專利名稱：一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖傳輸領域，尤其涉及一種光收發(fā)器件及其制造方法。
背景技術：
隨著光纖到戶FTTH (Fiber TO The Home)的普及，市場上對于小型熱插拔封裝的單纖雙向光模塊需求量逐步增大，但同時市場給予光模塊的成本壓力也在加大。例如，作為EPON(Ethernet Passive Optical Network )和GPON(Gigabit Passive Optical Network)光模塊的關鍵器件，單纖雙向光器件(BOSA)占據(jù)了光模塊成本的60%以上。因此，如何降低光器件的成本成為光模塊生產(chǎn)廠家的重中之重。目前，光器件廠商降本的主要方法是降低PON光器件中的LD TO (Laser Diode Transistor Outline)成本。而降低LD TO成本的途徑主要是將非球透鏡更改為球透鏡。然而，一般地，非球透鏡的耦合效率可以達到30%以上，而球透鏡一般為20%，兩者相差達到10%以上，這就使耦合效率成為低成本PON光器件中設計、生產(chǎn)中的關鍵因素。因此，采用低成本LD T0，也就是球透鏡LD T0，如何有效提高耦合效率已成為研發(fā)和生產(chǎn)中的關鍵因素。以傳統(tǒng)的GPON光收發(fā)器件為例，如圖I所示，其包含本體101，光纖插芯102，收端的PD TO (Photodiode Detector)光接收組件103，發(fā)端的LD TO光發(fā)射組件104，成45°設置的濾光片105。其基本工作原理為出射光從光發(fā)射組件104發(fā)出，直接透過45°濾光片105，由光纖插芯102接收；而接收光從光纖插芯102射入，經(jīng)過45°濾光片105反射進入光接收組件103。目前業(yè)界，普遍采用如下的方法來提高耦合效率
方法1，采用特殊設計的光纖插芯，以提高耦合效率。如圖2所示，該方法中的光收發(fā)器件基本結(jié)構(gòu)和前述傳統(tǒng)GPON光收發(fā)器件類似，具有本體201，光纖插芯202，光接收組件103，光發(fā)射組件104及濾光片105，它和傳統(tǒng)光收發(fā)器件的差異為將光纖插芯202中的收光部件206傾斜一定角度設置。該方法的基本原理如圖3所示，根據(jù)菲涅爾定律，若收光部件的傾斜角為8°，此時折射到光纖中的主光線對應的入射光線與光纖的光軸夾角為3.79°，假定光纖纖芯介質(zhì)折射率n2=l. 4676，入射波長1550nm，空氣折射率nl=l。因此，相比之下，斜8°收光部件206的耦合效率會比平端光纖有不少下降，這主要是斜8°收光部件206端面的反射以及斜8°收光部件數(shù)值孔徑與光發(fā)射組件204出射激光的數(shù)值孔徑不匹配造成的。為提高耦合效率，容易想到將斜8°收光部件206按照傾斜3. 79°安裝，此時由光發(fā)射組件204發(fā)出的光線入射到收光部件206上，就相當于直接入射到平端光纖上。因此，此種插芯設計相比斜8°插芯設計，可以提高耦合效率。但此法的缺點是光纖插芯202制造工藝復雜，成本高昂，并且光纖插芯202可靠性仍無法保證。方法2，如圖4所示，該方法中的光收發(fā)器件基本結(jié)構(gòu)和前述傳統(tǒng)GPON光收發(fā)器件類似，具有本體401，光纖插芯402，光接收組件403，光發(fā)射組件404及濾光片405，它和傳統(tǒng)光收發(fā)器件的差異為將光纖插芯202與本體401按照一定角度焊接裝配。容易看出此法的原理類似于方法I。該法的缺點是，生產(chǎn)過程中插芯與本體需按照一定角度裝配，對人員及夾、治具的要求極高，同時對激光焊接系統(tǒng)也提出苛刻的要求，不利于生產(chǎn)。方法3，如在專利US2012/0148257A1中提到的，采用光發(fā)射組件與本體按照特定角度裝配的方法來提高耦合效率。同樣地，也存在與方法2相同的弊端，對生產(chǎn)工藝要求苛亥IJ，不易于實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題為，提供一種具有新型濾光片，能提高耦合效率，并簡化生產(chǎn)操作的光收發(fā)器件及其制造方法。本發(fā)明的目的通過提供以下一種光收發(fā)器件實現(xiàn)
一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件，包括本體；光纖插芯，一端位于本體中；光發(fā)射組件，至少部分位于本體中，所述光發(fā)射組件和光纖插芯相對同軸設置；光接收組件，至少 部分位于本體中；濾光片，傾斜設置于光纖插芯和光發(fā)射組件之間，所述光發(fā)射組件發(fā)出的光束穿過所述濾光片射入光纖插芯，所述光纖插芯發(fā)出的光束被所述濾光片反射后射入光接收組件，光纖插芯中的光纖的收光端面相對光纖插芯的中軸線的垂線具有一個角度Θ，該角度Θ導致入射的光線偏轉(zhuǎn)一定角度a，所述濾光片的第一面傾斜的面向所述光發(fā)射組件，第二面傾斜的面向所述光接收組件和所述光纖插芯，所述第一面和光纖插芯的中軸線所成的第一偏角c不等于所述第二面和所述光纖插芯的中軸線所成的第二偏角e，且第一偏角c和第二偏角e使得光發(fā)射組件發(fā)出的光線經(jīng)過濾光片后，偏移角度a投射到光纖插芯上。優(yōu)選的，所述第二偏角e根據(jù)以下公式計算得到a+e=90° _e。 優(yōu)選的，所述第一偏角C根據(jù)以下公式組計算得到sin (45-a) =n2*sin (b)；e-c=d-b ;sin(90-c)=n2*sin(d);其中角度d為光發(fā)射組件發(fā)出的光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第一面的垂線所成的夾角，角度b為前述光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第二面的垂線所成的夾角，n2為濾光片的折射率。優(yōu)選的，所述角度Θ為8度，角度a為3. 79度。優(yōu)選的，所述第二偏角e為43. I度。本發(fā)明的目的還通過提供以下一種光收發(fā)器件制造方法實現(xiàn)，其包括以下步驟提供一本體；在本體上安裝一光纖插芯，使光纖插芯的一端位于本體中，光纖插芯中的光纖的收光端面相對光纖插芯的中軸線的垂線具有一個角度Θ，該角度Θ導致入射的光線偏轉(zhuǎn)一定角度a ;在本體上安裝一光發(fā)射組件,使光發(fā)射組件和光纖插芯相對同軸布置；在本體上安裝一光接收組件；在本體中安裝一濾光片，濾光片傾斜的位于光纖插芯和光發(fā)射組件之間，使得該濾光片的第一面傾斜的面向所述光發(fā)射組件，第二面傾斜的面向所述光接收組件和所述光纖插芯，所述第一面和光發(fā)射組件的中軸線所成的第一偏角c不等于所述第二面和所述光纖插芯的中軸線所成的第二偏角e，且使得第一偏角c和第二偏角e使得光發(fā)射組件發(fā)出的光線經(jīng)過濾光片后，偏移角度a投射到光纖插芯上。優(yōu)選的，光收發(fā)器件制造方法還包括以下步驟，根據(jù)公式a+e=90° -e，計算第一偏角e的值。優(yōu)選的，光收發(fā)器件制造方法還包括以下步驟，根據(jù)以下公式組，計算得到第一偏角 c 的值,sin(45-a)=n2*sin(b) ；e-c=d-b ;sin (90_c) =n2*sin (d);其中角度 d 為光發(fā)射組件發(fā)出的光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第一面的垂線所成的夾角，角度b為前述光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第二面的垂線所成的夾角，n2為濾光片的折射率。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在通過在光收發(fā)器件中設置兩側(cè)面的傾斜角度不等的濾光片，補償發(fā)射到光纖插芯上的光線的角度偏移，在提高了耦合效率的同時，生產(chǎn)和裝配簡單。


圖I為傳統(tǒng)的GPON光收發(fā)器件結(jié)構(gòu)圖。
圖2為現(xiàn)有技術中方法I的光收發(fā)器件結(jié)構(gòu)圖。圖3為現(xiàn)有技術中方法I的原理圖。圖4為現(xiàn)有技術中方法2的光收發(fā)器件結(jié)構(gòu)圖。圖5為本發(fā)明具體實施方式
的第一原理圖。圖6為本發(fā)明具體實施方式
的第二原理圖。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施方式
提供了一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件，和現(xiàn)有的光收發(fā)器件類似，其包括本體，以及安裝在本體上或本體中的光纖插芯，光發(fā)射組件，光接收組件和濾光片。具體的，光纖插芯和光發(fā)射組件相對的設置，分別設置于本體的兩端，且均至少部分進入到本體中，光纖插芯和光發(fā)射組件優(yōu)選的同軸設置，即它們的中軸線重合。濾光片位于它們兩者之間，傾斜設置。光接收組件同樣至少部分進入到本體中，但設置在本體的一側(cè)，其在光纖插芯和光發(fā)射組件的軸向上位于光纖插芯和光發(fā)射組件之間，且光接收組件的自身中軸線方向和光纖插芯的中軸線方向垂直。光收發(fā)器件能夠?qū)崿F(xiàn)光信號的雙向傳輸。光發(fā)射組件發(fā)出的光線經(jīng)過濾光片后進入到光纖插芯中，而光纖插芯發(fā)出的光纖經(jīng)過濾光片反射，偏轉(zhuǎn)45度角進入光接收組件中。如圖5，濾光片505具有第一面511和第二面512，第一面511傾斜的面向光發(fā)射組件，第二面傾斜的面向光接收組件。在本實施例中，濾光片的第一面和第二面不平行，第一面511和光發(fā)射組件的中軸線所成的第一偏角c不等于45度，第二面512與光纖插芯的中軸線所成的第二偏角e也不等于45度。如前所述的，光纖插芯中的光纖的收光端面相對光纖插芯的中軸線的垂線具有一個角度Θ，角度Θ位于6度至10度之間，該角度Θ會導致入射的光線偏轉(zhuǎn)一定角度a，從而造成耦合效率降低，該偏轉(zhuǎn)角度a在3度至5度之間。角度Θ業(yè)界通常設置為8度，而偏轉(zhuǎn)角度a為3. 79度。如圖6，從光纖插芯中射出的光線投射到濾光片505的第二面512上后，按照要求需要垂直入射到光接收組件中，光接收組件的中軸線垂直于光纖插芯的中軸線，因此，借助幾何光學中的反射定律即可得到，a+e=90° -e,即當a為3. 79度時，第二偏角e為43. I度時最能滿足要求。為了克服前述的耦合效率降低的缺陷，本發(fā)明的具體實施方式
通過為濾光片505的第一面511設置特定的第一偏角c來達到，從光發(fā)射組件發(fā)出的光線經(jīng)過濾光片505后，偏移一個前述的偏轉(zhuǎn)角度a投射到光纖插芯上，該角度a使得進入光纖插芯的光纖類似于從平端的光纖插芯射入。以下介紹第一偏角c的選擇方式。如圖5，第一偏角c為從光發(fā)射組件發(fā)出的光線和第一面所成的夾角；角度d為該光線進入濾光片505并偏轉(zhuǎn)后，與第一面的垂線所成的夾角；角度b為該光線進入濾光片505并偏轉(zhuǎn)后，與第二面的垂線所成的夾角；如前所述，角度a為光纖插芯的端面傾角為角度Θ時，入射光線的偏轉(zhuǎn)角度，從而相應的為使入射光線沿光線插芯中軸線射入時，所需要的光纖插芯光線入射角，在圖5中，也即是該光線從濾光片505的第二面射出后，與光線從光發(fā)射組件射出的原始方向所成的夾角。由菲涅爾定律可得
sin(45-a)=n2*sin(b)(I)
由幾何關系可得， e-c=d_b(2)
又由菲涅爾定律，可知在濾光片的左面存在如下關系 sin(90_c)=n2*sin (d)(3)
基于以上三式，可得到當光線偏轉(zhuǎn)角度a時對應的濾光片第一面與從光發(fā)射組件發(fā)出的光線所成的第一偏角C。此法的優(yōu)點是直接通過空間光學來改變從光發(fā)射組件射出的光的方向，以達到耦合效率的提聞。按照本發(fā)明的該具體實施方式
，可以按如下的方式容易的進行光收發(fā)器件的制造，該制造方法包括以下步驟
提供一本體；
在本體上安裝一光纖插芯，使光纖插芯的一端位于本體中，光纖插芯中的光纖的收光端面相對光纖插芯的中軸線的垂線具有一個角度Θ，該角度Θ導致入射的光線偏轉(zhuǎn)一定角度a ；
在本體上安裝一光發(fā)射組件，使光發(fā)射組件和光纖插芯相對同軸布置；
在本體上安裝一光接收組件；
在本體中安裝一濾光片，濾光片傾斜的位于光纖插芯和光發(fā)射組件之間，使得該濾光片的第一面傾斜的面向所述光發(fā)射組件，第二面傾斜的面向所述光接收組件和所述光纖插芯，所述第一面和光發(fā)射組件的中軸線所成的第一偏角c不等于所述第二面和所述光纖插芯的中軸線所成的第二偏角e，且使得第一偏角c和第二偏角e使得光發(fā)射組件發(fā)出的光線經(jīng)過濾光片后，偏移角度a投射到光纖插芯上。其中，還包括以下步驟，根據(jù)公式a+e=90° _e,計算第一偏角e的值。其中，還包括以下步驟，根據(jù)以下公式組，計算得到第一偏角c的值，sin (45-a) =n2*sin(b) ；e-c=d-b ;sin (90_c) =n2*sin (d);其中角度 d 為光發(fā)射組件發(fā)出的光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第一面的垂線所成的夾角，角度b為前述光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第二面的垂線所成的夾角，n2為濾光片的折射率。通過上述的方式，在實際的生產(chǎn)中就可以通過簡單的將數(shù)據(jù)代入公式獲得需要的濾光片設置方式，照此進行生產(chǎn)和組裝，，即可提高耦合效率。相比現(xiàn)有方法，此法極大簡易生產(chǎn)工藝，降低了夾具、治具的要求。
本發(fā)明并不限于前述實施方式，本領域技術人員在本發(fā)明技術精髓的啟示下，還可能做出其他變更，但只要其實現(xiàn)的功能與本發(fā)明相同或相似，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件，包括本體；光纖插芯，一端位于本體中；光發(fā)射組件，至少部分位于本體中，所述光發(fā)射組件和光纖插芯相對同軸設置；光接收組件，至少部分位于本體中；濾光片，傾斜設置于光纖插芯和光發(fā)射組件之間，所述光發(fā)射組件發(fā)出的光束穿過所述濾光片射入光纖插芯，所述光纖插芯發(fā)出的光束被所述濾光片反射后射入光接收組件，光纖插芯中的光纖的收光端面相對光纖插芯的中軸線的垂線具有一個角度Θ，該角度Θ導致入射的光線偏轉(zhuǎn)一定角度a，其特征在于，所述濾光片的第一面傾斜的面向所述光發(fā)射組件，第二面傾斜的面向所述光接收組件和所述光纖插芯，所述第一面和光纖插芯的中軸線所成的第一偏角c不等于所述第二面和所述光纖插芯的中軸線所成的第二偏角e，且第一偏角c和第二偏角e使得光發(fā)射組件發(fā)出的光線經(jīng)過濾光片后，偏移角度a投射到光纖插芯上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件，其特征在于，所述第二偏角e根據(jù)以下公式計算得到a+e=90° -e。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件，其特征在于，所述第一偏角 c 根據(jù)以下公式組計算得至Ij :sin(45-a)=n2*sin(b) ;e-c=d_b ;sin (90_c) =n2*sin (d)；其中角度d為光發(fā)射組件發(fā)出的光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第一面的垂線所成的夾角，角度b為前述光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第二面的垂線所成的夾角，n2為濾光片的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一所述的一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件，其特征在于，所述角度Θ為8度，角度a為3. 79度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一所述的一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件，其特征在于，所述第二偏角e為43. I度。
6.一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 提供一本體； 在本體上安裝一光纖插芯，使光纖插芯的一端位于本體中，光纖插芯中的光纖的收光端面相對光纖插芯的中軸線的垂線具有一個角度Θ，該角度Θ導致入射的光線偏轉(zhuǎn)一定角度a ； 在本體上安裝一光發(fā)射組件，使光發(fā)射組件和光纖插芯相對同軸布置； 在本體上安裝一光接收組件； 在本體中安裝一濾光片，濾光片傾斜的位于光纖插芯和光發(fā)射組件之間，使得該濾光片的第一面傾斜的面向所述光發(fā)射組件，第二面傾斜的面向所述光接收組件和所述光纖插芯，所述第一面和光發(fā)射組件的中軸線所成的第一偏角c不等于所述第二面和所述光纖插芯的中軸線所成的第二偏角e，且使得第一偏角c和第二偏角e使得光發(fā)射組件發(fā)出的光線經(jīng)過濾光片后，偏移角度a投射到光纖插芯上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，還包括以下步驟，根據(jù)公式a+e=90° _e,計算第一偏角e的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，還包括以下步驟根據(jù)以下公式組，計算得到第一偏角 c 的值,sin(45-a)=n2*sin(b) ；e-c=d-b ;sin (90_c) =n2*sin (d);其中角度d為光發(fā)射組件發(fā)出的光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第一面的垂線所成的夾角，角度b為前述光線進入濾光片并偏轉(zhuǎn)后、與第二面的垂線所成的夾角，n2為濾光片的折射率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有新型濾光片的光收發(fā)器件，包括本體；光纖插芯；光發(fā)射組件，和光纖插芯相對同軸設置；光接收組件；濾光片，所述光發(fā)射組件發(fā)出的光束穿過所述濾光片射入光纖插芯，所述光纖插芯發(fā)出的光束被所述濾光片反射后射入光接收組件，所述濾光片的第一面傾斜的面向所述光發(fā)射組件，第二面傾斜的面向所述光接收組件和所述光纖插芯，所述第一面和光纖插芯的中軸線所成的第一偏角c不等于所述第二面和所述光纖插芯的中軸線所成的第二偏角e。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在通過在光收發(fā)器件中設置兩側(cè)面的傾斜角度不等的濾光片，補償發(fā)射到光纖插芯上的光線的角度偏移，在提高了耦合效率的同時，生產(chǎn)和裝配簡單。
文檔編號G02B6/42GK102879875SQ20121037252
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者胡朝陽, 劉俊, 肖明珠, 胡勇 申請人:蘇州海光芯創(chuàng)光電科技有限公司