用于光信号传输的模块 【发明领域】
本发明涉及一种光信号传输模块及一种含有此模块的发送和/或接收装置。
【发明背景】
双向光数据业务模块可采用例如一星形结构运行，其运行方式为将数据流朝相反方向发送，即朝一条光纤中的中心馈点方向(上游)和其他接收机方向(下游)。因此，相同的或不同的波长可分别用于各数据信道。为此，需要不断提高数据速率，从而使成本不断降低。为此目的，特别采用了波分复用方法。据此方法，多种波长的光信号在一条光纤上同时发送。
在此情况下，必须在接收机内对多个波长的光信号再次进行分离。另外，来自接收机的光信号应该可以朝馈点方向传送。这样，就需要有多个带有若干光学端口的电光模块。
美国专利4,767,171(见欧洲专利申请EP238977)披露了一种采用自由射束光学器件的双向通信网络发送/接收模块，其中在一个激光二极管与一条光纤端头之间按一定间距布置了若干球面透镜，以将激光聚焦在光纤的端头。球面透镜之间布置有一个用于波长分离的波长选择分光器；该分束器将光纤端部发送来的其波长不同于激光波长的光从射来路径中分离出来并送至一个检测器或接收元件。
上述代表现有技术的模块的一个缺点是，需要连续进行若干非常复杂的装配步骤，其中每一步都会耗用大量的资源。在此装配过程中，如果一步不成功，前面的已完成步骤也必须放弃。
发明概述
本发明的目的是提供一种光信号传输模块，其既能克服此类现有装置和方法的上述不足和缺陷，又能成为一种至少用于两个数据信道的收发器；该模块为简单紧凑地模块化设计，制造成本低，经济效益好。
鉴于上述及其他目的，本发明的光信号传输模块包含下列组件：
一个承载体；
至少一个发送或接收部件安装在该承载体上；
至少一个光波导，其拥有一个光轴、一个代表模块光输入的第一端和一个代表模块光输出的第二端；及
一个布置在上述光波导内的波长选择元件，其被配置为将一特定光数据信道的光从光波导耦合至发送或接收元件或将发送或接收部件发出的光注入光波导；
借此，光可注入或从与光波导光轴基本垂直的光波导中耦合出。
换句话说，本发明的目的是在上述模块中提供至少一个光波导，该光波导的两端分别代表模块的一个光输入和一个光输出，并各有其配套的发送或接收元件。该光波导中安排或形成有一个波长选择元件，用于将一特定光数据信道的发送或接收元件发出或接收到的光在不影响其他数据信道的情况下注入或从该光波导中输出。在此情况下，注入或从光波导中输出的光与光波导的光轴基本上成直角。
“基本垂直”这种表述在此表示，光落在波长选择元件上的角度可以使其偏折进光波导，反之亦然。
本发明的解决方案提供了一种以使用一种光学“T形元件”为依据的设计概念，根据此设计概念，一个连续光波导提供一个水平“T形条棒”。注入或从位于光输入与光输出之间的光波导中输出的光与光波导光轴基本上成直角。该模块的接口为两个各位于光波导两端的光学接口和一个用于在发送或接收元件与具体地是一决印刷电路板之间进行电接触的电接口。
该光模块可以进行级联，并且本发明的发送和/或接收装置可相应拥有多个前后布置的模块。各单独模块可根据需要进行组合这一事实意味着，根据实际应用，本发明原则上可为任何所需数量的数据信道提供多路复用和/或多路分解，其中光在每一模块以一个波长注入或输出。各单独模块或“T形元件”的组合选项还可允许根据客户未来的特定需要对数据速率进行升级或配置。
本发明的另一个优点是各单独模块耗用的资源非常少，制造成本低，经济效益好。有故障的模块可以单独进行更换，不影响整个发送和/或接收装置的功能。
本发明的附加的特征是至少一个光波导设置在光波导本体内或之上，而该光波导本体安装在发送或接收元件承载体上。这种设计结构使模块布局非常紧凑。另外，模块还配置了防外部干扰的封装外壳。
本发明模块可有利地插接在其他模块上。为此，光波导本体拥有开孔较佳；通过这些开孔，可使用定心销将光波导本体连接在其他模块的光波导本体上。这样，多个本发明模块可以方便容易地插接在一起，构成一个所需的发送和/或接收装置。
本发明的另一个特征是，波长选择元件为一个布置在光波导内或由光波导构成的波长选择镜。例如，波长选择镜可在一个推入光波导壳体内的推入式元件上形成，其较佳角度约为45°；该选择镜在该过程中对光波导进行遮断。
本发明还可通过形成两光波导段的光波导构成该波长选择元件；上述两个光波导段各有至少一个倾斜端面，可使光波导段在倾斜端面处相互轴向连接。在此情况下，光波导段的一个对接端面上覆盖有一个波长选择滤光器，这样，特定光数据信道的光可通过与光波导光轴成一定角度的倾斜端面的折射注入或从该光数据信道的光波导中输出。
在波长选择元件的另一个具体实施例中，波长选择元件由一个在光波导中倾斜运行的光纤布拉格光栅构成。在此情况下，其他激光束尤其是两道交叉激光会导致光波导内出现周期性折射率变化，从而会造成一种根据波长选择进行光输出或注入的光栅结构。
另一种可以提供波长选择元件的方法是在光波导内布置一个凹槽并在凹槽上覆盖一波长选择涂层。
在一个较佳的模块改进方案中，发送或接收元件承载体拥有一个用于安装光波导本体的能有效防止外部干扰的外壳。承载体较佳拥有一个用于在发送或接收部件与一块印刷电路板之间进行电连接的连接接触，其由例如一个引线架形成。
在一具体实施例中，位于光波导本体内的光波导为一种采用硅上玻璃(glass on silicon)技术制成的集成光导体。然而，光波导还可以是一种光纤，尤其是一种单模光纤，而光波导本体可以由塑料制成。
本发明还包括：多个光波导可以平行布置在光波导本体内并且各光波导拥有一个配套的发送或接收元件，以便模块能与一个光波导阵列相连接。
被认定为本发明特有的其他特征在附加权利要求中予以阐述。
虽然本发明在本文中以具体的光信号传输模块形式进行了图示介绍和说明，然而，发明人并不希望将本发明限于上述细节，因为在不背离本发明精神的前提下，可在所述权利要求的等效范围内进行各种改进和结构改变。
然而，如果结合随附的图纸阅读下列关于具体实施例的介绍，可最佳地理解本发明的运行结构和方法及其额外的目的和优点。
图纸简介
图1a为一个本发明光模块的侧面示意图；
图1b为图1a所示模块的平面视图；
图2为本发明模块内发送或接收元件与光波导之间的耦合示意图；
图3为一发送和/或接收装置内多个本发明模块组合示意图；
图4为本发明模块的光波导本体剖面视图。
优选实施例介绍
现详细参见附图，首先是图1a和图1b，从这两张图中可以看到一个带有一个光波导本体1的本发明模块，其中光波导2在光波导本体1中水平运行。光波导2在其一端有一个第一光输入或输出21，在其第二端有一个第二光输入或输出22。在此情况下，光波导2的两端以平面方式终结在光波导本体1上。
另外，光波导2内布置或构造了一个波长选择元件。关于该元件，图2进行了图示介绍并且在下文中还将参照图2做更详尽的说明。该波长选择元件以一特定的波长将光从光波导2中输出，并将光在发送或接收元件的方向上传递(或反之亦然)；其对于其他波长的光来说是透明的，从而不会对这种光造成影响。
在图示具体实施例中，光波导本体1呈立方形，其通过下部平面11安装在承载体3的上部的面31上。除了安装光波导本体外，承载体3还用来容纳与光波导2进行光耦合的发送或接收元件；关于这些，下文中将参照图2做更详细的说明。承载体3有一个形式为引线架4的电连接接触，其作用是将发送或接收元件连接至一块附图中未标出的印刷电路板上并且在两者之间构成电接触。
光波导本体1的端面上配置有可插入定心销5的保持开孔12。定心销5可使多个模块插接在一起并使各光波导2相互对中。
当然，应该明白光波导本体还可以有除立方形以外的其他形状。唯一实质性的特征是光波导本体能固定住光波导，并且在该过程中使光波导与发送或接收部件之间产生光耦合。
图中所示模块为一个光学子组合体，可事先对该组合体单独进行检查，并可以构成一个由发送或接收元件、承载体和光波导组成的紧凑单元。
关于本发明模块中发送或接收元件与光波导2之间的光耦合，下文中将参照图2予以介绍。图2中还标出了一个发送元件，具体为一个激光二极管8，其位于承载体3上并可通过连接接触4与一块印刷电路板相连接。
示意图中所示波长选择元件9以45°角度布置在光波导2中的射束路径内。元件9的特点是以直角将特定波长为λ3的光注入或从光波导中输出；而对于波长为λ1、λ2的其他光则基本上是可以全部穿过的；也可以这样说，波长为λ3的光是“绕过”的。因此，每当光从光波导2注入或发出时，该波长选择元件就产生一个并且是唯一一个与一个数据通路相配套的波长段。
激光二极管8的光轴A正交(垂直)于光波导2的光轴B运行。直角布置如有小偏差(直至15°)是可以的和允许的。关键的问题是光能够有效地注入或从光波导2中输出。
波长选择元件9可以有各种各样的结构配置。例如，它可以是一个特定的允许横向输出的光纤布拉格光栅。在一个此类光栅中，两道交叉激光会造成光波导内折射率的变化，从而导致光的波长选择折射。另外，该波长选择元件可以是一个置于光波导本体1内并对光波导2进行遮断的波长选择镜。该波长选择元件还可以是光波导内一个带有波长选择涂层的凹槽，或是一个配备有一个倾斜端面并且涂有波长选择涂层的波导段。
为防止对光波导2与激光二极管8之间的射束路径产生干扰，光波导本体1和/或承载体3被设计为任何情况下对于射束路径区域内各种波长均是可以透明的，或在此区域内设置适当的切口，其中后者被注满光透明填充化合物。图2所示实施例仅为示意性图解。
图3所示为本发明的一种发送和/或接收装置，其中三个单独模块2a，2b，2c(见图1a和1b)被插接在一起。在此情况下，各单独模块之间通过定心销5进行连接。相互连接的模块2a，2b和2c通过一个可带有定心销61的光连接器6与光纤7相连接，使光信号可向两个方向发送。
一个由各单独模块的光波导2(见图1a)构成的光波导穿过相互连接的模块2a，2b和2c。由此，模块2a，2b和2c可以通过光纤7接收到多个数据信道的光信号，并且/或者光信号可以从上述模块传送至光纤7。这样，上述模块可以构成任何所需的多路复用/多路分解布置。
图3所示实施例中，右边的模块2c拥有一个发送元件，该元件的光通过模块2c内的波长选择滤光器以第一波长λ3注入光纤7。另外的模块2a和2b各有一个接收元件，在此情况下，光以第二波长λ2通过模块2a和2b中的响应波长选择滤光器输出至模块2b的接收元件，并且可在波长选择的基础上以第三波长λ1输出至模块2a的接收元件上。
在此情况下，波长为λ3的光信号被注入光纤7，波长为λ1和λ2的光信号被从光纤7中输出并依据其波长进行分离。然而，只要有合适的滤光器，模块的布置就是可以改变的。
图4所示为一个本发明模块光波导本体截面图。光波导本体1可以由塑料或硅制成。光波导2可以是插入光波导本体1内的玻璃纤维。然而，它们还可以是光学集成物(例如硅上玻璃)。
图4所示首先是定心销5的保持开孔12。另外，图4还示意性标出了一个光波导区域13，其中可布置一个光波导或平行布置多个光波导。如果有多个光波导，承载体3上或阵列中会配置相应数量的发送或接收元件9。