光器件及其光功率调节方法、光模块与流程

1.本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种光器件及其光功率调节方法、光模块。


背景技术：

2.光学组件或光器件osa（optical sub assembly）是光通信设备的重要组成部件。光器件包括光发射器件和光接收器件，其中光发射器件包括发光芯片、耦合透镜和光纤，发光芯片发射出光信号，光信号通过耦合透镜耦合至光纤，由光纤发射出去。根据需要，光器件的输出光功率是可以调节的。目前调节光功率普遍是通过调整发光芯片的驱动电流大小来实现，因此输出光功率的调节精度取决于驱动电流的精度，高精度驱动电源成本高，而且高精度的驱动电源有极限能力，如果要实现超出电源精度的更高精度光功率输出控制则无法满足要求；另一方面，发光芯片驱动电流变化，会带来发光芯片波长的变化，导致在使用过程中波长不一致。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于改善现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种光器件光器件及其光功率调节方法，不仅能够实现光功率调节，而且成本低，且不改变波长。
4.为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：一种光器件，包括发光芯片、耦合透镜，还包括温度调节部件和由热膨胀材料制作的形变体，所述耦合透镜安装于所述形变体的表面，所述温度调节部件用于调节所述形变体的温度以使其产生形变。
5.上述方案中，通过将耦合透镜安装于形变体的表面，利用温度调节部件调节形变体的温度，使得形变体变形，变形后即改变了耦合透镜的位置，继而使得耦合透镜与发光芯片之间产生相对位移，改变了两者之间的耦合效率，继而实现光功率调节的目的。
6.所述温度调节部件为半导体制冷器。半导体制冷器能够实现温度调节的作用，而且方便于安装，同时半导体制冷器还可以作为支撑部件支撑形变体及耦合透镜，有利于耦合透镜的安装固定，既可以减少垫块的使用，也可以避免再额外地提供温度调节部件的安装空间，减小整体尺寸，更有利于小型化设计。
7.还包括光纤，所述发光芯片发射出光信号，所述光信号通过所述耦合透镜耦合至所述光纤。
8.所述热膨胀材料为不锈钢、铜或铝。所述热膨胀材料有很多，不锈钢、铜或铝是比较优选的材料，尤其适用于光器件中。
9.还包括温度探测部件，所述温度探测部件用于探测所述温度调节部件的温度，并反馈给所述温度调节部件的控制器。本方案中，通过设置温度探测部件进行温度探测，再根据探测到的温度来控制温度调节部件的输出温度，使得温度调节部件调节形变体的温度变化更精确，继而可以实现更精确的光功率调节，提高光功率调节的精度。
10.一种光模块，包括本发明任一实施方式的光器件。
11.一种光器件的光功率调节方法，所述光器件包括发光芯片和耦合透镜，所述光功率调节方法包括步骤：步骤1，将耦合透镜安装于由热膨胀材料制作的形变体的表面；步骤2，将所述形变体与温度调节部件连接；步骤3，通过所述温度调节部件调节所述形变体的温度以使其产生形变，继而调节所述发光芯片与所述耦合透镜之间的耦合效率，通过耦合效率变化实现光功率调节。
12.所述温度调节部件为半导体制冷器，所述将所述形变体与温度调节部件连接是指，将所述形变体安装于所述半导体制冷器的导热面。
13.所述步骤2中还包括将所述温度探测部件与温度调节部件连接；所述步骤3中，通过所述温度探测部件的温度反馈来调节温度调节部件的输出温度，继而调节所述形变体的温度以使其产生形变。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种全新的光功率调节方法，不仅实现方式简单，而且调节精度不受电源精度的影响，成本低；另一方面，通过对耦合透镜进行位移改变，不会导致发光芯片的波长变化，使得发光波长在使用过程中可以一直保持一致，继而不改变光器件的应用场景。
15.本发明具有的其他技术优势将在实施例部分进行阐述，还请参见实施例部分内容。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
17.图1为现有技术中光器件的结构示意图。
18.图2为本发明实施例中光器件的结构剖视示意图。
19.图3为本发明实施例中光器件的俯视图。
20.图4为本发明实施例中光功率调节方法的流程图。
21.图5a、图5b、图5c分别为实施例中列举的三种形变体的结构示意图。
22.图中标记：11-发光芯片；12-垫块；13-耦合透镜；14-形变体；15-半导体制冷器；16-光纤；17-热敏电阻。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1，目前光器件的结构中，发光芯片11和耦合透镜13均安装于垫块12上，
垫块12起支撑固定作用，且保持发光芯片11、耦合透镜13、光纤16这三者之间的位置不变 ，发光芯片发出的光信号经过耦合透镜耦合后，进入光纤中。调节光功率时，通过调整发光芯片的驱动电流大小来实现。
25.请参阅图2和图3，本实施例中举例的光器件，包括发光芯片11、耦合透镜13、垫块12、半导体制冷器15、热膨胀材料的形变体14和光纤16。其中，发光芯片11安装于垫块12上，垫块12支撑发光芯片11使其保持稳定且位置固定。耦合透镜13安装于形变体14的表面，形变体14对耦合透镜13既起支撑作用，更是起到通过其形变来改变耦合透镜13在竖直方向（以图中所示方向为参考）的位置的作用。形变体14安装于半导体制冷器15的导热面，半导体制冷器15调节形变体14的温度，形变体14的温度变化后产生形变。
26.形变体14由随温度变化而产生形变的膨胀材料制作，例如不锈钢等金属材料、热塑性材料等。具体实现时，根据调节精度需要选择不同膨胀系数的材料。相同的温度变化，膨胀系数越小的材料，光功率变化调节范围越小，调节精度越高。不锈钢、铜、铝都是适用于光器件中较为优选的膨胀材料。
27.基于图2所示的光器件，当需要调节光功率时，通过半导体制冷器15调节形变体14的温度，使得形变体14在温度变化后由于热胀冷缩在竖直方向（因为水平方向形变位移对耦合效率不敏感，因此本实施例中考虑竖直方向的形变位移）上产生形变，继而带动耦合透镜13在竖直方向上产生位移，由于发光芯片11的位置是固定不变的，耦合透镜13在竖直方向产生位置后，发光芯片11与耦合透镜13产生相对位置，继而改变了耦合效率，同样电流大小情况下输出的光信号被耦合进光纤16的比例发生变化，继而改变了耦合效率，使得光功率改变。
28.本方案中，是通过温度改变形变体14的形变，继而改变耦合透镜13的位置，继而改变耦合透镜13的耦合效率的方式来调节光功率，多次间接调节的方式，相比于直接调节电流的方式，可以避免受电源芯片的限制，也能保障波长不会发生变化。本方案中，光功率调节精度会受温度影响，但是温度调节的实现更加容易，因此光功率调节的精度更高，且成本也更低。
29.此外，为了更便于实现温度的精确控制，如图3所示，在半导体制冷器15上安装热敏电阻17（也可以采用其他部件作为温度探测部件进行温度探测），热敏电阻17用于探测半导体制冷器15导热面温度，然后将探测到的温度反馈给半导体制冷器15的控制器，以便于控制器根据光功率调节需求更加准确地调节半导体制冷器15的输出温度。
30.本实施例中，采用半导体制冷器15作为温度调节部件，其目的既是实现对形变体14进行温度调节，也是利用半导体制冷器15作为支撑部件，支撑形变体14、热敏电阻17及耦合透镜13，这样既可以减少垫块12的使用，也可以避免再额外地提供温度调节部件的安装空间，减小整体尺寸，更有利于小型化设计。当然地，温度调节部件也可以采用其他实现方式，只要能够实现对形变体14的温度进行改变即可，例如风扇、加热器等。
31.请参阅图4，基于图2所示的光器件，其光功率调节方法包括以下步骤：步骤1，将耦合透镜安装于热膨胀材料的形变体的表面。
32.步骤2，将形变体安装于半导体制冷器的导热面。
33.需要说明的是，由于本实施例中温度调节部件采用的是半导体制冷器，所以是将形变体安装于半导体制冷器的导热面，如果温度调节部件采用的是其他设备，则可能安装
方式略有不同，例如假设温度调节部件为加热器，那么则是将形变体与加热器的加热丝连接，或者邻近加热器的散热面。为了便于理解两者之间的关系，可以描述为将所述形变体与温度调节部件连接，目的是利用温度调节部件对形变体进行温度调节。
34.步骤3，通过半导体制冷器调节所述形变体的温度以使其产生形变，继而调节所述发光芯片与所述耦合透镜之间的耦合效率，通过耦合效率调节光功率。
35.本步骤中，如果对光功率调节有具体的要求，则需要事先确定出耦合效率，然后再根据形变体的膨胀系数、温度、耦合效率之间的相互关系，确定出需要的形变量以及对应的温度变化量，最后再根据计算出的温度变化量进行温度调节。
36.表1：（以不锈钢作为形变体来计算功率变化）表2：（以不锈钢作为形变体来计算功率变化）
为了实现温度的更精确控制，此处可以通过热敏电阻17的温度反馈来控制半导体制冷器的输出温度以及启/停。也就是说，在半导体制冷器15上安装热敏电阻17，利用热敏电阻17探测半导体制冷器导热面的温度，然后反馈给半导体制冷器15的控制器，以此作为依据来控制半导体制冷器的输出温度，继而实现温度精确控制。
37.图2所示结构中，形变体为矩形体结构，但是实际上对于形变体的结构没有具体的限制，可以有多种变形，只要能实现其形变后带动耦合透镜在竖直方向产生位移即可。例如作为几种可实施方式的举例，形变体还可以采用图5a、图5b、图5c所示的结构。
38.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。