CN108279464A - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种光模块，电路板、位于电路板表面的光电芯片、罩设在光电芯片上的透镜组件，透镜组件用于改变光电芯片的光传播方向；透镜组件具有开口及聚焦透镜，开口内具有固定套筒，固定套筒用于固定外部光纤插芯，聚焦透镜用于实现光的缩放，以使光能够会聚到外部光纤插芯中或将外部光纤插芯中的光会聚到光电芯片上；固定套筒的加工精度大于透镜组件的加工精度。本发明的光模块减少了开口因精度公差偏大而带来的影响，保证光功率的耦合效率。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别涉及一种光模块。

背景技术

光通信产品例如光模块产品采用的封装工艺主要有两种，一种是COB(Chip-on-Borad)封装工艺，即板上芯片封装；另一种是TO(Transistor-Outline)封装工艺，即同轴TO封装。

为了降低成本，提高集成度，越来越多的光模块产品采用COB封装工艺，特别是多模光模块，目前采用COB封装工艺的多模光模块已实现量产，但对于单模光模块，由于存在技术上一些难度，仍无法直无法采用COB封装工艺。

COB封装工艺涉及一个用于封装光模块的透镜组件，如图1和图2所示，该透镜组件100集合了透镜、反射镜、光纤适配器等结构。光模块的核心部件(例如，光发射器、光接收器或一体的光发射接收器)被预先封装在PCB板上，透镜组件100直接罩在该PCB板上，使得光模块的核心部件被封装在该透镜组件100的内部。透镜组件100一般由塑料一体注塑成形，其一端部形成一供光纤跳线的陶瓷插芯插入的光口101。受限于塑料模具目前行业的加工精度及注塑精度，光口101的内部直径精度通常只能达到4um的精度公差(图2中光口101的内部直径为1.252±0.002mm)。这个精度公差对于多模光纤而言，是足够的，能够保证在插拔光纤跳线的过程中，光功率的一致性；但对外径较小的单模光纤而言，目前这个精度公差将导致光功率严重耦合不良。

如图3所示，光纤跳线的陶瓷插芯102为单模光纤插芯，其中间内置一根纤芯直径为9um的单模光纤。当陶瓷插芯102插入透镜组件100中的光口101后，由于光口101的内径为1.252±0.002mm，当光口101的内径加工公差偏大时，即光口101的内径为1.254mm，光口101的内径将比插芯102的外径偏大4um，这将容易造成插芯102在光口101内偏移，导致光功率严重耦合不良。

发明内容

为了解决传统上COB封装工艺的透镜组件的光口精度公差大导致光功率严重耦合不良的问题，本发明提供了一种能够保证光功率耦合效率的光模块。

本发明提供一种光模块，包括：

电路板、位于电路板表面的光电芯片、罩设在光电芯片上的透镜组件，透镜组件用于改变光电芯片的光传播方向；

透镜组件具有开口及聚焦透镜，开口内具有固定套筒，固定套筒用于固定外部光纤插芯，聚焦透镜用于实现光的缩放，以使光能够会聚到外部光纤插芯中或将外部光纤插芯中的光会聚到光电芯片上；

固定套筒的加工精度大于透镜组件的加工精度。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明的光模块包括电路板、位于该电路板表面的光电芯片以及罩设在该光电芯片上的透镜组件，该透镜组件用于改变光电芯片的光的传播方向，其具有开口和聚集透镜，聚焦透镜用于实现光的缩放，以使光能够会聚到外部光纤插芯中或将外部光纤插芯中的光会聚到光电芯片上，在透镜组件的开口内设置一固定套筒用于固定外部光纤插芯，且固定套筒的加工精度大于透镜组件的加工精度。由于固定套筒的加工精度大于透镜组件的加工精度，并且固定套筒的精度满足外部光纤插芯对透镜组件精度公差的需求，因此，外部光纤插芯能够与固定套筒紧密配合，而不会在透镜组件中发生偏移，进而保证光电芯片与外部光纤插芯之间的光功率耦合效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为传统透镜组件的立体结构示意图。

图2为传统透镜组件的截面示意图。

图3为光纤跳线的陶瓷插芯与传统透镜组件相配合的示意图。

图4为在一实施例中本发明的光模块的爆炸图。

图5为在一实施例中本发明的光模块的剖面图。

图6为在一实施例中本发明的光模块的三维截面示意图。

图7为在一实施例中光纤跳线未插入光模块的结构示意图。

图8为在一实施例中光纤跳线插入光模块的结构示意图。

图9为在另一实施例中光模块的透镜组件的俯视图。

图10为沿图9中剖面线A-A的剖视图。

图11为在另一实施例中光纤跳线插入至透镜组件的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

为克服前述传统的透镜组件的光口精度公差大，导致光功率严重耦合不良的问题，本发明提出一种可采用COB封装工艺进行封装且可保证光功率耦合效率的光模块。该光模块包括电路板、位于电路板表面的光电芯片、罩设在光电芯片上的透镜组件，透镜组件用于改变光电芯片的光传播方向。透镜组件具有开口及聚焦透镜，开口内具有固定套筒，固定套筒用于固定外部光纤插芯，聚焦透镜用于实现光的缩放，以使光能够会聚到外部光纤插芯中或将外部光纤插芯中的光会聚到光电芯片上。该固定套筒的加工精度大于透镜组件的加工精度。

由于透镜组件的开口内设置有上述固定套筒，且该固定套筒的加工精度大于透镜组件的加工精度，并且满足外部光纤插芯对透镜组件精度公差的需求，因此，外部光纤插芯能够与固定套筒紧密配合，而不会在透镜组件中发生偏移，进而保证光电芯片与外部光纤插芯之间的光功率的耦合效率。

在一具体实施例中，如图4和图5所示所示，图4为在一实施例中本发明的光模块的爆炸图，图5为在一实施例中本发明的光模块的剖面图。光模块10包括电路板(未图示)、位于电路板表面的光电芯片(未图示)、罩设在光电芯片上的透镜组件11。光电芯片上集成有光发射器和/或光接收器。透镜组件11用于改变光电芯片的光传播方向，其包括主体111和设置在主体111上的开口112。该主体111内设置有聚集透镜141和反光透镜142。聚焦透镜141用于实现光的缩放，将光电芯片的光会聚到外部光纤插芯中或将外部光纤插芯中的光会聚到光电芯片上。反光透镜142将聚集透镜141发射出的光反射至光电芯片中或将光电芯片中的光反射至聚集透镜141。

透镜组件11由塑料一体注塑成型。该塑料可以是硬质塑料。

开口112的内部形成一腔体1121，该腔体1221包括前段腔体1121a和后段腔体1121b，前段腔体1121a靠近开口112的插入口处，后段腔体1121b靠近聚集透镜141。前段腔体1121a截面直径尺寸略大于后段腔体1121b。

开口111的外形呈筒状，其内部设置有固定套筒12。具体的，固定套筒12置于开口112的后段腔体1121b中，固定套筒12的外表面可通过结构胶与开口112的内表面进行固定。该结构胶可以是环氧结构胶。

固定套筒12的内径尺寸与外部光纤插芯的外径尺寸相匹配。目前市面上使用于光模块的光纤跳线的类型主要有FC、LC、SC以及ST类型。对于这几种类型的光纤跳线，光纤陶瓷插芯的直径是符合一定标准的，例如，对于标准的LC型光纤跳线，其光纤陶瓷插芯的外径为1.25mm；对于标准的SC型光纤跳线，其光纤陶瓷插芯的外径为2.5mm。因此，在设计固定套筒12时，应先根据所要适配的光纤跳线类型设定固定套筒12的内直径，保证固定套筒12的内径尺寸与外部光纤插芯的外径尺寸能够相匹配，使得外部光纤插芯的外表面能够与固定套筒12的内表面紧密接触，从而保证外部光纤插芯插入开口112的位置都是一致的，保证耦合光功率的一致性。固定套筒12的厚度或外径则能够保证插入开口112中即可。

固定套筒12可以为陶瓷固定套筒，制成固定套筒12的材料可以ZrO2，但不限于此材料。固定套筒12具有高精度的机械尺寸，因此，固定套筒12的加工精度大于透镜组件11的加工精度，即陶瓷材质的加工精度大于塑料材质的加工精确。固定套筒的内径公差可控制在2um(即+/-1um)内(即小于等于2um)，该公差完全符合光模块的精度公差要求。

同时，固定套筒还具有高强度的机械耐久性(插拔次数可待1000次)以及良好的内孔圆度。

固定套筒12的截面呈O形，即其内侧面是封闭的，以使固定套筒12与外部光纤插芯紧密配合。在开口112靠近聚集透镜141一侧的内壁上设置有凹槽1123。固定套筒12插入开口112时，其朝向聚集透镜141的一端超出开口112的内腔空间而卡入凹槽1123中。固定套筒12的长度略超出开口112的后段内腔1121的长度，保证与外部光纤插芯相耦合的截止面位于固定套筒12内，进而保证外部光纤插芯与光电芯片的光耦合效率。

导向套筒13设置在开口112的前段腔体1121a内且从开口112的插入口处一直延伸至固定套筒12处。导向套筒13远离插入口的端面与固定套筒12的端面接触，导向套筒13靠近插入口的端面形成配合外部光纤插芯插入的导向斜面131。导向套筒13的径向截面呈O形。该导向套筒可以由金属、塑料等材料制成，主要用于引导光纤跳线的外部光纤插芯更方便地插入到固定套筒12中。

可以理解，在其它实施方式中，导向套筒13远离插入口的端面与固定套筒12的端面之间可存在间隙，即导向套筒13远离插入口的端面不接触固定套筒12的端面。

导向套筒13可以由金属或塑料制成。导向套筒13可通过结构胶粘结在开口112的内表面上。导向套筒13和固定套筒13同轴设置，且导向套筒13的内径略大于固定套筒12的内径，以将固定套筒13固定在开口112中。

导向套筒13用于引导外部光纤插芯(即光纤跳线接头的光纤插芯)插入至固定套筒12中，方便外部光纤插芯的插入。

结合图6所示，图6为在一实施例中本发明的光模块的三维截面示意图，开口112靠近聚焦透镜141的一端形成用于与外部光纤插芯的耦合端面相配合的截止面1122，光模块通过该截止面1122实现与外部光纤插芯的准确对接。固定套筒12在开口112中是固定的，亦即相对于开口112的内表面是不可移动的。因此，在开口112靠近聚焦透镜141的一端设置与外部光纤插芯相配合的该截止面1122，可实现外部光纤与光电芯片的准确耦合。

截止面1122具有一通孔，光电芯片的光通过截止面1122的通孔耦合至外部光纤插芯中，或外部光纤插芯的光通过截止面1122的通孔耦合至光电芯片上。聚焦透镜141设置在截止面1122朝向光电芯片的一侧，且该聚焦透镜141的焦点正好落在截止面1122上，如此可达到最佳的光学耦合效率。其中，截止面1122位于固定套筒12的内部，即截止面1122位于固定套筒12的两端面之间，以保证外部光纤插芯与光电芯片的耦合发生在固定套筒12中，保证最佳的光学耦合效率。

结合图7和图8所示，图7为在一实施例中光纤跳线未插入光模块的结构示意图，图8为在一实施例中光纤跳线插入光模块的结构示意图。光纤跳线20包括连接头21和连接在连接头21上的外部光纤插芯22，外部光纤插芯22的中心孔内穿有用于传播光信号的纤芯。外部光纤插芯22插入开口112的端部的两侧面为倾斜面。当光纤跳线20连接至光模块时，外部光纤插芯22的倾斜面与导向套筒13的导向斜面131配合，使外部光纤插芯22能够轻松插入至开口112中。当外部光纤插芯22插入到位时，外部光纤插芯22的外表面与固定套筒12的内表面紧密接触配合，外部光纤插芯22的耦合端面与截止面1122紧密配合。

更佳地，在另一实施例中，如图9至图11所示，图9为在另一实施例中光模块的透镜组件的俯视图，图10为沿图9中剖面线A-A的剖视图，图11为在另一实施例中光纤跳线插入至透镜组件的结构示意图。透镜组件11a包括主体113和设置在主体113上的开口114。透镜组件11a上设置有一个或多个透气孔115，更确切而言，透气孔115设置在开口114上且靠近截止面1142。透气孔115从开口114的内腔延伸至透镜组件11a的外表面，将开口114的内腔与外部空气连通。如图11所示，当光纤跳线20的外部光纤插芯22插入至开口114后，外部光纤插芯22将与外形成O形的固定套筒15紧密配合，该透气孔115将固定套筒15内的空气和外界空气相连通，保证固定套筒15的内部的气与外气压相同，确保外部光纤插芯22能顺畅的插拔。

以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种光模块，其特征在于，包括电路板、位于所述电路板表面的光电芯片、罩设在所述光电芯片上的透镜组件，所述透镜组件用于改变所述光电芯片的光传播方向；

所述透镜组件具有开口及聚焦透镜，所述开口内具有固定套筒，所述固定套筒用于固定外部光纤插芯，所述聚焦透镜用于实现光的缩放，以使光能够会聚到所述外部光纤插芯中或将所述外部光纤插芯中的光会聚到所述光电芯片上；

所述固定套筒的加工精度大于所述透镜组件的加工精度。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述固定套筒通过结构胶固定在所述开口中。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述固定套筒的径向截面呈O形，以使所述固定套筒与所述外部光纤插芯紧密配合。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件上设置有透气孔，所述透气孔连通所述开口和外部空气，所述O形的固定套筒通过所述透气孔与外部空气连通，以便于所述外部光纤插芯的插拔。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括导向套筒，所述导向套筒安装在所述开口的插入口处，所述导向套筒靠近所述插入口的端面形成配合外部光纤插芯插入的导向斜面。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述导向套筒通过粘结的方式固定在所述开口的内表面上。

7.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述导向套筒的内径大于所述固定套筒的内径，以将所述固定套筒固定在所述开口中；

所述导向套筒由金属或塑料制成。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述开口靠近所述聚焦透镜的一端形成与所述外部光纤插芯相耦合的截止面，所述光模块通过所述截止面实现与所述外部光纤插芯的对接。

9.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述固定套筒朝向所述聚焦透镜的一端超出所述开口；

在所述开口朝向所述聚焦透镜一侧的内壁上设置有凹槽，所述固定套筒超出所述开口的一端卡入所述凹槽中；

所述固定套筒的一端卡入所述凹槽后，所述截止面位于所述固定套筒内。

10.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述透镜的焦点位于所述截止面上，所述截止面具有一通孔，所述光电芯片的光通过所述截止面的通孔耦合至所述外部光纤插芯中，或外部光纤插芯的光通过所述截止面的通孔耦合至所述光电芯片上；

所述透镜组件由塑料一体注塑成型。

11.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述固定套筒通过粘结的方式固定在所述开口的内表面上，所述固定套筒为陶瓷固定套筒，所述固定套筒的内径精度公差小于等于2um。