CN107045164B - 光路控制器件及光模块 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种光路控制器件及光模块，光路控制器件包括本体、形成于所述本体上的若干作用面；若干入射光束以预定角度和预定间距入射至所述若干作用面，并经过所述若干作用面折射及/或反射后从所述本体中出射，从所述本体中出射的若干出射光束分别会聚至预定位置并在会聚至预定位置时相互间具有预定间距。本申请将若干作用面均设置在光路控制器件本体上，大大减小了整个光路控制器件的体积，各个作用面均位于同一光路控制器件本体上，作用面相对位置固定，提高了聚焦位置的相对精度，各个作用面可以独立设计，从而可独立控制接收到的入射光束，调控自由度更高。

Description

光路控制器件及光模块

技术领域

本申请涉及光通信元件制造技术领域，尤其涉及一种光路控制器件及光模块。

背景技术

在光通讯中，由于相互对接的光通讯设备的信道间距不同，往往需要将光路间距调整到合适的范围之后再进行耦合传输。另外，由于接收器件口径较小，发散的光束难以全部耦合进接收器件内，导致信号损失。

如图1所示，在传统的多路平行光路系统中，通过光路控制器件1来调整光路间距，改变光路的间距及聚焦的方法需要使用到多个物镜2及多个棱镜3，物镜2与棱镜3之间的间距以及多个棱镜3之间的间距较大，导致整个光路控制器件1的体积庞大，不利于光模块的小型化；另外，光路控制器件1包括多个部件，部件之间的相对位置需要精确调控，组装工艺较为复杂。

发明内容

本申请一实施例提供一光路控制器件，其可以减小整个光路控制器件的体积，提高光路控制精度，所述光路控制器件包括本体、形成于所述本体上的若干作用面，所述若干作用面为非连续作用面；若干入射光束以预定角度和第一预定间距入射至所述若干作用面，并经过所述若干作用面折射及/或反射后从所述本体中出射，从所述本体中出射的若干出射光束分别会聚至预定位置并在会聚至预定位置时相互间具有第二预定间距，当若干入射光束之间相互平行且相互间为第一预定间距时，若干出射光束会聚至预定位置时相互间具有第二预定间距，所述第二预定间距小于所述第一预定间距。

一实施例中，所述作用面为对光线进行会聚和反射的反射型曲面，每一入射光束于所述反射型曲面处反射并于预定位置处会聚成一光点。

一实施例中，所述作用面为对光线进行会聚和折射的折射型曲面，每一入射光束于所述折射型曲面处折射并于预定位置处会聚成一光点。

一实施例中，所述作用面包括对光线进行会聚和折射的折射型曲面及与所述折射型曲面相对设置的对光线进行会聚的会聚面，每一入射光束依次透过所述折射型曲面及对应的会聚面而于预定位置处会聚成一光点。

一实施例中，所述作用面包括对透过的光线进行会聚的会聚面及改变光线传播方向的反射面，每一入射光束透过所述会聚面会聚后于对应的反射面处改变光路而于预定位置处形成一光点。

一实施例中，所述本体及所述若干作用面一体成型。

本申请一实施例提供一种光模块，包括光电接收器件，以及如上所述的光路控制器件，所述光路控制器件将入射至光模块的光导入至所述光电接收器件。

本申请一实施例提供一种光模块，包括光电发射器件，以及如上所述的光路控制器件，所述光路控制器件将光电发射器件发出的光传导出所述光模块。

与现有技术相比，本申请的技术方案采用一体式的设计将若干作用面均设置在光路控制器件本体上，一方面，大大减小了整个光路控制器件的体积，从而缩小封装尺寸，降低成本；另一方面，各个作用面均位于同一光路控制器件本体上，作用面之间的相对位置固定，提高了聚焦位置的相对精度；再一方面，各个作用面可以独立设计，从而可独立控制接收到的入射光束，调控自由度更高。

附图说明

图1是现有技术光路控制器件结构示意图；

图2是本申请一实施方式的光模块剖视图；

图3是本申请一实施方式的光电接收器件结构示意图；

图4是本申请第一实施方式的光路控制器件结构示意图；

图5是本申请第一实施方式的作用面一示例工作过程示意图；

图6是本申请第一实施方式的作用面另一示例工作过程示意图；

图7是本申请第二实施方式的光路控制器件结构示意图；

图8是本申请第二实施方式的光路控制器件剖视图；

图9是本申请第二实施方式的光路控制器件一示例剖视图；

图10是本申请第二实施方式的光路控制器件另一示例剖视图；

图11是本申请第二实施方式的作用面一示例工作过程示意图；

图12是本申请第二实施方式的作用面另一示例工作过程示意图；

图13是本申请第三实施方式的光路控制器件第一角度结构示意图；

图14是本申请第三实施方式的光路控制器件第二角度结构示意图；

图15是本申请第三实施方式的作用面一示例工作过程示意图；

图16是本申请第三实施方式的作用面另一示例工作过程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，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申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

参图2和图3，介绍本申请光模块100的一具体实施方式。在本实施方式中，该光模块100包括金属壳体10、光学组件、用于承载光学组件的承载板20、电路板30以及连接承载板20及电路板30的电性连接器件40。

光学组件封装在金属壳体10内。这里，需要说明的是，本申请中所提到的光模块100可以例如是：发射机OSA(TOSA)，此时，所述的光学组件一般包括半导体激光二极管(LD)；接收机OSA(ROSA)，此时，所述的光学组件一般包括光电探测器(PD)；又或者是同时具有发送和接收功能，此时，所述的光学组件一般同时包括半导体激光二极管和光电探测器。本实施方式的描述及附图中以光模块100的光学组件同时包括光波分复用器件50、光路控制器件60及光电接收器件70为例做阐述，但这并非是对本申请光学组件类型的限制。光模块100能够适合于以各种不同的每秒数据速率进行光信号的发送的接收，所述每秒数据速率包括但不限于：1千兆每秒(Gbit)、2Gbit、4Gbit、8Gbit、10Gbit、20Gbit、100Gbit或其它带宽的光纤链路。此外，其它类型和配置的光模块或具有在一些方面与在此示出和描述不同的元件的光模块，也可受益于在此所揭示的原理。

光模块100可以从主机装置接收携带数据的电信号，以携带数据的光信号的形式传输到光纤(图中未示)上，所述主体装置可以是能够与光模块100通信的任何系统。

这里，波分复用器件50用于接收由金属壳体10上的光口11传输的入射光束，也可用于接收激光器发射的不同波长的发射光，且波分复用器50可形成若干具有不同波长的光束，通过光路控制器件60的会聚及光束传播方向改变作用而将若干入射光束耦合至光电接收器件70内。具体的，如图3所示，本申请包括若干光电接收器件70，若干光电接收器件70呈阵列排布，由于若干光电接收器件70之间的间距是确定的，为了让若干入射光束分别耦合进若干光电接收器件70内，必须控制入射至若干光电接收器件70处的入射光束之间的最终间距与光电接收器件70之间的间距一致。然，由于波分复用器件50发出的若干入射光束之间的初始间距与所需的最终间距之间存在差异，故需要借助位于波分复用器件50及光电接收器件70之间的光路控制器件60来调整入射光束的间距，且光路控制器件60需要改变若干入射光束的传播方向而使之进入若干光电接收器件70内。另外，由于光电接收器件70的口径较小，发散的光束难以全部耦合进光电接收器件70内，因此，光路控制器件60还需辅助每一入射光束实现会聚。需要说明的是，根据光路可逆原理，光电接收器件70也可为光电发射器件，光线可由光电发射器件通过光路控制器件60而传输至波分复用器件50。具体的，当光模块100包括光电接收器件时，所述光路控制器件60将入射至光模块100的光导入至所述光电接收器件，当光模块100包括光点发射器件时，所述光路控制器件60将光电发射器件发出的光传导出所述光模块100。

如图4所示，所述光路控制器件60包括本体61及形成于所述本体61上的若干作用面62，若干入射光束(A、B、C、D)以预定角度和预定间距L入射至所述若干作用面62，并经过所述若干作用面62折射及/或反射后从所述本体61中出射，从所述本体61中出射的若干出射光束分别会聚至预定位置并在会聚至预定位置时相互间具有预定间距l。

这里，本体61及若干作用面62可一体成型，所述预定位置可位于同一直线上。

本申请的若干作用面62设置在光路控制器件60的本体61上，一方面，大大减小了整个光路控制器件60的体积，从而缩小整个光模块100的尺寸，降低成本；另一方面，若干作用面62均位于同一光路控制器件60本体61上，若干作用面62之间的相对位置固定，提高了聚焦位置的相对精度；再一方面，若干作用面62可以独立设计，从而可独立控制接收到的入射光束(A、B、C、D)，每一入射光束的传播方向及聚焦点都可独立控制，调控自由度更高。

如图4至图6所示，在本申请第一实施方式中，光路控制器件60a的作用面为对光线进行会聚和反射的反射型曲面62a，若干反射型曲面62a为非连续曲面，非连续曲面是指相邻的曲面不在同一球面上。在本实施方式中，所述入射光束于反射型曲面62a处产生反射及会聚，通过控制反射型曲面62a的要素设计及入射光束与反射型曲面62a的相对关系，可以实现所述若干入射光束(A、B、C、D)于预定位置处分别会聚成若干不重叠的光点(a、b、c、d)，光点之间具有预定间距。

具体的，反射型曲面62a的设计要素包括：反射型曲面62a的曲率、反射型曲面62a于光路控制器件60a上的位置、反射型曲面62a与波分复用器50之间的间距等等；入射光束与反射型曲面62a的相对关系包括：入射光束于反射型曲面62a上的入射位置、入射光束入射时的预定角度、预定间距等等。每一反射型曲面62a的设计要素都可以独立设计，且每一入射光束与对应的反射型曲面62a的相对关系也可独立设计，通过上述设计，可以有效控制每一入射光束对应的光点位置。如此，无论入射光束是何种光束或者入射光束与反射型曲面62a的关系如何，都可以通过反射型曲面62a的独立设计有效控制光点与光电接收器件70的相对位置，使得若干不重叠的光点分别耦合进对应的光电接收器件70。

在本实施方式中，以四条相互平行的入射光束(A、B、C、D)为例，相邻两条入射光束之间的初始间距(若干入射光束之间的预定间距)为L，四条相互平行的入射光束分别入射至对应的反射型曲面62a上，通过反射型曲面62a的作用，四条相互平行的入射光束分别于反射型曲面62a的入射侧形成四个光点(a、b、c、d)，相邻两个光点之间的间距为l，即出射光束之间的最终间距(若干出射光束之间的预定间距)为l，该最终间距l与若干光电接收器件70之间的间距对应，如此，出射光束可顺利耦合进入光电接收器件70内。相邻两条入射光束之间的初始间距可以不都为L，相邻两条出射光束之间的最终间距也可不都为l，可据实际情况而定。

这里，需要说明的是，每一入射光束最终聚焦成一光点而进入对应的光电接收器件70内，以配合光电接收器件70的口径设计。如图5及图6所示，为其中一个反射型曲面62a的工作原理图，以光束A对应的反射型曲面62a为例，在一示例中，光束A包括若干平行的光线，平行光线在反射型曲面62a的作用下会聚成光点a，在另一示例中，光束A包括若干由同一点发出的发散光线，发散光线在反射型曲面62a的作用下重新会聚成光点a。

在本实施方式中，具有若干反射型曲面62a的光路控制器件60a可通过蚀刻一整块块状物的表面形成，块状物例如由树脂材料制成，如此，可大大降低光路控制器件60a的成型难度。

如图7至图12所示，为本申请第二实施方式的光路控制器件结构示意图，第二实施方式与第一实施方式中相同部件采用相同的标号。

在本申请第二实施方式中，光路控制器件60b的作用面为对光线进行会聚和折射的折射型曲面62b，若干折射型曲面62b为非连续曲面，非连续曲面是指相邻的曲面不在同一球面上。在本实施方式中，所述入射光束于折射型曲面62b处产生折射并会聚，通过控制折射型曲面62b的要素设计及入射光束与折射型曲面62b的相对关系，可以实现所述若干入射光束(A、B、C、D)于预定位置处分别会聚成若干不重叠的光点(a、b、c、d)，光点之间具有预定间距。

具体的，折射型曲面62b的设计要素包括：折射型曲面62b的曲率、折射型曲面62b于光路控制器件60b上的位置、折射型曲面62b与波分复用器50之间的间距等等；入射光束与折射型曲面62b的相对关系包括：入射光束于折射型曲面62b上的入射位置、入射光束入射时的预定角度、预定间距等等。每一折射型曲面62b的设计要素都可以独立设计，且每一入射光束与对应的折射型曲面62b的相对关系也可独立设计，通过上述设计，可以有效控制每一入射光束对应的光点位置。如此，无论入射光束是何种光束或者入射光束与折射型曲面62b的关系如何，都可以通过折射型曲面62b的独立设计有效控制光点与光电接收器件70的相对位置，使得若干不重叠的光点分别耦合进对应的光电接收器件70。

在本实施方式中，如图8所示，以四条相互平行的入射光束(A、B、C、D)为例，相邻两条入射光束之间的初始间距(若干入射光束之间的预定间距)为L，四条相互平行的入射光束分别入射至对应的折射型曲面62b上，通过折射型曲面62b的作用，四条相互平行的入射光束于折射型曲面62b处发生折射并于光路控制器件60b内部传输，而后于光路控制器件60b上远离折射型曲面62b的出射面63b出射，四条相互平行的入射光束(A、B、C、D)分别于出射面63b侧形成四个光点(a、b、c、d)，相邻两个光点之间的间距为l，即出射光束之间的最终间距(若干出射光束之间的预定间距)为l，该最终间距l与若干光电接收器件70之间的间距对应，如此，出射光束可顺利耦合进入光电接收器件70内。相邻两条入射光束之间的初始间距可以不都为L，相邻两条出射光束之间的最终间距也可不都为l，可据实际情况而定。

在一示例中，如图9所示，作用面除了包括折射型曲面62b外还包括与所述折射型曲面62b相对设置对光线进行会聚的会聚面64b，所述会聚面64b位于出射面63b处，会聚面64b为朝向折射型曲面62b凹陷的曲面，且该会聚面64b位于光束的传播路径上，会聚面64b的设计可以进一步辅助光束的会聚，且可以辅助调节光点位置。这里，光束垂直入射至会聚面64b，会聚面64b不会改变光束的传播方向，当然，在其他示例中，会聚面64b也可用于改变光束的传播方向。

在另一示例中，如图10所示，作用面除了包括折射型曲面62b外还包括与所述折射型曲面62b相对设置对光线进行会聚的单透镜曲面65b，单透镜曲面65b由出射面63b处的单透镜形成，较佳的，单透镜曲面65b与折射型曲面62b一一对应，单透镜曲面65b位于光束的传播路径上，且每一单透镜曲面65b对应一光束，单透镜曲面65b可以进一步辅助光束的会聚，且可以辅助调节光点位置。这里，单透镜曲面65b为远离折射型曲面62b突出的凸面，在其实示例中，单透镜曲面65b可为朝向折射型曲面62b凹陷的凹面，可以根据具体光路要求而定；光束垂直入射至单透镜曲面65b，单透镜曲面65b不会改变入射光束的传播方向，当然，在其他示例中，单透镜曲面65b也可用于改变入射光束的传播方向。

在本实施方式中，每一入射光束最终会聚焦成一光点而进入对应的光电接收器件70内，以配合光电接收器件70的口径设计。如图11及图12所示，为其中一个折射型曲面62b的工作原理图，以光束A对应的折射型曲面62b为例，在一示例中，光束A包括若干平行的光线，平行光线在折射型曲面62b的作用下会聚成光点a，在另一示例中，光束A包括若干由同一点发出的发散光线，发散光线在折射型曲面62b的作用下重新会聚成光点a。

在本实施方式中，具有若干折射型曲面62b、会聚面63b、单透镜曲面65b的光路控制器件60b可通过蚀刻一整块块状物的表面形成，块状物例如由树脂材料制成，如此，可大大降低光路控制器件60b的成型难度。

如图13至图16所示，为本申请第三实施方式的光路控制器件结构示意图，第三实施方式与第一实施方式中相同部件采用相同的标号。

在本申请第三实施方式中，光路控制器件60c的作用面包括对透过的光线进行会聚的会聚面62c及改变光线传播方向的反射面63c，会聚面62c及反射面63c位于光路控制器件60c不同侧，且若干会聚面62c与若干反射面63c一一对应，会聚面62c可为单透镜曲面。这里，若干反射面63c为非连续平面，非连续平面是指若干反射面63c不在同一平面上，若干会聚面62c也可为非连续曲面，在其他实施方式中，在反射面63c为非连续平面的情况下，可利用一个连续的球面来代替若干非连续的会聚面62c，如此，球面用于会聚入射光束，非连续的反射面62b用于将球面会聚得到的若干光点形成于非重叠位置。

在本实施方式中，入射光束透过所述会聚面62c并于所述反射面63c处发生反射而于指定位置形成光点。通过控制会聚面62c与反射面63c的要素设计及入射光束与会聚面62c的相对关系，可以实现所述若干入射光束(A、B、C、D)于预定位置处分别会聚成若干不重叠的光点(a、b、c、d)，光点之间具有预定间距。

具体的，会聚面62c与反射面63c的设计要素包括：会聚面62c的曲率、会聚面62c及反射面63c于光路控制器件60c上的位置、会聚面62c与波分复用器50之间的间距等等；入射光束与会聚面62c的相对关系包括：入射光束于会聚面62c上的入射位置、入射光束入射时的预定角度、预定间距等等。每一会聚面62c与反射面63c的设计要素都可以独立设计，且每一入射光束与对应的会聚面62c的相对关系也可独立设计，通过上述设计，可以有效控制每一入射光束对应的光点位置。如此，无论入射光束是何种光束或者入射光束与会聚面62c的关系如何，都可以通过会聚面62c与反射面63c的独立设计有效控制光点与光电接收器件70的相对位置，使得若干不重叠的光点分别耦合进对应的光电接收器件70。

在本实施方式中，以四条相互平行的入射光束(A、B、C、D)为例，相邻两条入射光束之间的初始间距(若干入射光束之间的预定间距)为L，四条相互平行的入射光束分别入射至对应的会聚面62c上，在一实施例中，会聚面62c不改变入射光束传播方向，入射光束透过会聚面62c而到达对应的反射面63c，入射光束于反射面63c处发生反射并于指定位置形成光点，如此，四条相互平行的入射光束(A、B、C、D)分别于指定位置处形成四个光点(a、b、c、d)，相邻两个光点之间的间距为l，即出射光束之间的最终间距(若干出射光束之间的预定间距)为l，该最终间距l与若干光电接收器件70之间的间距对应，如此，出射光束可顺利耦合进入光电接收器件70内。相邻两条入射光束之间的初始间距可以不都为L，相邻两条出射光束之间的最终间距也可不都为l，可据实际情况而定。需要说明的是，入射光束在会聚面62c处也可发生折射而改变光束传播方向。

这里，需要说明的是，每一入射光束最终会聚焦成一光点而进入对应的光电接收器件70内，以配合光电接收器件70的口径设计。如图15及图16所示，为其中一组会聚面62c及反射面63c的工作原理图，以光束A对应的会聚面62c及反射面63c为例，在一示例中，光束A包括若干平行的光线，平行光线在会聚面62c及反射面63c的作用下会聚成光点a，在另一示例中，光束A包括若干由同一点发出的发散光线，发散光线在会聚面62c及反射面63c的作用下重新会聚成光点a。

在本实施方式中，具有若干会聚面62c、反射面63c的光路控制器件60c可通过蚀刻一整块块状物的表面形成，块状物例如由树脂材料制成，如此，可大大降低光路控制器件60c的成型难度。

综上所述，本申请通过作用面的会聚作用将每一入射光束会聚成一光点，且利用作用面的反射、折射作用进一步控制入射光束的传播方向，如此，光路控制器件可以同时实现光束会聚及光束方向、间距控制，整合性能较佳。另外，本申请的技术方案采用一体式的设计将起作用面均设置在光路控制器件的表面，一方面，大大减小了整个光路控制器件的体积，从而缩小封装尺寸，降低成本；另一方面，各个作用面均位于同一光路控制器件的表面，作用面之间的相对位置固定，提高了聚焦位置的相对精度；再一方面，各个作用面可以独立设计，从而可独立控制接收到的入射光束，调控自由度更高。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光路控制器件，其特征在于，包括本体、形成于所述本体上的若干作用面,所述若干作用面为非连续作用面；若干入射光束以预定角度和第一预定间距入射至所述若干作用面，并经过所述若干作用面折射及/或反射后从所述本体中出射，从所述本体中出射的若干出射光束分别会聚至预定位置并在会聚至预定位置时相互间具有第二预定间距，当若干入射光束之间相互平行且相互间为第一预定间距时，若干出射光束会聚至预定位置时相互间具有第二预定间距，所述第二预定间距小于所述第一预定间距。

2.根据权利要求1所述的光路控制器件，其特征在于，所述作用面为对光线进行会聚和反射的反射型曲面，每一入射光束于所述反射型曲面处反射并于预定位置处会聚成一光点。

3.根据权利要求1所述的光路控制器件，其特征在于，所述作用面为对光线进行会聚和折射的折射型曲面，每一入射光束于所述折射型曲面处折射并于预定位置处会聚成一光点。

4.根据权利要求3所述的光路控制器件，其特征在于，所述作用面包括对光线进行会聚和折射的折射型曲面及与所述折射型曲面相对设置对光线进行会聚的会聚面，每一入射光束依次透过所述折射型曲面及对应的会聚面而于预定位置处会聚成一光点。

5.根据权利要求1所述的光路控制器件，其特征在于，所述作用面包括对透过的光线进行会聚的会聚面及改变光线传播方向的反射面，每一入射光束透过所述会聚面会聚后于对应的反射面处改变光路而于预定位置处形成一光点。

6.根据权利要求1所述的光路控制器件，其特征在于，所述本体及所述若干作用面一体成型。

7.一种光模块，包括光电接收器件，其特征在于，还包括如权利要求1-6中任意一项所述的光路控制器件，所述光路控制器件将入射至光模块的光导入至所述光电接收器件。

8.一种光模块，包括光电发射器件，其特征在于，还包括如权利要求1-6中任意一项所述的光路控制器件，所述光路控制器件将光电发射器件发出的光传导出所述光模块。