光接收透镜、光模块接收端、及光通讯系统的制作方法

1.本实用新型涉及多通道信号光接入的终端技术，尤其涉及一种光接收透镜、光模块接收端、及光通讯系统。


背景技术：

2.在当前光通讯过程中，不同波长的载波信号光在经过处理后，需要进入光纤中进行远距离传输，由于光源发出的载波信号光不能直接进入到光纤里，需要经过一系列多个透镜组合变换才能进入到光纤里面。在光接收模块中，又需要将多路不同波长的载波信号光按波长进行分解，再进行光电信号转换。
3.目前的技术中，信号光分解通常采用的方案是自由空间中多颗透镜组合的技术方案，但是自由空间中多颗透镜组合的光路设计复杂，同时多颗透镜需要进行耦合装配，耦合容差较低，可靠性容易出问题，封装成本较高。现有另一种技术采用plc(planar lightwave circuit，平面光波导)技术，而plc技术需要用到尺寸较小的硅光子波导技术，由于二氧化硅基的尺寸较小，与单模光纤的尺寸差异较大，导致中间需要较为复杂的模斑转换器来进行耦合，封装比较复杂，另外plc平面光波导技术用到awg(array waveguide grating，阵列波导光栅)芯片，芯片成本较高。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种光接收透镜、光模块接收端、及光通讯系统，能够增加耦合偏差容忍度，提高耦合效率，降低加工成本。
5.一方面，本实用新型的实施例提供了一种光接收透镜，包括光接收透镜包括基体及波分解复用器，所述基体为导光材质制成，所述基体上一体成型有准直透镜、转折面、波分槽、及多个聚焦透镜；
6.所述准直透镜为弧形凸包状，用于使接收到的多通道信号光形成平行光并射入到所述基体内；
7.所述转折面及所述波分槽在光路上位于所述准直透镜与所述聚焦透镜之间；所述转折面位于准直透镜与所述聚焦透镜之间，用于将信号光反射至所述聚焦透镜；所述波分解复用器定位设置在所述波分槽内，波分解复用器用于将多通道信号光分解为多束单通道信号光；
8.各所述聚焦透镜为弧形凸包状，多个所述聚焦透镜阵列排布，用于使各所述单通道信号光分别汇聚成光斑并射出所述基体。
9.准直透镜、转折面、波分槽、多个聚焦透镜一体成型在基体上，无需装配，无装配公差，可以保证光路在光接收透镜内传播方向的准确性，可以极大增加光接收透镜与探测器等其他部件的耦合偏差容忍度，提高耦合效率，降低了对相关组件装配精度要求，降低封装成本。
10.其中，在光路上，所述准直透镜、所述波分槽、所述转折面、所述聚焦透镜依次布
置；多通道信号光经准直透镜形成平行光后，经过波分槽内的波分解复用器将多通道信号光分解为多束单通道信号光，在经过转折面后，多束单通道信号光改变光路传播方向后，到达聚焦透镜汇聚成多个小尺寸光斑；
11.或者，
12.在光路上，所述准直透镜、所述转折面、所述波分槽、所述聚焦透镜依次布置。包含多通道信号光的入射光经光纤进入到准直透镜后，成为平行光，然后经过转折面，改变光路传播方向后，到达预先放置在波分槽的波分解复用器后，多通道信号光分解成多束单通道信号光，然后到达聚焦透镜汇聚成小尺寸光斑，使得平行光经转折面以特定角度传递至波分解复用器上，而无需将波分解复用器相对准直透镜或聚焦透镜倾斜设置，进而波分槽亦无需相对准直透镜或聚焦透镜倾斜设置，从而便于波分槽的开模成型。
13.其中，所述波分槽相对所述准直透镜的光轴倾斜设置。使得波分解复用器能够相对准直透镜的光轴倾斜设置，进而使得经准直透镜后的平行光倾斜射入波分解复用器2，进而利于对多通道信号光进行分离。
14.其中，所述波分槽的槽口与所述聚焦透镜位于所述基体的同一外表面处，且所述波分槽的槽口朝向平行于所述聚焦透镜的光轴。使得用于形成波分槽的模具结构与用于形成聚焦透镜的模具结构位于同一模具的同一表面上，可以利于注塑成型波分槽及聚焦透镜，同时利于开模。
15.其中，所述转折面朝向所述基体内部的一侧为反射信号光的反射面，以使信号光在所述基体的导光介质中传递。以使信号光在基体的导光介质中传递，避免经过其他介质造成信号光的折射及损耗。
16.其中，所述转折面位于所述基体的外侧面；利用基体的外侧面一部分结构直接形成转折面，以便于加工成型转折面；或者，
17.所述基体上设置有转折槽，所述转折槽位于信号光的光路外，所述转折面位于所述转折槽内。转折槽位于信号光的光路外，使得信号光不会进入转折槽的腔体内，避免发生在转折槽处发生光折射，所述转折面位于所述转折槽内，使得信号光始终保持在基体内部传递。
18.其中，所述基体、所述准直透镜、所述转折面、所述波分槽、及多个所述聚焦透镜为聚导光材质通过模具注塑一体化加工形成。能够实现光接收透镜的批量生产，且生产成本较低。
19.第二方面，本实用新型提供了一种光模块接收端，包括波分解复用器、探测器及前述的光接收透镜，所述波分解复用器定位设置所述光接收透镜的波分槽中，所述探测器为多个，并与所述光接收透镜的多个聚焦透镜一一对应设置，用于接收自所述聚焦透镜出射的光斑。光接收透镜为一体成型，无需装配，无装配公差，可以保证光路在光接收透镜内传播方向的准确性。
20.其中，所述波分解复用器与所述波分槽形状尺寸相匹配，以使二者的表面贴合设置。能够使得波分解复用器与基体无间隙紧密结合，避免信号光在波分解复用器与基体外的其他介质中传递，有效避免光路因折射等原因改变，避免信号光信息丢失，同时可以保证波分解复用器在基体上的准确定位。
21.第三方面，本实用新型提供了一种光通讯系统，包括光模块发送端、光纤、及前述
的光模块接收端，所述光纤的两端分别与所述光模块发送端及所述光模块接收端连接。模块接收端的光接收透镜为一体成型，无需装配，无装配公差，可以保证光路在光接收透镜内传播方向的准确性。
22.本实用新型提供的光接收透镜、光模块接收端、及光通讯系统，准直透镜、转折面、波分槽、多个聚焦透镜一体成型在基体上，无需装配，无装配公差，可以保证光路在光接收透镜内传播方向的准确性，聚焦透镜可以将单通道信号光聚成光斑，可以极大增加光接收透镜与探测器等其他部件的耦合偏差容忍度，提高耦合效率，降低了对相关组件装配精度要求，放宽了贴装公差要求，封装简单，方便生产制作，改善了生产效率，极大地降低封装成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本实用新型第一实施例提供的光模块接收端的仰视图；
25.图2是图1中光模块接收端的a－a剖面图；
26.图3是本实用新型第二实施例提供的光模块接收端的结构示意图；
27.图4是图3中光模块接收端的b－b剖面图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例进行说明。
29.本实用新型中第一实施例提供的光通讯系统，包括光模块发送端、光纤、及光模块接收端，光模块发送端用于将电信号转化成多通道信号光，光模块接收端用于接收多通道信号光并转换为电信号，光纤的两端分别与光模块发送端和光模块接收端连接，用于实现多通道信号光的传输。
30.参见图1及图2，光模块接收端包括光接收透镜100及探测器200，光接收透镜100用于接收多通道信号光，并将多通道信号光分解为多束单通道信号光后分别聚焦成光斑出射，探测器200为多个，用于接收多束单通道信号光的光斑以便将其转化为电信号。
31.光接收透镜100，包括光接收透镜100包括基体1及波分解复用器2，基体1为导光材质制成，基体1上一体成型有准直透镜11、转折面12、波分槽13、及多个聚焦透镜14。准直透镜11为光接收透镜的入射端，多通道信号光从光纤中射出后进入准直透镜11，准直透镜11用于使接收到的多通道信号光形成平行光并射入到基体1内。本实施例中，准直透镜11为球面凸包状，其结构简单，便于在基体1上加工成型。此处，在其他可行的实施方式中，准直透镜11还可以采用其他形式的准直透镜，例如菲涅尔准直透镜等。
32.转折面12及波分槽13在光路上位于准直透镜11与聚焦透镜14之间。转折面12位于准直透镜11与所述聚焦透镜14之间，用于将信号光反射至所述聚焦透镜14；波分解复用器2定位在波分槽13内，波分解复用器2用于将多通道信号光分解为多束单通道信号光。各所述聚焦透镜14为光接收透镜的出射端，多个所述聚焦透镜14阵列排布，用于使各所述单通道
信号光分别汇聚成光斑并射出所述基体1。本实施例中，聚焦透镜14为球面凸包状，其结构简单，便于在基体1上加工成型。此处，在其他可行的实施方式中，聚焦透镜14还可以采用其他形式的能够实现聚焦效果的透镜，例如自聚焦透镜等。
33.光接收透镜100上的准直透镜11、转折面12、波分槽13、多个聚焦透镜14是一体成型在基体1上的，可以预先将需要加工的尺寸及图形通过精密加工转移到模具上，在通过注塑等方式将模具上的尺寸及图片转移到产品上，再将波分解复用器2无源组装进光接收透镜100上。准直透镜11、转折面12、波分槽13、多个聚焦透镜14之间无需装配，无装配公差，可以保证光路在光接收透镜100内传播方向的准确性，聚焦透镜14可以将单通道信号光聚成一个很小的光斑，可以极大增加光接收透镜100与探测器200等其他部件的耦合偏差容忍度，降低了对相关组件装配精度要求，放宽了贴装公差要求，封装简单，方便生产制作，改善了生产效率，极大地降低封装成本。
34.基体1、准直透镜11、转折面12、波分槽13、及多个聚焦透镜14为聚醚酰亚胺(polyetherimide，简称pei)材料通过模具注塑一体化加工形成，开模后直接在基体1上形成准直透镜11、转折面12、波分槽13、及多个聚焦透镜14等结构。当然，在其他实施例中，也可以采用其他的可以传输信号光的导光材质，只要可以传输光通信光窗口的波长的可用材料都可以使用。本实施例中，通过模具注塑方式实现一体成型，能够实现光接收透镜的批量生产，且生产成本较低。当然在其他实施方式中，也可以通过3d打印等其他方式实现一体成型。
35.波分解复用器2上设置有镀膜，利用不同的镀膜可以实现对不同波长的信号光进行折射或反射后实现分离。波分解复用器2定位设置在波分槽13内，波分槽13的位置确定后，波分解复用器2装配在波分槽13内即可实现波分解复用器2的定位，以使得分解后的多束单通道信号光能够对应传输到多个聚焦透镜14上。此处，可以根据多通道信号光内的载波波长采用不同的波分解复用器2装配到基体1上，波分解复用器2对信号光的分解原理与现有技术相同，此处不再赘述。
36.本实施例中，波分解复用器2与波分槽13二者的形状尺寸向匹配，以使二者的表面贴合设置，能够使得波分解复用器2与基体1无间隙紧密结合，避免信号光在波分解复用器2与基体1外的其他介质中传递，有效避免光路因折射等原因改变，避免信号光信息丢失，同时可以保证波分解复用器2在基体1上的准确定位。
37.此处，在其他实施方式中，也可以是在波分槽13内设置两个相对布置的卡接槽，波分解复用器2相对的两端分别定位在卡接槽中，波分解复用器2的中间部分与波分槽13的槽壁之间间隙设置，以避免在装配过程中波分解复用器2上的镀膜与波分槽13的槽壁之间摩擦造成磨损，影响分波。进一步可以在波分解复用器2与波分槽13之间的间隙中填充或注塑与基体1材料相同的材质，以减小信号光在间隙中的折射。
38.波分解复用器2可以突出于波分槽13外，即突出于基体1的外表面，可以方便将波分解复用器2从波分槽13中取出进行更换。
39.本实施例中，转折面12朝向基体1内部的一侧为反射信号光的反射面，以使信号光在基体1的导光介质中传递，从而使得信号光保持在基体1内部传递，避免经过其他介质造成信号光的折射及损耗。转折面12位于基体1的外侧面，可以利用基体1的外侧面一部分结构直接形成转折面12，以便于加工成型转折面12。可以在基体1的外侧面相应位置处镀膜形
成转折面12以对光路进行反射，或者在基体1的外侧面相应位置处设置为全反射面形成转折面12实现对光路的反射，而无需镀膜。
40.转折面12相对准直透镜11及聚焦透镜14的光轴均呈倾斜状，以便实现光路反射，转折面12的倾斜角度可以根据准直透镜11与聚焦透镜14的相对位置进行确定。本实施例中，准直透镜11与聚焦透镜14二者的光轴垂直，以便于进行注塑成型；转折面12相对准直透镜11及聚焦透镜14的光轴的倾斜角度即可确定为45
°
。准直透镜11与聚焦透镜14的相对位置及光轴夹角，可以根据光接收透镜100的具体应用场景进行确定，并不局限于本实用新型中的具体实施方式。
41.波分槽13相对准直透镜11的光轴倾斜设置，使得波分解复用器2能够相对准直透镜11的光轴倾斜设置，进而使得经准直透镜11后的平行光倾斜射入波分解复用器2，利于使得未通过镀膜的光信号在波分解复用器2上发生反射，进而利于对多通道信号光进行分离。多通道信号光沿波分解复用器2的倾斜方向依次分解为多束单通道信号光。多个聚焦透镜14阵列排布，并与多束单通道信号光一一对应设置。
42.由于基体1一体成型，为了便于开模形成聚焦透镜14，位于聚焦透镜14处的模具开模方向平行于聚焦透镜14的光轴。波分槽13的槽口与聚焦透镜14位于基体1的同一外表面处，且波分槽13的槽口朝向平行于所述聚焦透镜14的光轴，如图2所示，波分槽13的槽口朝下设置，而聚焦透镜14的光轴为竖直向，使得用于形成波分槽13的模具结构与用于形成聚焦透镜14的模具结构位于同一模具的同一表面上，可以利于注塑成型波分槽13及聚焦透镜14，同时利于开模。
43.在光路上，准直透镜11、波分槽13(波分解复用器2)、转折面12、聚焦透镜14依次布置，即多通道信号光经准直透镜11形成平行光后，经过波分解复用器2将多通道信号光分解为多束单通道信号光，在经过转折面12后，多束单通道信号光改变光路传播方向后，到达聚焦透镜14汇聚成多个小尺寸光斑，然后分别照射在多个探测器200上。
44.多个探测器200可以设置在电路板上或者其他结构件上，光模块接收端还包括光纤接口300，光纤接口300用于连接光纤，光纤接口300可以设置在光模块接收端的壳体或其他结构件上，在进行装配时，聚焦透镜14与探测器200耦合，准直透镜11与光纤接口300耦合，以实现光接收透镜100与多个探测器200、光纤接口300的耦合连接。光纤接口300可以为lc光纤接口，光纤的端部设置lc光纤连接器，当然在其他实施例中，光纤接口300也可以采用其他类型的接口。
45.在本实用新型第二实施例中，光接收透镜100内的光路布置与第一实施例有所差异，以下主要对与第一实施例不同指出进行详细描述，相同之处此处不再赘述。
46.如图3及图4所示，在光路上，所述准直透镜11、所述转折面12、所述波分解复用器2(波分槽13)、所述聚焦透镜14依次布置。包含多通道信号光的入射光经光纤进入到准直透镜11后，成为平行光，然后经过转折面12，改变光路传播方向后，到达预先放置在波分槽13内的波分解复用器2后，多通道信号光分解成多束单通道信号光，然后到达聚焦透镜14汇聚成小尺寸光斑，然后照射在高速探测器200上。如此可以使得平行光以特定角度传递至波分解复用器2上，而无需将波分解复用器2相对准直透镜11或聚焦透镜14倾斜设置，进而波分槽13亦无需相对准直透镜11或聚焦透镜14倾斜设置，从而便于波分槽13的开模成型，同时利于波分解复用器2装配至波分槽13中。
47.基体1上设置有转折槽120，所述转折槽120位于信号光的光路外，使得信号光不会进入转折槽120的腔体内，避免发生在转折槽120处发生光折射。所述转折面12位于所述转折槽120内，使得信号光始终保持在基体1内部传递。
48.在上述两个实施例中，均是转折面12朝向基体1内部的一侧为反射信号光的反射面，以使信号光在基体1的导光介质中传递，此处，在其他实施方式总，也可以是，转折面12朝向基体1外侧空间一侧为反射信号光的反射面，例如，基体1上设置有腔体，腔体的侧壁为转折面12，腔体位于光路上，光路先进入腔体内再经转折面12进行反射。
49.本实用新型的上述实施例，通过导光材料的模具注塑成型工艺，将准直透镜11、聚焦透镜14、转折面12、波分槽13等多个结构集成在同一个透镜上，波分解复用器2也可以无源贴装在该透镜上，这时候光模块接收端只需要这一个集成透镜就可以完成组装，避免了准直透镜11、聚焦透镜14、转折面12、波分槽13等多个结构之间的耦合装配，这样不仅增大耦合容差，封装简单，方便生产制作，改善了生产效率，而且极大地降低物料成本和封装成本。
50.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例方案的范围。