CN102201870B - 窄形可插拔式光收发器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及窄形可插拔式光收发器系统。收发器模块包括外壳组件、单纤光缆插口、外壳组件中的具有大致平面衬底的电子器件子组件和光学子系统。光学子系统使衬底的表面和插口的光轴之间的光束改变方向。外壳组件的结构促进气流通过收发器模块。收发器模块可以插入电子系统的框架或保持架中。可以包括插销机构，以将收发器模块固定在保持架中。可以包括突片，以便于从保持架中解除固定并取出收发器模块。

Description

窄形可插拔式光收发器系统

技术领域

本发明涉及窄形可插拔式光收发器系统。

背景技术

在光通信系统中，通常需要将光纤耦合到光电发送器、接收器或收发器设备，并进而将设备耦合到电子系统，例如交换系统或处理系统。通过使收发器设备模块化可以促进这些连接。已知各种收发器模块构造。例如，图1中所示的光收发器模块10具有通常称作小封装(SmallFormFactor，SFF)或小封装可插拔(SFP)形式的标准构造或形式。收发器模块10包括金属模块外壳12，在所述金属模块外壳12中容纳光电元件、光学元件和电子元件，例如，一个或多个光源(例如，激光器)、光传感器、透镜和其他光学器件、数字信号驱动器和接收电路等。收发器模块10的前端还包括发送器插口14和接收器插口16，光纤线缆(未示出)可插入所述发送器插口14和所述接收器插口16中。光缆插头或连接器主体(未示出)可以属于被称为LC连接器的已知类型，所述LC连接器具有与插口14和16的形状相对应的近似方形轮廓、约四分之一英寸的宽度。尽管为了明确清晰在图1中没有示出，但是通过将收发器模块10的后端插入保持架(cage)中的插槽(bay)开口中并将收发器模块10固定到位，可以将收发器模块10插入电子系统的框架或保持架中的插槽中。保护插销(latch)18促进固定收发器模块10，并且当所述保护插销18被拉到延伸位置(未示出)时，用作手柄，通过所述手柄，一个人可以抓住收发器10将其从保持架拔出。

在本领域中关注的是收发器模块尺寸。外壳12的宽度基本上由两个并排的插口14和16决定。即，外壳12至少与两个LC连接器一样宽。这种类型的多个收发器模块可以每个以约二分之一英寸的宽度像这样插入到保持架面板中。即，电子系统保持架可以每二分之一英寸的保持架宽度具有约一个插槽，用于容纳约一个收发器模块。将相邻的收发器模块布置成如此密集的缺点之一是很难抓住保护插销18。

在本领域中还关注收发器模块冷却。运行中收发器模块10中的电子器件和光电器件所发出的热量通常从收发器模块10通过收发器模块10所插入的保持架插槽的金属部分传导出去。在保持架中可以包括散热器，以驱散该热量。可选的或附加的，外壳12的侧部、顶部或底部可以包括孔，以促进冷却空气进出外壳12。在许多收发器模块在保持架中彼此紧密布置的情况下，提供充分的冷却是具有挑战性的。

发明内容

本发明的实施例涉及光收发器模块系统，其中，一个或多个光收发器模块中的每一个都提供单根光缆与电子系统之间的光电接口。在示例性实施例中，光收发器模块包括细长矩形收发器模块组件、电子器件子组件(ESA)和光学子系统。外壳组件具有沿着收发器模块的长度伸长的两个收发器模块侧壁、收发器模块顶壁、收发器模块底壁和仅仅一个单一插口，所述插口设置在外壳组件的端部，用于容纳单纤光缆插塞连接器，例如LC连接器。

在示例性实施例中，ESA具有大致平面衬底，所述衬底与外壳组件的两个侧壁中的其中一个大致共面。光源(例如，激光器)和光线接收器(例如，光电二极管)安装在衬底的表面上。例如通过将光收发器模块插入电子系统框架或保持架的多个插槽中的一个中，ESA能够与电子系统电匹配。

光学子系统使ESA衬底的表面和可插入光缆的插口的光轴之间的光束改变方向。例如，在电子系统和光缆之间的光通信是双向的实施例中，光学子系统可以使通过光缆接收的到光线接收器的光信号改变方向，并且使通过光源所产生的到光缆的光信号改变方向。

通过查阅下面的附图和详细描述，其他系统、方法、特征和优点对本领域技术人员将是显而易见的或将变得显而易见。应当认为，所有这些附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书中、在本发明公开的范围内、并受到所附权利要求书的保护。

附图说明

参考下面的附图可以更好的理解本发明。附图中的组件不需要按照比例，而将重点放在清楚的说明本发明的原理。

图1是现有技术中已知类型的光收发器模块的透视图。

图2是根据本发明的示例性实施例的光收发器模块的透视图。

图3与图1类似，示出了插入在光收发器模块中的光纤。

图4与图2类似，示出了插入在光收发器模块中的光缆和插入在电子系统保持架中的光收发器模块。

图5是示出图2的光收发器模块的一侧的透视图。

图6是示出图2的光收发器模块的另一侧的透视图。

图7与图5类似，示出了没有收发器模块外壳组件的上盖的图2的光收发器模块。

图8与图7类似，示出了没有光连接器插口和收发器模块外壳组件的上盖的图2的光收发器模块。

图9是图2的光收发器模块的插口的一侧的透视图。

图10与图9类似，示出了插口的另一侧。

图11示出了通过图2的光收发器模块光学子系统的光路。

图12与图9-10类似，示出了插口的前部。

图13是根据本发明的示例性实施例的插入多个光收发器模块的电子系统框架或保持架的透视图。

图14与图13类似，示出了保持架中的用于促进空气流过光收发器模块的孔。

图15是根据本发明的示例性实施例的电子系统保持架的透视图。

图16是图2的光收发器模块的一部分的透视图，示出了收发器模块顶壁中的模块顶部插销啮合件。

图17是图2的光收发器模块的一部分的透视图，示出了收发器模块底壁中的模块底部插销啮合件。

图18是在没有收发器模块外壳组件的上盖的情况下的、插入电子系统保持架的插槽中的图2的收发器模块的透视图。

图19是与图18的一部分类似的透视图，部分切除并放大以示出收发器模块的顶部插销啮合件和电子系统保持架的匹配插销啮合件。

具体实施方式

如图2所示，在本发明的说明性或示例性实施例中，光收发器模块20具有由细长外壳组件22所限定的细长矩形形状，所述细长外壳组件22在外壳组件22的前端处具有插口24。再参考图5和6，外壳组件22具有沿着光收发器模块20的长度延伸的两个收发器模块侧壁26和28、收发器模块顶壁30和收发器模块底壁32。

如图3和4所示，插口24可以容纳光纤36的单纤(即“单工”)光缆插塞连接器，例如LC插塞连接器34。因为光缆36和其LC插塞连接器34的结构和操作是本领域中众所周知的，所以不在此进一步详细描述。一个人可以以通常的方式将LC插塞连接器34插入插口24中。一个人可以同样的将光收发器模块20插入电子系统40中的多个收发器插槽38中的任意一个中。例如，电子系统40可以是交换系统、处理系统、或可以与光收发器相互连接的任意其他适当类型的系统。电子系统40包括保持架42。通过电子系统40的前部面板44中的开口暴露出保持架42的收发器插槽38。尽管图4中只示出了一个光收发器模块20，但是因为光收发器模块20只比LC插塞连接器34(通常约四分之一英寸)略宽，所以多个光收发器模块20可以相对密集的布置在前部面板44中的开口中。尽管根据本发明的光收发器模块在一些实施例中可以是单向的，在其他实施例中可以是双向的，但是因为只具有单一插槽的双向收发器模块的宽度是具有一个用于发送的插槽和另一个用于接收的插槽的收发器模块的一半，所以具有双向收发器模块的实施例可以实现两倍于一些通常的光收发器模块系统的收发器模块密度。

外壳组件22还包括细长突片(tab)45，所述细长突片45与侧壁26基本共面，并且从光收发器模块20的剩余部分延伸出来。如在下面进一步详细描述的，一个人可以抓住突片45，以便于将光收发器模块20从保持架42拔出。

尽管在示例性实施例中突片45和侧壁26是分立元件(例如，参见图6)，但是在其他实施例中，突片和侧壁可以包括任意数量的一个(即，彼此形成整体)或多个元件。在示例性实施例中，例如，通过形成金属板或类似材料，突片45和收发器模块顶壁30的大部分彼此形成整体。除非特别另有说明，在此描述的任意元件或类型元件在一些实施例中可以与其他元件形成整体，或在其他实施例中可以是分立元件(即，多部分组合元件中的一部分)。此外，在此提到元件为“组件”或“子组件”并不意味着将含义限制为具有多个部件或部分的结构，在其他实施例中，上述元件或类似元件可以形成整体，或可选的，可以包括任意其他数量的组件或部分。

如图7和8所示，光收发器模块20还包括电子器件子组件(ESA)46。ESA46具有大致平面衬底，在所述平面衬底上安装电子元件和光电元件，例如，光源48、光线接收器50、反馈接收器52、和各种驱动和接收电路设备和其他类似电路设备54。光源48可以是激光器，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)。光线接收器50和反馈接收器52可以是光电二极管，例如正-本征-负(PIN)型二极管。在示例性实施例中，衬底包括收发器模块侧壁26的一部分。即，安装有电路设备54的柔性电路56的底表面粘结到或者放置在收发器模块侧壁26的表面上，同时光源48、光线接收器50和反馈接收器52直接安装在收发器模块侧壁26的表面上。尽管在示例性实施例中，大致平面的柔性电路56的一部分和大致共面的收发器模块侧壁26的一部分的组合限定了安装有上述元件的衬底，但是在其他实施例中，提供大致平面ESA衬底的任何其他结构都是适合的。就此而言，“大致共面”表示彼此紧靠着平放(例如，彼此连接)或彼此靠近的两个大致平面元件。

在示例性实施例中，侧壁26和28由适合的金属制成，例如镀镍的铜，所述适合的金属用作光源48、光线接收器50和反馈接收器52的散热器。尽管为了明确清晰而未示出，但是各种电子元件和光电元件通过柔性电路56上的连线和电路迹线彼此连接。

ESA46还包括电触点阵列58，所述电触点阵列58可以是柔性电路56上的金属触垫。当收发器模块20插入其中一个插槽38中时，电触点阵列58与保持架42的插槽38(图4)中的匹配触点(未示出)配合。注意，与ESA46的其他元件一样，电触点阵列58与ESA46的衬底大致共面(但是在示例性实施例中有小偏移量或阶梯)。如在下面进一步详细描述的，提供不妨碍空气流动通过光收发器模块20的电触点阵列58和其他ESA特征能帮助冷却。

再参考图9-11，在示例性实施例中，光收发器模块20还包括光学子系统，所述光学子系统包括分光器60、全内反射(TIR)透镜62和透镜64。分光器60使得能够双向光通信，而不需要多个波长(颜色)的光和伴随的滤光器。光学子系统使上述的ESA衬底的表面上的光学元件和插口光轴66之间的光束双向改变方向。具体来说，TIR透镜62使分光器光信号轴70与插口光轴66之间的双向光束68双向改变方向，而分束器60使双向光束68上所接收的光信号与双向光束68上所发送的光信号分开。即，分光器60将双向光束68上所接收的信号引导到光线接收器50，将光源48所产生的信号引导到双向光束68上。分光器60还将光源48所产生的信号的一部分引导到反馈接收器52上。应当理解，尽管在本发明的示例性实施例中光学子系统包括分光器60，但是在其他实施例中，例如光收发器模块是单向性(即，只发送或只接收)的实施例，不需要包括分光器或类似元件。

可以提供对电磁干扰(EMI)的屏蔽。例如，如图7所示，EMI屏蔽71可以包括在插口24和ESA46之间，以使ESA46不受EMI。在示例性实施例中，EMI屏蔽71连接到插口24。插口24上的包围TIR透镜62的突起73突出穿过EMI屏蔽71中的开口。分光器60连接到突起73。在该布置结构中，EMI屏蔽71置于插口24与光学子系统、EMS46和光收发器模块20的内部的其他部分之间。

如图12-14所示，插口24具有孔72(图12)，保持架42的插槽38同样具有孔74(图14)，从而当光收发器模块20插入其中一个插槽38中时，空气可以流过光收发器模块20的长度。例如在图5中，注意，因为ESA46的衬底(包括电触点阵列58)与收发器模块26大致共面，所以外壳组件22的与设置有插口24的端部相对的端部基本是敞开的或无遮挡的。即，因为ESA46紧靠着外壳22的壁大致平坦的放置，或者限定外壳22的壁的一部分，所以ESA46并不阻挡空气流过外壳组件22。电子系统40或其保持架42可以包括一个或多个风扇(为了明确清晰而未示出)，以使空气通过可以插入在保持架42中的多个收发器模块20的长度。通过选择性的为风扇布置提供动力，可以使冷却适应于保持架42中的收发器模块20的数量、类型和位置。

如图15所示，保持架44的插槽38具有矩形开口，与收发器模块20的轮廓相对应。在本发明的示例性实施例中，由诸如金属板之类的材料制成的保持架42具有两排插槽38。例如，上部插槽38由上部插槽顶壁76、两个上部插槽侧壁78和共用壁80所限定。同样的，直接位于上部插槽38下方的下部插槽38’由下部插槽底壁82、两个下部插槽侧壁84和共用壁80所限定。共用壁80具有插销啮合件，所述插销啮合件包括上可挠曲部分86和成对的下可挠曲部分88。例如，通过切割和弯曲金属板，上和下可挠曲部分86和88在共用壁80的金属板中形成整体。因为形成金属板是经济的操作，所以可以如此在保持架44的每个插槽38中经济的提供上述插销啮合件。应当理解，尽管共用壁80包括具有上可挠曲部分86和下可挠曲部分88的插销啮合件，但是上部插槽38的上部插槽顶壁76包括只具有成对的下可挠曲部分88’的类似插销啮合件，同时下部插槽38’的下部插槽底壁82包括只具有上可挠曲部分86’的另一类似插销啮合件。应当理解，在此所使用的术语“上”和“下”只是为了相对于说明性实施例便于参考，而并非要暗示对元件可以定位的方式的任何限制。

上述的插槽38的插销啮合件可与光收发器模块20的顶部和底部上的插销啮合件配合。如图16-17所示，在示例性实施例中，收发器模块顶壁30具有用作模块顶部插销啮合件的两个空位或凹口90，收发器模块底壁32具有用作模块底部插销啮合件的类似空位或凹口92。如图18-19所示，模块顶部插销啮合件和模块底部插销啮合件可以与上述的保持架42的插槽38中的匹配插销啮合件配合。

例如，因为光收发器模块初始插入在下部插槽38’中，所以收发器模块顶壁30使下可挠曲部分88向上弯曲。下可挠曲部分88和88’具有滑道状或斜面状尖端，所述尖端使对通过收发器模块顶壁30的啮合的初始阻力减到最小。上可挠曲部分86和86’具有类似尖端。因此，尽管为了明确清晰而未示出，收发器模块底壁32类似的使上可挠曲部分86’(图15)向上弯曲。在光收发器模块20进一步插入下部插槽38’中时，实现了图18中所示的位置，在所述位置上，由于弯曲的下可挠曲部分88所施加的弹性力，向下突出的下可挠曲部分88的尖端放置在凹口90中，从而将光收发器模块20固定到位。上可挠曲部分86’的尖端类似的放置在凹口92中。在图18中所示的固定位置上，下可挠曲部分88的尖端与相应的凹口90的啮合和上可挠曲部分86’的尖端的啮合防止有意取出光收发器模块20。

为了取出光收发器模块20，一个人可以抓住突片45，在图18和19中的箭头的方向上拉动光收发器模块20。拉力使下可挠曲部分88的尖端滑出相应的凹口90，使下可挠曲部分88弯曲，同时类似的使上可挠曲部分86’的尖端滑出相应的凹口92，使上可挠曲部分86’弯曲。例如参考图13-14，注意，薄突片45在相邻的光收发器模块20和光缆36之间明显突出，因此相对容易抓住。

尽管为了明确清晰而未示出，但是光收发器模块20可以类似的安装在上部插槽38中。在光收发器模块20初始插入在上部插槽38中时，收发器模块顶壁30使下可挠曲部分88’(图15)向上弯曲，同时收发器模块底壁32使共用壁80的上可挠曲部分86向下弯曲。在光收发器模块20进一步插入上部插槽38中时，实现了上述的固定位置。因此，下可挠曲部分88’的尖端放置在凹口90中，共用壁80的上可挠曲部分86的尖端放置在凹口92中。以此方式，共用壁80的上可挠曲部分86辅助将光收发器模块20固定在上部插槽38中，共用壁80的下可挠曲部分88辅助将光收发器模块20固定在下部插槽38’中。共用壁80和其插销啮合件由上部插槽38和下部插槽38’共享或共用。

上面描述了本发明的一个或多个说明性实施例。但是，应当理解，本发明由所附权利要求书所限定，而并不限于所述的具体实施例。

Claims (18)

1.一种光收发器模块系统，其包括：

细长矩形收发器模块外壳组件，其具有沿着收发器模块的长度伸长的两个收发器模块侧壁、收发器模块顶壁、收发器模块底壁和仅仅一个单一插口，所述插口设置在所述外壳组件的端部，用于容纳单纤光缆插塞连接器；

电子器件子组件ESA，其具有大致平面衬底，所述衬底与所述外壳组件的两个侧壁中的一个大致共面，所述ESA具有安装在所述衬底的表面上的光源和光线接收器，所述ESA能够与电子系统连接器电匹配；和

光学子系统，所述光学子系统使所述衬底的表面与所述插口的光轴之间的光束改变方向；

其中所述光学子系统包括：

全内反射TIR元件，其位于所述衬底的表面与所述插口之间；和

分光器，所述分光器使从TIR元件接收的光信号沿着双向光信号轴朝向所述光线接收器改变方向，并使从所述光源接收的光信号沿着所述双向光信号轴朝向所述TIR元件改变方向。

2.根据权利要求1所述的光收发器模块系统，其中，所述插口是LC连接器插口。

3.根据权利要求1所述的光收发器模块系统，其中，所述ESA包括与所述衬底大致共面的电触点阵列。

4.根据权利要求1所述的光收发器模块系统，其中：

所述收发器模块侧壁由金属制成；并且

所述ESA的所述衬底包括所述收发器模块侧壁中的一个的一部分，所述光源和所述光学接收器中的至少一个安装在所述收发器模块侧壁中的一个上。

5.根据权利要求4所述的光收发器模块系统，其中，所述ESA的所述衬底还包括柔性印刷电路，所述柔性印刷电路安装在所述收发器模块侧壁中的所述一个上，与所述收发器模块侧壁中的所述一个大致共面。

6.根据权利要求1所述的光收发器模块系统，其中：

所述外壳组件的、设置有所述插口的端部具有孔，所述孔用于促进空气流过所述长度的所述收发器模块；和

所述外壳组件的、与设置有所述插口的端部相对的端部具有孔，所述孔用于促进空气流过所述长度的所述收发器模块。

7.根据权利要求1所述的光收发器模块系统，其中，所述外壳组件包括大致平面的细长突片，所述突片从所述外壳组件延伸出来，所述突片与所述侧壁中的一个大致共面并以固定关系连接。

8.根据权利要求1所述的光收发器模块系统，还包括电磁干扰EMI屏蔽，所述电磁干扰屏蔽设置在所述插口和所述光学子系统之间。

9.根据权利要求1所述的光收发器模块系统，还包括电子系统保持架，多个收发器模块能够以可移除方式安装在所述电子系统保持架中，其中，所述外壳组件的所述顶壁具有模块顶部插销啮合件，所述模块顶部插销啮合件可与所述电子系统保持架的匹配插销啮合件匹配，所述外壳组件的所述底壁具有模块底部插销啮合件，所述模块底部插销啮合件可与所述电子系统保持架的所述匹配插销啮合件匹配。

10.根据权利要求9所述的光收发器模块系统，其中，所述电子系统保持架包括多个插槽，所述多个插槽中的上部插槽具有由上部插槽顶壁、共用壁和两个上部插槽侧壁所限定的矩形开口，所述多个插槽中的下部插槽具有由下部插槽底壁、所述共用壁和两个下部插槽侧壁所限定的矩形开口，所述共用壁具有所述匹配插销啮合件，所述匹配插销啮合件可与所述模块底部插销啮合件和所述模块顶部插销啮合件匹配。

11.根据权利要求10所述的光收发器模块系统，其中：

所述共用壁包括半刚性材料平面板；并且

所述匹配插销啮合件包括在所述平面板中形成整体的上可挠曲部分和在所述平面板中形成整体的下可挠曲部分，当第一收发器模块放置在所述上部插槽中时，所述上可挠曲部分弯曲进入与所述模块底部插销啮合件的配合位置，当第二收发器模块放置在所述下部插槽中时，所述下可挠曲部分弯曲进入与所述模块顶部插销啮合件的配合位置。

12.根据权利要求11所述的光收发器模块系统，其中，所述共用壁包括平面金属板，所述上可挠曲部分和所述下可挠曲部分由所述金属板的弯曲部分组成。

13.一种用于操作光收发器模块系统的方法，所述光收发器模块系统包括光收发器模块，所述光收发器模块具有细长矩形收发器模块外壳组件、电子器件子组件ESA和光学子系统，所述收发器模块外壳组件具有沿着收发器模块的长度伸长的两个收发器模块侧壁、收发器模块顶壁、收发器模块底壁和设置在所述外壳组件的端部的仅仅一个单一插口，所述ESA具有大致平面衬底，所述衬底与所述外壳组件的两个侧壁中的一个大致共面，所述ESA还具有安装在所述衬底的表面上的光源和光线接收器，所述方法包括如下步骤：

所述ESA在所述光收发器模块组件和连接到所述光收发器模块的电子系统之间传送电子信号；和

所述光学子系统使所述衬底的表面与所述插口的光轴之间的光束改变方向；

所述ESA还在所述电子信号和所述光束所限定的光信号之间提供电光转换；和

在所述光收发器模块和光缆之间传送所述光信号，所述光缆具有连接到所述插口的单纤光缆插塞连接器；

其中，使所述光束改变方向的步骤包括：

使所述光束入射到所述衬底的表面和所述插口之间的全内反射TIR元件上；

使从所述TIR元件反射的光信号沿着双向光信号轴朝向所述光学接收器改变方向；和

使从所述光源接收的光信号沿着所述双向光信号轴朝向所述TIR元件改变方向。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述光收发器模块和连接到所述光收发器模块的电子系统之间传送电信号的步骤包括：通过所述ESA的电触点阵列传送电信号，所述电触点阵列与所述衬底大致共面。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：在第一孔和第二孔之间提供空气流，所述第一孔在所述外壳组件的、设置有所述插口的端部处，所述第二孔在所述外壳组件的、与设置有所述插口的端部相对的端部处。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：通过拉从所述外壳组件延伸出来的大致平面细长突片，从电子系统插件保持架中取出所述光收发器模块，所述突片与所述侧壁中的一个大致共面并以固定关系连接。

17.根据权利要求13所述的方法，还包括：

将第一收发器模块插入电子系统插件保持架的上部插槽中，其中，所述第一收发器模块的模块底部插销啮合件与所述电子系统保持架的匹配插销啮合件匹配；

将第二收发器模块插入位于所述上部插槽正下方的、所述电子系统插件保持架的下部插槽中，其中，所述第二收发器模块的模块顶部插销啮合件与所述电子系统保持架的所述匹配插销啮合件匹配。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述上部插槽具有由上部插槽顶壁、共用壁和两个上部插槽侧壁所限定的矩形开口，所述下部插槽具有由下部插槽底壁、所述共用壁和两个下部插槽侧壁所限定的矩形开口，所述共用壁具有所述匹配插销啮合件，所述共用壁包括半刚性材料平面板，在所述平面板中整体形成有限定所述匹配插销啮合件的一部分的上可挠曲部分和限定所述匹配插销啮合件的另一部分的下可挠曲部分，并且其中：

将所述第一收发器模块插入所述上部插槽中的步骤包括：使所述上可挠曲部分弯曲进入与所述模块底部插销啮合件的配合位置；

将所述第二收发器模块插入所述下部插槽中的步骤包括：使所述下可挠曲部分弯曲进入与所述模块顶部插销啮合件的配合位置。