CN104734800B - 一种光复用器及发射光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光复用器及发射光器件，涉及光通信领域，通过至少一个能将两束光线合为一束光线的合光器形成合光部件，并将至少两级合光部件构成光复用器，使得通过N级合光部件将2N束光线合为一束，减小了封装体积、封装损耗，减小制作工艺复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光复用器及发射光器件。
背景技术
目前，40G QSFP+（Quad Small Form-factor Pluggable Plus，四通道小型可插拔）或CFP2（100G Form Factor Pluggable2，百吉比特可插拔二代）、CFP4光模块均需要将4路激光器发射光从4个端口汇集到1个端口输出的PID TOSA（Photonic Integrated DeviceTransmitter Optical Subassembly，集成发射光器件）。该类器件要求体积小，密度高，尤其对100G CFP2/CFP4或者400G模块来说，因为光源需满足Lane WDM（LAN EmulationWavelength-Division Multiplexer，局域网仿真波分复用）甚至DWDM（Dense Wavelength-Division Multiplexer，密集波分复用）标准，波长间隔小，合光尤其困难。
当前PID TOSA的方式主要有两种，分别是：
1）ZigZag Filter OMUX（由锯齿形光路滤波器构成的光复用器件）合光方案，如图1所示，将多个WDM薄膜滤光片串联在一起，利用WDM滤光片对不同通道波长光的反射和透射不同作用最终将4束光合在一个公共端口输出。该方案缺点是：需要多个TFF（Thin-FilmFilter，薄膜滤波器），各通道间光程不平衡，出射光功率差异大；且OMUX内部很难插入其它光学件，器件长度长；多个WDM TFF成本高；组装工艺复杂，OMUX制作难度大；不适合密集波分复用DWDM。
2）AWG（Arrayed Waveguide Grating，阵列波导光栅）合光方案，如图2所示，AWG合光方案中，通过阵列波导光栅芯片将多个光源输出光合成一束输出。该方案缺点是使用AWG导致封装损耗较大，同时，AWG制作难度较高，且AWG通常需要在恒温下工作，需要进行温度控制；
可见，目前的光复用器均存在封装体积大或封装损耗大、制作工艺复杂等缺点。
发明内容
本发明实施例提供一种光复用器及发射光器件，以实现减小封装体积、封装损耗，减小制作工艺复杂度。
第一方面，一种光复用器，包括：
至少两级合光部件，每一级合光部件中包括数目为该级入光数目的1/2的合光器，每个合光器用于将两束光线合为一束，且光复用器中包括至少两种不同的合光器；
数目与光源数目相同的准直透镜，设置在光源和第一级合光部件之间；
聚焦透镜，设置在最后一级合光部件的出光口之后。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述合光器具体为：
偏振合束器PBC合光器或者分光棱镜合光器。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，，所述同一级合光部件中的各合光器相同。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述PBC合光器包括：
PBC，用于将第一入光口输入的光线和第二入光口输入的光线合成一束，所述第一入光口正对该PBC合光器的第一入射光线；
半波片，其光轴与该PBC合光器的第二入射光线的偏振方向成45度角设置；
反射镜，用于将从半波片输出的光线反射至PBC的第二入光口。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述分光棱镜合光器，具体包括：
分光棱镜，用于将第一入光口输入的光线和第二入光口输入的光线合成一束，所述第一入光口正对该分光棱镜合光器的第一入射光线；
反射镜，用于将该分光棱镜合光器的第二入射光线反射至分光棱镜的第二入光口；
吸光片，设置在所述分光棱镜的第二入光口的对侧，用于吸收第二入光口输入的光线经分光棱镜透射后的光线以及第一入光口输入的光线经分光棱镜反射后的光线。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述分光棱镜具体为：
3dB分光棱镜。
结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，还包括：
至少一个隔离器，设置在两级合光部件之间，用于隔离从出光方向反射回的光线。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，当下一级合光部件中包括PBC合光器时，所述隔离器为偏振相关隔离器。
第二方面，一种发射光器件，包括上述光复用器，以及：
作为光源的激光器芯片，与所述光复用器的输入端连接；
用于耦合输出的陶瓷插芯，与所述光复用器的输出端连接。
结合第二方面，在第一中可能的实现方式中，还包括：
光电探测器，与所述激光器芯片连接，用于监视所述激光器芯片发射的光源的功率。
本发明实施例提供一种光复用器及发射光器件，通过至少一个将两束光线合为一束合光器形成合光部件，并将至少一级合光部件构成光复用器，使得通过N级合光部件将2N束光线合为一束，减小了封装体积、封装损耗，减小制作工艺复杂度。
附图说明
图1为现有技术中ZigZag Filter OMUX合光方案示意图；
图2为现有技术中AWG合光方案示意图；
图3为本发明实施例提供的光复用器结构示意图；
图4为本发明实施例提供的PBC合光器结构示意图；
图5为本发明实施例提供的分光棱镜合光器结构示意图；
图6为本发明实施例提供的对应实施例一的光复用器结构示意图；
图7为本发明实施例提供的对应实施例二的光复用器结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种光复用器及发射光器件，通过至少一个能将两束光线合为一束光线的合光器形成合光部件，并将至少一级合光部件构成光复用器，使得通过N级合光部件将2N束光线合为一束，减小了封装体积、封装损耗，减小制作工艺复杂度。
本发明实施例提供一种光复用器，如图3所示，包括：
至少两级合光部件301，每一级合光部件中包括数目为该级入光数目的1/2的合光器3011，每个合光器用于将两束光线合为一束，且光复用器中包括至少两种不同的合光器；
数目与光源302数目相同的准直透镜303，设置在光源302和第一级合光部件301之间；
聚焦透镜304，设置在最后一级合光部件301的出光口之后。
对于包括N级合光部件的光复用器，可以实现最大2N束光线的合光，且每路光线的光程相差较小，减小了光复用器的封装体积、封装损耗，也减小了光复用器的制作工艺复杂度。
其中，合光器可以采用：
PBC（Polarization Beam Combiner，偏振合束器）合光器或者分光棱镜合光器。
当然，本领域技术人员也可以选用功能类似的其它合光器进行合光，能够实现将两束光线合为一束即可。
同一个光复用器中可能包含多个合光器，光复用器中包括至少两种不同的合光器较佳，此时光复用器的合光效果比较均衡，不易被一种合光器的优点或缺点影响。
较佳的，为便于进行优化设置，或者便于向两级合光部件中间插入其它光学器件，同一级合光部件中的各合光器相同较佳。
进一步，如图4所示，PBC合光器包括：
PBC401，用于将第一入光口输入的光线和第二入光口输入的光线合成一束，第一入光口正对该PBC合光器的第一入射光线；
半波片402，其光轴与该PBC合光器的第二入射光线的偏振方向成45度角设置；
反射镜403，用于将从半波片输出的光线反射至PBC的第二入光口。
使用PBC401进行合光时，需要使得第一入光口输入的光线和第二入光口输入的光线的偏振方向相互垂直，所以，可以通过半波片402对其中一束光线进行偏振方向的旋转，半波片402的光轴与第二入射光线的偏振方向成45度角设置，可以使得第二入射光线经过半波片402后，偏振方向旋转90度，刚好与第一入射光线的偏振方向垂直，再通过反射镜403，将半波片输出的光线反射至PBC的第二入光口，即可由PBC进行合光。
进一步，如图5所示，分光棱镜合光器，具体包括：
分光棱镜501，用于将第一入光口输入的光线和第二入光口输入的光线合成一束，第一入光口正对该分光棱镜合光器的第一入射光线；
反射镜502，用于将该分光棱镜合光器的第二入射光线反射至分光棱镜的第二入光口；
吸光片503，设置在分光棱镜的第二入光口的对侧，用于吸收第二入光口输入的光线经分光棱镜透射后的光线。
分光棱镜可以反射一部分入射光、透射一部分入射光，若第一束光线透射的光线与第二束光线反射的光线刚好从同一角度射出，则实现了通过分光棱镜进行合光。
在具体设置时，可以将第一入光口正对该分光棱镜合光器的第一入射光线，再通过反射镜502将分光棱镜合光器的第二入射光线反射至分光棱镜的第二入光口，第一入射光线经分光棱镜501透射的光线和第二入射光线经分光棱镜501反射的光线刚好合成一束，为防止第二入光口输入的光线经分光棱镜透射后的光线以及第一入光口输入的光线经分光棱镜反射后的光线进行漫反射，对光源造成干扰，可以在分光棱镜的第二入光口的对侧设置吸光片503，吸收第二入光口输入的光线经分光棱镜透射后的光线以及第一入光口输入的光线经分光棱镜反射后的光线。
更进一步，为获得较佳的合光效果，分光棱镜可以使用3dB分光棱镜，此时分光棱镜的入射光的透射、反射能量比为50:50，即50%的能量透射，50%的能量反射，两束光经3dB分光棱镜合光后的能量相近，当然，本领域技术人员根据实际情况，也可以采用其他分光比例的分光棱镜。
一些分光棱镜合光器中，也可能不包括吸光片，而是共用其相邻的分光棱镜合光器的吸光片。
较佳的，为防止从出光方向射入的光线对光源造成干扰，或通过光学元件形成漫反射，该光复用器中还包括：
至少一个隔离器，设置在两级合光部件之间，用于隔离从出光方向反射的光线。
进一步，由于PBC合光器对入射光有偏振方向的要求，所以为获得较佳的合光效果，当下一级合光部件中包括PBC合光器时，隔离器为偏振相关隔离器。当下一级合光部件中包括分光棱镜时，所述隔离器为偏振相关或者不相关隔离器均可以。
下面，通过两个具体的实施例对本发明实施例提供的光复用器进行详细说明：
实施例一、
以4束光进行合光为例进行说明，该实施例中，先通过2个PBC合光器作为第一级合光部件，将4束光合成2束光，再通过一个分光棱镜合光器作为第二级合光部件，将2束光进一步合成1束光输出。
如图6所示，LD1发出的光经过准直透镜（Lens）准直后，再被光轴与入射光偏振方向成45度角的半波片旋转90度后，其偏振方向恰好与LD2发出光的偏振方向相互垂直，再经过反射镜转折光路以后，可以与LD2发出的光通过PBC1合成一束光，然后再入射到一个45度角放置的分光棱镜上，该分光棱镜将入射光能量透射50%继续传输；同样的，LD4发出的光经过Lens准直后，再被光轴与入射光偏振方向成45度角的半波片旋转90度后，其偏振方向恰好与LD3发出的光偏振方向相互垂直，再经过反射镜转折光路后，故可以与LD3发出的光通过偏振合束PBC2合成一束光，然后再经过一个45度角反射镜反射以后，入射到同一个分光棱镜上，被反射50%能量的光继续传播。通过对4个LD的位置控制，可以使前述经过PBC和分光器反射和透射恰好合成一束达到最终将4束光合成一束输出的目的，再经过聚焦透镜聚焦后会聚到同一根光纤中去。吸光片（Polarizer）用于对3dB分光棱镜多余反射光的吸收，避免照成光串扰。隔离器用于隔离从3dB分光棱镜上的反射光，避免造成光串扰和对光源的干扰。
实施例二、
以4束光进行合光为例进行说明，该实施例中，先通过2个分光棱镜合光器作为第一级合光部件，将4束光合成2束光，再通过一个PBC合光器作为第二级合光部件，将2束光进一步合成1束光输出。
如图7所示，LD1发出的光经过准直透镜准直，再经过反射镜转折光路，并被3dB分光棱镜反射50%能量后，与LD2发出的并被3dB分光棱镜透射50%能量后的光合成一束光；同样的，LD4发出的光经过准直透镜准直，再经过反射镜转折光路，并被3dB分光棱镜反射50%能量后，与LD3发出的并被3dB分光棱镜透射50%能量后的光合成一束光；之后，LD3与LD4的合成光经过一个光轴与LD3和LD4入射光偏振方向成45度角放置的半波片HWP，合成光的偏振方向被半波片旋转90度后，恰好与LD1和LD2的合成光的偏振方向相互垂直，故可以通过一个PBC将前一级的两束光继续合成一束光输出，再经过聚焦透镜聚焦后会聚到同一根光纤中去。隔离器用于对后一级合光部件的多余反射光的吸收，避免照成光串扰和对光源的干扰。
本发明实施例还提供一种发射光器件，包括本发明实施例提供的光复用器，以及：
作为光源的激光器芯片，与光复用器的输入端连接；
用于耦合输出的陶瓷插芯，与光复用器的输出端连接。
进一步，该发射光器件中还包括：
光电探测器，与激光器芯片连接，用于监视激光器芯片发射的光源的功率。
进一步，该发射光器件还包括：用于进行封装的壳体，较佳的，该壳体为金属壳体。
本发明实施例提供一种光复用器及发射光器件，通过至少一个将两束光线合为一束合光器形成合光部件，并将至少一级合光部件构成光复用器，使得通过N级合光部件将2N束光线合为一束，减小了封装体积、封装损耗，减小制作工艺复杂度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种光复用器，其特征在于，包括：
至少两级合光部件，每一级合光部件中包括数目为该级入光数目的1/2的合光器，每个合光器用于将两束光线合为一束，且光复用器中包括至少两种不同的合光器，其中一种合光器为分光棱镜合光器；
数目与光源数目相同的准直透镜，设置在光源和第一级合光部件之间；
聚焦透镜，设置在最后一级合光部件的出光口之后；
所述分光棱镜合光器，包括：
分光棱镜，用于将第一入光口输入的光线和第二入光口输入的光线合成一束，所述第一入光口正对该分光棱镜合光器的第一入射光线；
反射镜，用于将该分光棱镜合光器的第二入射光线反射至分光棱镜的第二入光口；
吸光片，设置在所述分光棱镜的第二入光口的对侧，用于吸收第二入光口输入的光线经分光棱镜透射后的光线以及第一入光口输入的光线经分光棱镜反射后的光线。
2.如权利要求1所述的光复用器，其特征在于，所述每一级合光部件中的各合光器相同。
3.如权利要求1所述的光复用器，其特征在于，所述合光器还包括PBC合光器，所述PBC合光器包括：
PBC，用于将第一入光口输入的光线和第二入光口输入的光线合成一束，所述第一入光口正对该PBC合光器的第一入射光线；
半波片，其光轴与该PBC合光器的第二入射光线的偏振方向成45度角设置；
反射镜，用于将从半波片输出的光线反射至PBC的第二入光口。
4.如权利要求1所述的光复用器，其特征在于，所述分光棱镜具体为：
3dB分光棱镜。
5.如权利要求1所述的光复用器，其特征在于，所述光复用器还包括：
至少一个隔离器，设置在两级合光部件之间，用于隔离从出光方向反射回的光线。
6.如权利要求5所述的光复用器，其特征在于，当下一级合光部件中包括PBC合光器时，所述隔离器为偏振相关隔离器。
7.一种发射光器件，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的光复用器，以及：
作为光源的激光器芯片，与所述光复用器的输入端连接；
用于耦合输出的陶瓷插芯，与所述光复用器的输出端连接。
8.如权利要求7所述的发射光器件，其特征在于，还包括：
光电探测器，与所述激光器芯片连接，用于监视所述激光器芯片发射的光源的功率。
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