CN108490556A - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块，包括多面体单元，所述多面体单元通过将接收的光束经准直处理后传播至全内反射界面；全内反射界面用于将传播至的光束进行全内反射以传播至所述折反射交界面；折反射交界面用于将传播至的全内反射光束分别进行反射和折射，反射光束传播至所述第一折射调节界面，而后传播至全外反射界面，全外反射界面将反射光束全外反射至所述光学检测器；折射光束通过所述多面体单元外的介质传播至所述第二折射调节界面；所述第二折射调节界面将传播至的所述折射光束聚焦以传播至所述光纤。由于多面体单元采用相同的聚合物材料一体形成，从而可以大大减少成型模具，降低了制造成本和复杂度。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

现有光通信领域用的光模块中，为了将激光器发出的光束改变方向后耦合到光纤中，或者将光纤中的接收光束改变方向后耦合到光学探测器中，通常使用多个倾斜设置的反射镜来改变光束的传输方向。然而，多个反射镜的组合因器件较多，布置结构较为繁杂，组装繁琐且容易因位置误差而影响光信号的正常传输。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种新型结构的光模块以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

根据本发明的实施例，提供了一种光模块，包括：多面体单元，所述多面体单元包括准直界面、全内反射界面、折反射交界面、第一折射调节界面、聚焦界面、第二折射调节界面以及全外反射界面；其中，

所述准直界面用于将接收的光束经准直处理后传播至全内反射界面；所述全内反射界面用于将从所述准直界面传播入的光束进行全内反射以传播至所述折反射交界面；

所述折反射交界面用于将传播至的全内反射光束分别进行反射和折射，反射光束传播至所述第一折射调节界面，折射光束通过所述多面体单元外的光疏介质传播至所述第二折射调节界面；

所述第一折射调节界面将传播的反射光束通过所述多面体单元外的光疏介质传播至所述全外反射界面，所述全外反射界面将传播至的所述反射光束全外反射至光学检测器；

所述第二折射调节界面将传播至的所述折射光束经所述聚焦界面传播至光纤。

本发明光模块的进一步改进在于，

在光束从所述准直界面传播入所述多面体单元的过程中，所述光束从光疏介质传播至光密介质；

在所述光束从所述准直界面传播向所述全反射界面且经全反射传播向所述折反射交界面、以及经所述折反射交界面的反射光束传播向所述第一折射调节界面的过程中，所述光束在光密介质内传播；

在所述光束从所述第一折射调节界面传播向所述全外反射界面，且经所述全外反射界面反射至所述光学检测器的过程中，所述光束在光疏介质内传播；

在经所述折反射交界面的折射光束传播向第二折射调节界面的过程中，所述光束在光疏介质内传播；

在所述光束从第二折射调节界面传播向所述聚焦界面的过程中，所述光束在光密介质内传播；

在所述光束从聚焦界面传播向所述光纤的过程中，所述光束在光疏介质中传播。

本发明光模块的进一步改进在于，所述多面体单元还包括第一结构界面、第二结构界面以及第三结构界面；其中，所述第一结构面连接所述全内反射界面和所述折反射交界面，所述第二结构面连接所述第二折射调节界面和所述聚焦界面，所述第三结构界面连接所述聚焦界面和所述第一折射调节界面，所述准直界面连接所述全外反射界面。

本发明光模块的进一步改进在于，所述第一结构界面、所述第二结构界面及所述第三结构界面均为水平面，所述第二结构界面和所述第三结构界面分别与所述聚焦界面相垂直。

本发明光模块的进一步改进在于，第一折射调节界面与所述全外反射界面构成第一凹槽，所述折反射交界面与所述第二折射调节界面构成第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽分设于所述多面体单元的两侧。

本发明光模块的进一步改进在于，所述光模块还包括PCB板，设置于所述PCB板上的光源，以及固定于所述准直界面上的准直透镜；所述光学检测器设置于所述PCB板上，所述准直透镜用于接收所述光源发出的光束，并将所述光束准直处理后通过所述准直界面传播至所述全内反射界面；其中，所述准直透镜与所述光源的发光点之间的距离设置为所述准直透镜的焦距。

本发明光模块的进一步改进在于，所述准直界面为水平面，其中，所述光源所发射光束的中心光线传播方向与所述准直界面相垂直，经所述全外反射界面全外反射至所述光学检测器的光束与所述光源所发射光束的中心光线传播方向平行。

本发明光模块的进一步改进在于，所述光模块还包括固定于所述聚焦界面的聚焦镜，用于将经所述第二折射调节界面透射的折射光束进行聚焦以传播至所述光纤；

其中，所述聚焦界面为竖直面，所述第二折射调节界面传播的所述折射光束与所述聚焦界面相垂直。

本发明光模块的进一步改进在于，所述多面体单元还包括于所述准直界面凸伸出的第一连接部、以及于所述第三结构界面凸伸出的第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部分别连接于光模块的PCB板，以使所述多面体单元与所述PCB板之间构成容纳空间。

本发明光模块的进一步改进在于，所述全内反射界面与竖直方向的夹角为所述折反射交界面与竖直方向的夹角为所述第二折射调节调节界面与竖直方向的夹角为其中，

由上述技术方案可见，由于多面体单元采用相同的聚合物材料一体形成，从而可以大大减少成型模具，降低了制造成本和复杂度；进一步地，通过全内反射界面与调节折反射交界面的角度，可以缩小传播至光纤的光束光斑直径，聚焦效率好，从而提升光学对准精度，使得光纤传播效率得到提升。

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和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1是本发明一示例性实施例示出的一种光模块中多面体单元的剖面结构示意图；

图2是本发明一示例性实施例示出的一种光模块的剖面结构示意图；

图3是本发明又一示例性实施例示出的一种光模块的剖面结构示意图。

具体实施方式

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

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，本发明实施例的光模块100包括：多面体单元10。该多面体单元10包括准直界面11、全内反射界面12、折反射交界面13、第一折射调节界面14、全外反射界面15、第二折射调节界面16以及聚焦界面17。

本发明的多面体单元10采用聚合物材料经注塑工艺一体成型制成。具体地，该多面体单元10由聚醚酰亚胺材料或者聚酰亚胺材料等高温树脂制成。由于多面体单元10中的所有光束传播元件均采用相同的聚合物材料单片形成，从而可以大大减少成型模具，降低了制造成本和复杂度；同时，本发明实施例设置的多面体单元10结构只需调节入射光束以及光纤5的位置，安装调试简单。

其中，准直界面11用于将接收的光束经准直处理后传播至全内反射界面12。本发明实施例中，光模块还包括PCB板(Printed Circuit Board，印刷电路板)2，设置于PCB板2上的光源3，以及固定于准直界面上的准直透镜20。该准直透镜20通过配合准直界面11将接收的光束进行准直处理。其中，准直透镜20用于接收光源3发出的光束，并将光束准直处理后通过准直界面11传播至全内反射界面12。本实施例中，该光源3可以选用VCSEL(VerticalCavity Surface Emitting Laser，垂直腔面激光发射器)，光源3所发射的光束为激光束。

进一步地，该准直界面11与PCB板2具有光源3一侧的界面相平行，以使准直界面11与光源3发射的光束的中心光线传播方向相垂直，使得光源3发出的光束能能够垂直准直界面11射入。优选地，该准直透镜20与光源3的发光点之间的距离设置为准直透镜20的焦距，如此以使光源3发出的发散光束在到达准直透镜20后，经过准直透镜20进行准直处理的光束变为平行光束进行传播。

该全内反射界面12用于将传播至的光束进行全内反射以传播至折反射交界面13，即从准直透镜20传播至全内反射界面12的光束经过全内反射后传播至折反射交界面13。该全内反射界面12与从准直界面11射入的光束呈第一角度(即图中的)，其中，准直界面11为水平面，从准直界面11射入的光束处于竖直方向。

进一步地，该折反射交界面13用于将传播至的全内反射光束分别进行反射和折射。该折反射交界面13与从准直界面11射入光束的方向呈第二角度(即图中的)。其中，反射光束传播至第一折射调节界面14，具体地，反射光束垂直射向第一折射调节界面14；折射光束通过多面体单元10外的介质传播至第二折射调节界面16。本实施例中，折反射交界面13与第二折射调节界面16形成空气腔分光器，对光束产生部分垂直透射和部分反射，以实现光路转向和光路检测功能。

该第一折射调节界面14将传播的反射光束通过多面体单元10外的介质传播至全外反射界面15，全外反射界面15将传播至的反射光束全外反射至光学检测器4。该光学检测器4通过分析所接收的全外反射光束的强度，即可获知光纤5所输出的传输光的强度。本实施例中，传播至所述光学检测器4的全外反射光束处于竖直方向，与光源3发射的光束的中心光纤5传播方向平行。

该第二折射调节界面16将传播至的折射光束传播至聚焦界面17。其中，折射光束通过多面体单元10外的介质传播至第二折射调节界面16，该第二折射调节界面16将传播至的折射光束通过多面体单元10传播至聚焦界面17。该第二折射调节界面16与从准直界面11射入光束的方向呈第三角度(即图中的)。具体地，全内反射界面12与竖直方向的夹角为折反射交界面13与竖直方向的夹角为第二折射调节调节界面与竖直方向的夹角为其中，

进一步地，该光模块100还包括固定于所述聚焦界面17的聚焦镜30，该聚焦镜30用于将经所述第二折射调节界面16透射的折射光束进行聚焦以传播至所述光纤5。具体地，该聚焦透镜30设置在聚焦界面17的外侧面，经第二折射调节界面16透射的折射光束进行聚焦以传播至光纤5的端面，从而通过光纤5可以进行光信号传输。

本发明通过将准直透镜20和聚焦透镜30分别固定在多面体单元10上，通过准直透镜20将入射的光束准直处理以形成多个平行的光束，多个光束平行地在多面体单元10内反射或者折射，并最终通过聚焦透镜30聚焦至光纤5的端面或者改变方向后耦合到光学探测器4中。

本发明的实施例中，光学检测器4设置于PCB板2上，多面体单元10对应于光源3和光学检测器4设置。其中，准直界面11为水平面，光源3所发射光束的中心光线传播方向与准直界面11相垂直，经全外反射界面15全外反射至光学检测器4的光束与光源3所发射光束的中心光线传播方向平行。

进一步地，光纤5设置于PCB板2的右上方，该光源3相对光学检测器4在PCB板2上的位置远离光纤5，如此以使光源3与PCB板2通信连接的金手指21之间具有足够的空间放置光源3驱动芯片及走线，该金手指21位于PCB板2远离光纤5的一端。

该聚焦界面17为竖直面，第二折射调节界面16传播的折射光束与聚焦界面17相垂直。其中，聚焦镜与光纤5之间的距离设置为聚焦镜的焦距，如此以使经聚焦界面17发出的光束可以聚焦到光纤5中。具体地，该经第二折射调节界面16的折射光束的中心、聚焦透镜30的中心以及光纤5的中心位于同一直线上。

本发明中，在光束从准直界面11传播入多面体单元10的过程中，光束从光疏介质传播至光密介质；在光束从准直界面11传播向全反射界面12且经全反射传播向折反射交界面13、以及经折反射交界面13的反射光束传播向第一折射调节界面14的过程中，光束在光密介质内传播；在光束从第一折射调节界面14传播向全外反射界面15，且经全外反射界面15反射至光学检测器4的过程中，光束在光疏介质内传播；在经折反射交界面13的折射光束传播向第二折射调节界面16的过程中，光束在光疏介质内传播；在光束从第二折射调节界面16传播向聚焦界面17的过程中，光束在光密介质内传播；在光束从聚焦界面17传播向光纤5的过程中，光束在光疏介质中传播。

进一步地，本发明的多面体单元10还包括第一结构界面111、第二结构界面112以及第三结构界面113。其中，第一结构界面111连接全内反射界面12和折反射交界面13，第二结构界面112连接第二折射调节界面16和聚焦界面17，第三结构界面113连接聚焦界面17和第一折射调节界面14，准直界面11连接全外反射界面15。

优选地，第一结构界面111、第二结构界面112及第三结构界面113均为水平面，第二结构界面112和第三结构界面113分别与聚焦界面17相垂直。本实施例中，该第一结构界面111与第二结构界面112位于同一平面上，第二结构界面112与第三结构界面113分别位于多面体单元10的相对两侧，该第三结构界面113与准直界面11位于同一界面。

本发明实施例中，该第一折射调节界面14与全外反射界面15构成第一凹槽115，该第一凹槽115呈梯形结构且槽底的尺寸小于槽口的尺寸。该折反射交界面13与第二折射调节界面16构成第二凹槽116，该第二凹槽116呈梯形结构且槽底的尺寸小于槽口的尺寸。其中，第一凹槽115和第二凹槽116分设于多面体单元10的两侧。具体地，第一凹槽115位于多面体单元10与光源3相对的一侧，第二凹槽116位于多面体单元10背离光源3的一侧。

该多面体单元10还包括从准直界面11及全内反射界面12向外延伸出的结构件18，该结构件18的结构界面与全内反射界面12形成第三凹槽117，该呈梯形结构且槽底的尺寸小于槽口的尺寸。

进一步地，该多面体单元10还包括于准直界面11凸伸出的第一连接部11a、以及于第三结构界面113凸伸出的第二连接部11b。第一连接部11a和第二连接部11b分别连接于光模块100的PCB板2，以使多面体单元10与PCB板2之间构成密封的容纳空间，设置于PCB板2上的光源3和光学检测器4位于该容纳空间内，如此以使多面体单元10起到保护光源3和光学检测器4的效果。

本实施例中，第一连接部11a位于结构件上，第二连接部11b设置于第三结构界面113上且第一折射调节界面14与所述第二连接部11b的内侧面衔接，如此增加了容纳空间的尺寸，从而可以根据配置需求使驱动光源3的驱动芯片也密封于容纳空间内。

如图3所示，当然，在另一实施例中，该多面体单元10也可以不需要该结构件，该多面体单元10还包括连接于准直界面11与全内反射界面12的第四结构界面114，该第一连接部11a的外侧面衔接于第四结构界面114。

再次参照图1和图2，本发明实施例中，多面体单元10为光模块100的一部分，多面体单元10外部的光源3、光学检测器4以及光纤5也为光模块100的一部分。实际应用中，还可以将光源3以及光学检测器4固装在光模块100的PCB板2上。这样，光学检测器4通过监测光源3输出光束的波长和光强，根据监测到的激光光强调整光源3中对应驱动电路的电流或者温度，从而调整光源3输出光束的波长和光强，并在将输出激光的光强调整到预先设置的阈值后，锁定该激光光强以使之达到所期望的激光光强以及波长锁定等目的。

在本发明的实施例中，光源3竖直向上发射光束，激光光束通过注塑一体的多面体单元10准直处理，此时发散光束会聚为平行光束传播至全内反射界面12，因为是光疏介质入射到光密介质，调整角度发生全反射，平行光束斜向上传输入射到折反射交界面13，通过折反射交界面13的光束发生部分透射及部分反射。其中，反射光束垂直入射到第一折射调节界面14，然后进入空气再入射到全外反射界面15，在全外反射界面15处反射后，光束向下传输到达光学检测器4；另一部分透射光束经过空气传输后到达第二折射调节界面16，经过第二折射调节界面16的光束水平入射到聚焦透镜30，聚焦透镜30将平行光会聚到一点，形成一个光斑入射到光纤5端面，如此即完成光束的转折、分光监控和传输。

本发明实施例提供了一种光模块，由于多面体单元采用相同的聚合物材料一体形成，从而可以大大减少成型模具，降低了制造成本和复杂度；进一步地，通过全内反射界面与调节折反射交界面的角度，可以缩小传播至光纤的光束光斑直径，聚焦效率好，从而提升光学对准精度，使得光纤传播效率得到提升。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：多面体单元，所述多面体单元包括准直界面、全内反射界面、折反射交界面、第一折射调节界面、聚焦界面、第二折射调节界面以及全外反射界面；其中，

所述准直界面用于将接收的光束经准直处理后传播至全内反射界面；所述全内反射界面用于将从所述准直界面传播入的光束进行全内反射以传播至所述折反射交界面；

所述折反射交界面用于将传播至的全内反射光束分别进行反射和折射，反射光束传播至所述第一折射调节界面，折射光束通过所述多面体单元外的光疏介质传播至所述第二折射调节界面；

所述第一折射调节界面将传播的反射光束通过所述多面体单元外的光疏介质传播至所述全外反射界面，所述全外反射界面将传播至的所述反射光束全外反射至光学检测器；

所述第二折射调节界面将传播至的所述折射光束经所述聚焦界面传播至光纤。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，

在光束从所述准直界面传播入所述多面体单元的过程中，所述光束从光疏介质传播至光密介质；

在所述光束从所述准直界面传播向所述全反射界面且经全反射传播向所述折反射交界面、以及经所述折反射交界面的反射光束传播向所述第一折射调节界面的过程中，所述光束在光密介质内传播；

在所述光束从所述第一折射调节界面传播向所述全外反射界面，且经所述全外反射界面反射至所述光学检测器的过程中，所述光束在光疏介质内传播；

在经所述折反射交界面的折射光束传播向第二折射调节界面的过程中，所述光束在光疏介质内传播；

在所述光束从第二折射调节界面传播向所述聚焦界面的过程中，所述光束在光密介质内传播；

在所述光束从聚焦界面传播向所述光纤的过程中，所述光束在光疏介质中传播。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述多面体单元还包括第一结构界面、第二结构界面以及第三结构界面；其中，所述第一结构面连接所述全内反射界面和所述折反射交界面，所述第二结构面连接所述第二折射调节界面和所述聚焦界面，所述第三结构界面连接所述聚焦界面和所述第一折射调节界面，所述准直界面连接所述全外反射界面。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第一结构界面、所述第二结构界面及所述第三结构界面均为水平面，所述第二结构界面和所述第三结构界面分别与所述聚焦界面相垂直。

5.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，第一折射调节界面与所述全外反射界面构成第一凹槽，所述折反射交界面与所述第二折射调节界面构成第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽分设于所述多面体单元的两侧。

6.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PCB板，设置于所述PCB板上的光源，以及固定于所述准直界面上的准直透镜；所述光学检测器设置于所述PCB板上，所述准直透镜用于接收所述光源发出的光束，并将所述光束准直处理后通过所述准直界面传播至所述全内反射界面；其中，所述准直透镜与所述光源的发光点之间的距离设置为所述准直透镜的焦距。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述准直界面为水平面，其中，所述光源所发射光束的中心光线传播方向与所述准直界面相垂直，经所述全外反射界面全外反射至所述光学检测器的光束与所述光源所发射光束的中心光线传播方向平行。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括固定于所述聚焦界面的聚焦镜，用于将经所述第二折射调节界面透射的折射光束进行聚焦以传播至所述光纤；

其中，所述聚焦界面为竖直面，所述第二折射调节界面传播的所述折射光束与所述聚焦界面相垂直。

9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述多面体单元还包括于所述准直界面凸伸出的第一连接部、以及于所述第三结构界面凸伸出的第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部分别连接于光模块的PCB板，以使所述多面体单元与所述PCB板之间构成容纳空间。

10.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述全内反射界面与竖直方向的夹角为所述折反射交界面与竖直方向的夹角为所述第二折射调节调节界面与竖直方向的夹角为其中，