本发明涉及一种发射光器件及方法，属于光通信技术领域，具体是涉及一种偏振合波复用的发射光器件及方法。
背景技术：
现今采用多通道光信号并行收发的光模块在数据中心及通信网络中的作用越来越明显，作为光模块的核心器件之一的并行发射光器件，其封装方式及结构直接影响光模块的性能及成本。
已经有多种方案实现发射光器件的波分复用。
第一种方式为阵列波导光栅，简称awg，awg的优点是采用波导材料，集成度高，可与激光器芯片、探测器芯片同基板制备，功能上可同时复用和解复用，特别是应用在较多信道(如8信道以上)时具有很大优势，工作波长可应用在cwdm、lwdm及dwdm，缺点是成本高、插损大及耦合难度较高等。
第二种方式为刻蚀光栅，与awg类似，采用波导材料，集成度高，可与激光器芯片或者探测器芯片同基板制备，功能上可实现复用或解复用，体积比awg小一半，工作波长可应用在cwdm、lwdm及dwdm，缺点是滤波特性不完善、成本高、插损较大及耦合难度较高等。
第三种方式为薄膜滤光片，优点是成本低、滤波特性好、插损小以及耦合时横向容差大，适用于信号数较少(16通道以下)的情形，工作波长可应用在cwdm和lwdm，缺点是元件独立、小尺寸切割有难度、装配精度较高。对于低成本的4×10g、4×25g器件，多采用滤光片的方案。
第四种方式为偏振合波元件或偏振合波元件组合滤光片元件，偏振合波元件利用两束偏振态互相垂直的线偏振光在双折射晶体中不同的折射率实现偏振合波，它的优点是光程短，制备简单，自由空间光路容易耦合，缺点是合波后的光束包含两种光束偏振态，因此在于后端光口耦合时存在偏振相关性，特别是对于高速发射光器件，由于回波损耗的要求，通常采用光隔离器进行隔离链路的回波。光隔离器包含两种，一种是偏振相关型隔离器，多采用起偏器、检偏器组合磁光旋转晶体，它的特点是对于发射光波只允许与通光方向平行的偏振态通过，其余偏振态会被部分的吸收从而造成损耗，另一种是偏振无关型隔离器，多采用双折射率晶体，它的特点是对输入光的偏振态不限制，但它不是吸收型，只是将回波进行偏折，在器件内形成杂散光。对于第一种偏振相关型隔离器而言，当采用偏振合波元件进行波分复用时，由于合波后的光波包含两个互相垂直的偏振态，为了保证多通道光功率均匀性，通常需要将隔离器采用45度角使用，从而造成3db光功率损耗。
技术实现要素：
本发明主要是解决现有技术所存在的隔离器造成的损耗问题，提供了一种偏振合波复用的发射光器件。该器件采用偏振合波元件组合波片形成特殊的光路，可以保持输出光波具有相同的偏振态，从而避免了发射光功率的损耗。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种偏振合波复用的发射光器件，包括：至少两条复用光路；其中一条复用光路经半波片旋转后再与另一复用光路合波输出；所述复用光路包括外侧光路和内侧光路；所述外侧光路经第一偏振合波元件反射至第一偏振旋转器的反射面后与经该第一偏振旋转器透射面透射的内侧光路汇合后再透射所述第一偏振合波元件从而形成一条复用光路。
其中，所述的一种偏振合波复用的发射光器件，还包括：
隔离器，设置于第一偏振合波元件与半波片之间，其宽度覆盖两条复用光路中的第一偏振合波元件。
其中，所述外侧光路经全反射片反射至第一偏振合波元件。
其中，经半波片旋转的复用光路经全反射片反射至第二偏振合波元件的反射面后与经所述第二偏振合波元件透射的另一复用光路合波输出。
其中，两条复用光路轴对称设置。
其中，所述第一偏振合波元件反射平偏振态光，透射垂直偏振态光。
其中，第一偏振旋转器包括带有透射面和反射面的零度滤光片以及设置于零度滤光片两侧的1/4波片。
其中，所述复用光路设置于偏振复用耦合光组件的基板上，所述偏振复用耦合光组件设置于管壳内，所述管壳两侧分别设置插针准直器和电接口；所述电接口与复用光路的光源处相邻设置，复用光路的合波输出后耦合至插针准直器。
其中，外侧光路和内侧光路的激光器芯片的前侧设置准直器，后侧设置有监控探测器芯片组。
一种偏振合波复用的方法，包括：将至少两条复用光路中的一种经半波片旋转后再与另一路合波输出；其中，所述复用光路包括外侧光路和内侧光路；所述外侧光路经第一偏振合波元件反射至第一偏振旋转器的反射面后与经该第一偏振旋转器透射面透射的内侧光路汇合后再透射所述第一偏振合波元件从而形成一条复用光路。
因此，本发明具有如下优点：本发明提出的并行发射光器件，采用气密封装形式、偏振合波组件作为波分解复用元件以及光口采用插针准直器，具有低成本、性能优良、高可靠性、可批量化、易互换性。
附图说明
附图1是并行发射光器件结构俯视图；
附图2是偏振复用耦合光组件结构分布图；
附图3是第一路光路的传播原理图；
附图4是第二路光路的传播原理图；
附图5是第三路光路的传播原理图；
附图6是第四路光路的传播原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本发明所述的并行发射光器件可应用于cwdm和lwdm的多信道波长同时工作的情形，为了便于陈述，下面以用于cwdm的四信道发射光器件为例进行说明，其中工作波长采用cwdm的常用四个波长：λ1、λ2、λ3和λ4，如1271nm，1291nm，1311nm和1331nm。
器件根据管壳的气密封装和非气密封装的不同具有不同的外形。
为方便说明，对于附图的说明，存在方位词语，如上、下、前、后、左、右等词汇，是以专利文件附图为依据，视线垂直于纸面的俯视角度观察下，以阅读者的身体方位为参考。
这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本实施例的并行发射光器件如图1所示，包含插针准直器101、管壳102、电接口103、偏振复用耦合光组件104，其中管壳102内通过密封方法嵌入电接口103。偏振复用耦合光组件104放置在管壳102的内部，其放置方位要求其内部光学元件激光器芯片组2031-2034靠近电接口103、偏振合波元件2063靠近管壳102的光口，管壳102的光口处放置插针准直器101。管壳102采用气密封装，可以保证器件内部的光学元件具有高的可靠性。整个器件的所有光学元件的光轴均位于同一个平面上。
偏振复用耦合光组件104的放大图如图2所示，包括基板201、激光器芯片组2021-2024、监控探测器芯片组2031-2034、准直透镜组2041-2044、全反射片2051-2053、偏振合波元件(pbs，polarizationbeamsplitter)2061-2063、隔离器207、半波片208、1/4波片2091-2094、滤波片2010-2011。
在空间布局上，最右侧为监控探测器芯片组2031-2034，用来接收激光器芯片组2021-2024发射的背向光能量，作为光功率监控。监控探测器芯片组2031-2034的左侧为激光器芯片组2021-2024，它的前向出光方向是左侧，激光器芯片组优先dfb芯片，也可选用eml、fp型激光器。激光器芯片组2021-2024的左侧为准直透镜组2041-2044，用于将激光器芯片组2021-2024发出的前向光准直，因此激光器芯片组2021-2024的发光面设置在准直透镜组2041-2044的后焦点处。在准直透镜组2041-2044的左侧设置两组偏振旋转器，两组偏振旋转器分别设置在第二路准直透镜2042和第三路准直透镜2043的左侧。在偏振旋转器左侧，如图2所示，由上到下分别放置全反射片2051、偏振合波元件2061、偏振合波元件2061和全反射片2052，并且全反射片2051反射面朝右下设置、偏振合波元件2061的反射面朝右上设置、偏振合波元件2062的反射面朝右下设置、全反射片2052反射面朝右上设置。在偏振合波元件2061、2062的左侧为隔离器207，隔离器207优选方形、带磁环的磁光型隔离器，并且隔离器207宽度足够覆盖偏振合波元件2061、2062，并且隔离器207内部的磁光旋转晶体为一块大晶体，因此可以满足两路光束的传播并且具有相同的偏振态旋转的角度和隔离度。在隔离器207的左侧、第二路主光路上设置半波片208，半波片可以将垂直线偏振光改变成水平线偏振光。在半波片208的左侧设置全反射片2053，在隔离器207左侧、全反射片2053的下方设置偏振合波元件2063，偏振合波元件2063的反射面朝向左上方向。偏振合波元件2063的左侧为管壳102的光窗，其主光轴与准直器101的主光轴平行或重合。
对于偏振旋转器，以第一个偏振旋转器为例，由第二个1/4波片2091、第一个1/4波片2092和零度滤光片2010组成，其中零度滤光片2010放置在第二个1/4波片2091、第一个1/4波片2092的中间，零度滤光片2010允许有小角度的倾斜。偏振旋转器的作用是：对于右侧入射的水平线偏振光进行透射并且偏振态由水平偏振态旋转成垂直偏振态；对于左侧入射的水平线偏振光进行反射并且偏振态由水平偏振态同样旋转成垂直偏振态。因此偏振旋转器可以将左、右两侧入射的水平偏振旋转成垂直偏振。当然，改变偏振旋转器内部波片及旋转晶体的厚度，也可以将左、右两侧入射的垂直偏振旋转成水平偏振，本实例仅以将水平偏振旋转成垂直偏振为例说明。
偏振旋转器的工作原理是对于水平线偏振光从左侧进入第一个1/4波片2091后变成圆偏振光，之后进入零度滤光片2010。零度滤光片2010为带通型滤光片，通过过膜层的优化设计，可以满足偏振各向同性。零度滤光片2010只允许右侧入射的波长透射，而对左侧入射的波长反射，因此左侧入射的圆偏振光透射，之后到达第二个1/4波片2091，变成垂直线偏振光。而对于右侧入射的水平线偏振光，从右侧进入第二个1/4波片2091后变成圆偏振光，之后进入零度滤光片2010而被透射，之后到达第二个1/4波片2091，变成垂直线偏振光。
对于偏振合波元件2061-2063，将其设计为：水平偏振态反射、垂直偏振态透射。
对于隔离器207，采用保偏型设计，请参考发明人别外一专利(cn201420110335.4)，在常规隔离器的出光位置再加入一个反向的磁光旋转晶体，可以保证垂直偏振态通过隔离器207之后仍然是垂直偏振态。
第一路光路的传播如图3所示。激光器芯片2021发出的前向光向左侧传播，之后被准直透镜2041准直后形成准平行光，采用合适的准直透镜，可以保证该准平行光传播距离达40mm以上，满足每一路光程的需要。准平行光之后到达全反射片2051，被全反射后到达偏振合波元件2061。因为激光器芯片发射的光为水平的准线偏振光，而透镜和全反射片不影响偏振态，因此到达偏振合波元件的光仍为水平偏振光。水平偏振光进入偏振合波元件2061后被垂直反射，向右侧传播，之后到达偏振旋转器，而被反射回来，并且偏振态被旋转为垂直偏振态。之后该垂直偏振光透射偏振合波元件2061，之后到达隔离器207，之后透过隔离器207仍保持垂直偏振态。之后到达半波片208，被旋转成水平偏振态，之后到达全反射片2053，被全反射后到达偏振合波元件2063，之后被反射到左侧传播，之后到达管壳102的光窗而进入插针准直器101内，准平行光在插针准直器101内被会聚到光纤中输出。
第二路光路的传播如图4所示。激光器芯片2022发出的前向光向左侧传播，之后被准直透镜2042准直后形成准平行光。之后到达偏振旋转器第一个1/4波片2092，出射后被旋转成垂直偏振光。之后到达偏振合波元件2061。垂直偏振光进入偏振合波元件2061后透射，向左侧传播，之后到达隔离器207，之后透过隔离器207仍保持垂直偏振态。之后到达半波片208，被旋转成水平偏振态，之后到达全反射片2053，被全反射后到达偏振合波元件2063，之后被反射到左侧传播，之后到达管壳102的光窗而进入插针准直器101内，准平行光在插针准直器101内被会聚到光纤中输出。
第三路光路的传播如图5所示。激光器芯片2023发出的前向光向左侧传播，之后被准直透镜2043准直后形成准平行光。之后到达偏振旋转器的第一个1/4波片2094，透射后被旋转成垂直偏振光。之后到达偏振合波元件2062。垂直偏振光进入偏振合波元件2062后透射，向左侧传播，之后到达隔离器207，之后透过隔离器207仍保持垂直偏振态。之后到达偏振合波元件2063，之后被透射到左侧传播，之后到达管壳102的光窗而进入插针准直器101内，准平行光在插针准直器101内被会聚到光纤中输出。
第四路光路的传播如图6所示。激光器芯片2024发出的前向光向左侧传播，之后被准直透镜2044准直后形成准平行光，之后到达全反射片2052，被全反射后到达偏振合波元件2062。水平偏振光进入偏振合波元件2062后被垂直反射，向右侧传播，之后到达偏振旋转器，而被反射回来，并且偏振态被旋转为垂直偏振态。之后该垂直偏振光透射偏振合波元件2062，之后到达隔离器207，之后透过隔离器207仍保持垂直偏振态。之后到达偏振合波元件2063，之后被透射到左侧传播，之后到达管壳102的光窗而进入插针准直器101内，准平行光在插针准直器101内被会聚到光纤中输出。
采用上述结构后，本实施例可应用于cwdm、lwdm波长，可封装于cfp、cfp2、cfp4、cfp8、qsfp+、qsfp28、等模块中。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。