專利名稱：一種高耦合效率的光收發(fā)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種光收發(fā)器件。
背景技術(shù)：
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(guān)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 DiodeTransistor 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(dá)到30%以上，而球透鏡一般為20%，兩者相差達(dá)到10%以上，這就使耦合效率成為低成本PON光器件中設(shè)計、生產(chǎn)中的關(guān)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(guān)鍵因素。以傳統(tǒng)的GPON光收發(fā)器件為例，如圖1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(shè)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(jìn)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I，采用特殊設(shè)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中的收光部件傾斜一定角度設(shè)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(yīng)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206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(dāng)于直接入射到平端光纖上。因此，此種插芯設(shè)計相比斜8°插芯設(shè)計，可以提高耦合效率。但此法的缺點(diǎn)是光纖插芯202制造工藝復(fù)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題為，提供一種能提高耦合效率，并簡化生產(chǎn)操作的光收發(fā)器件。 本實(shí)用新型的目的通過提供以下一種光收發(fā)器件實(shí)現(xiàn)—種高稱合效率的光收發(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設(shè)置，光發(fā)射組件包括激光器芯片和透鏡，激光器芯片發(fā)射的光束經(jīng)過所述透鏡后發(fā)射到光發(fā)射組件外；光接收組件，至少部分位于本體中；濾光片，傾斜設(shè)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，所述激光器芯片和光發(fā)射組件的中軸線之間存在激光器芯片偏移量dx。優(yōu)選的，所述透鏡為球透鏡。優(yōu)選的，所述光纖插芯和所述光發(fā)射組件同軸設(shè)置，所述光纖插芯的光纖端面和所述光纖的中軸線的垂線成角度Θ，角度Θ位于6度至10度之間。優(yōu)選的，所述激光器芯片偏移量Dx的值為tan (a) * (L2_f) /M，其中a為光線偏移角度，在3度至5度之間；L2為球透鏡到光纖插芯的收光位置的距離；f為所述球透鏡的后截距；M為球透鏡的放大倍數(shù)。優(yōu)選的，所述角度Θ為8度，所述角度a為3. 79度。優(yōu)選的，所述濾光片和所述光纖插芯的中軸線成45度角設(shè)置，所述光接收組件的中軸線和光纖插芯的中軸線成90度設(shè)置。本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在通過橫向上偏移的設(shè)置光發(fā)射組件中的激光器芯片，補(bǔ)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1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(shù)中方法I的光收發(fā)器件結(jié)構(gòu)圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中方法I的原理圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)中方法2的光收發(fā)器件結(jié)構(gòu)圖。圖5為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的光發(fā)射組件第一示意圖。圖6為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的光發(fā)射組件第二示意圖。圖7為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供了一種能夠提高耦合效率的光收發(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(shè)置，分別設(shè)置于本體的兩端，且均至少部分進(jìn)入到本體中，光纖插芯和光發(fā)射組件優(yōu)選的同軸設(shè)置，即它們的中軸線重合。濾光片位于它們兩者之間，優(yōu)選的傾斜45度角設(shè)置。光接收組件同樣至少部分進(jìn)入到本體中，但設(shè)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(jìn)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(jìn)入光接收組件中。如前所述的，光纖插芯中的光纖收光的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會導(dǎo)致入射的光纖偏轉(zhuǎn)一定角度，從而造成耦合效率降低。本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
通過設(shè)置特殊的光發(fā)射組件來克服該缺陷，提高耦合效率。如圖5和圖6,光發(fā)射組件504包括位于其內(nèi)的激光器芯片511和位于端部上的透鏡，透鏡優(yōu)選為球透鏡512，球透鏡512能夠節(jié)約光發(fā)射組件的制造成本。球透鏡512和光發(fā)射組件同軸設(shè)置，而激光器芯片511的橫 向移動會導(dǎo)致經(jīng)過球透鏡后的光線產(chǎn)生角度偏移。如圖6,激光器芯片511和光發(fā)射組件504的中軸線之間則存在激光器芯片偏移量dx。這樣，激光器芯片511經(jīng)過球透鏡512后會偏轉(zhuǎn)一個光線偏移角度a投射到光纖插芯的收光位置，該光線偏移角度a設(shè)置的等于光線沿光纖插芯的中軸線射入光纖插芯時產(chǎn)生的偏移角度，這樣，不需要的光線偏移得到補(bǔ)償，激光器芯片511發(fā)出的光線射入到光纖中后方向不變。以下介紹激光器芯片偏移量dx的選擇方式。如圖7，LI為激光器芯片發(fā)光面到球透鏡的距離，L2為光纖插芯收光位置到球透鏡的距離，dx如前所述為激光器芯片偏移量，dy為發(fā)送到光纖插芯的收光位置的光纖偏移量，D為球透鏡512的直徑，f為球透鏡512的后截距，而a為期望的光線偏移角度。根據(jù)光學(xué)和幾何學(xué)原理，可以推出如下公式Tan (a) =dy/ (L2-f)(I)Dy/dx=M(2)由(1)，(2)可得，Dx=tan (a) * (L2_f)/M(3)在具體的實(shí)施方式中，球透鏡放大倍數(shù)M，光纖插芯收光位置到球透鏡的距離L2和球透鏡后截距f均為已知的，那么，只需要確定從激光器芯片511中發(fā)出的光線偏移特定的光線偏移角度a,既可以得出激光器芯片偏移量dx。如前所述的,光線偏移角度a和光纖插芯的光纖端面傾斜的角度Θ具有對應(yīng)關(guān)系，角度Θ通常位于6度到10度之間，而光線偏移角度a通常位于3度到5度之間，優(yōu)選的，角度Θ為8度，而光線偏移角度a為3. 79度。按照本實(shí)用新型的該具體實(shí)施方式
，可以按如下的方式容易的進(jìn)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；提供一光發(fā)射組件，光發(fā)射組件包括激光器芯片511和透鏡，將激光器芯片511偏離光發(fā)射組件的中軸線設(shè)置，設(shè)置偏移距離為激光器芯片偏移量Dx ;在本體上安裝所述光發(fā)射組件，使光發(fā)射組件和光纖插芯相對布置；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。在該制造方法中，所述透鏡為球透鏡512，所述光纖插芯和所述光發(fā)射組件同軸設(shè)置，所述光纖插芯的光纖端面和所述光纖的中軸線的垂線成角度Θ，角度Θ位于6度至10度之間。在該制造方法中，設(shè)置偏移距離為激光器芯片偏移量dx具體包括以下步驟根據(jù)公式Dx=tan (a) * (L2_f) /M得到所述激光器芯片偏移量dx，其中a為光線偏移角度，在3度至5度之間；L2為球透鏡到光纖插芯的收光位置的距離；f為所述球透鏡的后截距；M為球透鏡的放大倍數(shù)。在該制造方法中，所述角度Θ為8度，所述光線偏移角度a為3. 79度。 通過上述的方式，在實(shí)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激光器芯片偏移量dx，照此進(jìn)行光發(fā)射組件的封裝，而在GPON OSA的實(shí)際生產(chǎn)中，只要按照上述分析所要求的LD chip發(fā)射出的主光線與插芯光軸成特定角度進(jìn)行插芯、LD TO裝配，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。本實(shí)用新型并不限于前述實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本實(shí)用新型技術(shù)精髓的啟示下，還可能做出其他變更，但只要其實(shí)現(xiàn)的功能與本實(shí)用新型相同或相似，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種高耦合效率的光收發(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設(shè)置，光發(fā)射組件包括激光器芯片和透鏡，激光器芯片發(fā)射的光束經(jīng)過所述透鏡后發(fā)射到光發(fā)射組件外；光接收組件，至少部分位于本體中；濾光片，傾斜設(shè)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，其特征在于，所述激光器芯片和光發(fā)射組件的中軸線之間存在激光器芯片偏移量dx0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耦合效率的光收發(fā)器件，其特征在于，所述透鏡為球透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高稱合效率的光收發(fā)器件,其特征在于，所述光纖插芯和所述光發(fā)射組件同軸設(shè)置，所述光纖插芯的光纖端面和所述光纖的中軸線的垂線成角度Θ ,角度Θ位于6度至10度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高耦合效率的光收發(fā)器件，其特征在于，所述激光器芯片偏移量Dx的值為tan (a) * (L2_f) /M，其中a為光線偏移角度，在3度至5度之間；L2為球透鏡到光纖插芯的收光位置的距離為所述球透鏡的后截距；M為球透鏡的放大倍數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高耦合效率的光收發(fā)器件，其特征在于，所述角度Θ為8度，所述角度a為3. 79度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高耦合效率的光收發(fā)器件，其特征在于，所述濾光片和所述光纖插芯的中軸線成45度角設(shè)置，所述光接收組件的中軸線和光纖插芯的中軸線成90度設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種高耦合效率的光收發(fā)器件，包括本體；光纖插芯；光發(fā)射組件，光發(fā)射組件包括激光器芯片和透鏡，激光器芯片發(fā)射的光束經(jīng)過所述透鏡后發(fā)射到光發(fā)射組件外；光接收組件；濾光片，傾斜設(shè)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，所述激光器芯片和光發(fā)射組件的中軸線之間存在激光器芯片偏移量dx。本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在通過橫向上偏移的設(shè)置光發(fā)射組件中的激光器芯片，補(bǔ)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G02B6/42GK202837613SQ201220505309
公開日2013年3月27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