CN105445870A - 用于封装光发射模块的壳体和光发射模块 - Google Patents

用于封装光发射模块的壳体和光发射模块 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种用于封装光发射模块的壳体，包括：本体、聚焦结构、第一三维(3D)光波导和光纤接口，所述光纤接口位于所述本体内部，用于容纳单模光纤，所述第一3D光波导嵌在所述本体内部；所述聚焦结构用于接收单模激光器发射的第一单模光信号，并使接收到的所述第一单模光信号在所述聚焦结构的聚焦点进行第一次聚焦；所述第一3D光波导用于接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并自将第一次聚焦后的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤；所述聚焦结构的聚焦点与所述第一3D光波导的输入端重合。该壳体能够适配单模光纤进行单模光信号传输。另外，本发明还提供了相应的光发射模块。

Description

用于封装光发射模块的壳体和光发射模块
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种用于封装光发射模块的壳体和光发射模块。
背景技术
多模光纤用于同时传播多种模式的光波,由于不同模式的光波之间相互干扰，导致存在很大的模间色散，可传输的信息容量较小,所以多模光纤常用于小容量、短距离的光信号传输系统；单模光纤只能够传输一种模式的光波，因为只传输一个模式，所以单模光纤不存在模间色散的问题,故而单模光纤用于大容量、长距离的光信号传输系统.
多模光纤纤芯较大，一般为50um；但是单模光线的芯径很细,一般为9μm或10μm.现有技术提供的用于封装光发射模块的壳体是适配多模光纤的,基于在光信号传输方面,单模光纤相对于多模光纤的极大优势,设计一种能够适配单模光纤的用于封装光发射模块的壳体变得尤为重要.
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于封装光发射模块的壳体，用于适配单模光纤进行单模光信号传输；以及一种能够发射单模光信号的光发射模块。
第一方面，本发明实施例提供一种用于封装光发射模块的壳体，该壳体包括本体、聚焦结构、第一三维(3D)光波导和光纤接口，所述光纤接口位于所述本体内部，用于容纳单模光纤，所述第一3D光波导嵌在所述本体内部；
所述聚焦结构用于接收单模激光器发射的第一单模光信号，并使接收到的所述第一单模光信号在所述聚焦结构的聚焦点进行第一次聚焦；所述第一3D光波导用于自所述第一3D光波导的输入端接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并自所述第一3D光波导的输出端将第一次聚焦后的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤；其中，所述聚焦结构的聚焦点与所述第一3D光波导的输入端重合。在本实施例中，通过将第一3D光波导用在用于封装光发射模块的壳体上，提供了一种用于封装光发射模块的壳体，该壳体能够适配单模光纤进行单模光信号传输。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式下，所述第一3D光波导的弯曲半径大于或等于500μm。
结合第一方面或第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式下，所述第一单模光信号自所述本体的底面传输到所述聚焦结构的聚焦点，经过的光程大于或等于900μm。
结合第一方面、第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式下，所述聚焦结构是呈半球状的第一透镜，所述聚焦结构的聚焦点为所述第一透镜的聚焦点，所述第一透镜的半球面暴露在所述本体的底部外侧，所述第一透镜的另一面朝向所述本体内侧，所述第一透镜与所述单模激光器的位置配合关系使得所述单模激光器的发光面的中心在所述第一透镜的光轴所在的直线上。由于第一透镜具有很好的聚焦性能，在利用第一透镜进行聚焦的情况下，通过第一透镜的光信号损耗较少且聚焦较快，所以在本发明实施例中，利用第一透镜对所述第一单模光信号进行聚焦，能够降低通过第一透镜的所述第一单模光信号的损耗，并使所述第一单模光信号在通过第一透镜后传输较短的距离就能够实现聚焦。
结合第一方面、第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式下，所述聚焦结构包括呈半球状的第一透镜和第一反射面，所述第一透镜的半球面暴露在所述本体的底部外侧，所述第一透镜的另一面朝向所述本体内侧；所述第一透镜与所述单模激光器的位置配合关系使得所述单模激光器的发光面的中心在所述第一透镜的光轴所在的直线上；所述第一反射面位于所述本体内部；
所述第一透镜用于接收所述单模激光器发射的所述第一单模光信号，并将接收到的所述第一单模光信号射向所述第一反射面；
所述第一反射面用于对自所述第一透镜射出的所述第一单模光信号进行反射，并使发生反射后的所述第一单模光信号在所述聚焦结构的聚焦点进行所述第一次聚焦；其中，所述聚焦结构的聚焦点为所述第一透镜的聚焦点关于所述第一反射面的对称点。
需要说明的是，反射面具有改变光传播方向的作用，在本发明实施例中，所述第一反射面用于改变自所述第一透镜射出的所述第一单模光信号的传播方向，在所述第一3D光波导的弯曲半径受自身材质以及结构限制的情况下，利用所述第一反射面，便于实现所述壳体的小型化。
结合第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式下，自所述第一3D光波导的输入端到所述第一3D光波导的输出端，所述第一3D光波导沿直线方向延伸，且所述单模光纤的输入端位于所述第一3D光波导的延伸方向上。
结合第一方面或第一种可能的实施方式或第四种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式下，所述第一3D光波导包括输入部和传输部，所述输入部的输入端为所述第一3D光波导的输入端，所述传输部的输出端为所述第一3D光波导的输出端；
所述输入部用于自所述输入部的输入端接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并将第一次聚焦后的所述第一单模光信号传输到所述传输部；
所述传输部用于接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并自所述传输部的输出端将第一次聚焦后的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤；
所述输入部的直径在沿光信号在所述输入部内的传输方向上均匀减小，且所述输入部的最小直径与所述传输部的直径相同。
由上可知，在整个所述第一3D光波导中，所述输入部的输入端的直径是最大的；第一次聚焦后的所述第一单模光信号是从所述输入部的输入端进入所述输入部的，所述输入部的输入端的直径设置的比较大，有助于第一次聚焦后的所述第一单模光信号比较容易的进入所述输入部，且使得进入所述输入部的第一单模光信号相对于第一次聚焦后的所述第一单模光信号来说，损耗较小。所以，将所述输入部的输入端的直径设置的比所述传输部的直径大，有利于提供所述用于光发射模块的壳体的容差性能。
结合第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式下，所述输入部的长度大于或等于50μm,所述输入部的输入端的直径位于[9μm,50μm]的区间内，所述输入部的最小直径以及所述传输部的直径位于[200nm,10μm]的区间内。
结合第六种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式下，所述输入部的输入端的直径位于[9μm,20μm]的区间内，所述输入部的最小直径以及所述传输部的直径位于[3μm,9μm]的区间内。
结合第六种可能的实施方式至第八种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式下，所述输入部与所述传输部一体成型。
结合第六种可能的实施方式至第八种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，在第十种可能的实施方式下，所述输入部与所述传输部分别为两个独立的子3D光波导，所述输入部为第一子波导，所述传输部为第二子波导，，所述第一子波导的输出端和所述第二子波导的输入端对接。
结合第六种可能的实施方式至第八种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，在第十一种可能的实施方式下，在所述输入部和所述传输部分别为两个独立的子波导，所述输入部为第一子波导，所述传输部为第二子波导的情况下，所述壳体还包括第二反射面，所述第二反射面位于所述本体内部，所述第一子波导的输出端和所述第二子波导的输入端均与所述第二反射面相接触；
所述第二反射面用于接收所述第一子波导传来的第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并将第一次聚焦后的所述第一单模光信号发射给所述第二子波导。
容易知道的是，反射面能够改变光的传输方向，在所述输入部和所述传输部分别是两个独立的子波导的情况下，在所述壳体内部增加所述第二反射面，改变从所述第一子波导输出的第一次聚焦后的所述第一单模光信号的传输方向，实现把第一次聚焦后的所述第一单模光信号传输到所述第二子波导，避免了依靠弯曲3D光波导改变单模光信号的传输方向时，需要较长的3D光波导，且该较长的3D光波导占用空间较大的缺陷，从而有利于实现所述用于封装光发射模块的壳体的小型化。
结合第三种可能的实施方式至第十一种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，在第十二种可能的实施方式下，所述第一透镜的直径位于[130μm，3mm]的区间内，且所述第一透镜的半球面与所述单模激光器的发光面之间的最小距离大于或等于10μm。
结合第十二种可能的实施方式，在第十三种可能的实施方式下，所述第一透镜的聚焦点与所述本体底面之间的距离大于或等于900μm。
结合第一方面或第一种可能的实施方式至第十三种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，在第十四种可能的实施方式下，在所述第一3D光波导的输出端与所述单模光纤的输入端相隔离的情况下，所述壳体还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一3D光波导的输出端和所述单模光纤的输入端之间；
所述第二透镜用于接收从所述第一3D光波导的输出端输出的第一次聚焦后的所述第一单模光信号，将第一次聚焦后的所述第一单模光信号在所述第二透镜的聚焦点进行第二次聚焦，并将第二次聚焦后的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤；其中所述第二透镜的聚焦点与所述单模光纤的输入端重合。
在所述第一3D光波导的输出端与所述单模光纤的输入端相隔离的情况下，若没有所述第二透镜，则第一次聚焦后的所述第一单模光信号从所述第一3D光波导的输出端输出后，在所述第一3D光波导的输出端与所述单模光纤的输入端之间的介质中传输会严重发散，导致第一次聚焦后的所述第一单模光信号中只有很少一部分能够进入所述单模光纤的输入端，在本发明实施例中，采用所述第二透镜对第一次聚焦后的所述第一单模光信号进行第二次聚焦，且该第二次聚焦的聚焦点与所述单模光纤的输入端重合，则能够降低第一次聚焦后的所述第一单模光信号从所述第一3D光波导的输出端进入所述单模光纤的输入端时发生的损耗。
结合第一方面或第一种可能的实施方式至第十三种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，在第十五种可能的实施方式下，在所述第一3D光波导的输出端的直径小于或者等于所述单模光纤的输入端的直径的情况下，所述第一3D光波导的输出端与所述单模光纤的输入端对接。本发明实施例的效果在于使第一次聚焦后的所述第一单模光信号从所述第一3D光波导的输出端传输到所述单模光纤的输入端的过程中，不经过其他介质，从而降低了第一次聚焦后的所述第一单模光信号从所述第一3D光波导的输出端传输到所述单模光纤的输入端的过程中发生的损耗。
结合第一方面或第一种可能的实施方式至第十五种可能的实施方式中任一种可能的实施方式，在第十六种可能的实施方式下，所述壳体还包括第二3D光波导，所述第二3D光波导位于所述本体内部；
所述第二3D光波导用于通过倏逝波耦合，从所述第一3D光波导内传输的第一次聚焦后的所述第一单模光信号中，耦合出第二单模光信号，以利用所述第二单模光信号进行背光检测；其中，所述第二单模光信号为所述第一单模光信号的一部分。
在本发明实施例中，采用第二3D光波导利用倏逝波耦合的原理耦合所述第二单模光信号，相对于现有技术来说，本发明实施例的效果在于提供一种从单模光信号中分光的方案，该方案用在所述用于封装光发射模块的壳体中，用于进行背光检测。
结合第十六种可能的实施方式，在第十七种可能的实施方式下，所述第二3D光波导包括光耦合部和光传送部，所述光耦合部平行于所述第一3D光波导的耦合波导段，所述光传送部的输出端垂直于所述本体的底面；
所述光耦合部用于通过倏逝波耦合从所述耦合波导段中耦合所述第二单模光信号，并将所述第二单模光信号传输给所述光传送部；
所述光传送部用于将所述第二单模光信号传输到所述壳体外部，以利用所述第二单模光信号进行背光检测。
结合第十七种可能的实施方式，在第十八种可能的实施方式下，所述光耦合部与所述耦合波导段之间的间距大于或等于50nm且小于或等于3μm。
第二方面，本发明实施例还提供一种光发射模块，包括基底、单模激光器、单模光纤和如前述第一方面或第一方面的第一种至第十八种可能的实施方式中任一种实施方式所述的壳体，所述单模激光器和所述壳体均固定在所述基底的上表面，且所述单模激光器位于所述壳体与所述基底的上表面围合的空腔内，所述单模光纤容纳在位于所述壳体内的光纤接口中；
所述单模激光器用于向所述第一透镜的半球面发射第一单模光信号；所述壳体用于接收所述第一单模光信号，并将接收到的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤。
本发明实施例提供了一种光发射模块，该光发射模块包括单模激光器、能够适配单模光纤进行单模光信号传输的壳体以及单模光纤，该光发射模块能够发射用于在单模光纤中传输的单模光信号。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光发射模块的结构示意图；
图2A为本发明实施例提供的一种用于封装光发射模块的壳体的结构示意图；
图2B为本发明实施例提供的另一种用于封装光发射模块的壳体的结构示意图；
图2C为本发明实施例提供的再一种用于封装光发射模块的壳体的结构示意图；
图2D为本发明实施例提供的再一种用于封装光发射模块的壳体的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的再一种用于封装光发射模块的壳体的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的再一种用于封装光发射模块的壳体的结构示意图；
图5A是对图2A中的第一3D光波导的局部放大图；
图5B是对图2A中的第一3D光波导的局部放大图。
具体实施方式
参见附图1，附图1为本发明实施例提供的一种光发射模块10的结构示意图，该光发射模块10用在光通信技术领域，用于发射单模光信号。具体的，该光发射模块10包括壳体11、基底12、单模激光器13和单模光纤14，单模激光器13和壳体11均固定在基底12的上表面，单模激光器13位于壳体11和基底12的上表面围合的空腔内，单模光纤14容纳在位于壳体11中的光纤接口114中。
其中，单模激光器13用于发射第一单模光信号；壳体11用于接收单模激光器13发射的所述第一单模光信号，并将所述第一单模光信号输出给单模光纤14。
值得注意的是，光纤接口114是一个物理空间，具体的，光纤接口114一个开设在本体111上的、呈凹槽状的容纳部，用于容纳单模光纤14，单模光纤14自凹槽的槽口插入，并在插入完成后，单模光纤14的插入端将与凹槽的槽底相接触，自然，凹槽的深度即为单模光纤14插入凹槽内的长度。
需要说明的是，壳体11的底面通过胶水(比如紫外光固化胶)与基底12的上表面粘接，以实现将壳体11固定在基底12的上表面，其中壳体11的底面与基底12的上表面是相对的。这里所述的胶水一方面用于将壳体11固定在基底12的上表面，另一方面还用于起到密封的作用。
值得注意的是，壳体11所采用的材料可以是具有导光特性的玻璃基材料，例如二氧化硅，也可以是具有导光特性的高分子材料，例如聚醚酰亚胺ultem。
作为本发明实施例提供的光发射模块10的一个具体，基底12可以为印刷电路板。
需要说明的是，本发明实施例提供的光发射模块10的尺寸可以受多边协议(multi-sourceagreement，MSA协议)的限制，用于增强光发射模块10的通用性。
相对于现有技术中提供的光发射模块来说，本发明实施例提供的光发射模块能够发射用于在单模光纤中传输的单模光信号，并将该单模光信号传输给单模光纤，基于单模光信号本身适合于长距离传输的特性，本发明实施例提供的光发射模块能够用于长距离传输光信号的光通信系统。
参见附图2A，附图2A为本发明实施例提供的一种用于封装光发射模块的壳体11的结构示意图，壳体11可以用在图1所示光发射模块10的实施例中，以使光发射模块10能够发射单模光信号。如附图2A所示，壳体11包括本体111、聚焦结构112、第一三维(3D，threedimensional)光波导113以及光纤接口114，光纤接口114位于本体111内部，用于容纳单模光纤14，第一3D光波导113嵌在本体111的内部。
其中，聚焦结构112用于接收单模激光器(本实施例中所述的单模激光器均可参见附图1中的单模激光器13，下面不再赘述)发射的第一单模光信号，并使接收到的所述第一单模光信号在聚焦结构112的聚焦点进行第一次聚焦；第一3D光波导113用于自第一3D光波导113的输入端接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并自第一3D光波导113的输出端将第一次聚焦后的所述第一单模光信号输出给单模光纤14；其中，聚焦结构112的聚焦点与第一3D光波导113的输入端重合。
值得注意的是，第一3D光波导113的弯曲半径大于或等于500μm。
需要说明的是，所述第一单模光信号自本体111的底面传输到聚焦结构112的聚焦点，经过的光程大于或等于900μm。
在本发明实施例中，第一3D光波导113的直径位于200nm至10μm的区间内，其中第一3D光波导113的直径可以取该区间的端值，也即第一3D光波导113的直径可以为200nm或10μm。第一3D光波导113采用的是具有导光特性的材料，比如硅、二氧化硅或高分子材料等。
由上可知，在本实施例中，通过将第一3D光波导用在用于封装光发射模块的壳体上，提供了一种用于封装光发射模块的壳体，该壳体能够适配单模光纤进行单模光信号传输。
需要说明的是，在本发明实施例提供的壳体11中，第一3D光波导113的输出端与单模光纤14的输入端之间可以设置第二透镜115(参见附图2B)，也可以直接对接(参见附图2C)，也即第一3D光波导113的输出端的端面与单模光纤14的输入端的端面相接触。
图2B提供了壳体11的另一个实施例，与图2A所示壳体11的实施例不同的是，在图2B所示壳体11的实施例中，第一3D光波导113的输出端与单模光纤14的输入端相隔离，壳体11还包括第二透镜115，第二透镜115位于第一3D光波导113的输出端和单模光纤14的输入端之间；则第二透镜115用于接收从第一3D光波导113输出的第一次聚焦后的所述第一单模光信号，将第一次聚焦后的所述第一单模光信号在第二透镜115的聚焦点进行第二次聚焦，并将第二次聚焦后的所述第一单模光信号输出给单模光纤14；其中第二透镜115的聚焦点与单模光纤14的输入端重合。
值得注意的是，第一3D光波导113的输出端与单模光纤14的输入端相隔离，是指第一3D光波导113的输出端与单模光纤14的输入端不接触，或者说，第一3D光波导113的输出端与单模光纤14的输入端之间存在其他介质。
作为本发明实施例的一个具体实现，第二透镜115为半球体，或者说第二欧静115呈半球状，且第二透镜115的半球面朝向第一3D光波导113的输出端的端面，第二透镜115的另一面朝向单模光纤14的输入端的端面。且第二透镜115的表面是实质光滑的。
在第一3D光波导113的输出端与单模光纤14的输入端相隔离的情况下，若没有第二透镜115，则第一次聚焦后的所述第一单模光信号从第一3D光波导113的输出端输出后，在第一3D光波导113的输出端与单模光纤14的输入端之间的介质中传输会严重发散，导致第一次聚焦后的所述第一单模光信号中只有很少一部分能够进入单模光纤14的输入端，在本发明实施例的上述具体实现中，采用第二透镜115对第一次聚焦后的所述第一单模光信号进行第二次聚焦，且该第二次聚焦的聚焦点与单模光纤14的输入端重合，则能够降低第一次聚焦后的所述第一单模光信号从第一3D光波导113的输出端进入单模光纤14的输入端时发生的损耗。
图2C提供了壳体11的又一个实施例，与图2A所示壳体11的实施例不同的是，在图2C所示壳体11的实施例中，第一3D光波导113的输出端的直径小于或等于单模光纤14的输入端的直径，第一3D光波导113的输出端与单模光纤14的输入端对接。需要说明的是，在第一3D光波导113的输出端的直径小于单模光纤14的输入端的直径的情况下，第一3D光波导113的输出端的端面与单模光纤14的输入端的部分端面完全对接，或者说是无缝对接；而在第一3D光波导113的输出端的直径等于单模光纤14的输入端的直径的情况下，第一3D光波导113的输出端的端面与单模光纤14的输入端的端面完全对接，或者说是无缝对接。值得注意的是，单模光纤14的输入端端面中与第一3D光波导113的输出端端面对接的部分和第一3D光波导113的输出端端面，要么均呈平面状，要么均呈曲面状，且该两个曲面之间能够实现无缝对接。
这种实现方式的效果在于使第一次聚焦后的所述第一单模光信号从第一3D光波导113的输出端传输到单模光纤14的输入端的过程中，不经过其他介质，从而降低了第一次聚焦后的所述第一单模光信号从第一3D光波导113的输出端传输到单模光纤14的输入端的过程中发生的损耗。
图2D提供了壳体11的又一个实施例，与2A、图2B或图2C所示壳体11的实施例不同的是，在图2D所示壳体11的实施例中，壳体11还包括第二3D光波导116。如图2D所示，壳体11还包括第二3D光波导116，第二3D光波导116位于本体111内部，且第二3D光波导116用于通过倏逝波耦合，从第一3D光波导113内传输的第一次聚焦后的所述第一单模光信号中，耦合出第二单模光信号，以利用所述第二单模光信号进行背光检测；所述第二单模光信号为第一次聚焦后的所述第一单模光信号的一部分。
其中，所述利用所述第二单模光信号进行背光检测，具体实现时，可以通过第二3D光波导116的输出端，将所述第二单模光信号输入监控激光二极管(monitorphotodiode,MPD),以进行背景检测。
在本发明实施例所提供的壳体11中，第二3D光波导116可以采用的材料，可以参见图2A所示壳体11的实施例中，第一3D光波导113可以采用的材料，此处不再赘述。
需要说明的是，所述第二单模光信号的能量为第一次聚焦后的所述第一单模光信号的能量的5％至10％。
值得注意的是，在本体111内部，第二3D光波导116的弯曲半径越小，光损耗就越大，为了使第二3D光波导116的弯损耗尽量小，第二3D光波导116所使用材料的折射率与本体111所使用材料的折射率之间差值应该设置的尽量大一些。可选的，第二3D光波导116所使用材料的折射率与本体111所使用材料的折射率之间差值Δn≥0.02，且第二3D光波导116的弯曲半径位于500μm至800μm的范围内，且第二3D光波导116的弯曲半径可以为500μm或800μm。
在本发明实施例中，采用第二3D光波导116利用倏逝波耦合的原理耦合所述第二单模光信号，相对于现有技术来说，这种实现方式的效果在于提供一种从单模光信号中分光的方案，该方案用在所述用于封装光发射模块的壳体11中，用于进行背光检测。
需要说明的是，第二3D光波导116包括光耦合部和光传送部，所述光耦合部平行于第一3D光波导113中的耦合波导段，所述光传送部的输出端垂直于本体111的底面；所述光耦合部用于通过倏逝波耦合从所述耦合波导段耦合所述第二单模光信号，并将所述第二单模光信号传输给所述光传送部；所述光传送部用于将所述第二单模光信号传输到本体111的外侧，以利用所述第二单模光信号进行背光检测。
值得注意的是，所述光耦合部与所述耦合波导段之间的间距位于[50nm，3μm]的区间内；区间[50nm，3μm]为一封闭区间，所述光耦合部与所述耦合波导段之间的间距可以取该封闭区间的两个端值中的任意一个，即所述光耦合部与所述耦合波导段之间的间距可以为50nm或3μm。需要说明的是，中括号“[]”表述的区间均为封闭区间，封闭区间的两个端值也是可以取的，文中所有的中括号均是如此，下文不再赘述。可选的，所述耦合波导段与所述第一子波导之间的间距为1μm。
附图3提供了壳体11中聚焦结构112的一个实施例，该聚焦结构112可适用于本发明提供的壳体11的一个或多个实施例中。参见附图3，聚焦结构112是呈半球状的第一透镜1121，则聚焦结构112的聚焦点为第一透镜1121的聚焦点，其中，第一透镜1121的半球面暴露在本体111的底部外侧，第一透镜1121的另一面朝向本体111的内侧，第一透镜1121与单模激光器的位置配合关系使得单模激光器的发光面的中心在所述第一透镜的光轴所在的直线上。
需要说明的是，第一透镜1121可以是全部位于本体111的外侧，也可以部分嵌入本体111的内部。
值得注意的是，第一透镜1121的直径位于[130μm，3mm]的区间内，且第一透镜1121的半球面与单模激光器的发光面之间的最小距离大于或等于10μm。可选的，第一透镜1121的直径位于[130μm，250μm]的区间内，且第一透镜1121的半球面与单模激光器13的发光面之间的最小距离大于或等于10μm。或者可选的，第一透镜1121的直径位于[130μm，3mm]的区间内，且第一透镜1121的半球面与单模激光器13的发光面之间的最小距离大于或等于100μm，第一透镜1121的半球面与单模激光器13的发光面之间的最大距离小于3mm。在第一透镜1121的半球面与单模激光器的发光面之间的间距，以及第一透镜1121的直径满足上述要求的情况下，第一透镜1121的聚焦点与本体111的底面之间的距离大于或等于900μm。
应当知道的是，第一透镜1121呈半球状，是指第一透镜1121实质上呈半球状，所谓实质上呈半球状的衡量尺度应以本领域技术人员的理解为准，此处不能够僵化从字面理解。下文会多次提及实质上，所谓实质上均应以本领域技术人员的理解为准，不能僵化从做字面理解。
作为本发明实施例的一个具体实现，第一透镜1121的半球面是实质上光滑的。值得注意的是，第一透镜1121中朝向本体111内侧的另一面还常被认为是第一透镜1121的开口面。可选的，第一透镜1121的另一面也是实质光滑的。
需要说明的是，在将图3所示的壳体应用到图1所示的光发射模块的情况下，第一透镜1121的半球面将朝向单模激光器13的发光面。对于上面提及的“单模激光器的发光面的中心在所述第一透镜的光轴所在的直线上”，是指单模激光器13的发光面的中心实质上位于第一透镜1121的光轴所在的直线上，从而用于避免经过第一透镜1121以进行聚焦的所述第一单模光信号在经过第一透镜1121时，能量损耗最小。
由于第一透镜1121具有很好的聚焦性能，在利用第一透镜进行聚焦的情况下，通过第一透镜1121的光信号损耗较少且聚焦较快，所以在本发明实施例的第一个具体实现方式中，利用第一透镜1121对所述第一单模光信号进行聚焦，能够降低通过第一透镜1121的所述第一单模光信号的损耗，并使所述第一单模光信号在通过第一透镜1121后传输较短的距离就能够实现聚焦。
附图4提供了壳体11中聚焦结构112的另一个实施例，该聚焦结构可适用于本发明提供的壳体11的一个或多个实施例中。参见附图4，聚焦结构112包括呈半球状的第一透镜1121和第一反射面1123，第一透镜1121的半球面暴露在本体111的底部外侧，第一透镜1121的另一面朝向本体111的内侧，第一透镜1121与单模激光器的位置配合关系使得单模激光器的发光面的中心在所述第一透镜的光轴所在的直线上，第一反射面1123位于本体111的内部；其中，第一透镜1121用于接收单模激光器发射的第一单模光信号，并将接收到的所述第一单模光信号射向第一反射面1123；第一反射面1123用于对自第一透镜1121射出的所述第一单模光信号进行反射，并使发生反射后的所述第一单模光信号在第一透镜1121的聚焦点关于第一反射面1123的对称点进行所述第一次聚焦。
需要说明的是，在本发明实施例的第二个具体实现方式中，所有有关第一透镜1121的规定，均可参见本发明实施例的第一个具体实现方式中的相关规定，此处不再赘述。
值得注意的是，所谓的第一反射面1123位于本体111的内部，可选的，第一反射面1123位于本体111的内侧面上，具体通过在本体111的内侧面贴合发射镜面实现，或通过在本体111的内侧面涂覆材料以形成该第一反射面112。值得注意的是，第一反射面1123可以为全发射面；第一反射面1123还可以镀有增返模，用于增强第一反射面1123对第一单模光信号的发射能力。
可选的，在本发明实施例的第二个具体实现方式中，自第一3D光波导113的输入端到第一3D光波导113的输出端，第一3D光波导113沿直线方向延伸，且单模光纤14的输入端位于第一3D光波导113的延伸方向上(参见附图4所示)。需要说明的是，第一3D光波导113的延伸方向也可以是曲线的，只要满足第一3D光波导113的输入端与第一透镜1121的聚焦点关于第一反射面1122的对称点重合，且第一3D光波导113的输出端能够将第一次聚焦后的所述第一单模光信号输出给单模光纤14即可。
需要说明的是，反射面具有改变光传播方向的作用，在本发明实施例的第二个具体实现方式中，第一反射面1123用于改变自第一透镜1121射出的所述第一单模光信号的传播方向，在第一3D光波导113的弯曲半径受自身材质以及结构限制的情况下，利用第一反射面1123，便于实现壳体11的小型化。
图5A提供了壳体11中第一3D光波导113的一个实施例，第一3D光波导113可适用于本发明提供的壳体11的一个或多个实施例中。以附图2A所示的壳体实施例为例,附图5A可以作为附图2A中第一3D光波导113的局部放大图。可选的，第一3D光波导113包括输入部和传输部,所述输入部的输入端为第一3D光波导113的输入端，所述传输部的输出端为第一3D光波导113的输出端；其中，所述输入部用于自所述输入部的输入端接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并将第一次聚焦后的所述第一单模光信号传输到所述传输部；所述传输部用于接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并自所述传输部的输出端将第一次聚焦后的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤；所述输入部的直径在沿第一次聚焦后的所述第一单模光信号在所述输入部内的传输方向上均匀减小，且所述输入部的最小直径与所述传输部的直径相同。
其中，所述输入部的长度大于或等于50μm；所述输入部的输入端的直径位于[9μm，50μm]的区间内，所述输入部的最小直径以及所述传输部的直径位于[200nm，10μm]的区间内。可选的，所述输入部的输入端的直径位于[9μm，20μm]的区间内，所述输入部的最小直径以及所述传输部的直径位于[3μm，9μm]的区间内。
需要说明的是，所述输入部的直径均匀减小，具体可以是等差递减的，也可以是呈几何指数减小的。规定均匀减小的目的在于降低在所述输入部内传输的第一次聚焦后的所述第一单模光信号的损耗。
值得注意的是，所述输入部与所述传输部可以是一体成型，也即所述输入部与所述传输部属于同一根3D光波导的不同部分；所述输入部与所述传输部也可以分别为两个独立的子3D光波导,所述输入部为第一子波导，所述传输部为第二子波导，且所述输入部的输出端与所述传输部的输入端对接。
由上可知，在整个所述第一3D光波导中，所述输入部的输入端的直径是最大的；第一次聚焦后的所述第一单模光信号是从所述输入部的输入端进入所述输入部的，所述输入部的输入端的直径设置的比较大，有助于第一次聚焦后的所述第一单模光信号比较容易的进入所述输入部，且使得进入所述输入部的第一单模光信号相对于第一次聚焦后的所述第一单模光信号来说，损耗较小。所以，将所述输入部的输入端的直径设置的比所述传输部的直径大，有利于提供所述用于光发射模块的壳体的容差性能。
结合参见附图5B，图5A中所示的第一3D光波导113在具体实现时，所述输入部和所述传输部可分别为两个独立的子波导，所述输入部为第一子波导，所述传输部为第二子波导，壳体11还包括第二反射面。具体的，第二反射面位于本体111的内部，所述输入部的输出端和所述传输部的输入端均与第二反射面相接触；第二反射面用于接收所述第一子波导传来的第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并将第一次聚焦后的所述第一单模光信号发射给所述第二子波导。
容易知道的是，反射面能够改变光的传输方向，在所述输入部和所述传输部分别是两个独立的子波导的情况下，在壳体11的内部增加第二反射面，改变从所述第一子波导输出的第一次聚焦后的所述第一单模光信号的传输方向，实现把第一次聚焦后的所述第一单模光信号传输到所述第二子波导，避免了依靠弯曲3D光波导改变单模光信号的传输方向时，需要较长的3D光波导，且该较长的3D光波导占用空间较大的缺陷，从而有利于实现所述用于封装光发射模块的壳体的小型化。
作为本发明实施例的一个具体实现，从所述第一子波导的输入端至所述第一子波导的输出端，所述第一子波导沿直线延伸。作为本发明实施例的另一个具体实现，从所述第二子波导的输入端至所述第二子波导的输出端，所述第二子波导沿直线延伸。
需要说明的是，关于第二反射面，可以适用本申请中关于第一反射面1123的相关描述，此处不在赘述。
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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种用于封装光发射模块的壳体，其特征在于，包括本体、聚焦结构、第一三维(3D)光波导和光纤接口，所述光纤接口位于所述本体内部，用于容纳单模光纤，所述第一3D光波导嵌在所述本体内部；
所述聚焦结构用于接收单模激光器发射的第一单模光信号，并使接收到的所述第一单模光信号在所述聚焦结构的聚焦点进行第一次聚焦；
所述第一3D光波导用于自所述第一3D光波导的输入端接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并自所述第一3D光波导的输出端将第一次聚焦后的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤；其中，所述聚焦结构的聚焦点与所述第一3D光波导的输入端重合。
2.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述第一3D光波导的弯曲半径大于或等于500μm。
3.根据权利要求1或2所述的壳体，其特征在于，所述第一单模光信号自所述本体的底面传输到所述聚焦结构的聚焦点，经过的光程大于或等于900μm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的壳体，其特征在于，
所述聚焦结构是呈半球状的第一透镜，所述聚焦结构的聚焦点为所述第一透镜的聚焦点，所述第一透镜的半球面暴露在所述本体的底部外侧，所述第一透镜的另一面朝向所述本体内侧，所述第一透镜与所述单模激光器的位置配合关系使得所述单模激光器的发光面的中心在所述第一透镜的光轴所在的直线上。
5.根据权利要求1至3任一项所述的壳体，其特征在于，所述聚焦结构包括呈半球状的第一透镜和第一反射面，所述第一透镜的半球面暴露在所述本体的底部外侧，所述第一透镜的另一面朝向所述本体内侧；所述第一透镜与所述单模激光器的位置配合关系使得所述单模激光器的发光面的中心在所述第一透镜的光轴所在的直线上；所述第一反射面位于所述本体内部；
所述第一透镜用于接收所述单模激光器发射的所述第一单模光信号，并将接收到的所述第一单模光信号射向所述第一反射面；
所述第一反射面用于对自所述第一透镜射出的所述第一单模光信号进行反射，并使发生反射后的所述第一单模光信号在所述聚焦结构的聚焦点进行所述第一次聚焦；其中，所述聚焦结构的聚焦点为所述第一透镜的聚焦点关于所述第一反射面的对称点。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的壳体，其特征在于，所述第一3D光波导包括输入部和传输部，所述输入部的输入端为所述第一3D光波导的输入端，所述传输部的输出端为所述第一3D光波导的输出端；
所述输入部用于自所述输入部的输入端接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并将第一次聚焦后的所述第一单模光信号传输到所述传输部；
所述传输部用于接收第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并自所述传输部的输出端将第一次聚焦后的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤；
所述输入部的直径在沿光信号在所述输入部内的传输方向上均匀减小，且所述输入部的最小直径与所述传输部的直径相同。
7.根据权利要求6所述的壳体，其特征在于，所述输入部的长度大于或等于50μm,所述输入部的输入端的直径位于[9μm,50μm]的区间内，所述输入部的最小直径以及所述传输部的直径位于[200nm,10μm]的区间内。
8.根据权利要求6或7所述的壳体，其特征在于，在所述输入部和所述传输部分别为两个独立的子波导，所述输入部为第一子波导，所述传输部为第二子波导的情况下，所述壳体还包括第二反射面，所述第二反射面位于所述本体内部，所述第一子波导的输出端和所述第二子波导的输入端均与所述第二反射面相接触；
所述第二反射面用于接收所述第二子波导传来的第一次聚焦后的所述第一单模光信号，并将第一次聚焦后的所述第一单模光信号发射给所述第二子波导。
9.根据权利要求4至8任一项所述的壳体，其特征在于，所述第一透镜的直径位于[130μm，3mm]的区间内，且所述第一透镜的半球面与所述单模激光器的发光面之间的最小距离大于或等于10μm。
10.根据权利要求9所述的壳体，其特征在于，所述第一透镜的聚焦点与所述本体底面之间的距离大于或等于900μm。
11.根据权利要求1至12任一项所述的壳体，其特征在于，在所述第一3D光波导的输出端与所述单模光纤的输入端相隔离的情况下，所述壳体还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一3D光波导的输出端和所述单模光纤的输入端之间；
所述第二透镜用于接收从所述第一3D光波导的输出端输出的第一次聚焦后的所述第一单模光信号，将第一次聚焦后的所述第一单模光信号在所述第二透镜的聚焦点进行第二次聚焦，并将第二次聚焦后的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤；其中所述第二透镜的聚焦点与所述单模光纤的输入端重合。
12.根据权利要求1至11任一项所述的壳体，其特征在于，还包括第二3D光波导，所述第二3D光波导位于所述本体内部；
所述第二3D光波导用于通过倏逝波耦合，从所述第一3D光波导内传输的第一单模光信号中，耦合输出第二单模光信号，以利用所述第二单模光信号进行背光检测；其中，所述第二单模光信号为所述第一单模光信号的一部分。
13.一种光发射模块，其特征在于，包括基底、单模激光器、单模光纤和如权利要求1至12任一项所述的壳体，所述单模激光器和所述壳体均固定在所述基底的上表面，且所述单模激光器位于所述壳体与所述基底的上表面围合的空腔内，所述单模光纤容纳在位于所述壳体内的光纤接口中；
所述单模激光器用于向所述第一透镜的半球面发射第一单模光信号；
所述壳体用于接收所述第一单模光信号，并将接收到的所述第一单模光信号输出给所述单模光纤。
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