本發(fā)明涉及光電混合集成電路和光纖傳感領(lǐng)域，具體涉及一種單波長光收發(fā)集成模塊。

背景技術(shù)：

在光纖傳感系統(tǒng)中，其前端需要進(jìn)行單一波長光源的發(fā)射和干涉光接收。目前經(jīng)典的技術(shù)方案是將sld光源、光探測器組件通過光耦合器實(shí)現(xiàn)分立安裝連接。但是該經(jīng)典方案光路制作復(fù)雜，光路系統(tǒng)體積偏大，限制了其行業(yè)應(yīng)用。隨之光纖傳感的快速發(fā)展，有必要探索實(shí)現(xiàn)將這部分系統(tǒng)集成為一個模塊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種單波長光收發(fā)集成模塊，提高了整機(jī)的可靠性和組裝便利性，降低光纖傳感系統(tǒng)的體積和重量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種單波長光收發(fā)集成模塊，包括管殼及設(shè)于管殼內(nèi)的制冷裝置及金屬光纖組件，所述金屬光纖組件的光纖前端通過設(shè)于管殼上的開孔延伸至管殼外，其光纖后端固定于制冷裝置上，所述制冷裝置上設(shè)有光源發(fā)射裝置、光源吸收裝置、光電二極管探測電路，所述光源發(fā)射裝置發(fā)射的光源通過準(zhǔn)直透鏡組射入金屬光纖組件的后端，同時反射至光源吸收裝置，所述光電二極管探測電路用于將光源吸收裝置吸收的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并將其輸出。

所述準(zhǔn)直透鏡組包括設(shè)于金屬光纖組件的光纖后端的第一透鏡及設(shè)于光源發(fā)射裝置輸出端的第二透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡之間設(shè)有與其相對應(yīng)的半反半透鏡，所述半反半透鏡與水平線的夾角為45度，所述半反半透鏡的光線折射端設(shè)有第三透鏡，所述第三透鏡與光源吸收裝置的呈相對設(shè)置。

所述光源吸收裝置采用光電二極管芯片。

所述光源發(fā)射裝置包括sld光源載體及粘接于sld光源載體上的sld光源芯片，所述sld光源載體粘接于所述制冷裝置上。

所述制冷裝置包括固定于管殼內(nèi)的半導(dǎo)體制冷器、設(shè)于半導(dǎo)體制冷器上的金屬熱沉及設(shè)于金屬熱沉上的薄膜基板，所述光源發(fā)射裝置、光源吸收裝置、光電二極管探測電路均設(shè)于所述薄膜基板上。

所述金屬光纖組件的光纖后端通過玻璃焊料焊接于薄膜基板上。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明采用半導(dǎo)體制冷器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)使光纖傳感用光收發(fā)光路工作在一個恒定的溫度上，提高光收發(fā)集成模塊的溫度性能。通過半反半透鏡實(shí)現(xiàn)單一波長光的分路傳輸，通過準(zhǔn)直透鏡組實(shí)現(xiàn)光路的聚焦，使光源能量實(shí)現(xiàn)最大化傳輸和接收，實(shí)現(xiàn)高效收發(fā)功能。單波長光收發(fā)集成模塊實(shí)現(xiàn)目前光纖傳感前端系統(tǒng)中sld光源、光探測器組件和光耦合器三個分立實(shí)現(xiàn)的功能，大大降低光纖傳感系統(tǒng)尺寸，減少了多個組裝環(huán)節(jié)，提高了整機(jī)的可靠性和組裝便利性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的單波長光收發(fā)集成模塊側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明的單波長光收發(fā)集成模塊俯視圖；

圖3是本發(fā)明的光收發(fā)集成光路結(jié)構(gòu)發(fā)射光路示意圖；

圖4是本發(fā)明的光收發(fā)集成光路結(jié)構(gòu)接收光路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1、2所示，本實(shí)施例的單波長光收發(fā)集成模塊，包括蝶形管殼1及設(shè)于管殼1內(nèi)的制冷裝置3及金屬光纖組件2，金屬光纖組件2的光纖前端通過設(shè)于管殼1上的開孔延伸至管殼1外，金屬光纖組件2的光纖后端通玻璃焊料8焊接于薄膜基板33上。該制冷裝置3由半導(dǎo)體制冷器31、金屬熱沉32和薄膜基板33組成，半導(dǎo)體制冷器31焊接于管殼1內(nèi)，金屬熱沉32焊接在半導(dǎo)體制冷器31上，薄膜基板33焊接在金屬熱沉32上。該制冷裝置3采用層疊設(shè)置，可使光收發(fā)光路的熱量通過薄膜基板33和金屬熱沉32傳導(dǎo)至半導(dǎo)體制冷器31，使光收發(fā)光路工作在一個恒定的溫度上。

薄膜基板33上設(shè)有光源發(fā)射裝置4、光源吸收裝置5、光電二極管探測電路6，光源發(fā)射裝置4發(fā)射的光源通過準(zhǔn)直透鏡組射入金屬光纖組件2的后端，同時反射至光源吸收裝置5，光電二極管探測電路6用于將光源吸收裝置5吸收的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并將其輸出，該光源吸收裝置5采用光電二極管芯片。

本實(shí)施例的，光源發(fā)射裝置4包括sld光源載體41及粘接于sld光源載體41上的sld光源芯片42，sld光源載體41粘接于所述制冷裝置3上。準(zhǔn)直透鏡組包括設(shè)于金屬光纖組件2的光纖后端的第一透鏡71及設(shè)于光源發(fā)射裝置4輸出端的第二透鏡72，第一透鏡71和第二透鏡72之間設(shè)有與其相對應(yīng)的半反半透鏡73，該半反半透鏡73與水平線的夾角為45度，半反半透鏡73的光線折射端設(shè)有第三透鏡74，第三透鏡74與光源吸收裝置5的呈相對設(shè)置。

其中，sld光源芯片42、第二透鏡72、半反半透鏡73、第一透鏡71和光纖組件3高精度對準(zhǔn)安裝在管殼1的水平中軸線上，光電二極管芯片、第三透鏡73和半反半透鏡73高精度對準(zhǔn)安裝在管殼1的垂直軸線上。該半反半透鏡73與水平成45°角安裝，通過半反半透鏡73進(jìn)行分光傳輸，以實(shí)現(xiàn)單一波長的光收發(fā)功能。

如圖3所示，光收發(fā)光路結(jié)構(gòu)中發(fā)射光路傳輸路徑，即sld光源芯片8發(fā)出光入射到第二透鏡72，聚焦后變成平行光入射到半反半透鏡73，半反半透鏡73鍍有特定厚度的反射膜，可以讓約50%的光透過，透過的光通過光纖組件端的第一透鏡71入射到光纖傳輸出去，半反半透鏡73反射的約50%的光反射到下端管壁方向予以舍棄。

如圖4所示，光收發(fā)光路結(jié)構(gòu)接收光路傳輸路徑，即光纖傳播回來的光經(jīng)過第二透鏡72后變成平行光入射到半反半透鏡73，有約50%的光經(jīng)過半反半透鏡73反射到光電二極管端透鏡12，然后聚焦后入射到光電二極管芯片5，被光電二極管芯片5吸收，并由后面的的光電二極管探測電路6進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換通過管腿輸出。透過半反半透鏡73的約50%的光返回sld光源芯片42予以舍棄。

本發(fā)明采用準(zhǔn)直透鏡組，實(shí)現(xiàn)了光源的發(fā)光、光束的分光傳輸和接收。成功用單一模塊了實(shí)現(xiàn)了目前光纖傳感經(jīng)典方案中前端系統(tǒng)sld光源、光探測器組件、光耦合器三個分立器件實(shí)現(xiàn)的功能，大大降低光纖傳感系統(tǒng)尺寸，減少了多個組裝環(huán)節(jié)，提高了整機(jī)的可靠性和組裝便利性。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種單波長光收發(fā)集成模塊，包括管殼及設(shè)于管殼內(nèi)的制冷裝置及金屬光纖組件，所述金屬光纖組件的光纖前端通過設(shè)于管殼上的開孔延伸至管殼外，其光纖后端固定于制冷裝置上，所述制冷裝置上設(shè)有光源發(fā)射裝置、光源吸收裝置、光電二極管探測電路，所述光源發(fā)射裝置發(fā)射的光源通過準(zhǔn)直透鏡組射入金屬光纖組件的后端，同時反射至光源吸收裝置，所述光電二極管探測電路用于將光源吸收裝置吸收的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并將其輸出。本發(fā)明采用半導(dǎo)體制冷器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)使光纖傳感用光收發(fā)光路工作在一個恒定的溫度上，提高光收發(fā)集成模塊的溫度性能。通過準(zhǔn)直透鏡組實(shí)現(xiàn)光路的聚焦，使光源能量實(shí)現(xiàn)最大化傳輸和接收，實(shí)現(xiàn)高效收發(fā)功能。

技術(shù)研發(fā)人員：汪金華;李鴻高;莊永河;尚玉鳳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電子科技集團(tuán)公司第四十三研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.20
技術(shù)公布日：2017.08.22