CN108508549B - 高密度光收发模块 - Google Patents

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Abstract

一种高密度光收发模块，用于并行传输与接收高速数据，包括有一电路基板、一光学模块及至少一光纤容置平台，该电路板设有一载板，该载板上装设有光电组件；该光学模块包括有光学透镜组及承载平台，该光学模块系安装于该载板上，使该光学透镜组同步对准该光电组件；该光纤容置平台系安装于该承载平台上，并能使光纤被安装固定于此，透过该光学透镜组将该光纤与该光电组件对准耦合，而欲扩充时则可将数光纤容置平台采迭构式组合在一起，提升讯号传输量。

Description

高密度光收发模块
技术领域
本发明属于光收发模块技术领域，具体涉及一种用于高速数据传输的光学连接装置，特别是应用于主动式光缆。
背景技术
随着信息科技进展，数字内容数据也随之越来越大，数据流速也跟着不断增加，传统用以传输数据的铜缆线靠着较佳的导电性与良好的高频设计在过往仍勉强可以负荷低速率的数据传送，但受限于铜缆线本身的先天限制，在未来高速(>10Gb/s)时会使讯号极容易劣化失真，无法正确有效传送，并且铜缆线较为笨重且占空间，在高速传送时代就无可避免地需利用光缆以光讯号不易失真且低损耗的特性来取代传统铜缆线，而主动式光缆的设计恰可取代原本的铜缆线以达成高速讯号的有效传送，透过一端的光连接器与电子连接器相接，可轻易与现有的设备主板与周边装置兼容。
目前光连接器一般包括至少一电路板及安装在电路板上的一光学载具，该电路板上具有光电组件(electro-optical,EO)。该光学载具负责与光纤对接，其上设有一组光学透镜组，该光学透镜组可将该光纤与该光电组件的光讯号相互对准耦合。其中光学载具有一体成型的，如美国专利US 2011/0123150A公开了一种用于主动式光缆的光收发模块，其构件数目少，光纤位置对准容易，但形状过于复杂，产品成型后，其中光学透镜组的形状达到理想的圆弧镜面比较困难。还有一种方案是将光学透镜组独立生产，之后再安装在光学载具上，如台湾专利TWI375824中公开了一种用对准框架来对准镜片载具，但构件数目多，组装工序繁琐，并且准确定位该光学透镜组的位置同样非常困难。另外目前光学载具上的几个光纤皆是并排固定，相邻两光纤中心距离仅为250μm，由于间距小，相对地与之配合的光电组件就必须采用单一芯片所构成的面射型雷射数组(VCSEL array)，此类雷射数组单价较高。再者随着数据传输需求量不断增加，目前有些光连接器内部需采用上下两排光纤组，如果采用上述方案则相对结构就更为复杂，组装的困难度也成倍增加。
发明内容
本发明之主要目的是提供一种高密度光收发模块，主要是在组装的过程中，透过被动式耦合(passive alignment)使各构件的位置准确定位，减少对位上的误差。另外透过本发明可迭构式的结构，增加所能连接的光纤数目，进一步扩充至更高密度的光收发连接模式。
为达上述目的，本发明所述高密度光收发模块，包括有一电路基板、一光学模块及至少一光纤容置平台，该电路基板装载着一载板，该载板上装设有光电组件。该光学模块包括有光学透镜组及承载平台，整体是一体成型，该承载平台顶部具有至少一楔型凸轨。该光学模块是装载于该载板之上，并使该光学透镜组对准该光电组件；该光纤容置平台底部具有至少一楔型凹轨，顶部具有至少两个定位槽。该定位槽用以承载光纤。经由该楔型凸轨滑入该楔型凹轨内，使得该光纤容置平台准确地定位于该承载平台之上，以透过该光学透镜组将该光纤与该光电组件对准耦合。
在本发明中该载板上另形成至少两个定位对准孔，该承载平台底部形成至少两个定位柱，经由该定位柱嵌入于该定位对准孔内，能使该光学模块固定于该载板上。由于本发明中载板与电路基板的材质可以不同，例如可为硅、陶瓷、金属等材料(silicon、ceramic、metal material)…等，能藉由在该载板上的对位标志，在加工过程中准确地固定该光电组件的位置及成型出至少一定位对准孔，让该光学模块固定于载板上时，使其与各构件之间的位置相当准确，另外该光纤容置平台也采用楔型轨方式安装于该承载平台上，从而可以利用简单省时的被动式耦合方式达到各构件的组装及定位。
本发明的光纤容置平台采用迭构式安装于该光学模块之承载平台处，如果为光纤容置平台数目为两个，即可连接上、下两排光纤，数光纤与光电组件的光讯号透过该光学透镜组来耦合，使传输量得以扩充，因此在本发明的架构下能应用于多种的光连接器，以减少厂商的开发成本。
本发明的光纤容置平台与光学模块为型体单纯的设计，在生产时且形状不易变形，例如该光学模块中的光学透镜组的镜面形状即可达到设计上的要求。另外本发明可加大该光纤容置平台中定位槽的间距，让所安装的相邻光纤间距随之加大，此会让排列及固定光纤作业更为容易，而与之配合的光电组件，亦可采用单芯片排列成的数组，降低产品的生产成本，使产品更具市场竞争力。
附图说明
图1为实施例1所述高密度光收发模块的分解图；
图2为实施例1所述高密度光收发模块的局部剖面立体图；
图3为实施例1所述光学模块的前视图；
图4a为实施例1所述光纤承载平台的立体图；
图4b为实施例1所述光纤承载平台安装光纤的剖面示意图；
图5为实施例1实际安装光纤时的运作状态剖面图；
图6为实施例1运用所述高密度光收发模块的光连接器的立体分解图；
图7为实施例2所述光学模块的前视图；
图8为实施例2实际安装光纤时的运作状态的剖面图。
图中所示：
1-电路基板、11-载板、111-定位对准孔、12-电路布线、13-电子控制芯片、
131-雷射驱动芯片、132-转阻放大芯片、14-金线、15-光电组件、151-面射
型雷射数组、152-检光二极管数组；
2-光学模块、21-光学透镜组、211-第一透镜数组、212-第二透镜数组、
213-反射镜、22-承载平台、221-楔型凸轨、222-定位柱、23-罩体；
3-光纤容置平台、31-定位槽、32-楔型凹轨、33-压力板、34-另一楔型凸轨；
4-光纤数组、41-光纤；5-金属上盖、6-金属下盖。
具体实施方式
本发明将配合其较佳实施例与附图进行详细说明。本领域技术人员应可理解发明中所有较佳实施例仅为例示之用，并非用以限制保护范围。因此除文中的最佳实施例外，本发明亦可广泛地应用在其他实施例中。且本发明并不受限于任何实施例，应以申请专利的权利要求的保护范围及其等同方式确定。
实施例1
如图1所示，本发明所述高密度光收发模块包括有一电路基板1、一光学模块2及至少一光纤容置平台3，该光学模块2安装于该电路基板1上，而该光纤容置平台3则安装于该光学模块2上。
该电路基板1在本实施例中为一印刷电路板，其上安装有一载板11，另外分布着电路布线12、电子控制芯片13、金线14、以及光电组件15。该电路布线12用以传输一电子连接器与该电子控制芯片13之间的高速电讯号，该电子控制芯片13包括有一雷射驱动芯片131(Laser driver IC)及一转阻放大芯片132(Trans-Impedance Amplifier,TIA)。该光电组件15设置在该载板11上，包括有一面射型雷射数组151(VCSEL array)及一检光二极管数组152(PD array)，该金线14以电性连接该电子控制芯片13与光电组件15。其中该雷射驱动芯片131与该面射型雷射数组151配合运作，该转阻放大芯片132则与该检光二极管数组152配合运作。
在本实施例中，该载板11与电路基板1为不同材质，其材质可为硅、陶瓷、金属等材料(silicon、ceramic、metal material)，但并不限于此。该载板11是为了让该光电组件15与该光学模块2可准确地安装。在本实施例中，该载板11表面可利用半导体制程之化学气相沉积出一个十字的对位标志，该对位标志可作为光电组件15封装于载板11上的定位基准。再者，该载板11上另具有至少两个定位对准孔111，与该光学模块2的定位柱222相配合。该定位对准孔111是根据该对位标志为基准而制造，如此可降低该光学模块2组装时与该光电组件15对位上的误差，藉此在组装时透过被动式耦合(passive alignment)达到相当的光耦合效率。
该光学模块2包括有一光学透镜组21及一承载平台22，两者一体成型。该承载平台22的顶部具有至少一个楔型凸轨221，底部具有至少两个定位柱222。在本实施例中该楔型凸轨221数目为两个，用于榫接该光纤容置平台3。该定位柱222数目为四个，用于插置该定位对准孔111内，使该光学模块2准确地固定于该载板11之上。如图2所示，该光学透镜组21包括第一透镜数组211、第二透镜数组212及反射镜213，该第一透镜数组211位于该光学透镜组21下端面，面对该光电组件15，该第二透镜数组212位于该光学透镜组21侧端面，面对该光纤容置平台3。在本实施例中，第一及第二透镜数组211、212的透镜数目与间距皆相同且一一对应，如图3所示，在本实施中透镜数目为12个，相邻两透镜间距D的范围为250-450μm，亦可为250μm。该反射镜213具有45°的反射面。如此一来，当该光电组件15的面射型雷射数组151所产生的讯号光需经第一透镜数组211的透镜进入内部(如图2中箭头方向所示)，经反射镜213使讯号光旋转90°，最后由第二透镜数组212的透镜聚焦投射至一光纤(图中未画出)。反之，由一光纤射出的讯号光亦会经第二透镜数组212的透镜进入内部，经反射镜213使讯号光旋转90°，最后由第一透镜数组211的透镜投射至光电组件15的检光二极管数组152。再者该光学模块2进一步包括有一罩体23，该罩体23位于该光学透镜组21一侧，用以在组装时罩设于位于前述电子控制芯片13上方。
如图4a和4b所示，分别为本发明光纤容置平台3的分解示意图及剖面放大图。图中给出了所配合使用的光纤数组4，以说明其组装方式。该光纤容置平台3的顶部具有若干定位槽31，底部具有至少一个楔型凹轨32。相邻两定位槽31的间距相同，用以承载该光纤数组4的光纤41。在本实施例中该定位槽31为一V型槽(V-groove)，如此能自动准确固定光纤41中心的位置，但并不限为V型槽。当光纤数组4的光纤41被放置于若干定位槽31之上时，须以黏胶加以固定，本实施例为了加工的方便性，另设有一压力板33，该压力板33在光纤41被定位于定位槽31后施压其上，进一步固定各光纤41的位置，如图4b所示，之后黏胶(adhesive)再渗入压力板33与光纤41及槽空隙而再加以固化。在本实施例中该光纤容置平台3底部两侧有一对楔型凹轨32，该楔型凹轨32与该光学模块2的楔型凸轨221互相配合，藉由楔型凸轨221可将光纤容置平台3滑入承载平台22上，并使光纤数组4的光纤41端面贴近该光学透镜组21的第二透镜数组212达成光学耦合。另外该光纤容置平台3顶部位于若干定位槽31的两侧另具有一对另一楔型凸轨34，该另一契型凸轨34形状与该楔型凹轨32相对应，藉此本发明可将数个光纤容置平台3采迭构式安装于该承载光台22之上。
接着就本发明整体运作的方式作一说明，如图5所示，当由电子连接器馈送来的电讯号经电路基板1的电路布线12传送至电子控制芯片13，经该雷射驱动芯片131处理可生成驱动电流驱动该光电组件15，由该面射型雷射数组151，使电讯号转换为光讯号送出，并向上发光进入该光学模块2内，此时讯号光经由该光学透镜组21的第一透镜数组211的透镜而成为准直型光束(Collimated beam)，于光学透镜组21内部经一段光路程，其间讯号光会遇一45°反射镜213让光行进方向转向成与载板11方向平行，接着进入第二透镜数组212的透镜将此准直型光束转换成聚焦型光束(Focused beam)聚焦耦合进入一光纤41端面，经由光纤41传送至另一端接收。反之，由光纤41另一端传送来的讯号光经由第二透镜数组212准直后经由反射镜213转向向下再经由第一透镜数组211的透镜聚焦光束耦合进入光电子组件15，经由该检光二极管数组152将收到的光讯号转换成光电流透过金线103送往电子控制芯片13，经该转阻放大芯片132将光电流处理后制成差动电讯号(differential signal)透过电路布线12送至后端电子连接器取出讯号。
如图6所示，为运用本发明所完成的光连接器组装示意图。当欲成为一光连接器时，另须包括有一金属上盖5及一金属下盖6，两者对合后内部所形成的空间，用以容纳该电路基板1、光学模块2及光纤容置平台3。该光纤数组4经光纤容置平台3固定于此光连接器，而具有光纤数组4的光缆缆线的一端形成有另一光纤数组，以另一光纤数组连接至该另有一相同高密度光收发模块的光连接器一端，形成一完整双向互通之主动式光缆。
实施例2
在上述实施例中该光纤容置平台3仅有一层，但运用本发明之设计，亦可采用数层光纤容置平台3以迭构式组装于该光学模块2之上，藉此形成另一种高密度光收发模块，而传输数据量也会随着该光纤容置平台的数目达到数倍的成长。如图7和8所示，在本实施例中主要采用两个光纤容置平台3作说明，但并不因此限制仅能使用两组。在本实施例中主要仍包括有电路基板1、光学模块2及光纤容置平台3，由于组装方式及结构原理与实施例1相同，以下仅就不同之处作说明。
本实施例采用两组光纤容置平台3，故因此具有上、下两排光纤数组4被设置在该光纤容置平台3上，故该光学模块2的型体有些不同，不同处在于该光学透镜组21包括有两组第一透镜数组211、两组第二透镜数组212、以及一反射镜213，该第二透镜数组212呈上下排分布，第一透透镜数组211则横向并排分布，每一排透镜的数目及位置d对一与另一透镜数组的透镜相互对应。相对地该电路基板1的载板11则具有两排光电组件15，每一组光电组件15与一个第一透镜数组211相对应，在本实施例中，其中一排皆为面射型雷射数组151，另一排则为检光二极管数组152，但排列方式并不仅限于此。
以上所述者仅用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明构思下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护范围内。

Claims (9)

1.一种高密度光收发模块，其特征在于，包括：
一电路基板，其上装载着一载板，该载板上装设有光电组件；
一光学模块，包括有一光学透镜组及一承载平台，两者一体成型，该承载平台顶面具有至少一楔型凸轨，该光学模块安装于该载板之上，并使该光学透镜组对准该光电组件；
至少一光纤容置平台，底部具有至少一楔型凹轨，顶部具有至少两个定位槽，该定位槽用以承载光纤，经由该楔型凸轨滑入该楔型凹轨内，使该光纤容置平台准确定位于该承载平台之上，以透过该光学透镜组将所承载的光纤与该光电组件对准耦合；该光纤容置平台顶部除具有至少两个定位槽外另具有至少一个楔型凸轨。
2.如权利要求1所述高密度光收发模块，其特征在于，该载板具有至少两个定位对准孔，该承载平台底部具有至少两个定位柱，经由该定位柱嵌入于该定位对准孔内，该光学模块位置就准确地固定于该载板上。
3.如权利要求1所述高密度光收发模块，其特征在于，该载板与电路基板为不同材质，该载板材质为硅、陶瓷或金属。
4.如权利要求1所述高密度光收发模块，其特征在于，该光电组件包括有至少一个面射型雷射数组及至少一个检光二极管数组。
5.如权利要求4所述高密度光收发模块，其特征在于，该电路基板装设有电射驱动芯片及转阻放大芯片，且与该载板上该面射型雷射数组及检光二极管数组相互电性连接，其中该电射驱动芯片负责驱动发光组件数组，该转阻放大芯片则与收光组件数组相互电性连接。
6.如权利要求1所述高密度光收发模块，其特征在于，该光学透镜组包括至少一个第一组透镜数组、至少一个第二组透镜数组以及一反射镜，该第一组透镜数组位于该光学透镜组下端面，面对该光电组件，该第二组透镜数组位于该光学透镜组侧端面，面对该定位槽所承载的光纤，两透镜数组的透镜光轴相互垂直，交点位于该反射镜。
7.如权利要求6所述高密度光收发模块，其特征在于，该光纤容置平台为两个以上时，采取上下迭构式，即位于下方的该光纤容置平台是以顶部楔型凸轨滑入位于上方该光纤容置平台的楔型凹轨内。
8.如权利要求7所述高密度光收发模块，其特征在于，该光纤容置平台为两个以上时，该光学透镜组的第一组透镜数组及第二组透镜数组数目也与该光纤容置平台数目相同，该第一组透镜数组为横向并排，该第二组透镜数组为上下并排。
9.如权利要求8所述高密度光收发模块，其特征在于，该第一组透镜数组为两个以上时，该载板上具有相对排数的光电组件。
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