[发明专利]自由空间光学准直器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月18日提交的美国临时申请序列号62/388,380的权益，所述申请的完整公开内容以引用的方式并入本文。

发明背景

领域

本公开涉及波分多路复用(WDM)多路复用器/多路分解器和可用于此类WDM多路复用器/多路分解器的准直器。

技术背景

波分多路复用(WDM)是这样的技术：其中多个光信号与不同波长的光多路复用，所述不同波长的光由多路复用器在发射器处进行组合、引向单个光纤以便信号运输，并由多路分解器分到接收器处的指定信道。随着对具有更小形状因子的更高信号容量的需求的逐渐上升，可适应紧凑形状因子(例如，CFP4和QSFP28)电信和数据通信设备的WDM装置是有利的。对于具有紧凑形状因子诸如CFP4和QSFP 28的光学模块，多路复用器/多路分解器使具有不同工作波长的多个信号信道组合或分开。

图1示出紧凑多路复用/多路分解设计10的典型设计，例如像美国专利号6,748,133中公开。出于多路分解目的，通过光纤1接收的复合光信号分成相应单独信道或波长以便通过光纤2至光纤5进行运输，并且出于多路复用目的，通过光纤2至光纤5接收的单独信道或波长被组合成复合光信号以便通过光纤1进行运输。为了促进多路复用器/多路分解器功能，使用光学滤波器/反射镜阵列(反射镜1至反射镜4)和准直器阵列(准直器1至准直器5)分别进行波长选择和信号接收。准直器在准直器阵列内的对准位置由预成形楔形件紧固并且随后利用粘结剂进一步粘合到公共基板。

美国专利公布号2010/0329678 Al还描述了用于将准直器阵列安装到基板的方法。图2A-2D示出使用一对柔性楔形件将准直器安装到平坦基板的四种不同安装情况。准直器包括用于巩固玻璃透镜的柱形托管和进入信道部件中的光纤尾纤。在每种设计中，楔形件具有两个接触面：一个具有外部托管，而另一个具有基板。楔形件成对使用以便将准直器紧固到基板。

随着升级成更高传输速度、更多数据信道和更小封装形状因子的需要不断增长，邻近信道之间的空隙需要显著降低以便提高信道密度。对于楔形件制成的准直器(如图1和图2A-2D所示)，当封装大小也变得越来越小时，由于外部托管和支撑楔形件而产生的大小收缩限制使它们变得不太有利。替代性多路复用器/多路分解器子组件设计在美国专利号8,488,244中有描述并且在图3中示出。此设计包括COM准直器、具有前侧的高反射涂层314的玻璃块304和附接到端侧的滤波器阵列310(每个带通滤波器具有不同的波长范围)、微透镜阵列306和所有其他部件粘合到其上的基板。微透镜阵列306的采用进一步减小必要部件大小，并且玻璃块304上的高反射涂层表面314使COM端口准直器和接收端口出口平行以便在不给部件造成配合和光纤路由问题的情况下配合在更小形状因子封装中。

由于微透镜阵列306和滤波器阵列310的固定间距，每个信道的位置和角度不能进行单独调整。具有不同切割角度和长度的多个补偿板需要插入到光路中以便补偿潜在角度/位置对准误差。

另一紧凑WDM设计在图4中示出。通过利用梯形棱镜，光路转动180度，从而将COM端口和接收端口定位在装置的同一侧上。可通过利用单件微透镜阵列(MLA)和光纤阵列单元(FAU)替换COM准直器来改进此设计以提高密度。

先前所描述的超紧凑WDM设计配置使用微透镜阵列作为用于接收端口的聚焦部件。因此，它们经受失准误差并且不能同时对所有接收信道进行优化。这些失准误差来自间距误差、斜切角、刚性聚焦和接收部件的倾斜量和偏移量。所述误差可通过插入一系列带斜角玻璃板(图3)、或完善部件尺寸规格要求(图4)进行补偿。两种设计均需要应用复杂的对准和组装工艺以便测量对准误差并且抵消效果。此外，最后几个信道预计具有由于误差源的聚积影响而降级的光学性能并对环境变化(诸如温度、湿度等)更加敏感。

简述

根据本公开的主题，提供多路复用器/多路分解器组件配置及其部件的新的设计。信号发射器和接收端口包括微型大小的准直器，这不仅允许间距大小的显著减小的可能而且还能够单独地使每个信道对准。

例如根据本公开的一个实施方式，提供自由空间光学准直器。自由空间光学准直器包括基座，所述基座具有长度、大体上平坦的底表面和顶表面。凹槽沿着基座的延伸穿过基座的长度的顶表面设置。透镜设置在基座的凹槽内，并且光纤尾纤设置成大体上邻近于透镜的焦点。透镜和光纤尾纤在凹槽内对准以便减小传播通过自由空间光学准直器的光学光信号的偏角偏移。