CN102116914A - 小型化双路光模块 - Google Patents

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本发明公开了一种小型化双路光模块，包括一端设有光接口而另一端设有电接口的壳体，壳体内安装有与电接口配合的电子次模块以及与光接口配合的光学次模块，光学次模块包括光发射次模块和光接收次模块，电子次模块包括第一电路板和第二电路板，第一电路板和第二电路板之间通过柔性板相连且在壳体内相对弯折。由于两块电路板通过柔性板互联，形成刚挠复合板形式，两块电路板以相对弯折方式安排在壳体内，从而充分利用了壳体内部空间，有效缩小了光模块的体积。

Description

小型化双路光模块
技术领域
本发明涉及一种光模块，尤其涉及一种应用于雷达系统的小型化双路光模块。
背景技术
现有的光模块通常包括一个一端设有光接口而另一端设有电接口的壳体，壳体内安装有光学次模块(Optical Subassembly，OSA)及电子次模块(Electrical Subassembly，ESA)，其中：
光学次模块主要包括光发射次模块(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)和光接收次模块(Receiver Optical Subassembly，ROSA)。TOSA由激光二极管LD和监视二极管PD构成，LD通过正向偏压下PN结中载流子的受激辐射复合而发出相干光。ROSA由光探测器(PIN)和跨阻放大器(TIA)组成。光探测器是ROSA的核心部件，在数字光纤通信中常用的光探测器主要有本征光电二极管PIN和雪崩光电二极管(APD)。通常情况下TOSA、ROSA一般由三部分组成，包括光接头、陶瓷插芯和管芯。
电子次模块包括发射和接收两部分，其中：
如图1所示，发射部分由信号调理电路、激光驱动与调制电路、自动偏置控制及报警电路与温控电路组成。信号调理电路的主要功能是完成对从电接口来的信号进行处理，包括码型变换、电平变换以及并/串变换等功能。激光驱动与调制电路的主要功能是为光源提供必要的产生光载波所需驱动电流，并将从信号处理单元电路来的电信号调制在光载波上。由于激光驱动与调制电路的阈值电流及寿命受温度的影响较大，因此必须对激光驱动与调制电路的阈值电流和工作温度进行严格的控制。激光驱动与调制电路流过的电流由两部分组成，即受发送电信号调制的调制电流和由自动偏置控制电路控制的偏置电流。自动偏置控制电路的目的是使激光驱动与调制电路偏置电流始终跟随其阈值电流的变化，并使其保持在稍低于阈值电流的水平使激光驱动与调制电路工作在正常状态下。对激光驱动与调制电路发出激光特性的检测一般是按比例对输出激光的一小部分进行测试或者利用激光驱动与调制电路的背面辐射激光作为测试参考。利用测试结果对激光驱动与调制电路的偏置电流进行自动调整控制，使激光驱动与调制电路工作在希望的正常状态下。报警电路的主要功能是对光发射机工作状态异常进行报警，并可自动关闭流过激光驱动与调制电路的总电流，以防止激光驱动与调制电路损坏。自动温控电路是为稳定激光驱动与调制电路平均输出光功率和工作波长而提供恒定的温度环境，使激光驱动与调制电路内部温度波动在10.5℃之内，或更小。
如图2所示，接收部分主要有前置放大器、主放大器、判决器、译码器和时钟恢复电路等主要功能部分组成。其中，前置放大器作用是放大光电二极管产生的微弱电信号，以供主放大器进一步放大和处理。前置放大器在减弱或防止电磁干扰和抑制噪声方面起着特别重要的作用，设计要在带宽和灵敏度之间进行折中。性能优良的光接收模块应具有无失真地检测和恢复微弱信号的能力，也即要求其前置放大器具有低噪声、高灵敏度和足够的带宽。电信号的线性放大由主放大器、均衡器和自动增益控制电路组成。为了校正和补偿前放对带宽的限制，在主放大器之后可插入一个均衡器，采用自动增益控制电路，使接收部分在一定的入射光功率范围内，将放大器的增益自动控制在固定的输出电平上。
随着我国雷达技术的不断发展，雷达系统所需处理和传输的数据量也越来越大，信号路数也越来越多，虽然通过提升信号的传输速率可以一定程度的缓解矛盾，但传输速率得提升带来了串扰等问题，同时信号路数的增加也增加了雷达系统的重量，这是机载、舰载雷达所不能接受的，而光传输的优点是速率快、抗干扰、重量轻等，光传输在民用市场的普及带动了其在军用市场的应用，雷达系统的信号传输方式也逐渐由电向光转换，而现有市场上的小型化光模块其电路板均采用直板形式，其光学次模块带陶瓷插芯，电接口通常采用金手指方式，其尺寸对于雷达系统来说还是太大了，如现在市售的光模块SFP、SFP+、XFP、SFF等，具体尺寸如下：
SFP：57.2mm×13.7mm×12.7mm
SFP+：56.5mm×14.0mm×12.1mm
XFP：77.8mm×22.2mm×16.1mm
SFF：48.5mm×13.2mm×10.8mm
现代化的雷达系统信号传输的路数多达几十路甚至上百路，这些尺寸的模块如果多只并行使用的话，其所占电路板面积是非常巨大的，是雷达系统所不能忍受的。为满足雷达系统高速率多路数据传输的要求，小尺寸光模块的实用化研制需求迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化双路光模块，以减小现有光模块的尺寸。
为达到上述目的，本发明提供了一种小型化双路光模块，包括一端设有光接口而另一端设有电接口的壳体，所述壳体内安装有与所述电接口配合的电子次模块以及与所述光接口配合的光学次模块，所述光学次模块包括光发射次模块和光接收次模块，所述电子次模块包括第一电路板和第二电路板，所述第一电路板和所述第二电路板之间通过柔性板相连且在所述壳体内相对弯折。
本发明的小型化双路光模块，所述光发射次模块包括第一管壳，所述第一管壳的前部安装有第一光接头，所述第一光接头内安装有陶瓷套管，所述陶瓷套管内安装有凸透镜，所述第一管壳的后部安装有第一管芯，所述第一管芯位于所述第一管壳内的部分的前端安装有非球透镜，所述凸透镜的中心点位于所述非球透镜的焦点上，所述光接收次模块包括第二管壳，其前部安装有与其连为一体的第二光接头，所述第二管壳内安装有光敏面，所述第二管壳的后部安装有第二管芯。
本发明的小型化双路光模块，所述壳体包括底座和与其配合的封盖，所述底座的前部设有所述光接口，其后部设有所述电接口，所述底座的中部设有立板，所述立板上开有两个横向分布的第一固定孔，所述第一电路板竖直安装于所述底座内，所述光发射次模块和所述光接收次模块安装于所述第一电路板上，所述第一光接头的前部和所述第二光接头的前部对应伸入所述第一固定孔，位于所述第一固定孔上方的立板上开有两个横向分布的第二固定孔，平卧于所述光学次模块上方的所述第二电路板的前端设两个凸起，两个所述凸起对应伸入所述第二固定孔。
本发明的小型化双路光模块，所述第一电路板的自由端上设有与所述电接口配合的排针。
本发明的小型化双路光模块，所述立板左右两侧各设有一个开口向上且向后突出于所述立板的第一卡槽，所述底座的中部上开有与所述第一卡槽配合的中心卡槽，所述第一光接头和所述第二光接头的外壁上分别开有一个第二卡槽，还包括一个锚式卡挡，所述锚式卡挡的锚杆的下端从所述第一光接头和所述第二光接头之间穿过并伸入所述中心卡槽，所述锚杆左右两侧的锚式卡挡上各设有一个锚尖，两个所述锚尖对应卡在所述第一卡槽内，每个所述锚尖与所述锚杆之间部分对应配合卡在所述第二卡槽内。
本发明的小型化双路光模块，所述排针为1mm间距排针。
本发明的小型化双路光模块，所述底座与所述封盖卡接。
本发明的小型化双路光模块的电子次模块采用两块式结构，两块电路板通过柔性板互联，形成刚挠复合板形式，两块电路板以相对弯折的方式安排在壳体内，从而充分利用壳体内部空间，有效缩小了光模块的体积。
同时这种结构也缩短了PCB板布线长度，减少了布线阻抗匹配要求，提高了模块的抗干扰能力。并且，本发明的小型化双路光模块采用无插芯式光学次模块，可有效缩短光学次模块约4mm，其凸透镜和非球透镜的光耦合可适当降低主板上的输出光功率和驱动器的驱动电流，进而减少了组件的功耗，增加了组件的应用可靠性。
附图说明
图1为现有光模块的电子次模块的发射部分的电路框图；
图2为现有光模块的电子次模块的接收部分的电路框图；
图3为本发明的小型化双路光模块的主视立体结构示图；
图4为本发明的小型化双路光模块的拆除封盖后的主视立体结构示图；
图5为本发明的小型化双路光模块的底座的立体结构示图；
图6A为本发明的小型化双路光模块的电子次模块和光学次模块的主视图；
图6B为图6A的右视图；
图6C为图6A的仰视局部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：
参考图3至图6B所示，本发明的小型化双路光模块包括壳体，该壳体包括底座103和与其卡接配合的封盖104，底座103的前部设有光接口101，其后部设有电接口102，底座103内安装有与电接口102配合的电子次模块以及与光接口101配合的光学次模块，光学次模块包括光发射次模块201和光接收次模块202，电子次模块包括第一电路板302和第二电路板303，第一电路板302和第二电路板303之间通过柔性板301相连且在壳体内相对垂直弯折。第一电路板302上安装有光发射次模块201和光接收次模块202，其自由端上设有与电接口102配合的间距为1mm的排针3021，第二电路板303上集成有电子次模块作为主板。
其中，底座103的中部设有立板1031，立板1031上开有两个横向分布的第一固定孔1032，第一电路板302竖直安装于底座103内，光发射次模块201和光接收次模块202安装于第一电路板302上，第一光接头2012的前部和第二光接头2022的前部对应伸入第一固定孔1032，位于第一固定孔1032上方的立板1031上开有两个横向分布的第二固定孔1033，平卧于光学次模块上方的第二电路板303的前端设两个凸起3031，两个凸起3031对应伸入第二固定孔1033。立板1031左右两侧各设有一个开口向上且向后突出于立板1031的第一卡槽1034，底座103的中部上开有与第一卡槽1034配合的中心卡槽1035，第一光接头2012和第二光接头2022的外壁上分别开有一个第二卡槽20。为防止光发射次模块201和光接收次模块202前后滑动，本发明的小型化双路光模块还包括一个锚式卡挡4，锚式卡挡4的锚杆401的下端从第一光接头2012和第二光接头2022之间穿过并伸入中心卡槽1035，锚杆401左右两侧的锚式卡挡4上各设有一个锚尖402，两个锚尖402对应卡在第一卡槽1034内，每个锚尖402与锚杆401之间部分对应配合卡在第二卡槽20内。
结合图6C所示，光发射次模块201包括第一管壳2011，第一管壳2011的前部安装有第一光接头2012，第一光接头2012内安装有陶瓷套管2013，陶瓷套管2013内安装有凸透镜2016，第一管壳2011的后部安装有第一管芯2014，第一管芯2014位于第一管壳2011内的部分的前端安装有非球透镜2015，凸透镜2016与非球透镜2015光耦合，即凸透镜2016的中心点位于非球透镜2015的焦点上，光接收次模块202包括第二管壳2021，其前部安装有与其连为一体的第二光接头2022，第二管壳2021内安装有光敏面2023，第二管壳2021的后部安装有第二管芯2024。
本发明的小型化双路光模块的电子次模块采用两块式结构，其中一块用于固定光发射次模块、光接收次模块和排针，另一块为主板，用于信号处理，两块电路板通过柔性板互联，形成刚挠复合板形式，两块电路板以互相垂直的方式安排在壳体内，从而充分利用壳体内部空间，有效缩小了光模块的体积，同时也缩短了PCB板布线长度，减少了布线阻抗匹配要求，提高了模块的抗干扰能力。并且，本发明的小型化双路光模块采用无插芯式光学次模块，可有效缩短光学次模块约4mm，其凸透镜和非球透镜的光耦合可适当降低主板上的输出光功率和驱动器的驱动电流，进而减少了组件的功耗，增加了组件的应用可靠性。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种小型化双路光模块，包括一端设有光接口(101)而另一端设有电接口(102)的壳体，所述壳体内安装有与所述电接口(102)配合的电子次模块以及与所述光接口(101)配合的光学次模块，所述光学次模块包括光发射次模块(201)和光接收次模块(202)，其特征在于，所述电子次模块包括第一电路板(302)和第二电路板(303)，所述第一电路板(302)和所述第二电路板(303)之间通过柔性板(301)相连且在所述壳体内相对弯折。
2.根据权利要求1所述的小型化双路光模块，其特征在于，所述光发射次模块(201)包括第一管壳(2011)，所述第一管壳(2011)的前部安装有第一光接头(2012)，所述第一光接头(2012)内安装有陶瓷套管(2013)，所述陶瓷套管(2013)内安装有凸透镜(2016)，所述第一管壳(2011)的后部安装有第一管芯(2014)，所述第一管芯(2014)位于所述第一管壳(2011)内的部分的前端安装有非球透镜(2015)，所述凸透镜(2016)的中心点位于所述非球透镜(2015)的焦点上，所述光接收次模块(202)包括第二管壳(2021)，其前部安装有与其连为一体的第二光接头(2022)，所述第二管壳(2021)内安装有光敏面(2023)，所述第二管壳(2021)的后部安装有第二管芯(2024)。
3.根据权利要求2所述的小型化双路光模块，其特征在于，所述壳体包括底座(103)和与其配合的封盖(104)，所述底座(103)的前部设有所述光接口(101)，其后部设有所述电接口(102)，所述底座(103)的中部设有立板(1031)，所述立板(1031)上开有两个横向分布的第一固定孔(1032)，所述第一电路板(302)竖直安装于所述底座(103)内，所述光发射次模块(201)和所述光接收次模块(202)安装于所述第一电路板(302)上，所述第一光接头(2012)的前部和所述第二光接头(2022)的前部对应伸入所述第一固定孔(1032)，位于所述第一固定孔(1032)上方的立板(1031)上开有两个横向分布的第二固定孔(1033)，平卧于所述光学次模块上方的所述第二电路板(303)的前端设两个凸起(3031)，两个所述凸起(3031)对应伸入所述第二固定孔(1033)。
4.根据权利要求3所述的小型化双路光模块，其特征在于，所述第一电路板(302)的自由端上设有与所述电接口(102)配合的排针(3021)。
5.根据权利要求4所述的小型化双路光模块，其特征在于，所述立板(1031)左右两侧各设有一个开口向上且向后突出于所述立板(1031)的第一卡槽(1034)，所述底座(103)的中部上开有与所述第一卡槽(1034)配合的中心卡槽(1035)，所述第一光接头(2012)和所述第二光接头(2022)的外壁上分别开有一个第二卡槽(20)，还包括一个锚式卡挡(4)，所述锚式卡挡(4)的锚杆(401)的下端从所述第一光接头(2012)和所述第二光接头(2022)之间穿过并伸入所述中心卡槽(1035)，所述锚杆(401)左右两侧的锚式卡挡(4)上各设有一个锚尖(402)，两个所述锚尖(402)对应卡在所述第一卡槽(1034)内，每个所述锚尖(402)与所述锚杆(401)之间部分对应配合卡在所述第二卡槽(20)内。
6.根据权利要求4所述的小型化双路光模块，其特征在于，所述排针(3021)为1mm间距排针。
7.根据权利要求3所述的小型化双路光模块，其特征在于，所述底座(103)与所述封盖(104)卡接。
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