技术领域
[0001] 本
发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于
阵列波导光栅技术的波分复用光组件。
背景技术
[0002] 随着5G和
数据中心的发展，通信系统对光通信传输速率的要求日益提高，并对光模
块尺寸、成本等问题提出了更严苛的要求。因此，并行传输光模块的需求急速增长，尤其是基于波分复用技术的并行传输光模块，由于其带宽容量大、传输距离远而获得格外关注。
[0003] 现有基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件光路形式一般采用将阵列波导光栅与光纤阵列耦合成一模组，将若干路
激光器芯片与若干路光纤组件耦合成一模组，再将两分立的模组通过光纤连接为一光组件。该结构形式中两分立模组需使用大量金属结构件，不但不利于光模块尺寸小型化，也为模块进一步降低成本带来了挑战。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明提出了一种基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件，以解决传统基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件采用两分立模组的结构形式，不利于光模块尺寸小型化和降低成本的问题。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件，包括激光器
准直子部件、阵列波导光栅子部件、输出光纤；激光器准直子部件由激光器芯片与激光器
准直透镜阵列
固化而成，激光器芯片位于激光器准直透镜阵列的焦平面上；阵列波导光栅子部件由阵列波导光栅准直透镜阵列、阵列波导光栅、阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列固化而成，输出光纤、阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列与阵列波导光栅有源耦合，阵列波导光栅位于阵列波导光栅准直透镜阵列的焦平面上；激光器准直透镜阵列、阵列波导光栅准直透镜阵列、阵列波导光栅、阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列、输出光纤在激光器芯片的输出光路上依次顺序设置；激光器准直子部件与阵列波导光栅子部件有源耦合。
[0006] 可选的，所述基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件还包括光隔离器，光隔离器位于激光器准直透镜阵列与阵列波导光栅准直透镜阵列之间，激光器准直子部件、光隔离器与阵列波导光栅子部件有源耦合。
[0007] 可选的，所述基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件还包括Y向补偿楔
角块、X向补偿楔角块，Y向补偿楔角块、X向补偿楔角块均插入激光器准直透镜阵列与阵列波导光栅准直透镜阵列之间的光路中。
[0008] 可选的，Y向补偿楔角块及X向补偿楔角块的顶角与激光器芯片发光区偏离激光器准直透镜阵列光轴的距离之间满足：
[0009] (n-1)*α＝arctan(Δd/f)
[0010] 其中，n为Y向补偿楔角块及X向补偿楔角块的折射率，α为Y向补偿楔角块及X向补偿楔角块的顶角，Δd为激光器芯片的发光区偏离激光器准直透镜阵列的光轴的距离，f为激光器准直透镜阵列的焦距。
[0011] 可选的，Y向补偿楔角块及X向补偿楔角块的顶角满足：
[0012] α＝(n-1)θemax
[0013] 其中，n为Y向补偿楔角块及X向补偿楔角块的折射率，α为Y向补偿楔角块及X向补偿楔角块的顶角，θemax为激光器芯片与激光器准直透镜阵列最差配合时补偿楔角块引入的光路倾斜角度。
[0014] 可选的，激光器准直透镜阵列和/或阵列波导光栅准直透镜阵列为模压非球面透镜阵列或
刻蚀硅基非球面透镜阵列。
[0015] 可选的，激光器芯片为若干路以固定间距排列的一体式芯片阵列或单芯片通过贴片打线并以固定间距排列的部件。
[0016] 本发明的基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件相对于
现有技术具有以下有益效果：
[0017] (1)本发明将传统波分复用光组件中两分立模组整合，从而满足了模块进一步小型化的发展需求，同时可以精简物料，从而降低成本；
[0018] (2)由于加工公差和装调公差的存在，激光器准直子部件和阵列波导光栅子部件的光轴必然存在横向错位和倾斜，本发明使用了准直光路，而准直光路对于横向错位的公差容限极大，从而本发明中的基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件对光路横向错位的公差容限极大；
[0019] (3)本发明可在获得每一路准直
信号光相对中心光轴的偏差角度后，将Y向补偿楔角块、X向补偿楔角块分别插入每路
光信号光路，分别更换不同顶角的楔角块以补偿光路偏转角度，从而使每路光信号达到最佳耦合效率，以提高产品良率，也相应的降低了波分复用光组件机械
定位的
精度要求以及零部件的加工精度要求，易于实现。
附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明
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发明的一些实施例，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。
[0021] 图1为本发明的基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件的正视图；
[0022] 图2为本发明的基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件的俯视图；
[0023] 图3为本发明的准直光路横向失对准示意图；
[0024] 图4为本发明的激光器芯片发光区偏离激光器准直透镜阵列光轴的距离与光束偏离光轴的倾斜角度之间的关系示意图；
[0025] 图5为本发明的补偿楔角块引入光路偏转的示意图。
[0026] 附图标记说明：
[0027] 10-激光器准直子部件；101-激光器芯片；102-激光器准直透镜阵列；20-光隔离器；30-Y向补偿楔角块；40-X向补偿楔角块；50-阵列波导光栅子部件；501-阵列波导光栅准直透镜阵列；502-阵列波导光栅；503-阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列；60-输出光纤。
具体实施方式
[0028] 下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0029] 如图1所示，结合图2，本发明的基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件，包括激光器准直子部件10、阵列波导光栅子部件50、输出光纤60；激光器准直子部件10由激光器芯片101与激光器准直透镜阵列102固化而成，激光器芯片101位于激光器准直透镜阵列102的焦平面上；阵列波导光栅子部件50由阵列波导光栅准直透镜阵列501、阵列波导光栅502、阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列503固化而成，输出光纤60、阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列503与阵列波导光栅502有源耦合，阵列波导光栅502位于阵列波导光栅准直透镜阵列501的焦平面上；激光器准直透镜阵列102、阵列波导光栅准直透镜阵列501、阵列波导光栅502、阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列503、输出光纤60在激光器芯片101的输出光路上依次顺序设置；激光器准直子部件10与阵列波导光栅子部件50有源耦合。
[0030] 本实施例中，激光器芯片101与激光器准直透镜阵列102预先有源装调，使激光器芯片101位于激光器准直透镜阵列102的焦平面上，然后点胶固化为激光器准直子部件10；输出光纤60、阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列503与阵列波导光栅502通过有源耦合，并将三者的相对
位置固化，然后有源装调阵列波导光栅502与阵列波导光栅准直透镜阵列501，使阵列波导光栅502位于阵列波导光栅准直透镜阵列501的焦平面上，并点胶固化为阵列波导光栅子部件50；将激光器准直子部件10放入光路，对阵列波导光栅子部件50有源耦合，在各路光信号达到最大平均耦合效率后点胶固化激光器准直子部件10与阵列波导光栅子部件50的相对位置。
[0031] 不同
波长的信号光由激光器芯片101出射，经激光器准直透镜阵列102后变为准直光，阵列波导光栅准直透镜阵列501将准直光耦合进阵列波导光栅502，经过阵列波导光栅502后若干路不同波长的信号光被复用到一个输出端口，并通过阵列波导光栅耦合光纤透镜阵列503耦合至输出光纤60输出。
[0032] 这样，本实施例将传统波分复用光组件中两分立模组整合，从而满足了模块进一步小型化的发展需求，同时可以精简物料，从而降低成本；其次，由于加工公差和装调公差的存在，激光器准直子部件10和阵列波导光栅子部件50的光轴必然存在横向错位和倾斜，本实施例使用了准直光路，而准直光路对于横向错位的公差容限极大，如图3所示，从而本实施例中的基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件对光路横向错位的公差容限极大。
[0033] 可选的，如图1和图2所示，所述基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件还包括光隔离器20，光隔离器20位于激光器准直透镜阵列102与阵列波导光栅准直透镜阵列501之间，激光器准直子部件10、光隔离器20与阵列波导光栅子部件50有源耦合。光隔离器20只允许光由激光器准直透镜阵列102向阵列波导光栅准直透镜阵列501传播，从而避免回光对激光器芯片101的影响。
[0034] 可选的，如图1和图2所示，所述基于阵列波导光栅技术的波分复用光组件还包括Y向补偿楔角块30、X向补偿楔角块40，Y向补偿楔角块30、X向补偿楔角块40均插入激光器准直透镜阵列102与阵列波导光栅准直透镜阵列501之间的光路中。
[0035] 本实施例中，波分复用光组件的机械定位精度不足会引起光路的偏差，若不对光路进行补偿，则必须要求波分复用光组件零部件的加工精度、机械定位的精度足够高。本实施例中，Y向补偿楔角块30、X向补偿楔角块40分别用于对激光器准直透镜阵列102出射的准直光束在X和Y方向的倾斜角度进行补偿。本实施例的光路中，可估测每一路准直信号光相对中心光轴的偏差角度，在获得偏差角度后，将Y向补偿楔角块30、X向补偿楔角块40分别插入每路光信号光路，分别更换不同顶角的楔角块以补偿光路偏转角度，从而使每路光信号达到最佳耦合效率，以提高产品良率，也相应的降低了波分复用光组件机械定位的精度要求以及零部件的加工精度要求，易于实现。
[0036] 可选的，Y向补偿楔角块30及X向补偿楔角块40的顶角与激光器芯片101发光区偏离激光器准直透镜阵列102光轴的距离之间满足：
[0037] (n-1)*α＝arctan(Δd/f)
[0038] 其中，n为Y向补偿楔角块30及X向补偿楔角块40的折射率，α为Y向补偿楔角块30及X向补偿楔角块40的顶角，Δd为激光器芯片101的发光区偏离激光器准直透镜阵列102的光轴的距离，f为激光器准直透镜阵列102的焦距。
[0039] 如图4所示，当激光器芯片101的发光区偏离激光器准直透镜阵列102的光轴的距离为Δd时，光束偏离光轴的倾斜角度θe≈arctan(Δd/f)，此时即使激光器准直透镜阵列102的光轴与后续阵列波导光栅准直透镜阵列501的光轴严格重合，倾斜的光束仍然会引入极其敏感的影响耦合效率的因素，因此系统对光束倾斜角度的敏感性远超过对光束横向错位的敏感性。为了解决系统耦合效率对光束倾斜角度的高敏感性，添加X/Y方向补偿楔角块来补偿X/Y方向对应的光束倾斜角度。当楔角块的顶角为α时，楔角块引入的光束倾斜角度θp≈(n-1)*α，如图5所示，当X/Y方向楔角块选择常用的K9玻璃时，n＝1.5，θp≈0.5*α，若要完全补偿光束倾斜，需要使θp＝θe，从而计算得到α，以选择补偿楔角块。这样可根据获得的Δd来更换不同顶角的楔角块以补偿光路偏转角度，从而使每路光信号达到最佳耦合效率。
[0040] 可选的，Y向补偿楔角块30及X向补偿楔角块40的顶角满足：
[0041] α＝(n-1)θemax
[0042] 其中，n为Y向补偿楔角块30及X向补偿楔角块40的折射率，α为Y向补偿楔角块30及X向补偿楔角块40的顶角，θemax为激光器芯片101与激光器准直透镜阵列102最差配合时补偿楔角块引入的光路倾斜角度。
[0043] 由于实际生产中，并不可能连续的改变楔角块顶角来满足精确补偿。因此，以激光器芯片101与激光器准直透镜阵列102最差配合时引入的光束倾斜角度为θemax，对应α＝(n-1)θemax，可选取多个离散点，如α分别为1/4θemax、1/2θemax、3/4θemax、θemax，其中θemax可由激光器芯片101与激光器准直透镜阵列102最差配合时的实验数据得到，可作为已知值。这样本实施例可在不能连续改变楔角块顶角来满足精确补偿时对光束倾斜角度进行最自由且优选的补偿。
[0044] 可选的，激光器准直透镜阵列102和/或阵列波导光栅准直透镜阵列501为模压非球面透镜阵列或刻蚀硅基非球面透镜阵列。其中，模压透镜的公差及成本皆低于刻蚀硅基透镜，但刻蚀硅基透镜的精度高，可根据实际需要选择。
[0045] 可选的，激光器芯片101为若干路以固定间距排列的一体式芯片阵列或单芯片通过贴片打线并以固定间距排列的部件。其中，一体式芯片阵列中芯片的位置已经固定而不再需要摆放，使用起来方便，但其价格较贵；单芯片的价格便宜但摆放不方便，可根据实际需要进行选择。
[0046] 以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
