具有用于单根光纤的聚焦光学耦合系统的光学组件

摘要

本发明公开了一种光学组件（10B），其中光学组件包括均与聚焦光束耦合系统中的单根光纤（13）光学耦合的多个光学装置（17A，17B）。光学组件（10B）包括聚光透镜（21），并且各个光学装置（17A，17B）包括单体透镜（22a，22b）。聚光透镜的一个束腰位于光纤的端部，并且另一个束腰位于耦合单元的附接有光学装置（17A，17B）的外壁处。光学装置中的单体透镜（22a，22b）的一个束腰与聚光透镜（21）的另一个束腰大致对准，而单体透镜（22a，22b）的另一个束腰与半导体光学装置（14a，14b）对准。

说明书

技术领域

本发明涉及采用用于单根光纤的聚焦光学耦合系统实现的光学组件，具体地说，本发明涉及安装有均借助聚焦光束耦合系统与单根光纤耦合的多个光学装置的光学组件。

背景技术

作为光信号源的用于光通信系统的发射机光学组件设置有半导体激光二极管（以下称为LD）和利用至少一个透镜将由LD发射的光与光纤耦合的光学耦合系统。同样用于光通信系统的接收机光学组件设置有半导体光电二极管（以下称为PD）和利用至少一个透镜将由光纤提供的光与PD耦合的光学耦合系统。此外，已经知道如下的双向光学组件，该双向光学组件包括发射机光学组件和接收机光学组件，并且可以对单根光纤执行光发射和光接收。

常规的上述光学组件通常将光纤与半导体装置之间的光学耦合系统设置为所谓的平行光束耦合系统，即，从LD输出的光，即发散光被第一透镜准直并且被另一个透镜（即聚光透镜）聚焦在光纤的端部。该光学耦合系统可以保证两个透镜之间有足够的距离，从而，可以在两个透镜之间放置诸如光隔离器等其它光学部件。

图13示意性示出了常规光学组件100的平行光束耦合系统，常规光学组件100安装有分别对具有彼此不同的特定波长的光进行处理的两个LD和一个PD。这三个光学装置117A、117B和119B借助单体透镜122a、122b和122f以及聚光透镜121与信号光纤113通信。从LD 114a和114b发射的光被单体透镜122a和122b准直，被WDM滤光器124a多路复用，并且被聚光透镜121聚集在光纤113的端部上；而从光纤113发出的光被聚光透镜121准直，被第二WDM滤光器124d反射，并且被单体透镜122f聚焦在PD 115b的表面上。

单体透镜122a至122f安装在对应的光学装置117A至119B中。由于光学组件100具有平行光束耦合系统，因此可以粗略地执行沿各个光学装置117A至119B的光轴的光学对准，而仅仅精确地执行与各个光轴垂直的平面中的对准，该对准通过使光学装置117A至119B在耦合单元111的外壁上滑动来执行。

图12B估算了在图12A所示的光学系统中当聚光透镜偏离光轴时的光学耦合损耗，其中两个透镜之间的距离设定为5.00mm，从光纤的端部至透镜的工作距离设定为1.762mm，并且从LD至透镜的另一个工作距离设定为0.297mm。使聚光透镜在与光轴垂直的平面内偏移，来估算通过光纤监视到的光学耦合损耗。图12B示出对于仅仅5μm偏移损耗劣化超过0.5dB，对于3μm偏移耦合损耗增加至0.2dB左右。

图11B示出了对图11A的聚焦光束耦合系统进行与图12B所示的估算相同的估算的结果，其中两个透镜之间的距离设定为5.13mm，从透镜至光纤的工作距离设定为2.84mm，并且从其它透镜至LD的另一个工作距离设定为0.27mm。在聚焦光束耦合系统中，即使当透镜偏移增加了超过50μm时耦合损耗仍小于0.6dB，并且对于大约30μm的偏移，容许耦合损耗小于0.2dB，这表示即使当光学组件需要安装用于单根光纤的多个光学装置时，聚焦光束耦合系统仍可以有助于光纤与光学装置之间的光学对准。

发明内容

本发明的一方面涉及一种与外部光纤进行通信的光学组件。所述光学组件可以包括至少一个光学装置和聚光透镜。所述光学组件可以安装有与所述光纤和单体透镜光学耦合的半导体光学装置。根据本发明的光学组件的一个特征在于，所述半导体光学装置与所述单体透镜的一个束腰对准，所述光纤与所述聚光透镜的一个束腰对准，并且所述聚光透镜的另一个束腰与所述单体透镜的另一个束腰对准。从而，半导体光学装置、单体透镜、聚光透镜和光纤可以构成聚焦光束耦合系统。

所述光学组件还可以包括耦合单元，所述耦合单元在内部安装有所述聚光透镜且在各个壁上附接有所述光学装置和固定在套筒内的光纤。所述光学装置可以借助J型套筒附接至所述耦合单元，所述J型套筒可以将所述单体透镜的另一个束腰与所述聚光透镜的另一个束腰对准。所述聚光透镜的像放大率可以为一，从而使所述聚光透镜与所述光纤的对准基本上仅取决于物理尺寸，而不需要任何精确对准。所述光学装置可以是如下的发射机光学装置：其安装有发射具有特定波长的光的LD，并且所述光学组件还可以包括光隔离器以防止杂散光进入所述LD。除了包括所述发射机光学组件以外，所述光学组件还可以包括接收机光学组件。所述接收机光学组件可以从所述光纤接收光。所述光纤提供的光具有与所述LD发射的光的波长不同的特定波长。从而，所述光学组件可以构成用于单根光纤的双向光学组件。所述接收机光学组件还可以包括单体透镜，并且可以利用所述PD、所述接收机光学装置（下文称为ROD）中的所述单体透镜、所述聚光透镜和所述光纤构成所述聚焦光束耦合系统。

根据本发明一方面的另一种光学组件利用所述聚焦光束耦合系统与单根光纤通信，并且包括第一发射机光学装置（下文称为TOD）、第二TOD和波分多路复用（下文称为WDM）滤光器和聚光透镜。所述第一TOD设置有：第一LD，其发射具有第一特定波长λ₁的光；以及第一单体透镜，其一个束腰与所述第一LD对准。所述第二TOD也设置有：第二LD，其发射具有与所述第一波长λ₁不同的特定波长λ₂的光；以及第二单体透镜，其一个束腰也与所述第二LD对准。所述WDM滤光器可以多路复用来自所述第一TOD的光和来自所述第二TOD的光。所述聚光透镜将所述WDM滤光器与所述光纤光学耦合从而将所述聚光透镜的一个束腰与所述光纤的端部对准。所述光学组件的特征在于，所述聚光透镜的另一个束腰与所述第一TOD中的第一单体透镜的另一个束腰对准，并且与所述第二TOD中的第二单体透镜的另一个束腰对准，从而可以利用所述第一单体透镜、所述第二单体透镜、所述WDM滤光器和所述聚光透镜来在所述第一LD和所述第二LD与所述光纤之间实现所述聚焦光束耦合系统。

所述聚光透镜的像放大率可以为一，从而可以有助于光学耦合过程。所述光学组件还可以设置有位于所述光纤与所述聚光透镜之间以防止杂散光进入所述第一LD和所述第二LD的光隔离器。所述光隔离器可以是偏振无关隔离器类型。

所述光学组件还可以设置有安装有所述聚光透镜和所述WDM滤光器的第一耦合单元。所述第一耦合单元可以具有利用所述套筒附接所述光纤的第一外壁、面对所述第一外壁与所述第一外壁平行并且附接有所述第一TOD的第二外壁、以及与所述第一外壁和所述第二外壁垂直且附接有所述第二TOD的第三外壁。在该布置方式中，所述WDM滤光器相对于所述聚光透镜的光轴、所述第一TOD的光轴和所述第二TOD的光轴成45°角。此外，所述聚光透镜的束腰与所述第一外壁对准，所述聚光透镜的另一个束腰可以在所述第二外壁处与所述第一单体透镜的另一个束腰对准，并且在所述第三外壁处与所述第二单体透镜的另一个束腰对准。

在所述光学组件的另一种布置方式中，所述聚光透镜的另一个束腰可以在所述WDM滤光器的表面处与所述第一单体透镜的另一个束腰和所述第二单体透镜的另一个束腰对准。所述第一TOD和所述第二TOD可以发射相对于所述WDM滤光器的入射面具有相同偏振方向的光，即，当所述第一TOD发射具有P偏振的光时，所述第二TOD发射也具有P偏振的光，其中所述P偏振指的是进入所述WDM滤光器的光的偏振方向在所述入射面内。另一方面，所述第一TOD发射具有S偏振的光，来自所述第二TOD的光也表现出S偏振。

当所述第一TOD和所述第二TOD中的LD为边发射型时，由于从边发射型LD发射的光表现出与有源层的延伸方向平行的偏振，因此可以容易地执行光的偏振方向的调整。

所述光学组件还可以设置有：第三TOD和第四TOD，每一个TOD设置有单体透镜和发射具有彼此不同的特定波长的光的LD；另一个WDM滤光器，其多路复用来自所述第三TOD的光和来自所述第四TOD的光；以及耦合器，其多路复用来自所述WDM滤光器的光和来自所述另一个WDM滤光器的光。在该光学组件中，所述聚光透镜的另一个束腰在所述另一个WDM滤光器的表面处与所述第三单体透镜的束腰和所述第四单体透镜的束腰对准。

所述另一个WDM滤光器可以安装在副耦合单元中，所述副耦合单元附接至前述耦合单元的与第一外壁和第二外壁垂直的第四外壁上。所述第三TOD附接至所述副耦合单元的与前述耦合单元的第四外壁面对的外壁上，并且所述第四TOD附接在与前述耦合单元的第四外壁垂直的另一个外壁上。从而，所述第三TOD的光轴和所述第四TOD的光轴可以相对于所述另一个WDM滤光器成45°角。来自所述第三TOD的光和来自所述第四TOD的光可以相对于所述另一个WDM滤光器的入射面具有相同的偏振方向，但来自所述WDM滤光器的光和来自所述另一个WDM滤光器的光可以相对于所述耦合器的入射面成直角。在所述第一波长至所述第四波长具有λ₁<λ₃<λ₂<λ₄的关系的情形下，即使波长之间相隔得足够窄，仍可以有效地执行光的多路复用。

附图说明

将参考以下附图说明本发明的非限制性且非穷举性的实施例，其中除非另有说明，否则各个附图中用相同的附图标记表示相同的部件。

图1示出了根据本发明实施例的光学组件中的聚焦光束耦合系统，其中光学组件设置有一个TOD；

图2示出了根据本发明实施例的另一个光学组件中的聚焦光束耦合系统，其中光学组件设置有两个TOD；

图3示出了又一个光学组件的聚焦光束耦合系统，其中该光学组件设置有置于彼此面对的位置处的两个TOD；

图4示出了又一个光学组件的聚焦光束耦合系统，其中该光学组件设置有分别布置在耦合单元的对应外壁中的三个TOD；

图5示出了又一个光学组件的聚焦光束耦合系统，其中该光学组件设置有四个TOD；

图6示出了又一个光学组件的聚焦光束耦合系统，其中该光学组件设置有两个TOD和一个ROD，ROD中的PD放置在聚光透镜的束腰上而无需置入单体透镜；

图7示出了与图6中所示的聚焦光束耦合系统类似的聚焦光束耦合系统，但图7中所示的耦合系统仅仅设置了两个TOD共用的光隔离器；

图8示出了与图7所示的聚焦光束耦合系统类似的聚焦光束耦合系统，但聚光透镜的束腰与安装在ROD中的单体透镜的束腰对准；

图9示出了又一个光学组件中的聚焦光束耦合系统，其中该光学组件设置有一个TOD和两个ROD，聚光透镜的束腰与各个ROD中的单体透镜的束腰对准；

图10示出了又一个光学组件中的聚焦光束耦合系统，其中该光学组件设置有两个ROD和一个TOD，ROD中的一个ROD面对光纤；

图11A示意性示出了用于估算因聚光透镜沿与光轴垂直的方向偏移而引起的耦合损耗的聚焦光束耦合系统，并且图11B示出了图11A所示的聚焦光束耦合系统的损耗特性；

图12A示意性示出了用于估算因聚光透镜沿与光轴垂直的方向偏移而引起的耦合损耗的平行光束耦合系统，并且图12B示出了平行光束耦合系统的损耗特性；

图13示出了平行光束耦合系统的实例；

图14示出了又一个光学组件中的聚焦光束耦合系统，其中该光学组件包括分别发射具有彼此不同的特定波长和彼此不同的相对于WDM滤光器的偏振方向的光的四个TOD并且通过使LD的有源层的延伸方向对准来精确地调整光学耦合器；

图15示出了WDM滤光器对于相对于入射面均具有P偏振的两条光束的透射损耗；

图16示出了WDM滤光器对于相对于入射面均具有S偏振的两条光束的透射损耗；

图17示出了与穿过单体透镜的光的点面积和发散角的相关性；

图18示出了对于具有P偏振的光和具有S偏振的光，光学耦合器相对于入射角的透射损耗；以及

图19示出了设置有利用图14所示的聚焦光束耦合系统与单根光纤耦合的四个TOD的光学组件的外形。

具体实施方式

下面，参考附图说明根据本发明的优选实施例。图1至图5示出了至少设置在仅仅设置有发射光学子组件的光学组件中的光学耦合装置。

图1示出了根据本发明实施例的光学组件的基本布置方式，其中光学组件10A包括单根光纤13、单个发射机光学装置（以下称为TOD）17A和耦合单元11A。光学组件10A附接有将光纤13固定在耦合单元11A的端部处的套筒16，而TOD 17A固定至耦合单元11A的另一端部。耦合单元安装有聚光透镜21，其中聚光透镜21的一个束腰位于光纤13的端部13a，而另一个束腰大致位于耦合单元11A的固定有TOD 17A的端壁12a处。束腰指的是从具有有限面积的真实光源发射的光不能通过聚光透镜集中在一点而是沿将光源与透镜中心连接起来的光轴在束腰位置处变成最窄。

TOD 17A设置有单体透镜22a，其中透镜的一个束腰位于LD14a的发光壁处，而透镜的另一个束腰大致位于耦合单元11A的端壁12a处。从而，单体透镜22a可以在壁12a中的束腰处经由形成于耦合单元11A中的开口11a与聚光透镜21光学耦合。

在光纤13的端部13a与LD 14a之间的路径上可以布置有光隔离器23。具体地说，在图1中，光隔离器23放置在聚光透镜21与TOD 17A中单体透镜22a的束腰位置之间。如图1中虚线所示，光隔离器可以放置在聚光透镜21与光纤13之间，或者放置在单体透镜22a与其它透镜的束腰之间。

光学耦合单元11A设置有金属壳体，其中聚光透镜21可以物理地放置在耦合单元11A的壳体内。具体地说，在像放大率为一的条件下，聚光透镜21布置在耦合单元11A的中部，而耦合单元11A的一端附接有套筒16。套筒16可以在与光纤13的光轴垂直的平面内在附接有套筒16的端壁上光学对准，并且利用焊接处理或粘合剂附接在该端壁上。耦合单元11A的物理尺寸和套筒16的物理尺寸可以确定套筒16在该端壁上的位置。光纤13的轴线有时偏离聚光透镜21的中心轴线。

通过将套筒16附接至耦合单元，将聚光透镜21和光隔离器23放置在耦合单元内，可以形成带有套筒16的耦合单元11A的中间产品。接着，将TOD 17A组装在耦合单元11A的另一端。单体透镜22a可以是像放大率为六（6）的非球面透镜，这意味着距LD 14a的工作距离为大约0.25mm。工作距离指的是从透镜的端部至物体的壁的距离。TOD 17A可以利用连接套筒18附接至耦合单元11A。通过使连接套筒18在端壁12a上滑动，可以使TOD 17A在与光轴垂直的平面内对准，而通过调整TOD 17A插入连接套筒18的孔内的插入深度，可以使TOD 17A沿光轴光学对准。可以在通过将偏压电流供应至LD 14a来实际启动LD 14a并且监视从光纤13输出的光时执行TOD 17A相对于耦合单元11A的对准。

在光学对准中，由聚光透镜21产生的束腰设定成位于端壁12a处，因此，TOD 17A中单体透镜22a的束腰可以参照束腰在端壁12a上的位置，这不仅可以加速光学对准步骤，而且可以提高TOD 17A与耦合单元11A之间的光学耦合精确性。TOD 17A可以利用焊接处理或粘合剂附接至J型套筒18，并且J型套筒18也可以利用焊接处理或粘合剂固定至耦合单元11A。

在图1所示的光学组件10A中，从LD 14a发射的具有波长λa的光经过光隔离器23和两个透镜21和22a而进入光纤13的端部13a。本实施例的光学组件10A可以减小由光学对准不良导致的光纤与TOD 17A之间的光学耦合损耗。具体地说，该光学组件10A对于TOD 17A的对准不良在±30μm内的情形，获得不超过0.2dB的耦合损耗。如图13所示，采用平行光束构造所实现的常规光学组件为了将光学耦合损耗减小至不超过0.2dB必须将TOD的对准不良限制在±3μm内。

图2示出了根据本发明第二实施例的光学组件10B的布置方式，其中光学组件10B包括单根光纤13和分别发射具有彼此不同的特定波长的光的两个TOD 17A和17B。第二TOD 17B附接至耦合单元11B的一侧。光学组件10B还设置有：套筒16，其固定光纤13，并且利用焊接处理或粘合剂而附接在耦合单元11B的端部；TOD 17A，其在与前述端部相反的另一端部12a采用具有特定波长λa的LD 14a来实现；以及另一个TOD 17B，其在耦合单元11B的侧壁12b上采用具有特定波长λb的LD 14b来实现。耦合单元11B内置有聚光透镜21、光隔离器23和WDM滤光器24a。

如图2中虚线所示，光隔离器23还可以布置在聚光透镜21与光纤13之间的光路中。作为另一种选择，光学组件10B可以设置有两个光隔离器，一个光隔离器布置在从第一LD 14a至WDM滤光器24a的光路中，而另一个隔离器可以布置在从第二LD 14b至WDM滤光器24a的光路中。

从聚光透镜21引出的光路可以分成两条光路，一条光路朝向第一TOD 17A，而另一条路径经WDM滤光器24a以大致直角弯曲且朝向第二TOD 17B。各个光路的束腰位置设置在对应外壁12a和12b处。第二TOD 17B还设置有第二透镜22b和LD 14b。第二透镜22b的一个束腰位于LD 14b的发光点处，而另一个束腰位于耦合单元11B的壁12b处。换句话说，第二TOD 17B相对于耦合单元11B光学对准，以使另一个束腰位于耦合单元11B的外壁12b处。

第二TOD 17B中的第二透镜22b也可以是像放大率为三（3）的非球面透镜，这使得第二LD 14b的工作距离为大约0.45mm。第二TOD 17B可以通过置入另一个J型套筒18b内而附接至耦合单元11B。J型套筒18b可以沿与光轴垂直的方向与耦合单元光学对准，而可以通过调整与J型套筒18b的孔的重叠距离而使第二TOD 17B沿光轴与J型套筒18b对准。J型套筒18b固定至耦合单元11B并且可以利用焊接处理或粘合剂将第二TOD 17B固定至J型套筒18b。与第一TOD 17A类似，第二TOD 17B的光学对准可以通过实际启动第二TOD 17B中的LD 14b并且监视经过光纤13的光来执行。

与图1所示的第一实施例中的TOD 17A相同，TOD 17A经由开口11a与耦合单元光学耦合，以使第一透镜22a的束腰与聚光透镜21的束腰大致对准。从第一LD 14a发射的具有特定波长λa的光穿过开口11a、WDM滤光器24a、隔离器23和聚光透镜21而进入光纤13。而具有特定波长λb的光穿过开口11b、经WDM滤光器24a反射并且经过光隔离器23和聚光透镜21而进入光纤13。

图3示出了根据本发明第三实施例的光学组件10C的光学布置方式，其中光学组件10C是如下的发射机光学组件类型，该发射机光学组件设置有光纤13和布置在耦合单元11C的两侧的两个TOD17B和17C。由于两个TOD 17B和17C布置在侧部，因此可以减小光学组件10C的纵向尺寸。与上述光学组件10A和10B类似，本实施例的光学组件10C将固定光纤13的套筒16附接至耦合单元11C的一端，而耦合单元11C的一个侧壁设有具有特定波长λb的第一TOD 17B并且与前述侧壁相反的另一个侧壁设有具有特定波长λc的第二TOD 17C。耦合单元11C安装有光隔离器23、聚光透镜21和WDM滤光器24a、24b，但与前述实施例相比WDM滤光器的数量增加至两（2）个。光隔离器23可以布置在光纤与第二WDM滤光器24b之间。

聚光透镜21的光轴被分成两个，一个光轴经过第二WDM滤光器24b并且被第一WDM滤光器24a反射而朝向第一TOD 17B，另一个光轴被第二WDM滤光器24b弯曲而朝向第二TOD 17C。朝向第一TOD 17B的前述光束的束腰位置大致位于耦合单元11C的固定第一TOD 17B的外壁12b上，而朝向第二TOD 17C的后一光束的束腰位置大致位于附接第二TOD 17C的外壁12c上。第二TOD 17C还内置有单体透镜22c，其中单体透镜22c所产生的一个束腰的位置位于LD 14c的发光壁上，而另一个束腰位置位于附接第二TOD 17C的外壁12c上。

换句话说，可以通过调整插入J型套筒18c中的插入深度而使第二TOD 17C沿第二TOD 17C的轴线对准，而可以通过使J型套筒18c在耦合单元11C的外壁12c上滑动来执行在与光轴垂直的平面上的光学对准。可以通过使LD 14c实际发光并且检测光纤13中从LD14c发射的光来执行第二TOD 17C的光学对准。

从而，TOD 17B可以与光纤13光学耦合，以便如图2所述，单体透镜22b的束腰位置可以与聚光透镜21的束腰位置对准，并且可以通过将单体透镜22c的束腰位置与聚光透镜21的束腰位置对准来将另一个TOD 17C与光纤13耦合。从LD 14b发射的具有特定波长λb的光经过开口11b，被第一WDM滤光器24a反射，透射过第二WDM滤光器24b和聚光透镜21，最后进入光纤13的端部13a。来自LD 14c的具有特定波长λc的其它光穿过开口11c，被第二WDM滤光器24b反射，透射过聚光透镜，最后与光纤13的端部13a耦合。

图4示出了根据本发明实施例的光学组件的又一光学布置方式。图4所示的光学组件设置有单根光纤13、三（3）个TOD 17A至17C和耦合单元11D。本实施例的光学组件10D设置有：单根光纤，其固定在附接至耦合单元11D的端壁处的套筒16中；第一TOD17A，其包括具有特定波长λa的LD 14a，并且位于耦合单元11D的与前述端壁相反的外壁12a处；第二TOD 17B，其包括具有特定波长λb的LD 14b，并且位于第二壁12b处；以及第三TOD 17C，其包括具有特定波长λc的LD 14c，并且位于最末壁12c处。从而，三个TOD 17A至17C和套筒16面向耦合单元11D地固定至耦合单元11D。

与上一实例中出现的情形类似，耦合单元11D安装有光隔离器23和两个WDM滤光器24a和24b。光隔离器23可以布置在光纤与第二WDM滤光器24b之间的任何位置。聚光透镜21的光轴被分成三（3）个，一个光轴透射过第一WDM滤光器24a和第二WDM滤光器24b而朝向第一TOD 17A，而其余的光轴，与上一实施例中类似，被第一WDM滤光器24a反射后朝向第二TOD 17B，以及被第二WDM滤光器24b反射后朝向第三TOD 17C。此外，束腰在对应光轴上的位置大致位于外壁12a至12c处。

设置有单体透镜22a至22c的各个TOD 17A至17C分别经过开口11a至11c与聚光透镜21光学耦合。TOD 17A至17C可以在彼此垂直的三个方向上光学对准，并且利用焊接处理或粘合剂固定至耦合单元11D。从第一LD 14a发射的具有特定波长λa的光透射过第一WDM滤光器24a和第二WDM滤光器24b，透射过聚光透镜21，最后进入光纤13的端部13a。从第二LD 14b发射的具有特定波长λb的光在首先被第一WDM滤光器24a反射、接着透射过第二WDM滤光器24b和聚光透镜21之后，也进入光纤13的端部13a。来自第三LD 14c的具有特定波长λc的光在首先被第二WDM滤光器24b反射，接着透射过聚光透镜21之后，也进入光纤13的端部13a。在图4所示的本实施例中，第一TOD 17A的单体透镜22a的束腰大致位于耦合单元11D的外壁12a处，第二单体透镜22b的束腰位于第二外壁12b处，并且第三单体透镜22c的束腰位于第三外壁12c处。通过供应偏压电流来实际启动LD 14a至14c并且利用光纤13监视来自LD14a至14c的光，从而可以使各个J型套筒18a至18c对准各个单体透镜的束腰的位置。

图5进一步示出了根据本发明又一个实施例的光学组件的光学耦合系统。图5中所示的光学组件10E设置有分别输出具有彼此不同的特定波长的光的四个TOD 17A至17D。光学组件10E还设置有耦合单元11E，该耦合单元11E的一个壁设置有台阶部。台阶部置于两个壁12c和12d之间，两个壁12c和12d分别安装有第三TOD17C和第四TOD 17D。从而，台阶部可以调节聚光透镜21的光路的长度。

如下面的详细描述，聚光透镜21的光轴被分成四（4）个，每一个光轴设置有大致朝向光学耦合单元11E的固定有TOD 17A至17D的外壁12a至12d的束腰点。从聚光透镜21至各个外壁12a至12d的光路长度彼此大致相等，因此台阶部必须置于第三壁12c与第四壁12d之间。各个TOD 17A至17D中的单体透镜22a至22d的束腰点可以与聚光透镜21的形成在各个壁12a至12d处的束腰点大致对准，从而，各单体透镜22a至22d可以通过开口11a至11d和WDM滤光器24a至24c而与聚光透镜21光学耦合。

TOD 17A至17D与对应的J型套筒18a至18d一起使TOD 17A至17D沿三个彼此垂直的方向对准。TOD 17A至17D固定至J型套筒18a至18d，并且J型套筒18a至18d在对准之后利用焊接处理或粘合剂固定至对应的壁12a至12d。来自第一TOD 17A的光（具有特定波长λa）可以在透射过三个WDM滤光器24a至24c和聚光透镜21之后与光纤13耦合。来自第二TOD 17B的光（具有特定波长λb）可以在首先被第一WDM滤光器24a反射并且透射过第二WDM滤光器24b和聚光透镜21之后与光纤耦合。来自第三TOD 17C的光（具有特定波长λc）可以在首先被第二WDM滤光器24b反射并接着透射过聚光透镜21之后进入光纤13。此外，来自第四TOD 17D的光可以在首先被第三WDM滤光器24c反射并且接着透射过第一和第二WDM滤光器以及聚光透镜21之后进入光纤13。

图6至图10均示出了根据本发明实施例的光学组件中的光学耦合系统。除了设有前述实施例所述的TOD以外，图6至图10所示的光学组件还设置有至少一个接收机光学组件（以下称为ROD），从而构成单根光纤双向组件类型。

与TOD的情况不同，ROD 19A实质上无需沿光轴进行光学对准。于是，ROD 19A通常具有沿光轴对准的物理结构，并且仅仅对垂直于光轴的其余两个方向进行光学对准。然而，与TOD 17A至17B类似，可以使ROD 19A沿光轴光学对准，以使由聚光透镜21产生的束腰位于耦合单元11F的壁12c处，并且使由安装在ROD 19A中的单体透镜产生的束腰与聚光透镜21的束腰大致对准。

图6和图7中所示的光学组件用ROD 19A替代图4所示光学组件10D中的第三TOD 17C。即，图6的光学组件10F设置有固定至耦合单元11F的外壁处的ROD 19A。ROD 19A安装有PD 15a，PD 15a接收直接来自聚光透镜21而未经过任何单体透镜的具有特定波长λe的信号光。在与ROD 19A的光轴垂直的方向上使ROD 19A在耦合单元的外壁12c上光学对准，并且利用焊接处理或粘合剂将ROD 19A固定至耦合单元11F。

从聚光透镜21到ROD 19A的光路中放置有WDM滤光器24d，以便将信号光弯曲大致直角，而在从聚光透镜21到TOD 17A和从聚光透镜21到另一个TOD 17B的各个光路中放置有隔离器23或25和WDM滤光器24a。从而，ROD 19A接收从光纤13提供，透射过聚光透镜21并且被第二WDM滤光器24d反射的具有波长λe的信号光。从第一TOD 17A发射的具有特定波长λa的光透射过光隔离器23、两个光隔离器24a和24d、以及聚光透镜21，最后进入光纤13。来自第二TOD 17B的具有波长λb的光透射过其它光隔离器25、被第二WDM滤光器24d反射、透射过聚光透镜21，最后进入光纤13。第一光隔离器23和第二光隔离器25仅仅透射从TOD 17A或TOD17B进入第一WDM滤光器24a的光，而基本上阻断从第二WDM滤光器24d进入TOD 17A和TOD 17B的光。

图7所示的光学组件10G的光隔离器23的位置与安装在图6所示的前述光学组件10F中的光隔离器23的位置不同，以减小光隔离器的数量。光学组件10G在两个WDM滤光器24a与24d之间设置有光隔离器23。在该光学组件10G中，从第一TOD 17A发射的光首先透射过WDM滤光器、光隔离器23、第二WDM滤光器24d和聚光透镜21，最后进入光纤13，而来自第二TOD 17B的光首先被WDM滤光器24a反射，接着透射过光隔离器23、第二WDM滤光器24d和聚光透镜21，最后进入光纤13。图7所示光隔离器23可以使从第一光隔离器24a进入第二光隔离器24d的光透过，但阻断从第二WDM滤光器24d进入第一WDM滤光器24a的光。

图8示出了又一个光学组件10H的光学耦合系统。图8所示的该光学组件的ROD 19B的构造与上述组件10F和10G的ROD 19A的构造不同。本实施例的ROD 19B设置有单体透镜22f，并且接收从光纤13提供的具有波长λf的光。由单体透镜22f产生的束腰的位置位于ROD 19B内，而不位于耦合单元11H的外壁12c处，但与耦合单元11H中聚光透镜21所产生的束腰大致对准。

ROD 19B中的单体透镜22f的像放大率可以为二（2），以使PD 15b的工作距离形成为大约1mm。与上述实施例的ROD 19A类似，本实施例的ROD 19B可以省略沿光轴的光学对准，并且可以仅在与光轴垂直的壁上对准，即，可以通过实际提供来自光纤13的测试光并且由PD 15b监视该光来使ROD 19B与耦合单元11H的外壁12c内光学对准。第二WDM滤光器24e可以反射具有波长λf的光，并且该光被单体透镜22f聚焦。

图9和图10示出了除了一个TOD外还分别设置有两个ROD的光学组件的光学耦合系统，其中各个ROD 19B和ROD 19C接收具有彼此不同的波长的光。图9所示的光学组件101用第二ROD 19C替代图8中所示的第二TOD 17B，且光隔离器23只放置在TOD 17A的前方，以免干涉两个ROD 19B和19C的光路。

第二ROD 19C利用PD 15c接收具有波长λg的光，该波长λg与第一ROD 19B所接收的光的波长λf不同。第二ROD 19C还设置有单体透镜22g，但与TOD 17A的情况类似，单体透镜22g的束腰设置成大致位于耦合单元11I的外壁处。第二ROD 19C中的单体透镜22g的布置方式与第一ROD 19B中的单体透镜22f的布置方式相同。第二ROD 19C也可以省略沿光轴的光学对准，并且可以仅仅通过使ROD 19C在耦合单元11I的外壁12b上滑动来对准。第二ROD19C的光学对准还可以通过经由光纤13实际提供具有波长λg的光并且由PD 15c监视该光来执行。

图10中所示的光学组件10J用ROD 19C替代图8中所示的光学组件10H的第一TOD 17A。光隔离器23放置在从TOD 17B至第一WDM滤光器24a的光路中，以免干涉ROD 19B和ROD 19C的光路。第二ROD 19C可以接收具有波长λg的光，并且固定至耦合单元11J的外壁12a。第二ROD 19C中的单体透镜22g的束腰与聚光透镜21的束腰大致对准。具有波长λg的光透射过聚光透镜21、第二WDM滤光器24e和第一WDM滤光器24a，最后经单体透镜22g会聚进入PD 15c。从TOD 17B发射的光首先经单体透镜22b会聚，透射过光隔离器23，被第一WDM滤光器24a反射，透射过第二WDM滤光器24e和聚光透镜21，最后进入光纤13。

根据本发明实施例的光学组件10B至10J设置有固定至耦合单元11B至11J的外壁处的至少一个光学装置ROD或TOD，其中外壁不面向附接有套筒16的壁。即，至少一个光学装置接收或发射被WDM滤光器弯曲了大致直角的光。换句话说，进入WDM滤光器的光相对于WDM滤光器的法线成大致45°角。

进入WDM滤光器的两条光束，一条光束透射过WDM滤光器而另一条光束被滤光器反射，当这两条光束各自具有彼此相近的特定波长时，WDM不能区别这两条光束。即，WDM滤光器使应该基本上全部发生反射的光的一部分透过，并且使应该基本上全部发生透射的光的一部分反射。在符合信道栅格采用与相邻信道仅相隔0.8nm的ITU-T标准的密集WDM通信系统中可能出现该情形。当光束的入射角变得更大时WDM滤光器区别两条光束的性能变差，其中入射角可以由光束与WDM滤光器的法线之间的角度来定义。下述光学组件的实施例可以解决WDM滤光器的该波长区别问题。

图14示出了根据本发明的又一个实施例的光学组件10K的光学耦合系统。光学组件10K包括四（4）个TOD 17E至17H，每一个TOD发射具有彼此不同但紧密相隔的特定波长λ₁-λ₄的光。除包括四个TOD 17E至17H以外，光学组件10K还包括主耦合单元11K、副耦合单元11L、套筒16和光纤13。TOD 17E至17H分别安装有发射光束的LD 14e至LD 14g和单体透镜22e至22h。TOD 17E至17H在插入对应的J型套筒18e至18h中的情况下固定至耦合单元11K和11L。主耦合单元11K安装有光隔离器23、WDM滤光器24a和耦合器26，而副耦合单元11L安装有另一个WDM滤光器24b。第一WDM滤光器24a布置成其法线相对于来自第一TOD 17E和第三TOD 17G的各光束分别成大致45°角，而第二WDM滤光器24b布置成其法线相对于来自第二TOD 17F和第四TOD 17H的两条光束分别成大致45°角。具有波长无相关性的耦合器26布置成其法线相对于从第一WDM滤光器24a和第二WDM滤光器24b输出的两条光束分别成大致45°角。光学耦合器26可以采用如下的偏振耦合器类型，该偏振耦合器将被第一WDM滤光器24a多路复用的光的p成分（平行成分）与被第二WDM滤光器多路复用的光的s成分（垂直成分）耦合。

与上述光学组件的布置方式类似，本实施例的光学组件10K设置有光纤13，该光纤13固定在附接于主耦合单元11K的一个壁处的套筒16中。主耦合单元11K在与安装有套筒16的壁面对的壁处借助J型套筒18e而设置有第一TOD 17E且在侧壁上借助另一个J型套筒18g而设置有第三TOD 17G，J型套筒18e安装有发射具有特定波长λ₁的光的LD，另一个J型套筒18g安装有输出具有另一特定波长λ₃的光的LD 14g，波长λ₃比波长λ₁长。

与安装有第三TOD 17G的壁相反的侧壁处设置有副耦合单元11L，副耦合单元的与安装有主耦合单元11K的壁相反的侧壁设置有TOD 17F，TOD 17F安装有发射具有特定波长λ₂的光的LD 14f。副耦合单元11L在与安装有第TOD 17F的上述壁垂直的侧壁处也设置有第四TOD 17H，第四TOD 17H具有发射具有特定波长λ₄的光的LD 14h。

主耦合单元11K安装有第一WDM滤光器24a、耦合器26、聚光透镜21和光隔离器23，而副耦合单元11L安装有第WDM滤光器24b。本实施例的光隔离器23可以是如下的偏振无关隔离器类型，该偏振无关隔离器的隔离与入射光的偏振方向无关。光隔离器23可以利用焊接处理、采用粘合剂或通过压配合而固定在主耦合单元11K中。光隔离器23可以布置在聚光透镜21与耦合器26之间。

聚光透镜21的束腰可以位于固定在套筒16中的光纤13的末端。聚光透镜21的束腰的该布置方式可以仅仅借助套筒16和主耦合单元11K的物理尺寸来确定。而聚光透镜21的另一个束腰设置于第一WDM滤光器24a的表面上并且在WDM滤光器24b的面对主耦合单元11K的表面上。可以仅仅利用部件的机械尺寸来对由聚光透镜21产生的束腰执行光学对准。

对于各个单体透镜22e至22h，第一单体透镜22e的一个束腰设成位于第一LD 14e的发光表面上，而第一单体透镜22e的另一个束腰设成位于第一WDM滤光器24a的面对第一TOD 17E的表面上。对于第TOD 17F，单体透镜22f的一个束腰设成位于LD 14f的发光表面上，而单体透镜22f的另一个束腰设成位于第WDM滤光器24b的面对第TOD 17F的表面上。对于第三TOD 17G，第三单体透镜22g的一个束腰设成位于LD 14g的发光表面上，而第三单体透镜22g的另一个束腰设成位于第一WDM滤光器24a的面对第三TOD17G的表面上。最后，第四单体透镜22h的一个束腰设成位于LD 14h的发光表面上，而第四单体透镜22h的另一个束腰设成位于第二WDM滤光器24b的面对主耦合单元11K的表面上。通过将LD 14e至14h组装在TOD 17E至TOD 17H中的子安装件上来简单地将各个单体透镜22e至22h的束腰调整到LD 14e至LD 14h的发光表面上，而可以利用各个J型套筒18e至18h来精确地调整各个单体透镜22e至22h相对于WDM滤光器24a和24b的另一个束腰。

也就是说，通过使J型套筒18e至18h在耦合单元11K和11L的外表面上滑动，各个J型套筒18e至18h可以将TOD 17E至TOD17H在与光轴垂直的平面上光学对准，而且可以通过调整TOD 17E至TOD 17H插入在套筒18e至18h的开口内的深度来沿TOD 17E至TOD 17H的光轴使TOD 17E至TOD 17H对准。从而，可以将由单体透镜22e至22h产生的束腰精确地调整成位于WDM滤光器24a和24b的表面上。

具有特定波长λ₁的第一LD 14e可以借助第一单体透镜22e、第一WDM滤光器24a、耦合器26、聚光透镜21和光隔离器与光纤13光学耦合。具有波长λ₂的第二LD 14f可以借助第二单体透镜22f、第二WDM滤光器24b、耦合器26、聚光透镜21和光隔离器23与光纤13耦合。具有波长λ₃的第三LD 14g可以借助第三单体透镜22g、第一WDM滤光器24a、耦合器26、聚光透镜21和光隔离器23来与光纤13耦合。具有波长λ₄的第四LD 14h可以借助第四单体透镜22h、第二WDM滤光器24b、耦合器26、聚光透镜21和光隔离器23与光纤13耦合。

偏振无关隔离器的一种类型包括作为半波长板放置在诸如金红石等双折射晶体之间的法拉第旋转器。当双折射晶体的厚度为0.5mm并且入射到双折射晶体的光为平行光束时，寻常光束与非寻常光束之间的走离距离（walk-off distance）为至多约50μm。因此，本实施例的光学组件10K具有聚光透镜21与各个单体透镜22e至22h结合的聚焦光束布置方式。从而，在聚光透镜21的像放大率为一且距光纤13的距离为4.35mm而单体透镜22e至22h为距束腰的距离为5.8mm的非球面透镜的条件下，即使走离距离为50μm，光隔离器23仍可以有效地表现出超过-60dB的隔离。聚光透镜21的像放大率为一从而可以有效地吸收主耦合单元11K至各个WDM滤光器24a和24b的物理尺寸的公差等。

在图14所示的光学组件10K中，第一WDM滤光器24a多路复用从第一LD 14e发射的特定波长为λ₁的光的P成分、以及从第三LD 14g发射的特定波长为λ₃的光的P成分。当LD 14e和LD 14g是边发射LD类型时，从LD 14e和LD 14g发射的光的偏振方向与LD14e和LD 14g的有源层的延伸方向大致平行。因此，光的P成分可以通过将TOD 17E和TOD 17G布置成使子安装件的安装有LD 14e和LD 14g的主表面变成与第一WDM滤光器24a的入射面平行来获得，其中入射面指的是由入射光束的光轴和出射光束的光轴形成的平面。

图15示出了WDM滤光器24a的P成分透射损耗的波长相关性。在估算中，将波长λ₁至λ₄分别假定为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm。图15还示出了当进入WDM滤光器24a的光具有±0.5°的偏离角时透射损耗的变化范围。如图15所示，WDM滤光器24a可以使来自第一TOD 17E的入射角约为45°的大致全部光透过，而且WDM滤光器24a可以基本上使来自第三TOD17G的入射角为约45°的光不透过，这意味着WDM滤光器24a可以反射来自第三TOD 17G的大致全部光。从而，具有多层介电薄膜且被设计成具有1300nm截止波长的第一WDM滤光器24a可以多路复用均具有P成分的来自第一TOD 17E的光与来自TOD 17G的光。

根据本实施例的光学组件10K另外利用第二WDM滤光器24b多路复用来自第二TOD 17F的光的S成分和来自第四TOD 17H的光的S成分。图16示出了第二WDM滤光器24b的透射损耗的波长相关性。图16还示出了在进入WDM滤光器24b的光具有±0.5°的偏离角时，即在进入WDM滤光器24a和24b的光的入射角偏离45°时的透射损耗的变化范围。如图16所示，来自第二TOD 17F的波长为1300.05nm且偏振方向垂直于入射面的光几乎全部透射过WDM滤光器24b，而来自第四TOD 17H的光基本上被阻断，换句话说，来自第四TOD 17H的光基本上被WDM滤光器24b反射。在图16所示的情形下，这两种光相对于WDM滤光器24b均形成大致45°的入射角，并且WDM滤光器24b也具有介电薄膜的多层结构并且被设计成具有1305nm的截止波长。TOD 17F和TOD 17G附接至副耦合单元11L，以使子安装件的安装有LD 14f和LD 14h的主表面变成与第二WDM滤光器24b的入射面垂直。

图17示出了光束的光轴的由各个单体透镜22e至22h所引起的点面积（spot area）和发散角的关系。在本光学组件11K中，由单体透镜22e至22h产生的束腰位置和由聚光透镜21产生的束腰位置设置在WDM滤光器24a和24b的表面上，这可以使光束的发散角大致为零（0），并且使点面积最小。此外，图15和图16所示的透射特性允许入射光束的发散角有±0.5°的公差，这对应于束腰的±50μm的位置偏移。从而，通过将由聚光透镜21产生的束腰和由单体透镜22e至22h产生的束腰设置在WDM滤光器24a至24b的表面上，可以将进入WDM滤光器24a和24b的光的发散角大致设定为零，并且可以确保WDM滤光器24a和24b的波长选择。此外，在本实施例的聚焦光学布置方式中，可以确保WDM滤光器24a和24b的表面的束腰的公差为±50μm。

耦合器26多路复用来自第一WDM滤光器24a的光的P成分和来自第二WDM滤光器24b的光的S成分。图18示出了用于偏振位于入射面（即由耦合器26的法线与入射光束的轴线形成的平面）内的作为P成分的光和偏振与入射面垂直的作为S成分的光的耦合器的透射损耗。如图18所示，耦合器的P成分的透射损耗小于-0.05dB，这意味着来自第一WDM滤光器24a且波长为λ₁和λ₃的几乎全部光透射过耦合器26，而来自第二WDM滤光器24b且波长为λ₂和λ₄的几乎全部光被耦合器26反射。从而，耦合器26可以多路复用来自第一WDM滤光器24a且具有P偏振态的光和来自第二WDM滤光器24b且具有S偏振态的光。

下面，将说明组装光学组件10K的方法。首先，将两个WDM滤光器24a和24b安装并固定在各自的耦合单元11K和11L中。将聚光透镜21和固定在套筒16内的光纤13也固定在主耦合单元11K中。由于聚光透镜21的像放大率为一（1），因此除了套筒16在垂直于光轴的平面中的对准以外，这些部件的对准可以主要利用部件的物理尺寸来执行，这可以增加沿聚光透镜21的光轴的对准公差。对于垂直于光轴的平面上的光学对准，可以使套筒16在主耦合单元11K的表面上滑动来执行。

然后，将各个TOD 17E至TOD 17H与耦合单元11K和11L对准，从而首先通过在各个J型套筒18e至18h内旋转TOD 17A至TOD17H将从TOD 17E至TOD 17H发射的光的偏振方向调整成与第一WDM滤光器24a的入射面平行并且与第二WDM滤光器的入射面垂直，接着，将由单体透镜22e至22h产生的束腰与由聚光透镜21形成的几乎位于WDM滤光器24a和24b的表面上的束腰对准。通过实际启动LD 14e至14h，使J型套筒18e至18h在耦合单元11K和11L的外壁上滑动，并且调整TOD 17E至TOD 17H插入在J型套筒18e至18h中的深度，来将TOD 17E至TOD 17H固定在使穿过光纤13的监视光最大的位置处。如图17所示，束腰的位置的对准对于±0.5°内的入射角变化量表现出±50μm的足够公差，这可以使TOD17E至17H的对准足够简单。

图19是示出光学组件11K的外形和物理尺寸的透视图。图19中所示的尺寸是光学组件11K的典型实例。根据本实施例的光学组件11K的主要部分具有分别为18mm和13mm的实际长度和实际宽度。从而，根据本发明，即使光学组件具有可用于WDM通信的带多个发射机光学装置的构造，仍可以获得小型光学组件。

虽然已经举例并说明了当前所认为的本发明示范实施例，但本领域的技术人员可以理解到，可以在不脱离本发明实际范围的情况下，进行各种其它的变型以及用等同物来替代。另外，可以在不脱离文中的中心发明点的情况下，做出很多变型以适应符合本发明教导的特定情形。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而且本发明包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。