集成多通道光電轉換器的製作方法

2023-06-26 21:21:46

專利名稱：集成多通道光電轉換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖通訊領域，具體地說，涉及一種集成多通道光電轉換器。
背景技術：
現代光纖通訊系統中，需要使用光電轉換器將通過光纖傳輸的光信號轉換成電信 號，從而實現對光纖網絡的監控、維護以及對信號進行處理。現有的光電轉換器多為多通道 集成的光電轉換器，其具有多路光纖，並設有多個光電元件，可同時對多路光纖傳輸的光信 號進行轉換，以減少光電轉換器的安裝空間，並降低安裝成本以及維護費用。現有一種多通道光電轉換器如圖1所示，該多通道光電轉換器具有光輸入模塊 10，其包括多根平行布置的光纖11，光信號從光纖11的端部出射。正對光輸入模塊10設有 光接收模塊14，其具有一個基板15，基板15上設有多個光電元件16，每一光電元件16均與 一根光纖11對應，因此光電元件16也是平行布置的。在光輸入模塊10與光接收模塊14之間設有微透鏡模塊20，微透鏡模塊20具有多 個微型透鏡21，每一微型透鏡21均與一根光纖11對應，且位於對應的光纖11與光電元件 16之間。微型透鏡21為柱狀的透鏡，兩端為外凸的第一曲面22以及第二曲面23，第一曲 面22設在靠近光纖11的一端，第二曲面23設在靠近光電元件16的一端。光信號從光纖11的端部出射後，經過微型透鏡21的第一曲面22進入微型透鏡 21，並從第二曲面23出射聚焦到光電元件16上，光電元件16將接收到的光信號轉換成電 信號。由於現有光輸入模塊10中相鄰光纖11的間距很小，通常是0. 25毫米，因此微型 透鏡21的尺寸也很小，若要使光信號從光纖11出射後無損耗地耦合到微型透鏡21中，光 纖11的端面需要非常接近微型透鏡21的第一曲面22。相同地，若要使光電元件16無損耗 地接收微型透鏡21出射的光信號，光電元件16與微型透鏡21的第二曲面之間的距離也需
要設置得非常小。但是，根據目前光電轉換器的結構和封裝技術，將光電元件16安裝到與微型透鏡 21距離很小的位置非常困難，光電轉換器的組裝工藝要求非常高。因此，現有另一種多通道光電轉換器使用一個雙凸曲面透鏡替代多個微型透鏡， 其結構示意圖如圖2所示。該種多通道光電轉換器也具有由多根平行設置的光纖11組成 的光輸入模塊10，並設有光接收模塊14，光接收模塊14上設有多個光電元件16。在光輸入模塊10與光接收模塊14之間設有一個雙凸曲面透鏡25，其兩端具有外 凸的第一曲面26以及第二曲面27，其中第一曲面26靠近光纖11的一端，第二曲面27設在 靠近光電元件16的一端。光信號從光纖11端部出射後，經過雙凸曲面透鏡25後出射至光電元件16。由於 雙凸曲面透鏡25的尺寸不受光輸入模塊10中光纖11間距的限制，因此可以使用像方焦距 為任意距離的雙凸曲面透鏡25，光輸入模塊10雙凸曲面透鏡25間的距離可以設置得較長， 多通道光電轉換器的組裝方便，降低組裝成本。[0011]但是，現有的雙凸曲面透鏡25大多存在像差現象，對於離雙凸曲面透鏡25的光軸中心不同位置的輸入光信號，經過雙凸曲面透鏡25後，聚焦位置不在與光軸垂直的同一個 平面上，即產生所謂的散焦現象。離光軸中心越遠，散焦越嚴重。如圖2所示的，上下二個 離雙凸曲面透鏡25光軸較遠的光電元件16接收到的光信號存在嚴重的散焦現象。並且，由於現有光電轉換器的光電元件16高度集成封裝，相鄰兩個光電元件16間 距很小，光電元件16容易接收到相鄰光電元件16的光信號，即造成串擾，通常導致被串擾 的光電元件16不能正常工作。
發明內容本實用新型的主要目的是提供一種組裝工藝要求較低的集成多通道光電轉換 器；本實用新型的另一目的是提供一種有效避免串擾現象的集成多通道光電轉換器。為實現上述的主要目的，本實用新型提供的集成多通道光電轉換器包括光輸入模 塊，其具有多根平行設置的光纖，正對光輸入模塊設置有光接收模塊，光接收模塊具有與 多根光纖一一對應的多個光電元件，其中，光輸入模塊與光接收模塊之間設有與多根光纖 一一對應的多個像方焦距延長器件，並且每一像方焦距延長器件位於對應的光纖與光電元 件之間。光信號從光纖端面出射後，進入對應的像方焦距延長器件，再從像方焦距延長器 件端面出射到光電元件中。由於光纖與光電元件之間設置像方焦距延長器件，光信號從像 方焦距延長器件出射後，可以在離像方焦距延長器件較遠的地方聚焦，即其像方焦距較長。 這樣，光電元件可安裝在距離像方焦距延長器件較遠的地方，也能很好地接收出射的光信號。由以上方案可見，光接收模塊不需要安裝距離像方焦距延長器件很短的位置，這 樣可以大大降低集成多通道光電轉換器的組裝工藝要求，也降低集成多通道光電轉換器的 組裝成本。並且，光信號從像方焦距延長器件出射後能聚焦併入射至光電元件中，這樣能有 效避免串擾現象，提高集成多通道光電轉換器的使用品質。一個優選的方案是，像方焦距延長器件為微自聚焦透鏡，多個微自聚焦透鏡平行 設置，並組成微透鏡模塊，微自聚焦透鏡的外徑與對應的光纖外徑相等。由此可見，通過改變微自聚焦透鏡的長度，在保持物距不變的情況下，實現特定的 像方焦距，即可改變微透鏡模塊與光電元件之間的距離，便於集成多通道光電轉換器的組裝。

圖1是現有多通道光電轉換器的結構示意圖；圖2是現有另一種多通道光電轉換器的結構示意圖；圖3是本實用新型第一實施例的結構示意圖；圖4是本實用新型第一實施例中微透鏡模塊的剖視放大圖；圖5是本實用新型第二實施例中微透鏡模塊的剖視放大圖；圖6是本實用新型第三實施例的結構示意圖；[0026]圖7是本實用新型第四實施例的結構示意圖；圖8是本實用新型第四實施例中擴束光纖的剖放視大圖。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式第一實施例參見圖3，本實施例具有光輸入模塊10，其具有多根平行設置的光纖11，光信號從 光纖11的端部出射。正對光輸入模塊10設有光接收模塊14，光接收模塊14具有一塊基板 15，基板上設有多個光電元件16，每一光電元件16均與一根光纖11對應，用於接收對應光 纖11出射的光信號。由於光纖11平行布置，因此光電元件16也對應平行設置。優選地， 光電元件16為光電二極體，並且多個光電二極體的光軸在同一平面上。光接收模塊14的多個光電元件16均生長在同一塊基板15上，並且基板15具有 一個公共的電極，並且每一光電元件16均還設有一個獨立的電極。同時，每一光電元件16 均能獨立地接收光信號，並且獨立地對光信號進行處理。當然，實際應用時，每一光電元件16也可以是具有獨立的兩個電極，一個為正極， 另一個為負極，這並不影響本實用新型的實施。本實施例中，光接收模塊14採用氣密封裝，即光接收模塊14具有一個由金屬及玻 璃板製成的殼體，該殼體採用氣密封裝技術，光電元件16避免在殼體內，以防止外部的空 氣進入殼體內，避免光電元件16發生氧化反應。殼體的一個端壁上設有玻璃板，多個光電 元16件正對玻璃板設置，以便光電元件16接收光信號。本實施例中，光纖11為常規光纖，其外徑為0. 25毫米，並且相鄰兩光纖11的間距 也為0.25毫米，即相鄰兩光纖11的間距與光纖11的外徑相等。同時，光接收模塊14相鄰 兩個光電元件16的間距與相鄰兩光纖11的間距相等。在光輸入模塊10與光接收模塊14之間設有微透鏡模塊30，微透鏡模塊30包括 多個作為像方焦距延長器件的微自聚焦透鏡31，每一微自聚焦透鏡31均與一根光纖11對 應，並且每一微自聚焦透鏡31位於對應光纖11與光電元件16之間。同時，本實施例中，每一微自聚焦透鏡31的外徑與對應的光纖11的外徑相等。優 選地，光輸入模塊10中每一光纖11的外徑相等，因此，每一微自聚焦透鏡31的外徑也相寸。微自聚焦透鏡31為柱狀透鏡，其由折射率漸變的材料製成，光信號從微自聚焦透 鏡31出射後可在較遠的地方成像聚焦，即其像方焦距較遠。這樣，即使光電元件16與微自 聚焦透鏡31端面之間存在較大的距離，光電元件16仍能很好地接收光信號，光接收模塊14 即可安裝在距離微透鏡模塊30較遠的地方，降低多通道光電轉換器的組裝工藝要求，便於 多通道光電轉換器的組裝。參見圖4，微透鏡模塊30具有平行設置的兩塊玻璃板34、35，多個微自聚焦透鏡31 平行地布置在玻璃板34、35之間，並且相鄰兩個微自聚焦透鏡31的間距相等。本實施例中，微自聚焦透鏡31的外徑為Li，相鄰兩個微自聚焦透鏡31的間距為 L2，並且Ll與L2相等，均為0. 25毫米。可見，光纖11的外徑、相鄰兩光纖11的間距、微自 聚焦透鏡31的外徑以及相鄰兩微自聚焦透鏡31的間距均相等，均為0. 25毫米。[0040]在兩塊玻璃板34、35之間填充有粘接劑36，如環氧膠，用於將玻璃板34、35與微自 聚焦透鏡31膠合。第二實施例與第一實施例相同，本實施例設有光輸入模塊、光接收模塊以及微透鏡模塊，其中 光輸入模塊具有多根平行設置的光纖，光接收模塊具有多個光電元件，微透鏡模塊具有多 個平行設置的微自聚焦透鏡，在此不再贅述。參見圖5，微透鏡模塊40具有相互平行的玻璃蓋板41以及玻璃底板42，玻璃底板 42上開設有多條V形凹槽43，V形凹槽43相互平行設置，並且相鄰兩條凹槽43的間距相 等。每一個微自聚焦透鏡31設在一條凹槽43上，並且，微自聚焦透鏡31的外徑與相鄰兩 個微自聚焦透鏡31的間距相等，均為0. 25毫米。在玻璃蓋板41與玻璃底板42之間填充有粘接劑45，用於將玻璃蓋板41、玻璃底 板42以及微自聚焦透鏡31膠合。由此可見，通過玻璃底板42上的V形凹槽，微自聚焦透鏡31平行且等間距地布 置，便於接收多根光纖出射的光信號，也有利於將光信號出射至對應的光電元件中。由於光信號經過微自聚焦透鏡31後，能在較遠的地方聚焦形成鏡像，因此光接收 模塊可安裝在距離微透鏡模塊較遠的地方，降低多通道光電轉換器的組裝難度。並且，微 自聚焦透鏡與光電元件一一對應，光信號從微自聚焦透鏡出射後能出射至對應的光電元件 上，能有效避免串擾現象。第三實施例參見圖6，本實施例具有光輸入模塊10，其具有多根平行設置的光纖11。正對光輸 入模塊10設有光接收模塊14，其具有基板15，基板15上設有與光纖11 一一對應的多個光 電元件16。在每一光纖11的端部設有作為像方焦距延長器件的光纖透鏡50，光纖透鏡50為 熔接在光纖11端部的一端多模光纖，其對光信號進行耦合聚焦，並且可獲得足夠的像方焦 距。製作光纖透鏡時，首先在光纖11的端部熔接一端多模光纖，並控制多模光纖的長 度，然後通過電弧放電或局部高溫加熱的方式將多模光纖的端面處理成曲面，例如光纖透 鏡端面製作成曲率半徑為0.85毫米的曲面。這樣，光纖透鏡50即製作完畢，並且，光纖透 鏡50的直徑大於光纖11包層的外徑。光信號傳送至光纖11的末端時，進入光纖透鏡50中，並經過光纖透鏡50後出射 至光電元件16。由於光纖透鏡50的端面為曲面，並且光纖透鏡50的直徑大於光纖11的外 徑，因此光信號從光纖透鏡50出射後能在較遠的地方聚焦，光接收模塊14即可設置在距離 光纖透鏡50較遠的地方，便於集成多通道光電轉換器的組裝。另外，由於光纖透鏡50是熔接在光纖11的末端，即光纖11與光纖透鏡50之間沒 有間隙，還能省去光輸入模塊與微透鏡模塊之間的裝配工作，簡化集成多通道光電轉換器 的安裝工藝。第四實施例參見圖7，本實施例具有光輸入模塊10，其具有多根平行設置的光纖11。正對光輸 入模塊10設有光接收模塊14，其具有多個與光纖11 一一對應的光電元件16。[0055]在每一光纖11的末端通過局部熱處理形成擴束光纖60 (TEC)，擴束光纖60為本實 施例的像方焦距延長器件，其結構圖如圖8所示。擴束光纖60的前端61芯徑與光纖11的 芯徑相等，而擴束光纖的端部為擴束區62，擴束區62的芯徑逐漸增大，並且端面處芯徑遠 大於前端61處的芯徑。 光信號進入擴束區62後發散性遠小於常規光纖11，即經過擴束區62後的光信號 也能在較遠的地方得到較小的像，因此光接收模塊14可以設置在距離擴束光纖60端面較 遠的地方。此外，從擴束光纖60出射的光信號能在入射至光電元件16時聚焦，有效避免串 擾現象。上述實施例僅是本實用新型優選的四個實施方式，實際應用時還可以有更多的改 變，例如，第二實施例中，玻璃底板的凹槽設置成半圓形或者方形等；或者，使用其他透明材 料的板材替代玻璃板，這些蓋板並不影響本實用新型的設施。最後需要強調的是，本實用新型不限於上述實施方式，如微自聚焦透鏡外徑及相 鄰兩個微自聚焦透鏡間距的改變、光纖透鏡直徑大小的改變等微小的變化也應該包括在本 實用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求集成多通道光電轉換器，包括光輸入模塊，具有多根平行設置的光纖；正對所述光輸入模塊設置的光接收模塊，所述光接收模塊具有與所述多根光纖一一對應的多個光電元件；其特徵在於所述光輸入模塊與所述光接收模塊之間設有與所述多根光纖一一對應的多個像方焦距延長器件，所述每一像方焦距延長器件位於對應的光纖與光電元件之間。
2.根據權利要求1所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述像方焦距延長器件為微自聚焦透鏡，所述多個微自聚焦透鏡平行設置，並組成微 透鏡模塊。
3.根據權利要求2所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述微自聚焦透鏡的外徑與所述對應的光纖外徑相等。
4.根據權利要求3所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述相鄰兩微自聚焦透鏡的間距與所述相鄰兩光纖的間距相等。
5.根據權利要求2至4任一項所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述微透鏡模塊還具有兩塊平行設置的玻璃板，所述多個微自聚焦透鏡等間距地布置 在所述玻璃板之間，所述兩塊玻璃板之間填充有粘接劑。
6.根據權利要求2至4任一項所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述微透鏡模塊還具有平行設置的玻璃蓋板以及玻璃底板，所述玻璃底板上平行且等 間距地設有多條凹槽，每一微自聚焦透鏡布置在一條凹槽內，所述玻璃蓋板與玻璃底板之 間填充有粘接劑。
7.根據權利要求1所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述像方焦距延長器件為熔接在所述光纖端部的光纖透鏡，所述光纖透鏡的端面為曲
8.根據權利要求7所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於 所述光纖透鏡為經過電弧放電或局部高溫加熱處理的多模光纖。
9.根據權利要求1所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述像方焦距延長器件為對所述光纖末端進行局部熱處理後獲得的擴束光纖。
10.根據權利要求1至4、7、9任一項所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述光接收模塊的多個光電元件生長在同一基板上，所述多個光電元件具有一個公共 的電極，且每一光電元件還具有一個獨立的電極。
11.根據權利要求10所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述光接收模塊的相鄰兩光電元件的間距與光輸入模塊的相鄰兩光纖的間距相等。
12.根據權利要求10所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於所述光接收模塊具有氣密化封裝殼體，所述多個光電元件密閉在所述殼體內。
13.根據權利要求12所述的集成多通道光電轉換器，其特徵在於 所述殼體具有玻璃板，所述多個光電元件正對所述玻璃板設置。
專利摘要本實用新型提供一種集成多通道光電轉換器，包括光輸入模塊，其具有多根平行設置的光纖，正對光輸入模塊設置有光接收模塊，光接收模塊具有與多根光纖一一對應的多個光電元件，其中，光輸入模塊與光接收模塊之間設有與多根光纖一一對應的多個像方焦距延長器件，並且每一像方焦距延長器件位於對應的光纖與光電元件之間。本實用新型提供的多通道光電轉換器光接收模塊與像方焦距延長器件之間的距離可以設置較長，其組裝工藝要求較低，還能有效避免串擾現象的發生。
文檔編號G02B6/43GK201611400SQ20092026262
公開日2010年10月20日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者雷和清 申請人:光庫通訊(珠海)有限公司