具有與殼體被動對準的分波濾光器的光學組件的製作方法

2023-04-27 20:58:51 1

本發明涉及光學組件，特別地，本發明涉及用於光學通信系統的光學組件，其向單根光纖傳輸和/或從單根光纖接收波長彼此不同的光信號。

背景技術：

作為用於光學通信系統的光學組件，能夠傳輸相對於單根光纖而言的上遊光信號並接收下遊光信號的單纖雙向光學組件已經是公知的。單纖雙向光學組件提供光傳輸單元，光接收單元，光纖固定單元，將光傳輸單元、光接收單元和光纖固定單元組裝起來的殼體，以及使屬於光傳輸單元的光信號和屬於光接收單元的另一光信號分開的分光濾光器。光學組件的殼體在內部容納有固定分光濾光器的濾光器保持部。濾光器保持部提供濾光器安裝面，該濾光器安裝面相對於光纖固定單元的光軸、光傳輸單元的光軸和光接收單元的光軸形成約45°的角度，分光濾光器安裝在該濾光器安裝面上。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題

上文描述的光學組件沒有提供機構來確定濾光器保持部相對於殼體的旋轉角度，因此，濾光器保持部是可選地可旋轉的。當濾光器保持部旋轉時，安裝在濾光器安裝面上的分波濾光器相對於光軸的角度會偏離設計角度，這不僅使得分波濾光器的分波功能劣化，而且使得光纖與各光學單元之間的光耦合效率劣化。

本發明提供一種光學組件，其向單根光纖傳輸和從單根光纖接收波長彼此不同的光信號，並且提供將這些光信號分開的分波濾光器，可以在不執行相對於內部容納有分波濾光器的殼體的光學對準的情況下組裝包括光纖在內的這些光學部件。

解決問題的技術方案

本發明的一方面涉及一種光學組件，其與單根光纖同時地通信具有第一波長的第一光信號和具有第二波長的第二光信號。所述光學組件包括第一光學單元、第二光學單元、分波濾光器、濾光器保持部和殼體。所述第一光學單元沿著第一光軸與所述第一光信號耦合。所述第二光學單元沿著與所述第一光軸垂直的第二光軸與所述第二光信號耦合。所述分波濾光器反射所述第一光信號和所述第二光信號中的一者並且傳輸所述第一光信號和所述第二光信號中的另一者。所述濾光器保持部保持所述分波濾光器。所述殼體的內部安裝有所述濾光器保持部，並且所述第一光學單元和所述第二光學單元附接於所述殼體。本光學組件的特徵在於，所述濾光器保持部與所述殼體配合。

附圖說明

圖1是示出了根據本發明的實施例的光學組件的透視圖。

圖2示出了圖1所示光學組件的橫截面。

圖3是圖1所示光學組件的主要部分的分解橫截面圖。

圖4是示出了殼體的透視圖。

圖5是固定分波濾光器的濾光器保持部的透視圖，其中(a)示出了從安裝有分波濾光器的安裝面看到的濾光器保持部，而(b)示出了從與前述側相反的一側看到的濾光器保持部。

圖6示出了安裝在殼體內的濾光器保持部的橫截面。

具體實施方式

接下來將參考附圖描述根據本發明的優選實施例。然而，本發明不限於這些實例，而是旨在包括權利要求中限定的技術方案以及在權利要求及其等同物範圍內的所有修改。此外，在說明書和附圖中，彼此相同或相似的附圖標記將指代彼此相同或相似的元件，而不做重複解釋。

圖1是根據本發明的實施例的光學組件的透視圖，並且圖2示出了圖1所示光學組件的主要部分的橫截面。圖1和圖2所示的光學組件1是能夠與單根光纖通信的所謂的雙向光學組件的類型。也就是說，光學組件1可以在將傳輸光信號(tx光)傳輸到單根光纖的同時從該單根光纖接收接收光信號(rx光)。光學組件1包括光接收單元(rx單元)2、光傳輸單元(tx單元)3以及內部接納有單根光纖的耦合單元4。光學組件1還提供：殼體5，rx單元2、tx單元3和耦合單元4附接於殼體5；以及濾光器保持部6，其安裝有分波濾光器8。本實施例的光學組件1通過濾光器保持部6將rx單元2附接於殼體5。

rx單元2是本發明中的第二光學單元，安裝有從單根光纖接收rx光的光電二極體(pd)，而tx單元3是本發明中的第一光學單元，安裝有將tx光傳輸至單根光纖的雷射二極體(ld)。tx單元3附接至殼體3使得tx單元3的光軸與耦合單元4平行；而rx單元2通過濾光器保持部6附接至殼體5使得rx單元2的光軸相對於耦合單元4的光軸形成90°的角度。也就是說，tx單元3的光軸與rx單元2的光軸在分波濾光器8上相交，形成大致90°的角度。圖1所示的tx單元3提供盒形封裝，其被稱為蝴蝶封裝，但是tx單元3可以具有與rx單元2相同的同軸型封裝。

如圖2所示，耦合單元4包括套筒4a、插芯4b、襯套4c和套筒蓋4d。套筒4接納固定在單根光纖末端中的光學插芯。插芯4b的前部固定在套筒4a的後部中。襯套4c的後部固定插芯4b的後部；而襯套4c的前部插入套筒蓋4d與套筒4a的後部之間。也就是說，套筒4a的後部被插入襯套4c的前部與插芯4b的前部之間的間隙中。可以通過壓入配合來實現套筒4a的後部的插入以及襯套4c的前部的插入。本說明書假定「前方」對應於耦合單元4附接於殼體5的一側；而「後方」對應於tx單元3附接於殼體5的一側。然而，這些假定僅僅是為了便於說明，不影響本發明的範圍。通過將單根光纖的光學插芯插入套筒4a以及將光學插芯的末端抵靠在插芯4b的前端上，這使得單根光纖與固定在插芯4b中心的耦合光纖物理接觸而不形成菲涅爾接面，可以使單根光纖與rx單元2和tx單元3光學耦合。

前對準單元7包括前耦合套筒7b和用於固定前透鏡7c的前透鏡保持部7a。前透鏡保持部7a和前耦合套筒7b均具有圓筒形狀。也就是說，前透鏡7c被固定在前透鏡保持部7a的孔中；而前透鏡保持部7a被固定在前耦合套筒7b的孔7d中。調節前透鏡保持部7a與前耦合套筒7b之間重合長度，可以實現前對準單元7沿其光軸的光學對準。另一方面，在前耦合單元7b的前壁7e上滑動耦合單元4的後端，可以實現耦合單元4與殼體5之間在與耦合單元4的光軸垂直的平面內的光學對準。在執行這些光學對準後，穿透焊接可以將前耦合套筒7b與前透鏡保持部7a固定在一起，角焊可以將耦合單元4與前耦合套筒7b固定在一起。

後者對準，即在與光軸垂直的平面內沿著x方向和y方向的對準探索了通過耦合光纖4e檢測到的量值為最大值的位置。耦合單元4在該位置固定於前耦合套筒7b。另一方面，另一對準，即沿著與光軸平行的z方向的對準可以調節通過耦合光纖4e檢測到的量值為預定值時前透鏡保持部7a與前耦合套筒7b之間的相對位置，因為最大量值可能會超過肉眼安全所確定的極限。

在光學組件1中，從tx單元3輸出的tx光經過分波濾光器8和前透鏡7c到達耦合光纖4e；而從耦合光纖4e輸出的rx光經過前透鏡7c並且被分波濾光器8反射而到達rx單元2。

圖3是圖1所示光學組件1的主要部分的分解橫截面圖，圖4是殼體5的透視圖，圖5是濾光器保持部6的透視圖，其中(a)示出了從分波濾光器8側看到的濾光器保持部6，而(b)示出了從tx單元3側看到的濾光器保持部6。殼體5可以由金屬製成，具有圓筒形狀，並且提供第一孔5a和第二孔5b，第一孔5a稱為tx孔並且其軸線與tx單元3的光軸平行，第二孔5b稱為rx孔並且其軸線與rx單元2的光軸平行。tx孔5a從將要附接耦合單元4的端部5h延伸至將要附接tx單元3的另一端。tx孔5a還固定分波濾光器8與附接有tx單元3的端部之間的隔離器5c。tx單元3通過角焊固定於殼體5的凸緣5d。

根據本發明的殼體5的一個特徵在於rx孔5b從殼體5的外表面中的平坦表面5e穿透，並且在斜坡5f置於平坦表面5e與臺階部5g之間的情況下平坦表面5e與臺階部5g連續。斜坡5f沿著耦合光纖4e的光軸存在，即沿著tx單元3的光軸存在，換句話說，斜坡5f形成為將rx孔5b夾在中間，並且臺階部5g形成在各個斜坡5f的外側。如說明書後文所述，濾光器保持部6也提供與殼體5的斜坡5f配合的斜坡6i。兩個斜坡5f與6i之間的相對關係可以防止濾光器保持部6在rx孔5b內旋轉，並且被動地確定濾光器保持部6在rx孔5b內的插入深度。

濾光器保持部6可以由金屬製成，並且提供凸緣6b和從凸緣6b突出的柱6d。具體地說，凸緣6b具有圓形臺階部6c和從臺階部6c突出的柱。凸緣6b、圓形臺階部6c和柱6d在其俯視圖中形成為同心圓。柱6d提供位於其端部中的安裝面6e，分波濾光器8安裝在安裝面6e上。濾光器保持部6還提供位於柱6d的中間部位的第一孔，即tx孔6g以及穿透凸緣6b和柱6d的第二孔，即rx孔6f。tx孔6g在安裝面6e的假想延伸面上的點處以90°的角度與rx孔6f相交。也就是說，tx孔6g的軸線在置於安裝面6e上的分波濾光器8的表面上以90°的角度與rx孔6f的軸線相交。濾光器保持部6還在圓形臺階部6c上面向柱6d的各個部位提供沿著耦合單元4的光軸或者沿著tx單元3的光軸的斜坡6i。

參考圖3，rx孔6f提供用於安裝接納濾光器6h的臺階部。接納濾光器6h可以遮擋來自tx單元3的光。根據本實施例的光學組件1假設安裝在如下系統中：tx光的波長λtx和rx光的波長λrx滿足關係λtx＜λrx。因此，tx單元3不受rx光影響。也就是說，在tx單元內設置的ld對於rx光而言是透明的。然而，rx單元2受tx光影響。具體地說，在rx單元2內設置的pd受tx光影響。特別地，當tx單元3產生的信號光一旦經過分波濾光器8從光學組件輸出到外部，在遠離光學組件的位置遭受菲涅爾反射並且返回到光學組件，則一部分光可能被分波濾光器8反射而到達rx單元2。這種光對於rx單元而言成為噪音。因此，接收濾光器6h優選地置於rx單元2前方從而傳輸屬於rx單元2的光並且反射剩餘光。

圖6示出了安裝在殼體5內的濾光器保持部6的橫截面。耦合單元4、tx單元3和rx單元2分別附接於側面5h、與側面5h相反的側面以及濾光器保持部6的側面6i。柱6d插入殼體5的rx孔5b中。殼體5的tx孔5a的軸線與濾光器保持部6的軸線重合，準確地說，與柱6d中的tx孔6g的中心軸線重合，並且在安裝面6e的假想延伸面上的點處在殼體5的中心與柱6d中的rx孔的軸線相交。

對於濾光器保持部6的斜坡6i，濾光器保持部6的柱6d被插入rx孔5b的深端，在濾光器保持部6的臺階部6c與殼體的臺階部5e之間以及凸緣6b與殼體5的臺階部5g之間形成間隙。也就是說，濾光器保持部6和殼體5僅僅各自在斜坡5f和6i處接觸。

換句話說，通過濾光器保持部6的斜坡6i摩觸殼體5的斜坡5f，確定安裝在濾光器保持部6中的分波濾光器8的法線相對於rx單元2的光軸以及tx單元3的光軸的角度，並且絕不會偏離如此確定的位置關係。從耦合單元4提供的rx光被分波濾光器8反射並且以合適的入射角進入rx單元2。或者rx光被引導到如下區域：其中，通過在濾光器保持部6的表面6j上滑動rx單元2，至少rx單元2能夠被對準。此外，從tx單元3來的tx光被適當地引導至耦合單元4，準確地說，被引導至耦合光纖的端部。

當進入分波濾光器的入射角偏離設計角度時，分波濾光器對於兩個光束的分波功能會劣化。在rx單元2的光軸和tx單元3的光軸在分波濾光器處形成直角的光學系統中，為了使具有例如1.48μm波長的光束與具有1.55μm波長的光束分開，該光學系統需要兩個光束的入射角的偏離度在±1°以內。在這樣的情況下，分波濾光器的安裝角的偏離度需要在±0.5°以內。當進入分波濾光器8的角度偏離時，這意味著進入濾光器6h的光束入射角偏離設計角，濾光器6h的濾波性能也會劣化。

分波濾光器8通常可以由母材上的多層光學薄膜製成，其中各個光學薄膜具有彼此不同的光學特性，特別地折射率。儘管分波功能的陡度(steepness)決定於光學薄膜的數量，但是數量增多會降低分波濾光器8的透光率。此外，具有急陡的截止特性的分波濾光器需要中心波長或截止波長上的絕對準確性。本發明的濾光器保持部6和殼體5具有可以自動確定分波濾光器8相對於rx單元2和tx單元3的光軸的角度的斜坡6i和5f，該布置可以應用於具有多層光學薄膜的分波濾光器。

上述說明集中於提供一個光接收單元和一個光傳輸單元的光學組件1，但是光學組件1可以提供另外的光傳輸單元代替光接收單元。在這樣的光學組件中，用於各個光傳輸單元的波長中的差異變得更小，並且構造有多層光學薄膜的分波濾光器不能分開兩個波長。通過使一者tx光的偏振垂直於另一者tx光的偏振，分波濾光器具有顯著的分波功能。這種偏振分開功能在兩個光束相對於分波濾光器的法線的入射角方面需要更高的準確性。

接下來描述包括外部光纖與rx單元2之間以及外部光纖與tx單元3之間的光學對準在內的組裝。該過程首先組裝濾光器保持部6從而將分波濾光器8安裝在柱6d的端部中的表面6e上。如前所述，濾光器保持部6和殼體5提供各自的斜坡6i和5f。摩觸斜坡6i和5f並且將濾光器保持部6的凸緣6b與殼體5焊接起來，將濾光器保持部6與殼體2組裝起來。在組裝濾光器保持部6的步驟中，沒有進行光學對準。在將濾光器保持部6固定於殼體5之後，在不進行光學對準的情況下在設計位置將tx單元3的前端固定於殼體的凸緣5g。

然後，將前對準單元7固定於殼體5，並且將耦合單元4固定於前對準單元7。具體地說，實際地操作tx單元3，準確地說，從tx單元3內設置的ld產生雷射束，雷射束被引導到殼體5內。耦合單元4和前對準單元7針對雷射束進行對準，並且在殼體5的前端5h上被固定在對準位置處。本步驟在前對準單元7置於耦合單元4與殼體5之間的情況下將耦合單元4相對於殼體5定位。也就是說，本步驟準備了虛擬光纖，其可以與前透鏡保持部7a一起移動並且具有位於前透鏡7c的焦點處的端面。在殼體5的前表面5h上滑動前透鏡保持部7a，該過程將前透鏡保持部7a固定在如下位置：通過該虛擬纖維檢測到的tx光的量值是最大值。

接下來，移除虛擬光纖並且用前耦合套筒7b覆蓋前透鏡保持部7a，在與光軸垂直的平面內在前耦合套筒7b的前表面7e上滑動耦合單元4，耦合單元4被臨時固定在如下位置：通過耦合單元4檢測到的tx光的量值是最大值。然後，調節前耦合套筒7b插入前透鏡保持部7a的插入深度。可以調節這兩個部件之間的重合長度使得，通過實際地操作設置在tx單元3內部的ld，使得通過耦合單元4檢測到的量值處於預定範圍內，並且穿透焊接可以將前耦合套筒7b與前透鏡保持部7a固定在一起。前耦合套筒7b相對於前透鏡保持部7a的對齊不會總是將耦合光纖4的端部設定在前透鏡7c的焦點部分處。與前透鏡7c的焦點重合的耦合光纖4e的端部可能導致通過耦合光纖輸出的光的量值超出肉眼安全的極限。因此，耦合光纖4e的端部通常偏離前透鏡7c的焦點，即，散焦布置。最後，在前耦合套筒7b的端面7e上執行耦合單元4在與其光軸垂直的平面內的對準。角焊可以將耦合單元與前耦合套筒7b固定在對準位置。

然後，該過程將rx單元2相對於殼體5，準確地說，濾光器保持部6對準並固定於濾光器保持部6。具體地說，在不執行光學對準的情況下將後透鏡保持部9a固定於濾光器保持部6的端部9e。也就是說，角焊將後透鏡保持部9a固定於濾光器保持部6的設計位置。然後，首先調節後透鏡保持部9a插入後耦合套筒9b的孔9d中的插入深度。協同操作rx單元2與後耦合套筒9b並且實際地從耦合光纖4提供虛擬rx光，可以如通過設置在rx單元2內的pd實際地接收虛擬rx光那樣，執行rx單元2相對於後耦合套筒9b的對準。因為分波濾光器8已經確定了其角度，因此在rx單元2沒有在與其光軸垂直的平面內對準的情況下虛擬rx光進入rx單元2。或者，虛擬rx光可以以相當於執行了與其光軸平行的對準的量值進入rx單元2。然後，可以確定後透鏡保持部9a插入後耦合套筒9b的插入深度，使得pd檢測到的量值為最大值。穿透焊接可以將後耦合套筒9b與後透鏡保持部9a固定在該位置。rx單元具有比後耦合套筒9b的孔9d的內徑稍小的外徑，從而在兩者之間形成微小間隙。可以在該微小間隙內執行光學對準，並且角焊可以在如下位置將rx單元2固定於後耦合套筒9b：pd檢測到的量值為最大值。在與其光軸垂直的平面內的對準過程中，rx單元2沒有旋轉。rx單元2提供一些待固定於電路板上的對應盤的端子；因此，旋轉rx單元2將會導致端子與盤之間的位置關係變得混亂。

上面描述了根據本發明的實施例，但是很顯然，本領域技術人員可以改變和/或修改這些實施例。因此，後面權利要求將包含落入本發明的真正精神和範圍內的這些變動和修改。