CN106886072B - 一种一体成型耦合模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体成型耦合模块，用于对介质空气界面和空气介质界面引入的偏振噪音进行抵消，使得一体成型耦合模块不存在偏振敏感特性。本发明提供的一体成型耦合模块中，全内反射面对激光器发射出去的第一光信号进行反射，形成第二光信号，第二光信号射向介质空气界面，介质空气界面对第二光信号进行折射，形成第三光信号，第三光信号从空气射向空气介质界面，空气介质界面对第三光信号进行折射，形成第四光信号，第四光信号再射向光纤。并且介质空气界面折射出第三光信号的折射角与射向空气介质界面的第三光信号的入射角相等，且第一入射面和第二入射面在空间上相互垂直。

Description

一种一体成型耦合模块
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种一体成型耦合模块。
背景技术
采用垂直腔表面发射激光器(英文全称：Vertical Cavity Surface EmittingLaser，英文简称：VCSEL)的多模光纤光链路是数据中心和存储网络中作为服务器和高性能计算机节点间短距互连的关键构成部分。随着互联网提供的服务和用户的增加，数据中心的规模及其内的数据流量也随之提高，并带来了高数据传输率、长传输链路和低成本的光链路网络发展需求。这就对VCSEL作为光源的稳定性和光源质量(即低噪音性能)提出了更高的要求。同时，更低成本的基于VCSEL的光模块的封装方式也更受市场欢迎。
VCSEL输出的光功率强度会随着温度以及使用时长的增加而改变。一种稳定VCSEL输出光功率的方法是：分取一部分输出光功率进行监控，通过闭环反馈电路，动态地控制VCSEL的偏置电流，以稳定输出光功率。
VCSEL的输出光谱呈现出多模和双偏振分量特性。模式选择结构，破坏模场完整性结构，以及偏振敏感结构都会破坏VCSEL输出光谱的完整性。若以上任意一种结构存在于光路中，都会增加光信号的噪音。特别是VCSEL在高速动态调制下，增加的噪音会极大的限制调制速率，以及传输链路长度。
采用聚合物的一体成型耦合模块，取代传统的同轴封装(英文全称：TransistorOutline，英文简称：TO)结构，不但能省略多种分立组件，还能简化耦合制作流程，因此大幅降低了成本。如图1所示，为现有技术中存在的一体成型耦合模块中光功率监控的实现过程示意图，现有技术中的一体成型耦合模块包括:面HIJK、面ABCD和面EFGH。其中，面ABCD的入射面和面EFGH的入射面平行，面ABCD和面EFGH构成一个空气隙。图1中，从激光器发出的光信号用带箭头的线段来表示，光信号在面HIJK上发生反射形成光信号2，光信号2在界面ABCD上，一部分反射形成光信号3，光信号3可以用作功率监控，光信号2在界面ABCD上，另一部分透射形成光信号4，光信号4在面EFGH上折射形成光信号5继续传播，然后光信号5传播到光纤后输出，通过一体成型耦合模块，结合空气隙形成的介质空气界面对光的反射和折射后可形成多束的光路(例如图1中的光信号3和光信号5)。因为两束光的光功率是成固定比例的，若知道了光信号3的光功率，那么光信号5的光功率也可以确定下来。
本发明的发明人在实现本发明的过程中发现，在图1所示的现有技术中，介质空气界面对光的反射和折射是偏振敏感的。现有技术中在完整的聚合物结构里面掏出一个空气隙，那么在光的传播方向上就会多出两个面：面ABCD和面EFGH。面ABCD会对通过它的光信号2引入偏振噪音a，那么光信号4的偏振噪音大于光信号2的偏振噪音。而面EFGH同样会对通过它的光信号4引入偏振噪音b。由于构成空气隙的面ABCD和面EFGH与各自的入射光信号2和光信号4形成的入射面相互平行，因此偏振噪音a和b的方向是一致的。那么光信号5相对于光信号4，引入的偏振噪音b是在偏振噪音a的基础上增强叠加上去的。因而光信号5的偏振噪音大于光信号4的偏振噪音。最终的结果是光信号5的偏振噪音大于光信号4的噪音，光信号4的噪音又大于光信号2的噪音。所以现有技术中一体成型耦合模块中包括的介质空气界面对通过光信号的偏振相关特性是累积的。也就是说，现有技术中介质空气界面和空气介质界面构成的是偏振敏感结构，当VCSEL光路中存在该偏振敏感结构时，信号光的噪音会变大，这样将会限制链路的数据传输率和传输链路的长度。
发明内容
本发明实施例提供了一种一体成型耦合模块，用于对介质空气界面和空气介质界面引入的偏振噪音进行抵消，使得一体成型耦合模块不存在偏振敏感特性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
本发明实施例提供一种一体成型耦合模块，包括：全内反射面、介质空气界面和空气介质界面，其中，
全内反射面首先对激光器发射出去的第一光信号进行反射，形成第二光信号，第二光信号射向介质空气界面，介质空气界面可以对第二光信号进行折射，形成第三光信号，第三光信号从空气射向空气介质界面，接下来空气介质界面可以对第三光信号进行折射，形成第四光信号，第四光信号再射向光纤。本发明实施例中全内反射面、介质空气界面和空气介质界面，三者之间的空间位置满足如下关系：介质空气界面折射出第三光信号的折射角与射向空气介质界面的第三光信号的入射角相等，且第一入射面和第二入射面在空间上相互垂直。其中，第一入射面为射向介质空气界面的第二光信号和介质空气界面的法线形成的入射面，第二入射面为射向空气介质界面的第三光信号和空气介质界面的法线形成的入射面。
在本发明的上述实施例中，由于介质空气界面对应的第一入射面和空气介质界面对应的第二入射面在空间上相互垂直，因此在介质空气界面引入的偏振噪音和在空气介质界面引入的偏振噪音在方向上是相反的，并且本发明实施例中介质空气界面折射出第三光信号的折射角与射向空气介质界面的第三光信号的入射角相等，这可以使得在介质空气界面引入的偏振噪音和在空气介质界面引入的偏振噪音可以完全抵消，从而光信号在经过本发明实施例提供的一体成型耦合模块中的介质空气界面和空气介质界面之后不会引入偏振噪音，本发明实施例中介质空气界面和空气介质界面构成的是偏振不敏感结构，因此本发明实施例提供的一体成型耦合模块在传输链路上传输光信号时具有更大的数据传输率和更长的传输链路长度。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，介质空气界面还可以对第二光信号进行反射，形成第五光信号，该第五光信号射向光监控器，由光监控器根据第五光信号监控激光器发射第一光信号的光信号功率。
在本发明的上述实施例中，由于本发明实施例提供的一体成型耦合模块不存在偏振敏感特性，因此介质空气界面反射出的第五光信号，与介质空气界面折射出去的第三光信号，这两束光功率是成固定比例的，例如比例关系为：5％：95％。若光监控器获取到了5％那部分光的功率为a，那么另外95％那部分光的功率就是(95/5)a＝19a。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，空气介质界面还可以对第三光信号进行反射，形成第六光信号，该第六光信号射向光监控器，由光监控器根据第六光信号监控激光器发射第一光信号的光信号功率。
在本发明的上述实施例中，由于本发明实施例提供的一体成型耦合模块不存在偏振敏感特性，因此空气介质界面反射出的第六光信号，与空气介质界面折射出去的第六光信号，这两束光功率是成固定比例的，例如比例关系为：5％：95％。若光监控器获取到了5％那部分光的功率为a，那么另外95％那部分光的功率就是(95/5)a＝19a。
结合第一方面或第一方面的第一种可能或第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，前述的激光器和/或光监控器都可以贴装在印制电路板PCB上。
在本发明的上述实施例中，激光器和/或光监控器都可以采用表面贴装的工艺设置在PCB上，激光器和光监控器位置固定，便于进行光信号的发射和光功率监控。
结合第一方面或第一方面的第一种可能或第二种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，一体成型耦合模块还包括有准直透镜，该准直透镜可以对激光器发射出去的第一光信号进行准直处理，并将完成准直处理后的第一光信号射向全内反射面。
在本发明的上述实施例中，通过一体成型耦合模块中的准直透镜可以完成对激光器发射光信号的准直处理，使第一光信号径直的射向全内反射面。
结合第一方面或第一方面的第一种可能或第二种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，一体成型耦合模块还包括有汇聚透镜，该汇聚透镜可以对在空气介质界面发生折射后形成的第四光信号进行汇聚处理，并将完成汇聚处理后的第四光信号射向光纤。
在本发明的上述实施例中，通过一体成型耦合模块中的汇聚透镜可以完成从空气隙射出的光信号的汇聚处理，使第四光信号可以更集中的射向光纤。
结合第一方面或第一方面的第一种可能或第二种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，一体成型耦合模块使用的材料是耐高温聚合物，例如PEI。
在本发明的上述实施例中，一体成型耦合模块可以通过耐高温聚合物材料来实现，生产成本低，生产材料范围广易于加工实现。
结合第一方面或第一方面的第一种可能或第二种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，光纤是多模光纤或单模光纤。
在本发明的上述实施例中，本发明实施例提供的一体成型耦合模块不存在偏振敏感特性，通过一体成型耦合模块发射出去的光信号可以通过多模光纤来传输，也可以通过单模光纤来传输，因此本发明实施例提供的一体成型耦合模块可以发射适于远距离传输或者近距离传输的光信号。
结合第一方面或第一方面的第一种可能或第二种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，一体成型耦合模块，和光纤处于相同的水平方向上，激光器发射出去的第一光信号是垂直射向全内反射面。
在本发明的上述实施例中，一体成型耦合模块和光纤处于相同的水平方向上时，一体成型耦合模块发射出去的光信号可以沿水平方向射向光纤，从而可以通过激光器发射的光信号通过一体成型耦合模块之后仍然能够射向光纤，由光纤向外进行传输。
结合第一方面或第一方面的第一种可能或第二种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述光监控器具体为监控光电二极管MPD，所述激光器具体为垂直腔表面发射激光器VCSEL或分布式反馈激光器DFB。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术以及本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术以及本发明实施例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，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中存在的一体成型耦合模块中光功率监控的实现过程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种一体成型耦合模块的组成结构示意图；
图3为本发明实施例提供的入射面的确定方式示意图；
图4-a为本发明实施例提供的入射光的s分量和p分量在界面上的反射系数随入射角的一种变化过程示意图；
图4-b为本发明实施例提供的入射光的s分量和p分量在界面上的反射系数随入射角的另一种变化过程示意图；
图5-a为本发明实施例提供的对现有技术中一体成型耦合模块中传输光信号的分析示意图；
图5-b为本发明实施例提供的对本发明实施例中一体成型耦合模块中传输光信号的分析示意图；
图6为本发明实施例提供的一体成型耦合模块的立体结构图；
图7为本发明实施例提供的一体成型耦合模块的俯视图；
图8为本发明实施例提供的一体成型耦合模块的侧视图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种一体成型耦合模块，用于对介质空气界面和空气介质界面引入的偏振噪音进行抵消，使得一体成型耦合模块不存在偏振敏感特性。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本发明的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。
以下分别进行详细说明。
本发明实施例提供的一体成型耦合模块可用于对光信号的传输处理，请参阅图2所示，本发明一个实施例提供的一体成型耦合模块，包括：全内反射面(英文全称：TotalInternal Reflection，英文简称：TIR)101、介质空气界面102和空气介质界面103，其中，
全内反射面101，用于对激光器发射出去的第一光信号进行反射，形成第二光信号，第二光信号射向介质空气界面102；
介质空气界面102，用于对第二光信号进行折射，形成第三光信号，第三光信号从空气射向空气介质界面103；
空气介质界面103，用于对第三光信号进行折射，形成第四光信号，第四光信号射向光纤；
全内反射面101、介质空气界面102和空气介质界面103，三者之间的空间位置满足如下关系：介质空气界面102折射出第三光信号的折射角与射向空气介质界面103的第三光信号的入射角相等，且第一入射面和第二入射面在空间上相互垂直；
其中，第一入射面为射向介质空气界面102的第二光信号和介质空气界面102的法线形成的入射面，第二入射面为射向空气介质界面103的第三光信号和空气介质界面103的法线形成的入射面。
在本发明实施例中，如图2所示，面HIJK为全内反射面101，面ABCD为介质空气界面102，面EFGH为空气介质界面103，面ABCD和面EFGH构成一个空气隙。但是本发明实施例中，介质空气界面102折射出第三光信号的折射角与射向空气介质界面103的第三光信号的入射角相等，且第一入射面和第二入射面在空间上相互垂直，由于介质空气界面对应的第一入射面和空气介质界面对应的第二入射面在空间上相互垂直，因此在介质空气界面引入的偏振噪音和在空气介质界面引入的偏振噪音在方向上是相反的，并且本发明实施例中介质空气界面折射出第三光信号的折射角与射向空气介质界面的第三光信号的入射角相等，这可以使得在介质空气界面引入的偏振噪音和在空气介质界面引入的偏振噪音可以完全抵消，从而光信号在经过本发明实施例提供的一体成型耦合模块中的介质空气界面和空气介质界面之后不会引入偏振噪音，本发明实施例中介质空气界面和空气介质界面构成的是偏振不敏感结构，因此本发明实施例提供的一体成型耦合模块在传输链路上传输光信号时具有更大的数据传输率和更长的传输链路长度。
在本发明实施例中，为了不破坏光信号的模场结构，采用介质空气界面和空气介质界面构成一体化成型耦合模块。本发明实施例中对空气隙两端的介质空气界面和空气介质界面的相对空间位置需要作特殊的调整。在图1所示的现有技术中，空气隙两端的介质空气界面和空气介质界面的分别为面ABCD和面EFGH，这两个面都和纸面(即面AEHD)垂直，但都和面CDHG有一个非90度夹角。而本发明实施例中，一种可行的实现方式是，保持面EFGH不变，而面ABCD做了调整，即面EFGH依旧和面AEHD垂直，且面EFGH和面CDHG有一个非90度夹角。本发明实施例中可以将面ABCD和面CDHG调整为在空间上相互垂直，使面ABCD与面AEHD有一个非90度夹角。同时本发明实施例中，还需要对全内反射面HIJK进行相应的调整，使得从面HIJK反射出的光信号射向面ABCD之后，面ABCD折射出光信号的折射角与射向面EFGH的光信号的入射角相等。
需要说明的是，图2所示的一体成型耦合模块中只是保证第一入射面和第二入射面在空间上相互垂直的一种实现方式示意图，在实际应用中，为了使第一入射面和第二入射面在空间上相互垂直，面ABCD和面EFGH的相对位置设置方式可以不限于图2所示，此处仅作说明。
如图3所示，为本发明实施例提供的入射面的确定方式示意图。其中，介质分界面为图3中底面所示的四边形，法线为黑色的虚线，入射面为由入射光线和法线所确定的框面，入射光线在介质分界面上发生反射和/或折射。
接下来对光信号的反射特性进行分析。斜入射在两种不同均匀介质界面上的入射光，可分解为垂直于入射面的振动分量(即s分量)和平行于入射面的振动分量(即p分量)。期中，两个分量的反射系数分别为：
s分量：
p分量：
其中，ni为入射介质的折射率，θi为入射角，nt为折射介质的折射率，θt为折射角。上述公式中，⊥表示垂直分量，r⊥表示垂直于入射面的振动分量s分量的反射率，∥表示平行分量，r//表示平行于入射面的振动分量p分量的反射率。
在实际应用中，本发明实施例中提供的一体成型耦合模块使用的材料是耐高温聚合物。该耐高温聚合物可以是聚合物材料，例如聚醚酰亚胺(英文名称：Polyetherimide，简称：PEI)，在850纳米(英文全称：namometer，英文简称：nm)波长下的折射率为1.64。这里取空气的折射率为1。入射光的两个分量在界面上的反射系数随入射角的变化如图4-a和图4-b所示。从图4-a和图4-b中很容易的看出，无论光线是从PEI射向空气，还是从空气射向PEI，在界面上，s分量的反射率始终大于p分量的反射率。
如图5-a所示，为本发明实施例提供的对现有技术中一体成型耦合模块中传输光信号的分析示意图。图5-a中对现有技术如图1所示的一体成型耦合模块中传输光信号进行详细分析。现有技术中，面ABCD和面EFGH的入射面是平行的。这样面ABCD的入射面的s分量的方向和面EFGH的入射面的s分量的方向是相同的，面ABCD的入射面的p分量的方向和面EFGH的入射面的p分量的方向也是相同的。从图4-a和图4-b中可以确定：各分光界面上s分量的反射率均大于p分量的反射率。因此在输出的光线中，输入光线的s分量比p分量损失更多比率的能量。也就是说，面ABCD和面EFGH组成的结构是偏振敏感结构。图5-a中，面ADHE上画出的两个黑色框的四边形为入射面，图5-a中左侧的黑色框的四边形为介质空气界面的入射面，图5-a中右侧的黑色框的四边形为空气介质界面的入射面。在图5-a中，每束光都可以分解为平行于入射面的p分量和垂直于入射面的s分量，图5-a中，加箭头的指示方向是在屏幕内，即平行于入射面，表示的是p分量，故而标注了一个p，在p的箭头连接的圆圈内，该圆圈里面有一个黑点，表示的是一束从屏幕里向外射出的光线，箭头的点表示s分量。这表示的是垂直于屏幕向外的一个方向，即垂直于入射面的方向，表示s分量，圆圈为了表示当前分析的光线的位置。
如图5-b所示，为本发明实施例提供的对本发明实施例中一体成型耦合模块中传输光信号的分析示意图。按照本发明实施例所示的一体成型耦合模块中，对面ABCD和面EFGH的相对位置进行调整，在调整之后的新方案中，面ABCD的入射面和面EFGH的入射面是垂直的。这样面ABCD的s分量的方向和面EFGH的p分量的方向是相同的，面ABCD的p分量的方向和面EFGH的s分量的方向是相同的。这样，在面ABCD上具有较大反射率的s分量，在面EFGH上变成了反射率较小的p分量，在面ABCD上具有较小反射率的p分量，在面EFGH上变成了反射率较大的s分量。因此在输出的光线中，可以合理选择面ABCD的入射角度和面EFGH的入射角度，可使得输入光线的s分量和p分量损失相同比率的能量。s和p两个分量损失的能量如果不相同，就会引入偏振噪音。让输入光线的s分量和p分量损失相同的能量，可以消除偏振噪音。图5-b中面ADHE上画出的黑色框的四边形为面EFGH的入射面，图5-b中面CDHG上画出的黑色框的四边形为面ABCD的入射面。在图5-b中，每束光都可以分解为平行于入射面的p分量和垂直于入射面的s分量，图5-b中，加箭头的指示方向是在屏幕内，即平行于入射面，表示的是p分量，故而标注了一个p，在p的箭头连接的圆圈内，该圆圈里面有一个黑点，表示的是一束从屏幕里向外射出的光线，箭头的点表示s分量。这表示的是垂直于屏幕向外的一个方向，即垂直于入射面的方向，表示s分量，圆圈为了表示当前分析的光线的位置。因此在面ABCD上具有较大反射率的s分量，在面EFGH上变成了反射率较小的p分量，在面ABCD上具有较小反射率的p分量，在面EFGH上变成了反射率较大的s分量，在面EFGH的入射角等于面ABCD的折射角时，可以使得输入光线的s分量和p分量在经过面ABCD和面EFGH之后，损失相同的相同比率的能量，因此本发明实施例中提供的面ABCD和面EFGH组成的结构是偏振不敏感结构。
需要说明的是，在本发明的一些实施例中，激光器具体可以为VCSEL，当然也可以为其它类型的发光器件，例如激光二极管、或发光二极管，或分布式反馈激光器(英文全称：Distributed Feedback Laser，英文简称：DFB)，此处不做限定。
在本发明的一些实施例中，一体成型耦合模块，还包括：准直透镜，其中，准直透镜用于对激光器发射出去的第一光信号进行准直处理，并将完成准直处理后的第一光信号射向全内反射面。通过一体成型耦合模块中的准直透镜可以完成对激光器发射光信号的准直处理，使第一光信号径直的射向全内反射面。
在本发明的一些实施例中，一体成型耦合模块，还包括：汇聚透镜，汇聚透镜用于对在空气介质界面发生折射后形成的第四光信号进行汇聚处理，并将完成汇聚处理后的第四光信号射向光纤。通过一体成型耦合模块中的汇聚透镜可以完成从空气隙射出的光信号的汇聚处理，使第四光信号可以更集中的射向光纤。
在本发明的一些实施例中，介质空气界面，还用于对第二光信号进行反射，形成第五光信号；
第五光信号射向光监控器，由光监控器根据第五光信号监控激光器发射第一光信号的光信号功率。
在本发明的一些实施例中，空气介质界面，还用于对第三光信号进行反射，形成第六光信号；
第六光信号射向光监控器，由光监控器根据第六光信号监控激光器发射第一光信号的光信号功率。
也就是说，本发明实施例中光监控器可以对介质空气界面的反射光进行监控，完成对入射光信号的功率或波长的监控。也可以对空气介质界面的反射光进行监控，完成对入射光信号的功率或波长的监控，具体实现方式此处不做限定。在本发明的上述实施例中，光监控器具体可以为监控光电二极管(英文全称：Monitor Photo Diode，英文简称：MPD)，对于光信号的监控器件还可以设置为其它光功率分析器件，此处不做限定。例如，由于本发明实施例提供的一体成型耦合模块不存在偏振敏感特性，因此介质空气界面反射出的第五光信号，与介质空气界面折射出去的第三光信号，这两束光功率是成固定比例的，例如比例关系为：5％：95％。若光监控器获取到了5％那部分光的功率为a，那么另外95％那部分光的功率就是(95/5)a＝19a。又如，由于本发明实施例提供的一体成型耦合模块不存在偏振敏感特性，因此空气介质界面反射出的第六光信号，与空气介质界面折射出去的第六光信号，这两束光功率是成固定比例的，例如比例关系为：5％：95％。若光监控器获取到了5％那部分光的功率为a，那么另外95％那部分光的功率就是(95/5)a＝19a。
在本发明的一些实施例中，激光器和/或光监控器，贴装在印制电路板(英文全称：Printed Circuit Board，英文简称：PCB)上。其中，激光器和/或光监控器可以通过表面贴装的形式贴在基板例如PCB板上。激光器和光监控器在PCB上的具体位置，以及本发明实施例提供的一体成型耦合模块和PCB的相对位置，可以结合具体的应用场景来确定，此处不做限定。例如，一体成型耦合模块，和光纤处于相同的水平方向上，激光器发射出去的第一光信号是垂直射向全内反射面。
在本发明的一些实施例中，从一体成型耦合模块射出的光信号射向光纤，该光纤可以是多模光纤或单模光纤，具体结合应用场景来确定。并且光纤接口可以为朗讯连接器(英文全称：Lucent Connector，英文简称：LC)，若接口固定也可以通过有源光缆(英文全称：Active Optcal Cable，英文简称：AOC)来实现。
在本发明的一些实施例中，一体成型耦合模块所使用的材料为耐高温聚合物材料，如PEI，又如可以是聚酰亚胺(英文名称：polyimide)，或聚砜(英文全称：polysulfone)。
通过前述实施例对本发明的描述可知，一体成型耦合模块包括：全内反射面、介质空气界面和空气介质界面。其中，全内反射面对激光器发射出去的第一光信号进行反射，形成第二光信号，第二光信号射向介质空气界面，介质空气界面对第二光信号进行折射，形成第三光信号，第三光信号从空气射向空气介质界面，空气介质界面对第三光信号进行折射，形成第四光信号，第四光信号射向光纤。全内反射面、介质空气界面和空气介质界面，三者之间的空间位置满足如下关系：介质空气界面折射出第三光信号的折射角与射向空气介质界面的第三光信号的入射角相等，且第一入射面和第二入射面在空间上相互垂直，其中，第一入射面为射向介质空气界面的第二光信号和介质空气界面的法线形成的入射面，第二入射面为射向空气介质界面的第三光信号和空气介质界面的法线形成的入射面。由于介质空气界面对应的第一入射面和空气介质界面对应的第二入射面在空间上相互垂直，因此在介质空气界面引入的偏振噪音和在空气介质界面引入的偏振噪音在方向上是相反的，并且本发明实施例中介质空气界面折射出第三光信号的折射角与射向空气介质界面的第三光信号的入射角相等，这可以使得在介质空气界面引入的偏振噪音和在空气介质界面引入的偏振噪音可以完全抵消，从而光信号在经过本发明实施例提供的一体成型耦合模块中的介质空气界面和空气介质界面之后不会引入偏振噪音，本发明实施例中介质空气界面和空气介质界面构成的是偏振不敏感结构，因此本发明实施例提供的一体成型耦合模块在传输链路上传输光信号时具有更大的数据传输率和更长的传输链路长度。
为便于更好的理解和实施本发明实施例的上述方案，下面举例相应的应用场景来进行具体说明。
本发明实施例中，一体成型耦合模块中出传输光信号的过程如下：
步骤1、激光器发射出第一光信号；
步骤2、第一光信号在全内反射面上发生反射，形成第二光信号；
步骤3、第二光信号射向介质空气界面，第二光信号在介质空气界面上发生折射，形成第三光信号；
步骤4、第三光信号射向空气介质界面，第三光信号在空气介质界面上发生折射，形成第四光信号，第四光信号射向光纤；
步骤5、第三光信号在空气介质界面上发生反射，形成第五光信号，第五光信号射向光监控器，由光监控器根据第五光信号监控激光器发射第一光信号的光信号功率。
其中，步骤4和步骤5可以同时进行。
请参阅如图6所示，为本发明实施例提供的一体成型耦合模块的立体结构图。如图7所示，为本发明实施例提供的一体成型耦合模块的俯视图，如图8所示，为本发明实施例提供的一体成型耦合模块的侧视图。在本发明实施例中，将贴装在PCB上的VCSEL发出的垂直向上的光耦合到水平放置的多模光纤内。并且需要用贴装在PCB板上的MPD实时监控从VCSEL发出的光功率。本发明实施例提供的一体成型耦合模块，在输出光信号中不引入额外的模噪音，或偏振噪音。
本发明实施例中，调整作为TIR面的面HIJK，调整后的面HIJK和面ABCD的空间位置可以使得VCSEL发出的垂直向上的发散光经准直透镜准直后的光线1经TIR面反射后，反射光线2和面ABCD的法线组成的入射面，与折射光线3和面EFGH的法线组成的入射面相互垂直。面EFGH的折射光线4水平输出经汇聚透镜汇聚后耦合到多模光纤，面EFGH的反射光线5作为功率监控用。本发明实施例中，面ABCD和面EFGH组成的结构为偏振不敏感结构。因而通过一体成型耦合模块后，输出光线6没有引入额外的模噪音或偏振噪音。
接下来对本发明实施例中一体成型耦合模块是偏振不敏感器件，且不会引入偏振噪音进行分析。空气隙两端的介质空气界面和空气介质界面各自本身对光的反射和折射是偏振敏感的。但可以通过本发明实施例中对介质空气界面和空气介质界面的合适调整，使得两界面的入射面相互垂直。这样两界面的偏振特性可以相互补偿，最终使得整个模块是偏振不敏感的，不会对通过其中的光信号引入偏振噪音。
接下来对本发明实施例中一体成型耦合模块不会引入模噪音进行分析。空气隙两端的介质空气界面和空气介质界面对包含在光束里的所有模式具有相同的反射和折射率，其中，模式是指从激光器发出来的光斑的性质。也就是说，光信号通过上述界面时，只是整体的光功率会发生变化，而其中的模式分配组合保持不变。故而该模块不会对通过其中的光信号引入模噪音。但是现有技术中存在的空间分光方案，不但会改变光功率，还会改变光束的模式分配组合，这样就会引入模噪音。
本发明实施例提供的一体成型耦合模块具有低成本的特点。一体成型耦合模块不但省去了TO工艺多次耦合对准的工艺步骤，还省去了TO工艺里涉及到的多种分立物料，故而成本较低。
另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述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：其依然可以对上述各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精神和范围。

Claims (12)

1.一种一体成型耦合模块，其特征在于，所述一体成型耦合模块，包括：全内反射面、介质空气界面和空气介质界面，其中，
所述全内反射面，用于对激光器发射出去的第一光信号进行反射，形成第二光信号，所述第二光信号射向所述介质空气界面；
所述介质空气界面，用于对所述第二光信号进行折射，形成第三光信号，所述第三光信号从空气射向所述空气介质界面；
所述空气介质界面，用于对所述第三光信号进行折射，形成第四光信号，所述第四光信号射向光纤；
所述全内反射面、所述介质空气界面和所述空气介质界面，三者之间的空间位置满足如下关系：所述介质空气界面折射出所述第三光信号的折射角与射向所述空气介质界面的所述第三光信号的入射角相等，且第一入射面和第二入射面在空间上相互垂直；
其中，所述第一入射面为射向所述介质空气界面的所述第二光信号和所述介质空气界面的法线形成的入射面，所述第二入射面为射向所述空气介质界面的所述第三光信号和所述空气介质界面的法线形成的入射面。
2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述介质空气界面，还用于对所述第二光信号进行反射，形成第五光信号；
所述第五光信号射向光监控器，由所述光监控器根据所述第五光信号监控所述激光器发射所述第一光信号的光信号功率。
3.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述空气介质界面，还用于对所述第三光信号进行反射，形成第六光信号；
所述第六光信号射向光监控器，由所述光监控器根据所述第六光信号监控所述激光器发射所述第一光信号的光信号功率。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述激光器，贴装在印制电路板PCB上。
5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述一体成型耦合模块，还包括：准直透镜，其中，
所述准直透镜，用于对所述激光器发射出去的所述第一光信号进行准直处理，并将完成准直处理后的第一光信号射向所述全内反射面。
6.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述一体成型耦合模块，还包括：汇聚透镜，其中，
所述汇聚透镜，用于对在所述空气介质界面发生折射后形成的第四光信号进行汇聚处理，并将完成汇聚处理后的第四光信号射向所述光纤。
7.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述一体成型耦合模块使用的材料是耐高温聚合物。
8.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述光纤是多模光纤或单模光纤。
9.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述一体成型耦合模块，和所述光纤处于相同的水平方向上，所述激光器发射出去的所述第一光信号是垂直射向所述全内反射面。
10.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的模块，其特征在于，所述激光器具体为垂直腔表面发射激光器VCSEL或分布式反馈激光器DFB。
11.根据权利要求2所述的模块，其特征在于，所述光监控器，贴装在PCB上。
12.根据权利要求2所述的模块，其特征在于，所述光监控器具体为监控光电二极管MPD。
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