专利名称：具有与壳体自动地对准的光纤单元的光学组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种光学组件，具体地说，本发明涉及一种如下的双向光学组件该双向光学组件的光纤单元与该双向光学组件的壳体自动地对准。
背景技术：
已知ー种类型的光学系统，该光学系统的外部光纤通过聚焦光学系统而不是准直光学系统与光学组件中的光学有源器件耦合。专利文献I公开了光学组件中的准直光学系统；而专利文献2公开了聚焦光学系统。上述聚焦光学系统能使多个光学子组件独立地与外部光纤对准，从而可以简化光学组件的对准处理。〈引用列表〉<专利文献>专利文献I JP-H03-144602A ；专利文献2JP-HO9-211258A。
发明内容
〈技术问题〉然而，即使用聚焦光学装置来实现光学组件，也没有实现外部光纤沿着其光轴的光学对准。<技术方案>根据本发明的光学组件包括光纤单元、壳体和至少两个光学子组件，所述光学子组件均包括単元透镜和光学有源半导体器件。所述光纤単元包括插针，所述插针在其中心部分具有连接光纤。所述壳体包括内膛和腔体。所述壳体安装有第一透镜；而所述腔体容纳从所述光纤単元的端部伸出的具有所述连接光纤的所述插针的一部分。本发明的特征在于所述插针的直径大致等于或稍小于所述壳体的腔体的直径，从而可以使所述光纤単元与所述壳体自动地对准。〈本发明的有益效果〉在本发明的光学组件中，外部光纤可以沿着光轴对准。
将參考以下附图对本发明的非限制性且非穷举性的实施例进行描述，其中，除非另有说明，否则在各个附图中用相似的附图标记表示相似的部件。图IA是根据本发明实施例的光学组件的外观，而图IB是沿着外部光纤的光轴截取的光学组件的剖视图；图2示意性地示出用图IA和图IB所示的光学组件实现的聚焦光学系统；图3A和图3B示出将第一透镜和光学组件的壳体组装起来的方法；图4A至图4C分别示意性地示出SC连接器、LC连接器和尾纤的光纤单元的布置方式，图4D示出具有将SC连接器固定在光学组件的壳体上的布置方式的光纤单元；图5A和图5B示出连接光纤与TOSA之间的光学耦合损耗相对于在与连接光纤的光轴垂直的平面中的偏差的关系(图5A)以及相对于沿着连接光纤的光轴的偏差的关系(图5B);以及图6示出显示插针端部的倾斜方向的指示器的实例。
具体实施例方式下面，将对根据本发明的ー些优选实施例进行描述。图I示意性地示出根据本实施例的光学组件，其中，图IA是光学组件的外观，而图IB是沿着光学组件的光轴截取的光学组件的剖视图。如图IA所示，光学组件I包括与光纤单元3光学连接的壳体。壳体2包括第一端部4，其附接有第一发送器光学子组件(在下文中表示为T0SA);第二端部5，其附 接有第二 TOSA ;以及第三端部，其附接有接收器光学子组件(在下文中表示为ROSA)。TOSA和ROSA统称为光学子组件(OSA)。第一 TOSA将第一光信号发送至光纤11，第二 TOSA将第ニ光信号也发送至光纤11，ROSA从光纤11接收第三光信号。壳体安装有第一波分多路复用滤波器(在下文中表示为WDM滤波器)7、第二 WDM滤波器8、第一透镜9和波长截止滤波器10。截止滤波器10可以截止分别来自第一 TOSA的具有第一波长的第一光信号和来自第二 TOSA的具有第二波长的第二光信号。因此，截止滤波器10可以防止附接在第三端部6上的ROSA接收到第一光信号和第二光信号产生的杂散光。光纤单元3包括插芯11、插针12和套筒13。套筒13将内部的插针12设置在壳体2的ー侧。插针12包括位于中心的连接光纤14。光纤单元3还包括凸缘15,光纤单元3可以借助凸缘15附接至壳体2的第四端部46，其中，第四端部46包括孔16，插针12的端部插入孔16中从而使插针12定位。图2示意性地示出均与壳体2组装在一起的光纤单元3、第一 TOSA 20a、第二 TOSA20b和ROSA 21。本实施例的光学组件I将固定插针12用的套筒13固定在壳体2的前部壳体22a的第四端部46上，而将第一 TOSA 20a固定到与第四端部46相反的后部壳体22e的第一端部4上。第二端部5在后部壳体22e的侧部并固定有第二 TOSA 20b，第三端部6在前部壳体22a的侧部并斜对着后部壳体22e中的第二端部5，并且第三端部6固定有ROSA21。壳体2的后部壳体22e安装有第一 WDM滤波器7，而前部壳体22a安装有第二 WDM滤波器8和截止滤波器10。透镜9设置在前部壳体22a与后部壳体22e之间的交界处。第一透镜9可以在设置于插针12中的连接光纤14的端部处形成束腰，同时，第一透镜9还可以在从第一端部4延伸的假想表面上形成另ー个束腰。第一透镜9可以具有I倍的像放大率并且设置在壳体2的内膛22d的大致中心处。来自连接光纤14的光路被第二 WDM滤波器8分开，也就是说，其中一条光路投向第一透镜9，而另一条分支光路被第二 WDM滤波器8以大致直角转向并投向ROSA 21。截止滤波器10设置在第二 WDM滤波器8与ROSA 21之间的分支光路的中途，以便截止来自第一TOSA 20a 和第二 TOSA 20b 的光。ROSA 21内部包括单元透镜24。单元透镜24可以采用球面透镜类型，并且当ROSA21固定在第三端部6上时，单元透镜24在H) 25的光接收面上形成束腰并且在连接光纤14的端部形成另ー个束腰。穿过第一透镜9的光路可以被分为两路，其中一条光路穿过第一 WDM滤波器7并投向第一 TOSA 20a,而另一条光路被第一 WDM滤波器7以大致直角转向并投向第二 TOSA 20b。被分开并转向的投向第二 TOSA 20b的光束可以在从第二端部5延伸的假想表面上形成束腰。第一 TOSA 20a内部安装有单元透镜26a。当第一 TOSA 20a固定在第一端部4上时，単元透镜26a可以在LD 23a的表面上形成ー个束腰，而在从第一端部4延伸的假想表面上形成另ー个束腰。因此，可以通过将大致共同的束腰设置在第一端部4的假想表面上，使单元透镜26a与第一透镜9光学连接。第二 TOSA 20b包括另ー个单元透镜26b。当第二 TOSA 20b固定在第二端部5上 时，単元透镜26b可以在第二 LD 23b的表面上形成ー个束腰，而在从第二端部5延伸的假想表面上形成另ー个束腰。可以通过将大致共同的束腰设置在第二端部5的假想表面上，使单元透镜26b与第一透镜9光学连接。连接光纤14的面向壳体22的端部可以与插芯12 —起被同时抛光成相对于与连接光纤14的光轴垂直的表面形成大约6度的角度。连接光纤14的端部和插芯12的端部的倾斜角可以防止来自T0SA20a和20b的光被反射并返回到TOSA 20a和20b。被反射并返回的光可能对来自TOSA 20a和20b的信号构成光噪声。连接光纤14的光轴可以与单元透镜26a的光轴光学对准。同时，第一透镜9的光轴可以偏离连接光纤14的光轴和单元透镜26a的光轴，从而使得来自TOSA 20a和20b的光可以以预定的角度进入连接光纤14的倾斜端部。根据上述光学布置方式，进入连接光纤14的光可以在连接光纤14中与连接光学14的光轴大致平行地传播。第一透镜9可以被后部壳体22e的内膛22d定位。图3A和图3B示出将第一透镜9设置在内膛22d中的方法。本实施例的壳体2包括前部壳体22a和后部壳体22e，前部壳体22a和后部壳体22e分别设置有腔体22b和内膛22d。另ー个内膛22c将内膛22d与腔体22b连接。參考图2，腔体22b容纳光纤单元3的一部分，内膛22d容纳第一透镜9和第一 WDM滤波器7，在另ー个内膛22c中设置第二 WDM滤波器8。内膛22d包括内表面30和底部31。第一透镜9具有支撑部32，支撑部32支撑第一透镜9的周部，第一透镜9插入内膛22d中并固定至内膛22d，以使支撑部32的外表面与内表面30接触，同时支撑部32的一端抵靠在底部31上。可以利用YAG激光焊接法或通过将带有支撑部32的透镜9压カ配合到内膛22d内来执行对具有支撑部32的第一透镜9的固定，其中，YAG激光焊接法从后部壳体22e的外侧照射YAG激光束。在前ー种方法中，可以将前部壳体22a的一部分减薄，以便进行焊接，而在后ー种方法中，可以将内膛22d的直径设置得稍小于支撑部32的直径。内表面30的直径、支撑部32的直径以及内表面30和支撑部32的公差设置为使得内表面30与支撑部32之间的间隙大致为零或足够小。例如，当内表面30的直径是3. 015mm并具有±0. Olmm的公差时，支撑部32的外径设置为2. 999mm并具有±0. 006mm的公差。这两个部件之间的间隙变为最大0. 016mm且最小0. 000mm。尽管图I和图2示出光学组件I具有采用所谓“尾纤(pig-tail)布置方式”的光纤单元3，即光学组件I设置有永久性地固定在光学组件I上的光纤，但光学组件I可以用例如SC连接器、LC连接器等可拆卸的光学连接器实现。图4A至图4D示出前部壳体22a，其中，前部壳体22a附接有直径彼此不同的多种类型的光学连接器。图4A对应于与SC连接器配合的SC单元3A的布置方式。图4B示出可与LC连接器附接的LC单元3B。图4C是尾纤单元3的布置方式，图4D示出SC単元3A附接在前部壳体22a上的布置方式。SC单元3A的插针41a的外径D1、LC单元3B的插针41b的直径D2、尾纤单元3的插针12的直径D3彼此不同。例如，SC连接器的规格限定直径Dl是2. 499mm，LC连接器的规格限定直径D2是I. 25mm，本实施例的尾纤单元3设置插针的直径是I. 4mm。因为最大直径Dl是根据SC连接器的规格设置的，所以可以基于插针41a的该最大直径来设计形成在前部壳体22a中的腔体22b的内径D6，也就是说，将腔体22b的内径D6设置为使得插针41a与壳体22b的内表面45之间的间隙大致为零或足够小。套筒42a支撑插针41a并设置有凸缘43a，SC単元3A借助凸缘43a附接到壳体2的第四端部46上。插针41a从凸缘43a的端部伸出长度D5。如图4D所示，插针41a的伸 出部分与前部壳体22a的腔体22b相配合。具体地说，通过将腔体22b的直径设置为大致等于插针41a的外径D1，可以在垂直于光轴的平面中自动地执行套筒42a的光学对准。在实例中，插针41a的直径D I设置为2. 499mm并具有±0. 005mm的公差，内膛45的直径D6设置为2. 519mm并具有±0. Olmm的公差，两个部件41a和22a之间可以形成最大为0. 0165mm且最小为0. 0025mm的间隙。在LC単元3B的情况下，套筒42b在面向前部壳体22a的端部处设置有凸缘43b。插针41b设置为从凸缘43b的端部伸出长度D5。然而，因为腔体22b是为SC单元3A设计的，所以LC单元3B的插针41b的外径D2小于内膛45的内径D6，如果没有任何额外的部件，则LC単元3B的套筒42b会在前部壳体22a的第四端部46上大范围地滑动。根据本实施例的LC単元3B可以在凸缘43b的端面上设置环形筒体44，以使环形筒体44围绕伸出的插针41b。环形筒体44的高度大致等于插针41b的伸出长度。此外，环形筒体44的径向宽度设置为使得环形筒体44的径向宽度和插针41b的直径之和变得大致等于或稍小于内膛45的内径D6。在这种布置方式中，具有伸出的插针41b的环形筒体44可以配合在腔体22b中，从而可以使LC单元3B的套筒42b与壳体2的前部壳体22a自动地光学对准。在尾纤单元3中，如图4C所示，插针12也从凸缘15的端面伸出长度D5。此外，凸缘15也可以在面向前部壳体22a的外表面上设置有环形筒体16。环形筒体16的径向宽度同样可以设置为使得环形筒体16的外径大致等于或稍小于内膛45的内径。将具有环形筒体16的插针12的伸出部分插入前部壳体22a的腔体22b中，从而可以自动地执行尾纤单元3在垂直于光轴的平面中的光学对准。在实例中，环形筒体16的外径D I设置为2. 499mm并具有±0. OlOmm的公差，前部壳体22a的腔体22b的内径D6设置为2. 519mm并具有±0. Olmm的公差，在这两个部件之间可以形成最大为0. 02mm且最小为0. OOmm的间隙。此外，假设插有第一透镜9的后部壳体22e的内膛22d与前部壳体22a中的内膛45的直径之间的偏差为±0. Olmm,则第一透镜9的轴线与插针12的中心之间的偏差变为最大0. 0475mm。可以精确地加工用于对第一透镜9的支撑部32进行固定的底部31，以便限定从固定有尾纤单元3的第四端部46到底部31的长度。例如，可以以±0. 02mm之内的公差对底部31进行加工。将支撑部32抵靠并固定在底部31上，同时将凸缘15抵靠在第四端部46上，从而可以以小于±0. Imm的公差执行沿着光轴的光学对准。图5A和图5B示出部件之间的光学连接特性与垂直于光轴的平面中的位置公差即AX、Ay的关系以及与沿着光轴的位置公差A z之间的关系。參考图5A，小于0.0475mm的公差可以表现出小于0. 5dB的第一透镜9与连接光纤14之间的光学耦合损耗。此外，小于
0.Imm的公差可以表现出小于0. 5dB的耦合损耗。通过采用伸出的插针41a、41b或12与具有环形筒体16或44的布置方式，尾纤单元3、SC单元3A或LC单元3B可以以如下的公差与第一透镜9自动地对准在垂直于光轴的平面中的公差小于±0. 05mm并且沿着光轴的公差小于±0. 1mm。YAG激光焊接法可以将SC连接器42a、LC连接器42b或套筒13固定到前部壳体22a的第四端部46上。凸缘15、43a或43b优选地具有彼此相同的直径。可以沿着凸缘43a、43b和15的外周在多个点执行YAG激光焊接。然后，多个凸缘具有共同直径的布置方式为YAG激光焊接处理提供了有利条件。插针41a、41b和12具有从凸缘43a、43b和15的端面伸出的长度D5，从而使得从插针41a、41b和12的端部到第一透镜9的光程彼此相等。因此，即使当更换SC连接器、LC连接器和尾纤的单元时，本光学组件的光学布置方式不变。单元3A、3B和3围绕光轴的旋转角度，即，插针41a、41b和12的端部的倾斜面的方向可以通过切掉凸缘43a、43b和15的一部分来确定。图6示意性地示出形成在凸缘43a、43b和15中的切割部50。使切割部50形成在凸缘43a、43b和15上的从插针41a、41b和12的倾斜端面延伸到达的位置。通过将切割部50与用于固定R0SA21的第三端部6对准并且将上述单元焊接到第四端部46上，可以上述单元的旋转角度对准在预定的位置。接下来，将描述组装光学组件的方法。首先，将第一 WDM滤波器7、第二 WDM滤波器8、第一透镜9、截止滤波器10以及尾纤单元3、SC単元3A及LC単元三者中的至少ー者组装在壳体2中，从而准备好中间产品。借助支撑部32将第一透镜9固定到内壁30和底部31上。然后，使用相应的结合部件27a、27b和28执行沿着相应0SA20a、20b和21的光轴的光学对准。接下来，通过使结合部件27a、27b和28在相应的端部4至6上滑动，对相应的OSA 20a、20b和21执行在垂直于光轴的平面中的光学对准。在TOSA 20a和20b的光学对准中，LD 23a和23b实际地发光，并且通过光纤11检测光，同时，用ROSA 21中的25检测由光纤11提供的光。当第一透镜对准使得束腰位于从第一端部4延伸的假想平面上时，第一 TOSA 20a对准成使単元透镜26a的束腰位于该假想平面上。类似地，当第一透镜对准成使得束腰位于第二端部5上时，第二 T0SA20b中的単元透镜26b对准成将束腰设置在第二端部5上。因此，TOSA 20a和20b可以与相应的端部4及5对准，而不是相对于连接光纤14对准。在上述详细描述中，參考具体的示例性实施例对根据本发明的光学组件进行了描述。然而，显而易见的是，可以在不脱离本发明较广义的精神和范围的情况下对本发明进行多种变型和修改。例如，实施例包括两个TOSA和ー个ROSA。TOSA的数量以及ROSA的数量不限于这种布置。因此，应该相应地认为本说明书和附图是示例性的而不是限制性的。〈附图标记列表〉 2 壳体
3光纤单元4第一端部5第二端部6第三端部7第一波分多路复用滤波器
8第二 WDM滤波器9第一透镜10波长截止滤波器11 光纤12 插针13 套筒14连接光纤15 凸缘20a 第一 TOSA20b 第二 TOSA21ROSA22a前部壳体22d 内膛22e后部壳体46第四端部
权利要求
1.ー种光学组件，包括 光纤单元，其包括插针，所述插针在其中心部分具有连接光纤； 壳体，其包括内膛和腔体，所述壳体在所述内膛中安装有第一透镜，所述腔体容纳从所述光纤単元的端部伸出的具有所述连接光纤的所述插针的一部分；以及至少两个OSA，所述OSA均包括単元透镜和光学有源半导体器件；并且其中，所述插针的直径大致等于或稍小于所述壳体的腔体的直径，以使所述光纤単元与所述壳体自动地对准。
2.根据权利要求I所述的光学组件，其中， 所述光纤単元具有凸缘，所述凸缘面向所述壳体并固定至所述壳体的表面，所述插针的所述部分从所述凸缘的端面伸出。
3.根据权利要求2所述的光学组件，其中， 所述插针的直径由SC连接器的规格限定。
4.根据权利要求2所述的光学组件，其中， 所述凸缘在面向所述壳体的表面上包括环形筒体，所述环形筒体的外径由SC连接器的规格限定且所述环形筒体的内径由LC连接器的规格限定。
5.根据权利要求2所述的光学组件，其中， 所述凸缘在面向所述壳体的表面上包括环形筒体，所述环形筒体的外径由SC连接器的规格限定且所述环形筒体的内径大致等于所述插针的直径， 所述光纤单元采用尾纤光纤的布置方式。
6.根据权利要求I所述的光学组件，其中， 所述第一透镜具有位于从所述壳体的下述端部延伸的假想表面上的束腰和位于所述连接光纤的端部上的另ー个束腰，所述壳体的所述端部附接有所述OSA中的ー个0SA。
7.根据权利要求6所述的光学组件，其中， 所述OSA中的所述ー个OSA的単元透镜具有位于所述假想表面上的束腰和位于所述光学有源半导体器件的表面上的另ー个束腰。
8.根据权利要求I所述的光学组件，其中， 所述壳体还包括另ー个内膛，所述另ー个内膛将所述内膛和所述腔体相连，所述另ー个内膛在内部安装有WDM滤波器， 所述OSA中的所述ー个OSA是向所述连接光纤发射光的T0SA，所述光穿过所述第一透镜和所述WDM滤波器，所述OSA中的另ー个OSA是接收由所述连接光纤提供并被所述WDM滤波器反射的另一束光的ROSA。
9.根据权利要求8所述的光学组件，还包括 另ー个TOSA和另ー个WDM滤波器，所述另ー个TOSA包括单元透镜和光学有源半导体器件，所述另ー个WDM滤波器设置在所述壳体的所述内膛中， 所述另ー个TOSA向所述连接光纤发射另一束光，所述另一束光被所述另ー个WDM滤波器反射并穿过所述第一透镜和所述WDM滤波器。
10.根据权利要求9所述的光学组件，其中， 所述第一透镜具有位于所述壳体的附接有所述另ー个TOSA的假想表面上的束腰，并且所述另ー个TOSA中的所述单元透镜具有位于所述假想表面上的束腰。
11.根据权利要求I所述的光学组件，其中， 所述第一透镜通过所述透镜的支撑部安装在所述壳体的内膛中。
12.根据权利要求11所述的光学组件，其中， 所述第一透镜的支撑部的直径等于或稍小于所述内膛的直径，以将所述支撑部紧密地固定在所述内膛中。
13.根据权利要求I所述的光学组件，其中， 具有所述连接光纤的所述插针具有相对于与所述连接光纤的光轴垂直的平面倾斜大约6度的端面，并且 所述插针在所述光纤単元的端部处具有凸缘，所述凸缘具有指示性切割部，所述指示性切割部与所述连接光纤的倾斜端部的方向对准。
14.根据权利要求13所述的光学组件，其中， 所述第一透镜的轴线与所述连接光纤的轴线平行但偏离所述连接光纤的轴线。
15.根据权利要求13所述的光学组件，其中， 所述第一透镜的轴线与所述OSA中的所述ー个OSA的単元透镜的轴线平行但偏离所述ー个OSA的所述单元透镜的轴线。
全文摘要
本发明公开一种具有一些OSA和光纤单元的光学组件。光纤单元包括插针和凸缘。插针的一部分从凸缘伸出；同时，组装有OSA的光学组件的壳体包括腔体，腔体的直径大致等于或稍大于插针的直径。将插针的上述部分设置在腔体中，从而可以利用壳体将光纤单元与OSA自动地对准。
文档编号H01L31/0232GK102656497SQ201180004694
公开日2012年9月5日 申请日期2011年9月22日 优先权日2010年9月22日
发明者木原利彰 申请人:住友电工光电子器件创新株式会社