CN106324771B - 光学组件和光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种光学组件和光模块，该光学组件包括：主体和全反射器件；所述主体包括光纤连接部和光处理部；所述光纤连接部与所述光处理部连接，所述光纤连接部连接外部光纤，所述光处理部设置有分光面，用于将入射光线的一部分反射至MPD，并透射所述入射光线的另一部分；所述全反射器件设置在所述光处理部内部，用于将透射过所述分光面的入射光线反射至连接在所述光纤连接部的光纤中，通过设置分光面将入射光线的一部分直接反射到MPD中进行检测，光路较短，可以采用COB封装，缩小该光学组件的体积，实现应用该光学组件的光模块的小型化。

Description

光学组件和光模块
技术领域
本发明实施例涉及光电技术，尤其涉及一种光学组件和光模块。
背景技术
为了满足数据服务业务的爆炸性增长，企业网和数据中心的光电互联模块朝着更高速，更高密度的趋势发展。在光电器件的单位比特率发展到了极致的情况下，采取并行光缆的光模块成为进一步提高收发效率的方案，比如基于并行光纤插拔(英文：Multiple-Fibre Push-On/Pull-off，简称：MPO)接口的四通道SFP接口(英文：Quad Small Form-factor Pluggable，简称：QSFP)和120GB/s的12倍的小型化可热插拔(英文：120Gb/s 12xSmall Form-factor Pluggable，简称：CXP)等协议模块。
目前，光模块常用的封装技术有晶体管外形封装(英文：Transistor-OutlineCan，简称：TO-CAN)和芯片载板技术(英文：Chip on Board，简称：COB)，图1a为光模块采用COB方式封装的示意图，图1b为常用铸模塑料件的示意图，如图1a和图1b所示，光模块采用COB封装的一种方式是将光芯片(例如激光器或PD)通过一体成型的铸模塑料件直接固定在印制电路板(英文：Printed Circuit Board，简称：PCB)上，该铸模塑料件内有两个棱镜，从激光器102出来的光经过透镜119准直后，被反射面111变成水平，经过一段光程后，设置的间隙面113反射部分光线成为监控光探测器(英文：Monitor Photo Detector，简称：MPD)检测能量，其光路设计需要增加一段间隙，光程距离较长。
然而，光模块上述的铸模塑料件通过COB方式进行封装，因为光路较长的原因导致铸模塑料件的长度比较长，导致光模块不易实现小型化。
发明内容
本发明实施例提供一种光学组件和光模块，用于解决光模块采用COB技术，因为光路原因导致铸模塑料件的长度比较长，导致光模块不易实现小型化的问题。
本发明第一方面提供一种光学组件，包括：主体和全反射器件；
所述主体包括光纤连接部和光处理部，所述光纤连接部与所述光处理部连接；
所述光纤连接部连接外部光纤；
所述光处理部设置有分光面，所述分光面用于将入射光线的一部分反射至监控光探测器MPD，并透射所述入射光线的另一部分；所述全反射器件设置在所述光处理部内部，用于将透射过所述分光面的入射光线反射至连接在所述光纤连接部的光纤中。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述光处理部还设置有第一透镜和第二透镜；所述第一透镜设置在所述入射光线入射光路的位置，用于将分散的入射光纤折射为平行的入射光线；所述第二透镜设置在经过所述全反射器件反射后的光路上，用于将所述全反射器件反射后的入射光线进行聚焦。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在第一方面的第二种可能的实施方式中，所述全反射器件包括反射片或全反射剖面。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，在第一方面的第三种可能的实施方式中，所述全反射器件的反射面与入射光线之间的第一夹角的角度范围为30度至60度。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，在第一方面的第四种可能的实施方式中，所述第一角度为45度。
结合第一方面、第一方面的第一至第四种中的任一种可能的实施方式，在第一方面的第五种可能的实施方式中，所述分光面所在平面与所述入射光线之间的第二夹角的角度范围为45度至90度。
结合第一方面、第一方面的第一至第五种中的任一种可能的实施方式，在第一方面的第六种可能的实施方式中，所述主体为一体成型结构。
本发明第二方面提供一种光模块，包括：光模块电路、载板和光学组件；所述光模块电路包括监控光探测器MPD；所述光模块电路和所述光学组件设置在所述载板上；
所述光学组件包括主体和全反射器件；所述主体包括光纤连接部和光处理部；所述光纤连接部与所述光处理部连接，所述光纤连接部连接外部光纤；所述光处理部设置有分光面，所述全反射器件设置在所述光处理部内部；所述分光面用于将入射光线的一部分反射至所述MPD，并透射所述入射光线的另一部分；所述全反射器件用于将透射过所述分光面的入射光线反射至连接在所述光纤连接部的光纤中。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实施方式中，所述光处理部还设置有第一透镜和第二透镜；所述第一透镜设置在所述入射光线入射光路的位置，用于将分散的入射光纤折射为平行的入射光线；所述第二透镜设置在经过所述全反射器件反射后的光路上，用于将所述全反射器件反射后的入射光线进行聚焦。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实施方式，在第二方面的第二种可能的实施方式中，所述光模块电路还包括激光器，所述激光器用于产生所述入射光线。
结合第二方面、第二方面的第一种或第二种可能的实施方式，在第二方面的第三种可能的实施方式中，所述光模块电路还包括光电探测器PD；所述分光面用于将接收到的光线反射至所述PD。
本发明提供的光学组件和光模块，通过直接在光处理部内设置全反射器件，并设置分光面将入射光线的一部分透射到该全反射器件上，经过该全反射器件反射到连接的光纤中，该分光面可以将入射光线的小部分直接反射到MPD中进行检测，光路较短，可以采用COB封装，缩小该光学组件的体积，实现应用该光学组件的光模块的小型化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为光模块采用COB方式封装的示意图；
图1b为常用铸模塑料件的示意图；
图2a为本发明光学组件的实施例一的结构的正视图；
图2b为本发明光学组件的实施例一的结构的立体图；
图3为本发明光学组件的实施例二的剖面示意图；
图4为本发明光模块的实施例一的结构示意图；
图5为本发明光模块的一实例的光路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2a为本发明光学组件的实施例一的结构的正视图；图2b为本发明光学组件的实施例一的结构的立体图；如图2a和图2b所示，该光学组件包括，主体21和全反射器件22；所述主体21包括光纤连接部211和光处理部212；所述光纤连接部211与所述光处理部212连接，所述光纤连接部211连接外部光纤；所述光处理部212设置有分光面2121，该分光面2121用于将入射光线的一部分反射至监控光探测器(英文：Monitor Photo Detector，简称：MPD)，并透射所述入射光线的另一部分；所述全反射器件22设置在所述光处理部212内部，用于将透射过所述分光面2121的入射光线反射至连接在所述光纤连接部211的光纤中。
在本实施例中，如图2a和图2b中示出的，该主体21上设置全反射器件22，可以实现对入射光线的反射，所述光处理部212用于处理入射光线；该分光面2121的设置是利用倾斜斜面的菲尼尔反射效应设置的，在该主体21的光处理部212中、入射光线入射的光路上进行挖空，设置一个光滑的倾斜平面，即该分光面2121，大部分的入射光线可以透射过该倾斜平面，少部分的入射光线由于固有的菲尼尔反射效应，反射到设置MPD，从而产生光生电流，可以反应输出光功率的大小。
该光学组件在应用的时候，关键的芯片和光芯片(例如：激光器)等都放置在载板上，然后将该光学组件通过COB技术封装在合适的位置。
本实施例提供的光学组件，通过直接在光处理部内设置全反射器件，并设置分光面将入射光线的一部分透射到该全反射器件上，经过该全反射器件反射到连接的光纤中，该分光面可以将入射光线的小部分直接反射到MPD中进行检测，光路较短，可以采用COB封装，缩小该光学组件的体积，实现应用该光学组件的光模块的小型化。
图3为本发明光学组件的实施例二的剖面示意图，如图3所示，在上述图2所示的基础上，该光学组件的光处理部212还设置有第一透镜2122和第二透镜2123；所述第一透镜2122设置在所述入射光线入射光路的位置，用于将分散的入射光纤折射为平行的入射光线；所述第二透镜2123设置在经过所述全反射器件22反射后的光路上，用于将所述全反射器件反射后的入射光线进行聚焦。
在本实施例中，所述全反射器件22包括反射片或全反射剖面，也可以是其他具有全反射功能的器件。一般情况下所述全反射器件的反射面与入射光线之间的第一夹角的角度范围为30度至60度。能将入射光线反射至光纤连接部连接的光纤即可，本方案不限制该第一夹角的具体角度大小。
优选的，该第一夹角可以是45度，如图3所示，当入射光线从垂直于图中的水平方向入射的时候，经过第一透镜2122折射为平行的光线透射过分光面2121至该光反射器件的反射面时，若该第一夹角时45度，则正好可以将其反射至平行与水平面的光线连接部211连接的光线中。
此外，所述分光面2121所在平面与所述入射光线之间的第二夹角的角度范围为45度至90度，即如图3所示方位时，该分光面2121与水平面的夹角小于四十五度。该第二夹角的具体大小本申请不作限制，能够使通过分光面反射的小部分入射光线到达MPD即可。
在本实施例中，所述主体为一体成型结构的注塑件。
同样的以图3示出为例，对于发送的光路，发散的光线入射至塑料铸模件时，经过第一透镜变为平行的光线。平行的光线经过分光面，大部分透射光所述分光面，然后经过全反射器件的反射和第二透镜的一次透镜聚焦后，输入到光纤。而未透射过的分光面，被分光面反射的小部分入射光纤被反射纸MPD进行检测，该分光面的设置是利用倾斜平面的菲尼尔反射效应。少部分的光由于固有的菲尼尔反射效应，反射进入MPD，产生光生电流。电流的大小可以反映输出光功率大小。
本实施例提供的光学组件，通过直接在光处理部内设置全反射器件，并设置分光面将入射光线的一部分透射到该全反射器件上，经过该全反射器件反射到连接的光纤中，该分光面可以将入射光线的小部分直接反射到MPD中进行检测，光路较短，可以采用COB封装，缩小该光学组件的体积，实现应用该光学组件的光模块的小型化，并且设置第一透镜和第二透镜，对光线进行聚焦，提高光线的处理效果。
图4为本发明光模块的实施例一的结构示意图，如图4所示，该光模块，包括：光模块电路31、载板32和光学组件33；所述光模块电路31包括MPD；所述光模块电路31和所述光学组件33设置在所述载板32上；
所述光学组件33包括主体和全反射器件；所述主体包括光纤连接部和光处理部；所述光纤连接部与所述光处理部连接，所述光纤连接部连接外部光纤；所述光处理部设置有分光面，所述全反射器件设置在所述光处理部内部；若所述光学组件应用在发送的光路，则所述分光面用于将入射光线的一部分反射至所述MPD，并透射所述入射光线的另一部分，所述全反射器件用于将透射过所述分光面的入射光线反射至连接在所述光纤连接部的光纤中。
在本实施例中，所述光处理部用于处理入射光线，该光学组件33使用的是图2或图3所示的光学组件，具体的，所述光处理部还设置有第一透镜和第二透镜；所述第一透镜设置在所述入射光线入射光路的位置，用于将分散的入射光纤折射为平行的入射光线；所述第二透镜设置在经过所述全反射器件反射后的光路上，用于将所述全反射器件反射后的入射光线进行聚焦。
可选的，所述光模块电路31还包括激光器，所述激光器用于产生所述入射光线。
另外，所有的关键芯片均放置在载板32上，其可以是PCB，软板，者陶瓷基板或者有机板。
本申请的光学组件33可以有效应用于可插拔模块，其应用实例如图4所示的小型可插拔(英文：Small Form-factor Pluggable，简称：SFP)的光模块为例。该光学组件33可以直接放于SFP中PCB上，对外直接和LC插头对接，对内连接激光器或者接收芯片。该实例中，发送部分的激光器和驱动器(或者接受芯片和跨阻放大器(英文：trans-impedance-amplifier，简称：TIA)放在该光学组件的主体之下，模块PCB上。以发送部分为例，模块所在的单板，通过模块的电接口输入电信号到驱动器，驱动器接收到信号后驱动激光器，使其发送光信号。接收侧则路径正好相反，在光传输系统的末端，LC光纤将发送光芯片，传送到本申请的光学组件的部分，分别输出到接收芯片光电探测器(英文：Photo Detector，简称：PD)。接收芯片经过TIA放大后，输出到模块电接口，最终给模块所在的单板处理。
图5为本发明光模块的一实例的光路示意图，如图5所示，该光学组件33不仅可以在发射光路应用，也可以在接收的光路使用。若所述光学组件33应用在接收的光路，则所述光模块电路还包括PD；所述分光面用于将接收到的光线反射至所述PD。
在上述实施例的基础上，该光学组件还可以更有效应用模块中，例如：波长级联复用的场景。具体如图5所示，发送和接收的光线为不同的波长，滤波片设计为对于一路波长透射，对于一路波长反射，从而实现BiDi传输的功能。以图示为例，对于发送的光路，发散的光线入射至该光学组件时，经过弧形透镜变为平行的光线。平行的光线经过反射片反射，然后透射过滤波片，经过一次透镜聚焦后，输入到光纤。
对于接受的光路，光纤输出的光，经过透镜准直后，分光面(即图中的C面)与水平面成45度夹角，根据全反射效应将光纤输出的光线向下反射，经过一次透镜聚焦后输入到PD。
本申请的光学组件的应用包括接收和发送反序的设计，如把激光器和PD的位置互换，并且把C面做出倾斜平面，也是利用同样的原理。
本实施例提供的光模块，采用改进后的光模块在发送的光路或者接收的光路，通过直接在光处理部内设置全反射器件，并设置分光面将入射光线的一部分透射到该全反射器件上，经过该全反射器件反射到连接的光纤中，该分光面可以将入射光线的小部分直接反射到MPD中进行检测，光路较短，可以采用COB封装，缩小该光学组件的体积，实现应用该光学组件的光模块的小型化。另外集成了发送光功率监控功能，可以实现模块数字监控功能，并可以通过多级级联实现波分复用功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种光学组件，其特征在于，包括：主体和全反射器件；
所述主体包括光纤连接部和光处理部，所述光纤连接部与所述光处理部连接；所述主体为一体成型的结构；
所述光纤连接部连接外部光纤；
所述光处理部设置有分光面，所述分光面用于将入射光线的一部分反射至监控光探测器MPD，并透射所述入射光线的另一部分；所述全反射器件设置在所述光处理部内部，用于将透射过所述分光面的入射光线反射至连接在所述光纤连接部的光纤中；
所述分光面为一光滑的倾斜平面；
所述光处理部还设置有第一透镜，所述第一透镜设置在所述入射光线入射光路的位置，用于将分散的入射光线折射为平行的入射光线；
所述分光面所在平面与所述入射光线之间的第二夹角的角度范围为45度至90度。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述光处理部还设置有第二透镜；所述第二透镜设置在经过所述全反射器件反射后的光路上，用于将所述全反射器件反射后的入射光线进行聚焦。
3.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，所述全反射器件包括反射片或全反射剖面。
4.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，所述全反射器件的反射面与入射光线之间的第一夹角的角度范围为30度至60度。
5.根据权利要求4所述的光学组件，其特征在于，所述第一夹角的角度为45度。
6.一种光模块，其特征在于，包括：光模块电路、载板和光学组件；所述光模块电路包括监控光探测器MPD；所述光模块电路和所述光学组件设置在所述载板上；
所述光学组件包括主体和全反射器件；所述主体包括光纤连接部和光处理部；所述光纤连接部与所述光处理部连接，所述光纤连接部连接外部光纤；所述光处理部设置有分光面，所述全反射器件设置在所述光处理部内部；所述分光面用于将入射光线的一部分反射至所述MPD，并透射所述入射光线的另一部分；所述全反射器件用于将透射过所述分光面的入射光线反射至连接在所述光纤连接部的光纤中；所述主体为一体成型的结构；
所述分光面为一光滑的倾斜平面；
所述光处理部设置有第一透镜；所述第一透镜设置在所述入射光线入射光路的位置，用于将分散的入射光线折射为平行的入射光线；
所述分光面所在平面与所述入射光线之间的第二夹角的角度范围为45度至90度。
7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述光处理部还设置有第二透镜；所述第二透镜设置在经过所述全反射器件反射后的光路上，用于将所述全反射器件反射后的入射光线进行聚焦。
8.根据权利要求6或7所述的光模块，其特征在于，所述光模块电路还包括激光器，所述激光器用于产生所述入射光线。
9.根据权利要求6或7所述的光模块，其特征在于，所述光模块电路还包括光电探测器PD；所述分光面用于将接收到的光线反射至所述PD。
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