CN104280828B - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块，所述光模块包括PCB板、设置在PCB板上的光学元件、与光学元件通过光学透镜模块相耦合的光纤，还包括有固定支架、与固定支架可拆卸式连接的透镜支架及与透镜支架可拆卸式连接的光纤支架，所述固定支架固定在所述PCB板上，所述光学透镜模块设置在所述透镜支架上，所述光纤设置在所述光纤支架上，所述光学元件位于所述固定支架和所述透镜支架之间，所述固定支架上设置有至少两个定位部件，所述透镜支架上设置有与所述固定支架上的定位部件相匹配以实现可拆卸连接的相应定位部件。而且，通过多个支架之间的机械固定实现光路的耦合，简化了工序，降低了耦合成本，提高了耦合一致性和准确性。

Description

光模块

本专利申请是申请号为2013101186130、申请日为2013年4月8日、发明名称为《光模块及其光路耦合方法》的分案申请。

技术领域

本发明涉及光通信技术，具体地说，是涉及一种光模块。

背景技术

在现有的光通信技术中，光信号被作为信息的载体，进行着高速、长时间、可靠的信息传输。作为光通信领域的核心部件，光模块中光学元件与传输路径（光纤）的耦合效果极大地影响着光信号强度及信号的质量，进而成为影响信息传输的关键因素之一。

目前，光模块中光学元件与传输光纤实现光路耦合的方法分为有源耦合和无源耦合两种。

有源耦合方法的过程为：将作为光源的激光器固定在PCB板上，然后控制激光器发光，使用耦合器调整作为改变光传输路径器件来使用的光学透镜模块的空间位置，并检测通过该模块耦合到光纤中的光强，当光纤发出的光强达到最大值时，确定此时的透镜位置为最佳耦合位置。

无源耦合方法的过程为：首先固定激光器，然后用两个摄像机分别对激光器和光学透镜模块摄影，将影像传输到PC机中，调整透镜的位置，当两个影像的圆心重合时，确定此时的透镜位置为最佳耦合位置。

如果采用有源耦合方式，需要使用专用耦合器，而如果采用无源耦合方式，需要使用两个摄像机，导致耦合时所用设备价格较高，工序较多。而且，不管是有源耦合方式还是无源耦合方式，在找到最佳耦合位置之后，均需要先用UV胶固定。UV胶是一种当紫外线照射时能够快速固化的胶，但是其强度较低，接下来还需要用黑胶进行高温固化。在黑胶固化之前的人为操作过程中，由于构成光路的激光器、光学透镜模块及光纤之间缺少高强度的机械固定，极容易造成光学透镜模块偏离耦合位置，从而导致光路耦合效果变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种光模块，该光模块具有较高的耦合一致性高和准确性。

具体来说，一种光模块，包括PCB板、设置在PCB板上的光学元件、与光学元件通过光学透镜模块相耦合的光纤，所述光模块还包括有固定支架、与固定支架可拆卸式连接的透镜支架及与透镜支架可拆卸式连接的光纤支架，所述固定支架固定在所述PCB板上，所述光学透镜模块设置在所述透镜支架上，所述光纤设置在所述光纤支架上，所述光学元件位于所述固定支架和所述透镜支架之间，所述固定支架上设置有至少两个定位部件，所述透镜支架上设置有与所述固定支架上的定位部件相匹配以实现可拆卸连接的相应定位部件。

如上所述的光模块，为增大固定胶接触面积、提高固定性能，所述固定支架至少在其左右两侧边缘处开设有若干缺口。

优选的，所述固定支架的左右两侧边缘处均开设有多个断续、均匀分布的缺口。

如上所述的光模块，为避免多余的胶渗入到支架底部而产生凸起，在所述固定支架底部、靠近所述缺口位置处开设有容纳槽。

如上所述的光模块，为方便对透镜支架进行稳固固定，所述透镜支架上开设有若干注胶孔，所述注胶孔上部为阶梯槽、下部为喇叭口，且所述阶梯槽的底部末端垂直过渡到所述喇叭口上部的小口。

如上所述的光模块，为方便光纤支架的固定，所述光纤支架部分位于所述固定支架上，所述光纤支架与所述固定支架相接触的侧边开设有光纤支架凹槽，所述固定支架上对应所述光纤支架凹槽处开设有固定支架凹槽。

进一步的，为增强固定性能，所述光纤支架背向所述透镜支架的一侧边缘处开设有若干缺口。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：由于本发明光模块中各光路部件之间通过机械方式进行固定，固定强度高，相对位置稳固，不会存在人为误操作导致耦合位置发生改变的问题，提高了光路耦合的一致性和准确性，进而有助于光模块性能的提升。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明光模块一个实施例的光路耦合结构示意图；

图2是图1的爆炸结构示意图；

图3是图1中固定支架的正面结构示意图；

图4是图1中固定支架的背面结构示意图；

图5是图1中透镜支架的立体结构示意图；

图6是图5中注胶孔的剖面结构示意图；

图7是图1中光纤支架的立体结构示意图；

图8是图1实施例的光模块的发射光路原理图；

图9是图1实施例的光模块的接收光路原理图；

图10是图1光模块进行光路耦合的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

请参考图1和图2所示出的本发明光模块的一个实施例，其中，图1是该实施例的光路耦合结构示意图，图2是图1的爆炸结构示意图。

如图1及图2所示意，同时结合图3的固定支架正面结构示意图所示意，该实施例的光模块包括有PCB板1，在PCB板1上固定有一个固定支架2，固定支架2上设置有左右两个定位孔21和22，在定位孔21和22之间放置有作为光模块发光元件的激光器阵列5和接收光元件的光电探测器阵列6，激光器阵列5和光电探测器阵列6分别与设置在PCB板1上的发射机电路7及接收机电路8电连接。在激光器阵列5及光电探测器阵列6的上部设置有透镜支架3，透镜支架3与固定支架2可拆卸式连接。该实施例的光模块还包括有与透镜支架3可拆卸式连接的光纤支架4，光纤支架4上设置有光纤带阵列42，该光纤带阵列42与激光器阵列5及光电探测器阵列6通过透镜支架3中的光学透镜模块相耦合，从而实现整个光模块的光路耦合。

固定支架2的结构参考图3的正面图及图4的背面图所示，如图3、图4所示意，同时结合图1和图2所示意，该实施例光模块中的固定支架2上除设置有对激光器阵列5及光电探测器阵列6进行定位的左右两个定位孔21和22之外，在其左右两侧边缘处均开设有多个缺口23，且多个缺口断续、均匀分布在相应侧的边缘处。此外，在固定支架2相对于定位孔21和22的一侧也开设有一个缺口23。通过在固定支架2上开设这些缺口，在使用胶水将固定支架2固定到PCB板1上时，能够增大胶水与固定支架2的接触面积，从而有利于将固定支架2牢固固定在PCB板1上。在固定支架2底部左右两侧、靠近相应侧的缺口位置分别开设有容纳槽24，可以用来容纳从缺口23处渗入到固定支架2底部的胶水，以防止因胶水的渗入在固定支架2底部产生凸起而使得固定支架2发生位置变动。另外，为方便固定光纤支架4，在固定支架2与光纤支架4相接触的侧边内侧还开设有凹槽25。该凹槽25与光纤支架4有关结构的配合及功能请参考下面的描述。

透镜支架3的结构请参考图5所示。如图5所示意，透镜支架3上设置有光学透镜模块，具体来说，光学透镜模块包括有位于透镜支架3底部、与激光器阵列5和光电探测器阵列6相对应的第一光学透镜阵列（该图中未示出，可参考图8及图9所示）以及位于透镜支架3前端、与光纤支架4中的光纤带阵列42相对应的第二光学透镜阵列33。透镜支架3在第二光学透镜阵列两侧分别设置有一个定位柱32（图中示出了其中一个，另一个与之对称设置），该定位柱32分别插入到固定支架2上的定位孔21中，从而实现透镜支架3与固定支架2的可拆卸式连接。而且，通过对激光器阵列5和光电探测器阵列6进行定位，可以使得在将透镜支架3与固定支架2连接固定后，透镜支架3中的第二光学透镜阵列恰好与位于定位孔21之间的激光器阵列5和光电探测器阵列6一一对应而实现准确耦合，具体实现方法参考后面的流程描述。

在透镜支架3与固定支架2连接之后，还不能保证透镜3的牢固固定。为此，透镜支架3上还开设了两个注胶孔36，用来注入胶水而将透镜支架3固定在PCB板1上。注胶孔36的剖面结构如图6所示。具体来说，如图6所示意，注胶孔上部为阶梯槽361，下部为喇叭口363，阶梯槽361的底部末端通过垂直连接部362与喇叭口363上部的小口相连接。通过采用这种结构的注胶孔36，可以利用底部的喇叭口363增加胶水与透镜支架3的接触面积，有助于将透镜支架3稳固固定；而且，通过设置上部的阶梯槽361，使得胶水不容易渗出而流淌在透镜支架3表面上。此外，中间的垂直连接部362能够有效避免在加胶固定过程中透镜支架3晃动，从而增加了透镜支架3的牢固性。

此外，为实现光纤支架4的连接固定，透镜支架3的前端两侧设置有两个连接柱34和35，这两个连接柱将与光纤支架4上的相应连接孔配合，以便将光纤支架4与透镜支架3相连接，具体连接结构请结合图7所示的光纤支架4的结构。

如图7所示出的光纤支架4的结构，结合图1所示意，该实施例的光纤支架4上设置有多个光纤孔41，光纤带阵列42一端将从相对应的光纤孔41中穿出，进而与透镜支架3上的第二光学透镜阵列33进行准确光耦合。在光纤支架4上、具体来说是在光纤孔41的两端分别开设有两个连接孔43和44，透镜支架3的两个连接柱34和35能够分别插入到连接孔43和44中，从而将光纤支架4与透镜支架3连接固定。在将光纤支架4与透镜支架3连接固定后，光纤支架4部分位于固定支架2上。与固定支架2上的凹槽25相对应，在光纤支架4的外侧边上也开设有凹槽46，该凹槽46将与固定支架2上的凹槽25组合形成加胶孔。在光纤支架4固定到位后，往该组合式加胶孔内加入胶水，以便将光纤支架4与固定支架2进一步固定，实现光纤支架4的牢固固定。此外，为便于将光纤支架4与PCB板1进行加胶固定，在光纤支架4背向透镜支架3的一侧、也即背向连接孔43和44的另一侧处开设有多个缺口45，以增加注胶时胶水与光纤支架4的接触面积，增强固定强度。

在该实施例中，透镜支架3上的两个定位柱32位于第一光学透镜阵列的左右两侧，相应的，固定支架2上的两个定位孔21和22位于固定支架2的左右两侧，可以使得透镜支架3与固定支架2连接地更加稳固，提高机械连接稳定性。在采用这种连接结构之后，激光器阵列5及光电探测器6将位于两个定位孔21之间。该结构仅为优选的实施方式，而非进行限定。如果连接稳定性能够保证，则也可以改变定位柱32在透镜支架3上的位置，同时相应地改变定位孔21在固定支架2上的位置。例如，两个定位柱32均位于第一光学透镜阵列的同一侧，定位孔21和22与定位柱32位置相对应。采用这种结构的固定支架2及透镜支架3时，激光器阵列5及光电探测器6将位于两个定位柱32的同一侧、与第一光学透镜阵列相对应的位置。

需要进一步说明的是，在该实施例中，采用了在固定支架2上设置定位孔、透镜支架3上设置定位柱的方式来实现固定支架2与透镜支架3的可拆卸式连接，但不局限于此，也可以在固定支架2上设置定位柱、在透镜支架3上设置定位孔等方式来实现。同样的，透镜支架3与光纤支架4之间的可拆卸式连接也不局限于采用在透镜支架3上设置连接柱、在光纤支架4上设置连接孔的方式。而且，该实施例中的光学元件为阵列、光学透镜模块为光学透镜阵列、相应的光纤也为光纤带阵列，但不限定为阵列，也可以是单个光学元件、单个透镜及单根光纤。

此外，固定支架2上的定位孔及透镜支架3上的定位柱也不局限于两个，还可以是更多个，在具有更多个时，可以仅选择其中两个来使用。

该实施例的光模块的光路原理图请参考图8及图9所示。

如图8所示意的光模块的发射光路原理图，设置在PCB板1上的激光器阵列5（图中显示了阵列中的一个激光器）作为发光元件，与发射机电路7通过金线电连接。待发射的电信号经发射机电路7调制到激光器阵列5中的激光器上，进而发射与电信号相对应的光信号。该光信号入射到透镜支架3中的第一光学透镜阵列31中的对应光学透镜上，经光学透镜转变为平行光后最终经透镜支架3上的第二光学透镜阵列31传输出来、并耦合到光纤带阵列42中的光纤内，进而经光纤往外传输。

光模块的接收光路原理如图9所示。具体来说，设置在PCB板1上的光电探测器阵列6（图中显示了阵列中的一个光电探测器）作为接收光元件，与接收机电路8通过金线电连接。外部的光信号经光纤带阵列42入射到光模块中，首先入射到与光纤带阵列42相对应的第二光学透镜阵列33中，经光学透镜转变为平行光后最终经第一光学透镜阵列31聚焦到光电探测器阵列6上。光电探测器阵列6将所接收的光信号转变为电信号、并经接收机电路8进行限放等处理后输出与光信号相对应的电信号，以供后级系统使用。

对于上述结构的光模块，其进行光路耦合的过程可参考图10所示的方法流程图。

如图10所示，同时结合图1至图9所示意，对光模块进行光路耦合的步骤如下：

步骤101：流程开始。

步骤102：将固定支架2固定在PCB板1上。

将图3及图4所示结构的固定支架2放置在PCB板1的合适位置处，然后，在固定支架2两侧的缺口23处加胶水，并以120°的高温烘烤2小时左右。

步骤103：确定光学元件在PCB板上的设置位置。

获取固定支架2上两个定位孔21和22的中心，并获取两个中心之间的连线。如果定位孔为圆形，则其中心为其圆心。由于固定支架2的尺寸是确定的，在确定了固定支架2在PCB板1上的位置之后，其两个定位孔21和22的中心也很容易获取到。在获得两个中心之后，再获取两个中心之间的中心连线。然后，以该中心连线及其中一个或两个定位部件的中心为参考位置，根据已知位置关系确定光路中光学元件的中心位置。这里的已知位置关系是指透镜支架3中与光学元件相对应的第一光学透镜模块31中的透镜中心与两个透镜支架3上的两个定位柱32的中心及定位柱中心连线之间的位置关系。具体确定方法为：在加工固定支架2和透镜支架3的过程中，固定支架2上的两个定位孔21和22与透镜支架3上的两个定位柱32一一对应，两个定位孔的中心连线与两个定位柱的中心连线长度相等，且透镜支架3中与光学元件相对应的光学透镜模块（如第一光学透镜阵列）中透镜的中心与两个定位柱32之间的位置关系也是确定的。例如，透镜中心位于两个定位柱32之间的中心连线上，或者位于两个定位柱32中心连线的延长线上，或者与两个定位柱32的中心连线在垂直方向上存在一定的距离等。由于光学元件与透镜的准确光路耦合位置是光学元件中心与透镜中心重合在一起，且又由于固定支架2上的定位孔中心与透镜支架3上的定位柱中心是一一对应的，所以，在获得定位孔21和22的中心及中心连线之后，以该中心连线及其中一个或两个定位孔的中心为参考位置或基准，根据已知位置关系来确定光学元件的具体中心位置。以图1实施例的光模块结构来说，透镜支架3中的第一光学透镜阵列31中的透镜中心位于两个定位柱32之间、且在两定位柱32的中心连线上，则能够获得某个透镜中心与任意一个定位柱中心之间的距离，该距离就是一个已知位置关系参数。然后，以固定支架2上和该定位柱相对应的定位孔为起始点，在定位孔中心连线上测量出相同的距离，则利用该距离在中心连线上所确定的点即为待放置的光学元件的中心位置。通过将透镜支架3中的第一光学透镜阵列31中的透镜中心置于两个定位柱32支架的中心连线上，仅需要使用一个透镜中心与定位柱之间的水平距离在定位孔21和22之间的中心连线上来确定光学元件的中心位置，简少了耦合过程中确定中心位置的步骤，也有利于提高定位的准确性。在该实施例中，待放置的光学元件为激光器阵列5和光电探测器阵列6，每个阵列中均包括有多个光学元件。相应的，透镜支架3中与之对应的光学透镜模块为包括有多个透镜的光学透镜阵列。此时，在确定激光器阵列5或光电探测阵列6的位置时，可以仅选择光学透镜阵列中的一个透镜来测量其中心与定位柱中心之间的距离，然后根据该距离确定相对应的一个激光器或光电探测器的位置即可，也即将光学元件阵列作为一个单元来处理。

步骤104：将光学元件固定在PCB板上。

在确定了待放置的光学元件的中心位置之后，将光学元件放置到位，使用银胶在100℃下烘烤45分钟左右，将其固定在PCB板1上。

步骤105：固定透镜支架。

在固定好光学元件之后，将透镜支架3的定位柱32插入到固定支架2的相应定位孔21和22中，实现透镜支架3与固定支架2的连接固定，同时使得光学元件与第一光学透镜阵列一一对应。然后，往透镜支架3的注胶孔36中注入胶水，将透镜支架3固定到PCB板1上。

步骤106：固定光纤支架。

在透镜支架2固定到位后，在固定支架2上放置光纤支架4，并将光纤支架4的连接孔43和44分别对应插入到透镜支架3的连接柱34和35上，实现光纤支架4与透镜支架3的连接固定。连接到位时，光纤支架4上的凹槽46将与固定支架2上的凹槽25对接而形成加胶孔。然后，往加胶孔中注入胶水，将光纤支架4固定在固定支架2上。为进一步对光纤支架4进行固定，还可以选择在光纤支架4的缺口45处加入胶水，以将光纤支架4固定在PCB板1上。

步骤107：完成光路各部分的机械连接固定，同时实现各部分的光路准确耦合，流程结束。

利用上述方法进行光模块的光路耦合时，通过简单的测量即可确定最佳耦合位置，耦合工序少，耦合成本低。而且，整个耦合过程仅需要简单的机械装配过程，耦合速度快。并且，由于各光路部件之间先通过机械方式进行连接固定，固定强度高，相对位置稳固，在加胶固化的过程中不会存在人为误操作导致耦合位置发生改变的问题，提高了光路耦合的一致性和准确性，进而有助于光模块性能的提升。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种光模块，包括PCB板、设置在PCB板上的光学元件、与光学元件通过光学透镜模块相耦合的光纤，其特征在于，所述光模块还包括有固定支架、与固定支架可拆卸式连接的透镜支架及与透镜支架可拆卸式连接的光纤支架，所述固定支架固定在所述PCB板上，所述光学透镜模块设置在所述透镜支架上，所述光纤设置在所述光纤支架上，所述固定支架上设置有至少两个定位部件，所述光学元件位于所述定位部件之间，所述透镜支架上设置有与所述固定支架上的定位部件相匹配以实现可拆卸连接的相应定位部件。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述固定支架至少在其左右两侧边缘处开设有若干缺口。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述固定支架的左右两侧边缘处均开设有多个断续、均匀分布的缺口。

4.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，在所述固定支架底部、靠近所述缺口位置处开设有容纳槽。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于，所述透镜支架上开设有若干注胶孔，所述注胶孔上部为阶梯槽、下部为喇叭口，且所述阶梯槽的底部末端垂直过渡到所述喇叭口上部的小口。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于，所述光纤支架部分位于所述固定支架上，所述光纤支架与所述固定支架相接触的侧边开设有光纤支架凹槽，所述固定支架上对应所述光纤支架凹槽处开设有固定支架凹槽。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述光纤支架背向所述透镜支架的一侧边缘处开设有若干缺口。