CN105759371B - 一种用于双链路传输的并行收发光模块和制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光通信技术领域，提供了一种用于双链路传输的并行收发光模块和制作方法，所述并行收发光模块包括：第一插针准直器包括第一光纤接口、单模插针和第一准直透镜，三者依次耦合并被固定在第一插针准直器上；第一管壳组件包括波分复用组件、耦合透镜组和激光器芯片组，三者依次耦合并被固定在管壳组件上；第二插针准直器包括第二光纤接口、多模插针和第二准直透镜，三者依次耦合并被固定在第二插针准直器上；第二管壳组件包括波分解复用组件、阵列透镜和探测器芯片组，三者依次耦合并被固定在管壳组件上。可以实现同一个光模块具有可在长距离单模光纤和短距离多模光纤传输的能力，具有低成本、批量化、小型化的特点。

Description

一种用于双链路传输的并行收发光模块和制作方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，尤其涉及一种用于双链路传输的并行收发光模块和制作方法。

背景技术

现今并行传输的高速光器件及光模块，如QSFP+IR4、QSFP+LM4、QSFP+LR4、QSFP+28等，均是针对某一种应用场所，或一种应用链路层，如专利CN201210184192.7、CN201310751180.2、US20120189314A1等，应用于长距离单模链路传输；如专利CN201410700394.1、CN201310164198.2等，应用于短距离的多模链路传输。对于不同应用场所或不同应用链路层的需求，如同时应用于长距离单模链路和短距离多模链路，市场上常用的光器件或光模块不能兼容，其表现为不能同时满足光电指标，或因链路不兼容导致光电指标不稳定、可靠性差。

对于传输的链路，长距离单模链路，如10Km链路，它的链路特点是光纤传输模式是基模(存在少量偏振模)，模式稳定，功率随距离的增加而稳定的变小；对于短距离的多模链路，如300m的OM3多模链路，多应用在850nm，存在单纤与多纤之分，它的优点是多模纤与850nm的VCSEL激光器模式比较匹配，耦合效率高，成本低，但是缺点是模式不稳定，并且模式色散严重，与激光器注入的方式有关系，并且光纤的抖动会引起光功率的跳变。

链路与其发射终端和接收终端的光器件是通过连接器互连的，比如法兰盘、LC标准卡槽、MPO头等，这些连接器是通过精度的机械定位将光器件的光口与链路的跳线进行对接。光器件的光口通常有插拔SC型插针、插拔LC型插针、尾纤型插针等。对于插拔型光口，内含陶瓷插芯，陶瓷插芯内装配有光纤。从光纤的长度上讲，插拔型光口内的光纤通常不超过10mm，对于链路而言，不论是单模链路还是多模链路，它的光纤长度至少上百米。从模式上考虑，链路的光纤由于足够长，可以形成比较稳定的横模，对于插拔型光口而言由于光纤很短，根本形成不了稳定的横场。因此对于单模链路与多模链路互连方面，存在了六种情况，第一种是单模链路向多模链路传输；第二种是多模链路向单模链路传输；第三种情况是多模插针向单模链路传输；第四种情况是多模链路向单模插针传输；第五种情况是单模插针向多模链路传输；第六种情况是单模链路向多模插针传输。对于第一种情况，存在的问题主要是模式的不匹配，模式不匹配造成至少两个影响：引入插入损耗、模式的跳变。对于第二种情况，主要是引入功率损耗。对于第三种情况，由于单模链路长度足够，并且模场稳定，不存在模式问题，主要是引入功率损耗。对于第四种情况，由于模式不匹配，单模插针内的模式不稳定。对于第五种情况，由于多模链路的光纤长度足够，光纤出射的光斑基本保持多模光纤的特性，不需要特殊处理。对于第六种情况，由于模式不匹配，多模插针内的模场不稳定。对应第三-第六的四种情况，在光器件的耦合时，需要做相应的处理。对于第一、二、三情况，有多种处理方法，如专利CN201320650821、CN201320272028、CN03810082等，用于处理链路级的互连。对于第四、五、六情况，尚未查到相关的专利说明。

而对于同时应用于多模链路和单模链路的光器件，在互换链路时容易存在诸多问题，比如功率差异的问题，即同一个光模块，采用单模跳线与采用多模跳线时输出的光功率差异大，严重时达6dB；比如多模光纤抖动问题；比如多模光纤模式色散引起的高速信号失真的问题，等等。为了实现可行、可靠的双链路传输的光模块、光器件，必须解决以上问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于双链路传输的并行收发光模块和制作方法，以解决现有技术中没有一种并行收发光模块能够同时兼容多模光纤和单模光纤传输的问题。

本发明实施例是这样实现的，一方面本发明实施例提供了一种用于双链路传输的并行收发光模块，所述并行收发光模块包括一发射光器件、一接收光器件、PCB电路板和数据接口，具体的：

所述发射光器件由第一插针准直器和第一管壳组件构成；所述第一插针准直器包括第一光纤接口、单模插针和第一准直透镜，三者依次耦合并被固定在所述第一插针准直器上；所述第一管壳组件包括波分复用组件、耦合透镜组和激光器芯片组，三者依次耦合并被固定在管壳组件上；

所述接收光器件由第二插针准直器和第二管壳组件构成；所述第二插针准直器包括第二光纤接口、多模插针和第二准直透镜，三者依次耦合并被固定在所述第二插针准直器上；所述第二管壳组件包括波分解复用组件、阵列透镜和探测器芯片组，三者依次耦合并被固定在管壳组件上；

所述发射光器件和接收光器件连接所述PCB电路板的第一数据I/O口，所述数据接口连接所述PCB电路板的第二数据I/O口。

优选的，所述波分复用/解复用组件由全反射片、玻璃支架和带通滤光片组，其中，全反射片覆盖玻璃支架一工作面，并在该工作面上留有进/出光口，带通滤光片组覆盖所述玻璃支架另一工作面，用于透射指定波段的光。

优选的，所述第一管壳组件还包括光路转折元件，所述光路转折元件固定在所述第一准直透镜和波分复用组件之间，其转折角度根据所述波分复用组件接收光平面与激光器光路的夹角确定。

优选的，所述第二管壳组件还包括光阑，所述光阑位于第二准直透镜和波分解复用组件之间，其中心点与所述第二准直透镜的中轴线以及解波分解复用组件的进光口在同一直线上。

优选的，所述第一准直透镜和第二准直透镜的具体包含：c-lens、G-lens、D-lens或者非球透镜。

另一方面，本发明实施例还提供了一种用于双链路传输的并行收发光模块的制作方法，根据第一方面及其优选方案中所述的并行收发光模块进行组装，其中，在组装第一准直透镜和耦合透镜组的过程中还包括：

定制第一准直透镜，使得各个通道在激光器组件的输出端口处的多模耦合光功率与单模耦合光功率的差异在预设耦合容差范围内；

测试并统计得到各个通道的激光器与单模准直器耦合的最大耦合光功率的平均值，记为Ps1、Ps2、…、Psn，其中n为激光器个数；测试并统计得到各个通道与多模准直器耦合的最大耦合光功率的平均值，记为Pm1、Pm2、…、Pmn；

装配激光器和耦合透镜组，具体的：分别在第一光纤接口处连接单模跳线和多模跳线，轴向调节第1通道耦合透镜，使得第1通道激光器芯片通过单模跳线输出的光功率P满足：A*Ps1<P<A*Pm1；使得第1通道激光器芯片通过多模跳线输出的光功率P满足：A*Ps1<P<A*Pm1；其中，A为比例系数，0<A<1；依次完成n个通道耦合透镜的调节；完成发射光器件的耦合装配。

优选的，所述接收光器件中的光阑的选择具体为：

第二准直透镜与多模插针组合成的第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径D1，波分解复用组件中各个滤光片有效口径为D2，并且D1位于[0.5*D2-0.7*D2]范围内；

确认所述第二插针准直器连接多模跳线，此时第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径为D3，其中，D3大于D1；

确认所述第二插针准直器连接单模跳线，此时第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径D4，其中，D4大于D1；

根据所述D1、D3、D4选取合适材质的光阑，设计光阑的有效通光口径D5满足：D1<D5<D4且D1<D5<D3。

优选的，根据耦合完成的各元器件的位置，并依据所述位置在后续生产的发射光器件和接收光器件中标注各元器件点位，以便批量生产和组装。

还有一方面，本发明实施例还提供了一种并行收发光模块的使用方法，所述方法应用第一方面及其优选方案中所述的并行收发光模块，包括第一并行收发光模块和第二并行收发光模块，具体的：

第一并行收发光模块的第一接收光器件通过单模光纤连接第二并行收发光模块的第二发射光器件；

第二并行收发光模块的第二接收光器件通过单模光纤连接第一并行收发光模块的第一发射光器件。

还有一方面，本发明实施例还提供了一种并行收发光模块的使用方法，所述方法应用第一方面及其优选方案中所述的并行收发光模块，包括第一并行收发光模块和第二并行收发光模块，具体的：

第一并行收发光模块的第一接收光器件通过多模光纤连接第二并行收发光模块的第二发射光器件；

第二并行收发光模块的第二接收光器件通过多模光纤连接第一并行收发光模块的第一发射光器件。

本发明实施例提供的一种用于双链路传输的并行收发光模块和制作方法的有益效果包括：本发明提出可用于双链路的并行收发光模块及其互连方式，对于双链路中的常规单模长距离传输，无需进行转换，可直接采用单模光纤互连，对于短距离的多模链路。内置的光器件采用常规的波分复用结构，发射光器件采用单模插针准直器，接收光器件采用多模插针准直器；可以实现同一个光模块具有可在长距离单模光纤和短距离多模光纤传输的能力，具有低成本、批量化、小型化的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于双链路传输的并行收发光模块结构示意图；

图2是本发明实施例提供的并行收发光模块中所使用的发射光器件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的并行收发光模块中所使用的接收光器件的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的并行收发光模块中所使用的波分复用/解复用组件的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种用于双链路传输的并行收发光模块中完成透镜耦合流程图；

图6是本发明实施例提供的一种用于双链路传输的连接结构示意图；

图7是本发明实施例提供的并行收发光模块中发射光器件的光路示意图；

图8是本发明实施例提供的并行收发光模块中接收光器件的光路示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

如图1所示为本发明提供的一种用于双链路传输的并行收发光模块，所述并行收发光模块包括一发射光器件103、一接收光器件104、PCB电路板102和数据接口(图中未示出)，具体的：

如图2所示，所述发射光器件由第一插针准直器201和第一管壳组件构成202；所述第一插针准直器201包括第一光纤接口401、单模插针402和第一准直透镜403，三者依次耦合并被固定在所述第一插针准直器201上；所述第一管壳组件202包括波分复用组件405、耦合透镜组406和激光器芯片组407，三者依次耦合并被固定在管壳组件202上；

如图3所示，所述接收光器件由第二插针准直器204和第二管壳组件构成205；所述第二插针准直器204包括第二光纤接口501、多模插针502和第二准直透镜503，三者依次耦合并被固定在所述第二插针准直器204上；所述第二管壳组件205包括波分解复用组件504、阵列透镜505和探测器芯片组506，三者依次耦合并被固定在管壳组件上；

所述发射光器件103和接收光器件104连接所述PCB电路板102的第一数据I/O口(图中未示出)，所述数据接口连接所述PCB电路板102的第二数据I/O口(图中未示出)。

本发明实施例提出可用于双链路的并行收发光模块，对于双链路中的常规单模长距离传输，无需进行转换，可直接采用单模光纤互连，对于短距离的多模链路。内置的光器件采用常规的波分复用结构，发射光器件采用单模插针准直器，接收光器件采用多模插针准直器；可以实现同一个光模块具有可在长距离单模光纤和短距离多模光纤传输的能力，具有低成本、批量化、小型化的特点。

结合本发明实施例，所述波分复用/解复用组件存在一种实现方式，如图4所示，具体由全反射片601、玻璃支架602和带通滤光片组603，其中，全反射片601覆盖玻璃支架602一工作面604，并在该工作面上留有进/出光口605，带通滤光片组603覆盖所述玻璃支架另一工作面606，用于透射指定波段的光。图4中，给出了包含4块子滤光片的结构示意图，并示意性的给出滤波光路效果。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方式，其中，所述第一管壳组件202还包括光路转折元件404，所述光路转折元件404固定在所述第一准直透镜403和波分复用组件405之间，其转折角度根据所述波分复用组件405接收光平面(即带通滤光片组603表面)与激光器407光路的夹角确定。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方式，其中，所述第二管壳组件205还包括光阑509，所述光阑509位于第二准直透镜503和波分解复用组件504之间，光阑509的中心点与所述第二准直透镜的中轴线以及解波分解复用组件的进光口在同一直线上。

在本发明各实施例中，所述第一准直透镜和第二准直透镜的具体包含：c-lens、G-lens、D-lens或者非球透镜。

实施例二

本发明实施例还提供给了一种用于双链路传输的并行收发光模块的制作方法，根据实施例一所述的并行收发光模块进行组装，其中，如图5所示，在组装第一准直透镜403和耦合透镜组406的过程中还包括：

在步骤201中，定制第一准直透镜403，使得各个通道在激光器组件407的输出端口处的多模耦合光功率与单模耦合光功率的差异在预设耦合容差范围内。该容差范围可参考各器件的工业参数指标，在此不一一赘述。

在步骤202中，测试并统计得到各个通道的激光器与单模准直器402耦合的最大耦合光功率的平均值，记为Ps1、Ps2、…、Psn，其中n为激光器个数；测试并统计得到各个通道与多模准直器耦合的最大耦合光功率的平均值，记为Pm1、Pm2、…、Pmn。

在步骤203中，装配激光器和耦合透镜组，具体的：分别在第一光纤接口401处连接单模跳线和多模跳线，轴向调节第1通道耦合透镜，使得第1通道激光器芯片通过单模跳线输出的光功率P满足：A*Ps1<P<A*Pm1；使得第1通道激光器芯片通过多模跳线输出的光功率P满足：A*Ps1<P<A*Pm1；其中，A为比例系数，0<A<1；

在实际操作中，尤其是针对多模跳线进行光功率测试时，为了避免高阶模的干扰。优选的，在发射光器件的光口处连接多模跳线并且将多模跳线进行绕纤3-10圈、绕纤直径15-30mm(用以削弱高阶模的干扰)，之后进行耦合，以第1通道为例，轴向调节第1通道准直耦合透镜，使得第1通道激光器芯片通过多模跳线输出的光功率P满足：A*Ps1<P<A*Pm1，A为比例系数，0<A<1，根据不同功率需求而定。

在步骤204中，依次完成n个通道耦合透镜的调节；完成发射光器件的耦合装配。

在本发明实施例中对于插针准直器201，单模插针402的端面位于准直透镜403的焦点附近，因此插针准直器201可以输出平行光，也可以高效率的接收平行光。对于耦合透镜组406，激光器芯片407位于耦合透镜组406的焦点附近，因此激光器芯片407发射的光波通过耦合透镜406之后形成平行光。准直透镜403与耦合透镜组406组成的双透镜耦合方式，选择合适的透镜组合，可以实现高的耦合效率。同时对插针准直器201而言，准直透镜采用小数值孔径的透镜，可以使得激光器芯片407经过透镜组406之后形成的平行光，被准直透镜403接收之后的光波的像方孔径角小于或等于插针402的数值孔径角，以实现大的耦合效率。由于多模光纤的数值孔径角大于单模光纤的数值孔径角，因此应用于单模插针准直器的透镜同样适用于多模光纤传输。从而达到了发射光器件对于单模光纤跳线和多模光纤跳线的兼容性。

在接收光器件侧，为了解决多模光纤抖动问题、有效减少多模光纤高阶模式引起的色散问题、减少多模链路向单模插针传输时单模插针内高阶模引起的光斑扩散问题，本发明实施例提供了一种可扩展方案，其中所述接收光器件中的光阑的选择具体为：

第二准直透镜与多模插针组合成的第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径D1，波分解复用组件中各个滤光片有效口径为D2，并且D1位于[0.5*D2-0.7*D2]范围内；

确认所述第二插针准直器连接多模跳线，此时第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径为D3，其中，D3大于D1；

确认所述第二插针准直器连接单模跳线，此时第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径D4，其中，D4大于D1；

根据所述D1、D3、D4选取合适材质的光阑，设计光阑的有效通光口径D5满足：D1<D5<D4且D1<D5<D3。

该扩展方案同时利用短的多模插针，器件光口处制作的插针准直器输出的平行光，可有效减少单模链路向多模插针传输时的模块不稳定引起的光斑变化。

本发明实施例的侧重点是给出如何设置并行收发光模块中各元器件的方法，包括：第一准直透镜403、耦合透镜组406、激光器407、第二准直透镜组503、阵列透镜505和探测器芯片506等等。然而，作为批量生产和安装来说，本发明实施例还提供了一种可选方案，即根据耦合完成的各元器件的位置，并依据所述位置在后续生产的发射光器件和接收光器件中标注各元器件点位，以便批量生产和组装。

实施例三

本发明实施例接下来以用于CWDM的四信道激光器组件和四信道探测器组件组成的器件为例进行说明，其中工作波长采用CWDM的常用四个波长：λ₁、λ₂、λ₃和λ₄，如1271nm，1291nm，1311nm和1331nm。该光模块可采用QSFP+IR4、QSFP+LM4、QSFP+LR4、QSFP28、PSM4、CFP2、CFP4等封装形式，为便于陈述，下面以QSFP+LR4封装形式为例进行说明。

如图1-3所示，光模块包括壳体101、PCB板102、发射光器件103及接收光器件104。发射光器件103包括插针准直器201、管壳组件202及软带409，接收光器件104包括插针准直器204、管壳组件205及软带508。发射光器件103与接收光器件104分别通过软带203和软带508连接PCB102。发射光器件103与接收光器件104可采用气密封装，也可采用非气密封装。

发射光器件103的光口采用可插拔的插针准直器201，插针准直器201与管壳组件202通过激光器焊接固定，管壳组件202与软带203的连接方式根据管壳不同封装而不同，对于气密封装，软带203位于管壳组件202外侧，通过焊锡固化，对于非气密封装，软带203的一端嵌入管壳组件202内部，通过焊锡或具有较好密封效果的热固化胶固定。

与发射光器件103类似，接收光器件104的光口采用可插拔的插针准直器204，插针准直器204与管壳组件205通过激光器焊接固定，管壳组件205与软带508的连接方式根据管壳不同封装而不同，对于气密封装，软带508位于管壳组件205外侧，通过焊锡固化，对于非气密封装，软带508的一端嵌入管壳组件205内部，通过焊锡或具有较好密封效果的热固化胶固定。

光模块与光模块的不同的连接方式，对应的光器件内部元件不同、链路组件不同。为实现能够传输单模链路和多模链路的功能，光模块与光模块的连接方式可有多种选择，以下说明三种应用实例。

为方便说明，对于附图的说明，存在方位词语，如上、下、前、后、左、右等词汇，是以专利文件附图为依据，视线垂直于纸面的俯视角度观察下，以阅读者的身体方位为参考。

这些实施方式并不限制本专利，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利的保护范围内。

1)：光模块与光模块之间的链路只有传输光纤，而无转接元件。

如图6所示，相互通信的两个光模块的连接方式：不论对于长距离单模链路还是对于短距离多模光纤链路，光模块直接通过传输光纤连接。其光路主要部件包括：接收光器件301、304，发射光器件302、303，传输光纤305、306，其中发射光器件303与接收光器件301通信，发射光器件302与接收光器件304通信。根据不同的应用，传输光纤305、306可以是长距离的单模光纤，也可以切换为短距离的多模光纤，由于光模块可以同时兼容多模光纤和单模光纤，因此在实际应用中，根据不同的应用场合仅切换传输光纤即可。如城域网可采用长距离单模光纤链路，数据中心采用短距离多模光纤链路，两种应用均可采用同一种光模块。

对于光器件，利用单模链路与多模链路的特点，光模块中的发射光器件其光口处采用单模插针，同时发射光器件内部采用双透镜平行光路的结构，实现光器件高的耦合效率，以减少单模光纤与多模光纤互换引起的光功率差异、同时采用必要的耦合措施(其方法参照实施例二中所述，在此不一一赘述)，减少单模插针向多模光纤传输时的功率变化；对于光模块中的接收光器件，其光口采用多模插针，同时接收光器件内部采用双透镜平行光路的结构，并且器件内设置光阑，可以有效解决多模光纤抖动问题、有效减少多模光纤高阶模式引起的色散问题，同时可有效减少多模链路向单模插针传输时单模插针内高阶模引起的光斑扩散问题，同时利用短的多模插针，器件光口处制作的插针准直器输出的平行光，可有效减少单模链路向多模插针传输时的模块不稳定引起的光斑变化。因此组成的光器件、光模块可以同时应用于单模链路与多模链路。

对应的发射光器件302、303，其内部结构分布如图4所示，按其顺序依次为LC光口401、单模插针402、准直透镜403、光路转折元件404、波分复用组件405、耦合透镜组406、激光器芯片组407、管壳408以及软带409。LC光口401、单模插针402、准直透镜403组装成单模插针准直器201；光路转折元件404、波分复用组件405、耦合透镜组406、激光器芯片组407以及管壳408组装成管壳组件202。准直透镜403包含但不限于：c-lens、G-lens、D-lens及非球透镜。波分复用组件405的结构可以是多个滤光片组合，也可以是偏振合束元件组合，也可以是偏振合束元件与滤光片的组合。单模插针准直器201内可以内置隔离器，之所以采用单模插针，一方面可以保证激光器的高耦合效率，另一方面便于光信号在长距离单模链路的传输。

对于插针准直器201，单模插针402的端面位于准直透镜403的焦点附近，因此插针准直器201可以输出平行光，也可以高效率的接收平行光。对于耦合透镜组406，激光器芯片407位于耦合透镜组406的焦点附近，因此激光器芯片407发射的光波通过耦合透镜406之后形成平行光。准直透镜403与耦合透镜组406组成的双透镜耦合方式，选择合适的透镜组合，可以实现高的耦合效率。同时对插针准直器201而言，准直透镜采用小数值孔径的透镜，可以使得激光器芯片407经过透镜组406之后形成的平行光，被准直透镜403接收之后的光波的像方孔径角小于或等于插针402的数值孔径角，以实现大的耦合效率。由于多模光纤的数值孔径角大于单模光纤的数值孔径角，因此应用于单模插针准直器的透镜同样适用于多模光纤传输。

在器件的内部，对于管壳组件202，激光器芯片组407靠近软带409贴装，以便于电互连。激光器芯片组407的左侧贴装耦合透镜组406，并且激光器芯片407位于耦合透镜组406的焦点附近。在耦合透镜406的左侧贴装波分复用组件405，实现将四路平行光波分复用为一路平行光。由于模块结构的限制，插针准直器201相对管壳的位置存在错位，通过光路转折元件404进行偏移，因此光路转折元件404位于波分复用组件405的左侧、管壳408通光窗口的右侧，插针准直器201与管壳408的通光窗口相接触，使用激光焊接固定。

对应的接收光器件301、304，其内部结构分布如图5所示，按其顺序依次为LC光口501、多模插针502、准直透镜503、波分解复用组件504、阵列透镜505、探测器芯片组506、管壳507以及软带508。LC光口501、多模插针502、准直透镜503组装成多模插针准直器204。准直透镜503包含但不限于：c-lens、G-lens、D-lens及非球透镜。波分解复用组件504、阵列透镜505、探测器芯片组506以及管壳507组成管壳组件205。波分复用组件504的结构可以是多个滤光片组合，也可以是偏振合束元件组合，也可以是偏振合束元件与滤光片的组合。

对于插针准直器204，多模插针502的端面位于准直透镜503的焦点附近，因此插针准直器204可以输出平行光。对于阵列透镜505，探测器芯片506位于阵列透镜505的焦点附近。准直透镜503与阵列透镜505组成的双透镜耦合方式，选择合适的透镜组合，可以实现高的耦合效率。同时对插针准直器204而言，准直透镜采用大数值孔径的透镜，可以使得多模光纤的数值孔径的光斑能够以高耦合效率透过准直透镜503，之后形成的多模平行光。由于多模光纤的数值孔径角大于单模光纤的数值孔径角，因此应用于多模插针准直器的透镜同样适用于单模光纤的传输。

器件还包含光阑509，光阑可设置在插针准直器204的端口处，也可以设置在管壳组件205通光窗口处，也可以设置在波分解复用组件504的通光光口处，也可以设置在准直透镜503的像方焦平面处，也可以将波分复用组件的滤光片元件或偏振分光元件或其他元件的口径进行限制以实现光阑的作用，也可以设置在阵列透镜505的表面附近。光阑的作用是限制多模链路中传输来的高阶模场引起的光斑边模。光口处采用多模插针准直器204，一方面可以保证探测器的高耦合效率，结合光阑，可以保证减少多模光纤抖动影响，组合减少多模链路中高阶模式引起的光斑扩散问题。其中，光阑的尺寸选择可参照实施例二中所述方法，在此不一一赘述。

对应的发射光器件302、303的光路传播方式如图7所示。激光器芯片组407位于耦合透镜组406的物方焦点附近，其发射的四个波长光信号经过耦合透镜组406的耦合后形成准平行光，之后通过波分复用组件405合波成一束光波，之后经过光路转折元件404偏移后被插针准直器201内的准直透镜403接收，之后会聚到插针402内部传输。

对应的接收光器件301、304的光路传播方式如图8所示。根据光阑509的位置不同，光路略有不同，在此以光阑设置在管壳507的通光窗口处为例。链路传递的光波通过插针准直器204形成平行光，之后进入管壳507内部，之后到达光阑，光阑对光斑的边模起到限制的作用，仅允许略大于基模场尺寸的光束通过，之后光束到达波分解复用元件504，被分解成四个不同波长的光波独立传播，之后到达阵列透镜505，之后被会聚到探测器芯片组506，从而形成电流输出。

本发明提出可用于双链路的并行收发光模块及其互连方式，对于双链路中的常规单模长距离传输，无需进行转换，可直接采用单模光纤互连，对于短距离的多模链路。内置的光器件采用常规的波分复用结构，发射光器件采用单模插针准直器，接收光器件采用多模插针准直器；可以实现同一个光模块具有可在长距离单模光纤和短距离多模光纤传输的能力，具有低成本、批量化、小型化的特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于双链路传输的并行收发光模块的制作方法，其特征在于，所述并行收发光模块包括一发射光器件、一接收光器件、PCB电路板和数据接口，具体的：

所述发射光器件由第一插针准直器和第一管壳组件构成；所述第一插针准直器包括第一光纤接口、单模插针和第一准直透镜，三者依次耦合并被固定在所述第一插针准直器上；所述第一管壳组件包括波分复用组件、耦合透镜组和激光器芯片组，三者依次耦合并被固定在管壳组件上；

所述接收光器件由第二插针准直器和第二管壳组件构成；所述第二插针准直器包括第二光纤接口、多模插针和第二准直透镜，三者依次耦合并被固定在所述第二插针准直器上；所述第二管壳组件包括波分解复用组件、阵列透镜和探测器芯片组，三者依次耦合并被固定在管壳组件上；

所述发射光器件和接收光器件连接所述PCB电路板的第一数据I/O口，所述数据接口连接所述PCB电路板的第二数据I/O口；

根据所述的并行收发光模块进行组装，其中，在组装第一准直透镜和耦合透镜组的过程中还包括：

定制第一准直透镜，使得各个通道在激光器组件的输出端口处的多模耦合光功率与单模耦合光功率的差异在预设耦合容差范围内；

测试并统计得到各个通道的激光器与单模准直器耦合的最大耦合光功率的平均值，记为Ps1、Ps2、…、Psn，其中n为激光器个数；测试并统计得到各个通道与多模准直器耦合的最大耦合光功率的平均值，记为Pm1、Pm2、…、Pmn；

装配激光器和耦合透镜组，具体的：分别在第一光纤接口处连接单模跳线和多模跳线，轴向调节第1通道耦合透镜，使得第1通道激光器芯片通过单模跳线输出的光功率P满足：A*Ps1<P<A*Pm1；使得第1通道激光器芯片通过多模跳线输出的光功率P满足：A*Ps1<P<A*Pm1；其中，A为比例系数，0<A<1；依次完成n个通道耦合透镜的调节；完成发射光器件的耦合装配。

2.根据权利要求1所述的并行收发光模块的制作方法，其特征在于，所述接收光器件中的光阑的选择具体为：

第二准直透镜与多模插针组合成的第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径D1，波分解复用组件中各个滤光片有效口径为D2，并且D1位于[0.5*D2-0.7*D2]范围内；

确认所述第二插针准直器连接多模跳线，此时第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径为D3，其中，D3大于D1；

确认所述第二插针准直器连接单模跳线，此时第二插针准直器在30±5mm位置的输出光斑直径D4，其中，D4大于D1；

根据所述D1、D3、D4选取合适材质的光阑，设计光阑的有效通光口径D5满足：D1<D5<D4且D1<D5<D3。

3.根据权利要求1所述的并行收发光模块的制作方法，其特征在于，根据耦合完成的各元器件的位置，并依据所述位置在后续生产的发射光器件和接收光器件中标注各元器件点位，以便批量生产和组装。

4.根据权利要求1所述的并行收发光模块的制作方法，其特征在于，所述波分复用/解复用组件由全反射片、玻璃支架和带通滤光片组，其中，全反射片覆盖玻璃支架一工作面，并在该工作面上留有进/出光口，带通滤光片组覆盖所述玻璃支架另一工作面，用于透射指定波段的光。

5.根据权利要求1或4所述的并行收发光模块的制作方法，其特征在于，所述第一管壳组件还包括光路转折元件，所述光路转折元件固定在所述第一准直透镜和波分复用组件之间，其转折角度根据所述波分复用组件接收光平面与激光器光路的夹角确定。

6.根据权利要求1或4所述的并行收发光模块的制作方法，其特征在于，所述第二管壳组件还包括光阑，所述光阑位于第二准直透镜和波分解复用组件之间，其中心点与所述第二准直透镜的中轴线以及解波分解复用组件的进光口在同一直线上。

7.根据权利要求1所述的并行收发光模块的制作方法，其特征在于，所述第一准直透镜和第二准直透镜的具体包含：c-lens、G-lens、D-lens或者非球透镜。