設於光源發射裝置輸出端的第二透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡之間設有與其相對應的半反半透鏡，所述半反半透鏡與水平線的夾角為45度，所述半反半透鏡的光線折射端設有第三透鏡，所述第三透鏡與光源吸收裝置的呈相對設置。

所述光源吸收裝置採用光電二極體晶片。

所述光源發射裝置包括sld光源載體及粘接於sld光源載體上的sld光源晶片，所述sld光源載體粘接於所述製冷裝置上。

所述製冷裝置包括固定於管殼內的半導體製冷器、設於半導體製冷器上的金屬熱沉及設於金屬熱沉上的薄膜基板，所述光源發射裝置、光源吸收裝置、光電二極體探測電路均設於所述薄膜基板上。

所述金屬光纖組件的光纖後端通過玻璃焊料焊接於薄膜基板上。

由上述技術方案可知，本發明採用半導體製冷器結構，實現使光纖傳感用光收發光路工作在一個恆定的溫度上，提高光收發集成模塊的溫度性能。通過半反半透鏡實現單一波長光的分路傳輸，通過準直透鏡組實現光路的聚焦，使光源能量實現最大化傳輸和接收，實現高效收發功能。單波長光收發集成模塊實現目前光纖傳感前端系統中sld光源、光探測器組件和光耦合器三個分立實現的功能，大大降低光纖傳感系統尺寸，減少了多個組裝環節，提高了整機的可靠性和組裝便利性。

附圖說明

圖1是本發明的單波長光收發集成模塊側視圖；

圖2是本發明的單波長光收發集成模塊俯視圖；

圖3是本發明的光收發集成光路結構發射光路示意圖；

圖4是本發明的光收發集成光路結構接收光路示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明：

如圖1、2所示，本實施例的單波長光收發集成模塊，包括蝶形管殼1及設於管殼1內的製冷裝置3及金屬光纖組件2，金屬光纖組件2的光纖前端通過設於管殼1上的開孔延伸至管殼1外，金屬光纖組件2的光纖後端通玻璃焊料8焊接於薄膜基板33上。該製冷裝置3由半導體製冷器31、金屬熱沉32和薄膜基板33組成，半導體製冷器31焊接於管殼1內，金屬熱沉32焊接在半導體製冷器31上，薄膜基板33焊接在金屬熱沉32上。該製冷裝置3採用層疊設置，可使光收發光路的熱量通過薄膜基板33和金屬熱沉32傳導至半導體製冷器31，使光收發光路工作在一個恆定的溫度上。

薄膜基板33上設有光源發射裝置4、光源吸收裝置5、光電二極體探測電路6，光源發射裝置4發射的光源通過準直透鏡組射入金屬光纖組件2的後端，同時反射至光源吸收裝置5，光電二極體探測電路6用於將光源吸收裝置5吸收的光進行光電轉換並將其輸出，該光源吸收裝置5採用光電二極體晶片。

本實施例的，光源發射裝置4包括sld光源載體41及粘接於sld光源載體41上的sld光源晶片42，sld光源載體41粘接於所述製冷裝置3上。準直透鏡組包括設於金屬光纖組件2的光纖後端的第一透鏡71及設於光源發射裝置4輸出端的第二透鏡72，第一透鏡71和第二透鏡72之間設有與其相對應的半反半透鏡73，該半反半透鏡73與水平線的夾角為45度，半反半透鏡73的光線折射端設有第三透鏡74，第三透鏡74與光源吸收裝置5的呈相對設置。

其中，sld光源晶片42、第二透鏡72、半反半透鏡73、第一透鏡71和光纖組件3高精度對準安裝在管殼1的水平中軸線上，光電二極體晶片、第三透鏡73和半反半透鏡73高精度對準安裝在管殼1的垂直軸線上。該半反半透鏡73與水平成45°角安裝，通過半反半透鏡73進行分光傳輸，以實現單一波長的光收發功能。

如圖3所示，光收發光路結構中發射光路傳輸路徑，即sld光源晶片8發出光入射到第二透鏡72，聚焦後變成平行光入射到半反半透鏡73，半反半透鏡73鍍有特定厚度的反射膜，可以讓約50%的光透過，透過的光通過光纖組件端的第一透鏡71入射到光纖傳輸出去，半反半透鏡73反射的約50%的光反射到下端管壁方向予以捨棄。

如圖4所示，光收發光路結構接收光路傳輸路徑，即光纖傳播回來的光經過第二透鏡72後變成平行光入射到半反半透鏡73，有約50%的光經過半反半透鏡73反射到光電二極體端透鏡12，然後聚焦後入射到光電二極體晶片5，被光電二極體晶片5吸收，並由後面的的光電二極體探測電路6進行光電轉換通過管腿輸出。透過半反半透鏡73的約50%的光返回sld光源晶片42予以捨棄。

本發明採用準直透鏡組，實現了光源的發光、光束的分光傳輸和接收。成功用單一模塊了實現了目前光纖傳感經典方案中前端系統sld光源、光探測器組件、光耦合器三個分立器件實現的功能，大大降低光纖傳感系統尺寸，減少了多個組裝環節，提高了整機的可靠性和組裝便利性。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。