专利名称：一种收发一体器件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集成器件，具体来说是一种集成超辐射发光二级管+探测器
(SLD+PD)的收发一体器件，本实用新型属于光纤传感领域。
背景技术：
光纤传感技术是伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的新型传感技术，是以光波为载体、光纤为媒质、感知和传输外界被测量信号的一种传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便的进行光电或电光转换。光纤工作频带宽，动态范围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线；光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到广泛研究与应用，成为传感技术的先导，推动着传感技术蓬勃发展。光纤传感技术中有一类利用萨格奈克效应制作的传感器，例如全光纤型电流传感器和光纤陀螺仪等传感器，其共同的特点是采用低相干光源的宽带光源，经过光纤耦合器输出，经过调制器和传感头后的光，再经过干涉返回后也通过光纤耦合器输出到光电探测器上，实现光电转换进行探测，以实现探测传感头状态目的。如图I当前国内的全光纤型电流传感器和光纤陀螺仪系统普遍采用的是分立的SLD (Super luminescent diode)光源、稱合器、PD (photo diode)元件,采用熔接光纤的方式组装而成的。这种结构繁琐，溶接光纤时会引入有熔接损耗和其他因素(如偏振等)相关影响。另外ro没有温控，使用时由于ro的响应度随温度变化而引入的测试误差无法避免。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种器件结构更简单可靠、成本降低的集成化的收发一体器件，该器件把SLD、耦合器、PD等功能集成一体，该器件大大简化了当前全光纤型电流传感器和光纤陀螺仪的制作工艺，能够提高系统的性能。本实用新型所采用的技术方案是—种收发一体器件，包括壳体和光输出装置，壳体内部设有管芯、前透镜、分光片、功率监测探测器、信号检测探测器、半导体制冷器，管芯、前透镜、分光片、功率监测探测器、信号检测探测器设置于半导体制冷器之上，前透镜设置于管芯后端，分光片设置于前透镜后端，功率监测探测器和信号检测探测器分别对应设置于分光片的两侧反射端光路中，分光片后端透射端光路对应设置有光输出装置。所述的壳体内部设置有热敏电阻，热敏电阻与半导体制冷器相连。所述的输出装置包括位于分光片后端透射端光路中的后透镜，后透镜耦合有尾纤，尾纤上设置有尾套管。[0010]所述的输出装置包括壳体上设置烧结有光窗的光区域，光窗与分光片后端的分光光路相对应。所述的输出装置包括位于分光片后端透射端光路中的后透镜，后透镜耦合有金属化光纤组件，金属化光纤组件上设置有尾套管，金属化光纤组件固定于固定支架上。所述的输出装置包括位于分光片后端透射端光路中的后透镜与插针，后透镜与插针耦合有尾纤，尾纤上设置有尾套管；壳体对应分光片后端分光光路区域设置有凸起中空管体，后透镜直接烧结于壳体上的中空管体内，插针对准耦合后透镜设置于壳体的中空管体内。所述的输出装置包括有探测器放大电路和位于分光片后端透射端光路中的后透镜，后透镜对应耦合设置有Y波导调制器芯片，Y波导调制器芯片设置有两根保偏光纤耦合输出，信号检测探测器同探测器放大电路相连接。所述的光窗的输出光路中设置有后透镜，后透镜对应耦合设置有Y波导调制器芯片，Y波导调制器芯片设置有两根保偏光纤耦合输出，信号检测探测器连接有探测器放大电路；所述壳体、后透镜、Y波导调制器芯片、探测器放大电路、两根保偏光纤均设置在外壳体内，外壳体的引线为玻璃烧结或陶瓷引线。所述分光片前面设置有隔离器。所述管芯可以是SLD管芯或者LD管芯。本实用新型具有如下优点I.提高了器件的集成度和稳定性，使结构紧凑，体积大大缩小；2.简化了工程安装程序，大大地降低了成本；3.本实用新型技术方案可以广泛应用于光纤传感领域之中。
[0021]图I、现有技术全光纤型电流传感器和光纤陀螺仪光学结构示意图[0022]图2、本实用新型第一种实施例的收发一体器件结构示意图；[0023]图3、本实用新型第二种实施例的收发一体器件结构示意图；[0024]图4、本实用新型第三种实施例的收发一体器件结构示意图；[0025]图5、本实用新型第四种实施例的收发一体器件结构示意图；[0026]图6、本实用新型第五种实施例的收发一体器件结构示意图；[0027]图7、本实用新型第六种实施例的收发一体器件结构示意图；[0028]图8、本实用新型第七种实施例的收发一体器件结构示意图；[0029]其中[0030]I、壳体；2、管芯；[0031]3、前透镜；4、分光片；[0032]5、功率监测探测器；6、信号检测探测器；[0033]7、后透镜；8、半导体制冷器；[0034]9、热敏电阻；10、尾纤；[0035]11、尾套管；12、固定支架；[0036]13、插针；14、Y波导调制器芯片[0037]15、保偏光纤；17、外壳体；19、隔离器；
16、探测器放大电路18、光窗；
20、起偏器；21、金属化光纤组件；
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做出进一步的说明。本实用新型第一种实施例的收发一体器件结构如图2所示，包括管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6、后透镜7、半导体制冷器8、热敏电阻9均设置于壳体I内部，管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6和后透镜7设置于半导体制冷器8之上，热敏电阻9同半导体制冷器8相连。前透镜3设置于管芯2后端，分光片4设置于前透镜3后端，功率监测探测器5和信号检测探测器6分别对应设置于分光片4的两侧反射端光路中，分光片4后端透射端光路对应设置后透镜7，后透镜7耦合有尾纤10，尾纤10上设置有尾套管11。分光片4的分光比可以是50:50。管芯2可以米用 SLD (Super luminescent diode)管芯或者 LD (Laser Diode)管芯。前透镜 3 和后透镜7是一种非球准直透镜，管芯2发出的光经过前透镜3后变成准直光，准直光经过后透镜7后变成会聚光聚于光纤上。前透镜3和后透镜7也可以使其他类型的透镜，如自聚焦透镜、C透镜等。本实用新型的一种收发一体器件实现功能具体如下管芯2发出的光经过前透镜3准直后，再经过50:50分光比的分光片4，50%的光功率反射到功率监测探测器5做功率监控用，另外50%透射光经过后透镜7与尾纤10耦合输出。本实用新型收发一体器件的尾纤10同带有传感头信息的系统相连接，经过系统带有传感头信息的光经过调制、干涉后通过尾纤10返回，再经过分光片4，一束光路反射到信号检测探测器6，信号检测探测器6探测到的信息进行相关处理就可以判定传感头的状态，譬如在光纤陀螺中就可以判定物体的运动状态、电流互感器就可以判定电流状况等；另外一束光路沿水平方向回到管芯2。所述管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6和后透镜7均置于半导体制冷器8之上，利用热敏电阻9反馈温度信息进行温控，确保收发一体器件在全温范围内的稳定工作。本实用新型各部件其功能具体如下壳体I是实现气密封装，安装半导体制冷器和固定光纤，并且引出电极。管芯2实现将电信号转换成光信号。前透镜3把有管芯发出的光变成准直光。分光片4把经过前透镜准直的光按照一定的比例分成两路，一路投射出去经过后透镜7和尾纤10作为应用光源，另外一路反射到功率监测探测器5上。功率监测探测器5的作用是接受从分光片反射过来的光来监控SLD光源的功率稳定性。信号检测探测器6的作用是经过系统带有传感头信息的光经过调制、干涉后通过尾纤10返回，再经过分光片4，一束反射到信号检测探测器6，另外一束直接回到管芯2，也可以在分光片4和前透镜3之间加隔离器阻断返回的光进入管芯2。后透镜7的作用是把准直光变成会聚光耦合到尾纤10或其他元件(譬如波导等)上。半导体制冷器8和热敏电阻9实现温控。本实用新型这种集成SLD+PD的收发一体器件可以还有几个实施例，具体如下实施例2，结构如图3所不,壳体I米用光窗方式,管芯发出的光通过光窗输出准直
5光。包括壳体I、管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6、半导体制冷器8、热敏电阻9。用在电流互感器应用中，可以在分光片4后面设置有起偏器20，把输出光变成线偏光；为了避免返回的光进入管芯2，可以在分光片4前面加隔离器19阻断返回的光进入管芯2。分光片4后端的分光光路对应的壳体I上设置为光区域，该光区域烧结有光窗18，光窗是玻璃平窗或者透镜。管芯2发出的光经过前透镜3变成准直光，准直光经过分光片4分出两路，一路50%光反射到功率监测探测器5上，另外一路50%光经过光窗18输出。实施例3,结构如图4所不。输出光米用金属化光纤激光焊接的方式输出。包括壳体I、管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6、半导体制冷器8、热敏电阻9、金属化光纤组件21、尾套管11和固定支架12。管芯2发出的光经过前透镜变成准直光，准直光经过分光片4分出两路，50%反射到功率监测探测器5上，另外50%经过后透镜7耦合到金属化光纤组件21输出，金属化光纤组件21激光焊接固定于固定支架12上，固定支架12可以使马鞍形或者其他形式。金属化光纤组件21也可以采用焊料或玻璃焊料固定于固定支架12上。实施例4，结构如图5所示，包括壳体I、管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6、半导体制冷器8、热敏电阻9、后透镜7、尾纤10、尾套管11、插针13。壳体I对应分光片4后端分光光路区域设置有凸起中空管体,后透镜7直接烧结于壳体I上的中空管体内，插针13对准耦合后透镜设置于壳体I的中空管体内。管芯发出的光经过前透镜3变成准直光，准直光经过分光片4分出两路，50%反射到功率监测探测器5上，另外50%经过后透镜7与插针13耦合到尾纤10输出。本实用新型基于前文的收发一体器件还提出一种集成化的器件结构，可以把SLD管芯、耦合器、Y波导、ro及其放大电路等集成一体应用于光纤陀螺仪中，该集成化器件大大简化了现有光纤陀螺的制作工艺、是结构更简单可靠，能有效降低成本，提高系统的性能。本实用新型这种收发一体器件结构如图6所示，包括管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6、后透镜7、Y波导调制器芯片14、探测器放大电路16均设置于壳体I内部，前透镜3设置于管芯2后端，分光片4设置于前透镜3后端，功率监测探测器5和信号检测探测器6分别对应设置于分光片4的两侧反射端光路中，分光片4后端的透射端光路对应设置后透镜7，后透镜7对应耦合设置有Y波导调制器芯片14，Y波导调制器芯片设置有两根保偏光纤15耦合输出，信号检测探测器6同探测器放大电路16相连接。分光片4的分光比可以是50:50。管芯2可以米用SLD (Super luminescent diode)管芯或者 LD (Laser Diode)管芯。此时信号检测探测器6的用途探测经过系统返回的信息，这些信息经过探测器放大电路10进行放大处理通过壳体I的引线输出。后透镜7的作用是把准直光变成会聚光并与Y波导调制器芯片14的一端耦合。Y波导调制器芯片14接受后透镜7输出的光，经过起偏、调制、分光后变成两路相同的线偏光从保偏光纤15输出。在系统应用时把两根保偏光纤连接到光纤环上，从光纤环回来的光经过Y波导调制器14，再经过后透镜7到分光片4上，50%光进入信号检测探测器6，另外50%的光经过前透镜3进入SLD管芯，可以在分光片4与前透镜3之间可以加隔离器离掉这部分光。信号检测探测器6接收到的信号经过探测器放大电路16放大处理后经过壳体I的引线输出，系统提取壳体I输出的信息经过处理就可以判定光纤环的状态。本实用新型这种集成SLD+探测器+Y波导调制器的器件可以举出其它几个实施例，具体如下实施例7，结构如图7所示，采用全密封方式。具体由壳体I、管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6、后透镜7、Y波导调制器芯片14、保偏光纤15、探测器放大电路16、半导体制冷器8和热敏电阻9等部分组成。管芯2、前透镜3、分光片
4、功率监测探测器5、信号检测探测器6和热敏电阻9置于半导体制冷器8之上，利用热敏电阻9和半导体制冷器8对该部分进行温控。后透镜7可以置于半导体制冷器8之上，也可以和后面的YY波导调制器芯片14 一起放置。Y波导调制器芯片14之后与两根保偏光纤15耦合，保偏光纤15穿过壳体I的尾管孔，在尾管孔处进行密封，再用平行封焊的工艺封盖，实现器件的整体密封。管芯2采用SLD管芯。实施例8，结构如图8所示，采用局部密封的方式。具体由壳体I、管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6、后透镜7、Y波导调制器芯片14、保偏光纤15、探测器放大电路16、半导体制冷器8、热敏电阻9和外壳体17等部分组成。管芯2、前透镜3、分光片4、功率监测探测器5、信号检测探测器6和热敏电阻9等置于半导体制冷器8之上，利用热敏电阻9和半导体制冷器8对该部分进行温控；且该部分整体放置于于壳体I内部，壳体I出光处米用光窗方式，壳体I上的出光处设置有光窗18。壳体米用平行封焊的方式进行密封。后透镜7位于壳体I外部且同光窗18相对应,与壳体I的光窗出来的准直光进行稱合。壳体I、后透镜7与Y波导调制器芯片14以及保偏光纤15置于外壳体17内部，外壳体17不需要进行密封。外壳体17可以采用镀金的可伐合金，也可以采用陶瓷壳体。外壳体17的引线可以玻璃烧结，也可以是陶瓷引线。虽然本实用新型已经详细地示出并描述了一个相关的特定的实施例参考，但本领域的技术人员应该能够理解，在不背离本实用新型的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本实用新型的权利要求所要求的保护范围。
权利要求1.一种收发一体器件,其特征在于包括壳体(I)和光输出装置，壳体(I)内部设有管芯(2)、前透镜(3)、分光片(4)、功率监测探测器(5)、信号检测探测器(6)、半导体制冷器(8)，管芯(2)、前透镜(3)、分光片(4)、功率监测探测器(5)、信号检测探测器(6)设置于半导体制冷器(8)之上，前透镜(3)设置于管芯(2)后端，分光片(4)设置于前透镜(3)后端，功率监测探测器(5)和信号检测探测器(6)分别对应设置于分光片(4)的两侧反射端光路中，分光片(4)后端透射端光路对应设置有光输出装置。
2.如权利要求I所述的一种收发一体器件，其特征在于所述的壳体(I)内部设置有热敏电阻(9)，热敏电阻(9)与半导体制冷器(8)相连。
3.如权利要求I或2所述的一种收发一体器件，其特征在于所述的输出装置包括位于分光片(4)后端透射端光路中的后透镜(7)，后透镜(7)耦合有尾纤(10)，尾纤(10)上设置有尾套管(11)。
4.如权利要求I或2所述的一种收发一体器件,其特征在于所述的输出装置包括壳体(I)上设置烧结有光窗(18)的光区域,光窗(18)与分光片(4)后端的分光光路相对应。
5.如权利要求I或2所述的一种收发一体器件，其特征在于所述的输出装置包括位于分光片(4)后端透射端光路中的后透镜(7),后透镜(7)稱合有金属化光纤组件(21),金属化光纤组件(21)上设置有尾套管(11)，金属化光纤组件(21)固定于固定支架(12)上。
6.如权利要求I或2所述的一种收发一体器件，其特征在于所述的输出装置包括位于分光片(4)后端透射端光路中的后透镜(7)与插针(13)，后透镜(7)与插针(13)耦合有尾纤(10)，尾纤(10)上设置有尾套管(11);壳体(I)对应分光片(4)后端分光光路区域设置有凸起中空管体，后透镜(7)直接烧结于壳体(I)上的中空管体内，插针(13)对准耦合后透镜(7 )设置于壳体(I)的中空管体内。
7.如权利要求I或2所述的一种收发一体器件，其特征在于所述的输出装置包括有探测器放大电路(16)和位于分光片(4)后端透射端光路中的后透镜(7)，后透镜(7)对应耦合设置有Y波导调制器芯片(14)，Y波导调制器芯片(14)设置有两根保偏光纤(15)耦合输出，信号检测探测器(6)同探测器放大电路(16)相连接。
8.如权利要求4所述的一种收发一体器件,其特征在于所述的光窗(18)的输出光路中设置有后透镜(7)，后透镜(7)对应耦合设置有Y波导调制器芯片(14)，Y波导调制器芯片设置有两根保偏光纤(15)耦合输出，信号检测探测器(6)连接有探测器放大电路(16)；所述壳体(I)、后透镜(7)、Y波导调制器芯片(14)、探测器放大电路(16)、两根保偏光纤(15)均设置在外壳体(17)内，外壳体(17)的引线为玻璃烧结或陶瓷引线。
9.如权利要求I或2所述的一种收发一体器件，其特征在于所述分光片(4)前面设置有隔离器(19)。
10.如权利要求I或2所述的一种收发一体器件，其特征在于所述管芯(2)可以是SLD管芯或者LD管芯。
专利摘要本实用新型公开了一种收发一体器件，包括壳体和光输出装置，壳体内部设有管芯、前透镜、分光片、功率监测探测器、信号检测探测器、半导体制冷器，管芯、前透镜、分光片、功率监测探测器、信号检测探测器设置于半导体制冷器之上，前透镜设置于管芯后端，分光片设置于前透镜后端，功率监测探测器和信号检测探测器分别对应设置于分光片的两侧反射端光路中，分光片后端透射端光路对应设置有光输出装置；本实用新型较之现有的收发一体器件具有较高的器件集成度和稳定性，结构紧凑，体积大大缩小，可以广泛应用于光纤传感领域之中。
文档编号G02B6/42GK202735549SQ20122030356
公开日2013年2月13日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者陈小梅, 罗勇, 官成钢, 刘天明, 曹魏, 李量 申请人:武汉光迅科技股份有限公司