CN108873195A - 光模块及其光发射器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光模块及其光发射器件。光发射器件包括管壳、及收容于管壳内的多个激光芯片、多个准直透镜、光复用器、光隔离器、聚焦透镜、用于输出光束的适配器及密封件。管壳包括盒体及盖板，盒体开设有收容槽，盖板盖设于收容槽的开口处，以封闭收容槽，管壳上至少开设一通气孔。多个准直透镜用于分别对多路光束进行准直。光复用器设于多个准直透镜的一侧，光复用器用于将多路准直光束合成一路光束。密封件设于通气孔处，密封件与通气孔相适配以密封通气孔。上述光发射器件能够方便封装，避免封装过程中崩开盖板。

Description

光模块及其光发射器件
技术领域
本发明涉及光通信光发射器件的元器件组装领域，特别是一种光模块及其光发射器件。
背景技术
在高速数据通信领域中，微光学组装的技术应用越来越广泛。光发射器件通常包括一系列光学元件及根据不同方案设计的辅助元件。这些元器件通常采用有源或无源耦合的方式，用胶水或者焊接的方式固定在管壳上。最后采用平行封焊或胶水粘结的方式将管壳密封。光学元器件密封在管壳的内部，以使光学元器件能在复杂的外部环境下仍旧能够长期正常稳定地工作。为了确保管壳是完全密封的，密封好的管壳通常还需要做检漏测试。
当利用胶水将管壳密封的时候，需要对管壳进行加热以使胶水能稳定粘合。当对管壳进行加热密封的时候，管壳内的气体受热膨胀，容易导致盖板因气体膨胀崩开，从而降低光发射器件的制造良率，不利于封装操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方便封装，避免封装过程中崩开盖板的光发射器件。
一种光发射器件，其特征在于，包括：
管壳，包括盒体及盖板，所述盒体开设有收容槽，所述盖板盖设于所述收容槽的开口处，以封闭所述收容槽，所述管壳上至少开设一通气孔；
多个激光芯片，用于发射多路光束；
多个准直透镜，收容于所述收容槽内，多个所述准直透镜用于分别对多路光束进行准直；
光复用器，收容于所述收容槽内，且设于多个所述准直透镜的一侧，所述光复用器用于将多路准直光束合成一路光束；
光隔离器，收容于所述收容槽内，设于所述光复用器的出光侧，所述光隔离器用于所述光束进行反向隔离；
聚焦透镜，收容于所述收容槽内，设于所述光隔离器的出光侧，所述聚焦透镜用于对所述光束进行聚焦会聚；
用于输出光束的适配器，所述适配器设于所述聚焦透镜的出光侧，且设置于所述管壳的侧壁上；及
密封件，设于所述通气孔处，所述密封件与所述通气孔相适配以密封所述通气孔。
一种光模块，包括上述光发射器件及外壳，所述光发射器件收容于外壳内。
上述光模块及光发射器件的具体结构，采用先密封盖板再密封通气孔方法，解决了传统胶水密封，烘烤固化胶水过程已膨胀开裂问题，通过先密封盖板。通过密封件再密封通气孔方法，解决盖板开裂问题。
附图说明
图1为本实施方式的光发射器件的立体示意图；
图2为根据图1所示的光发射器件的盒体的立体结构示意图；
图3为根据图1所示的光发射器件的光器件光路的结构示意图；
图4为另一实施方式的光发射器件的密封件与盒子的部分结构示意图；
图5为根据图4所示的光发射器件的密封件的结构示意图；
图6为根据图1所示的光发射器件的制作方法流程图。
附图标记说明如下：10、管壳；11、盒体；12、盖板；111、收容槽；112、通气孔；113、底板；114、框架；115、沉槽；116、容置槽；13、隔板；14、凸筋；20、光器件；21、准直透镜；22、光复用器；221、玻璃载体；222、窄带滤波器；23、位移棱镜；24、光隔离器；25、聚焦透镜；26、适配器；28、光发射器件；29、光接收器件；30、密封件；31、大圆柱；32、小圆柱；33、圆锥台。
具体实施方式
尽管本发明可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本发明原理的示范性说明，而并非旨在将本发明限制到在此所说明的那样。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
在附图所示的实施方式中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本发明的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。
以下结合本说明书的附图，对本发明的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。
参见图1，本发明提出一种光发射器件。光发射器件包括管壳10及光器件20。光器件20收容于管壳10内，管壳10将光器件20密封其内。
管壳10包括盒体11及盖板12。盒体11开设有收容槽111。盖板12盖设于收容槽111的开口处，以封闭收容槽111。管壳10上至少开设一通气孔112。通气孔112将管壳10的收容槽111与外界连通。可以理解，通气孔112可以设置于管壳10及\或盖板12上，此处对通气孔112的位置不做限定，只要能够将管壳10的收容槽111与外界相连通即可。
具体在本实施方式中，盖板12与盒体11的端面设有胶水层，胶水层粘接盖板12与盒体11。胶水层将盖板12与盒体11密封连接。具体地，胶水可以为UV结构胶。
具体在本实施方式中，盒体11为金属盒体11。盒体11包括底板113及框架114。框架114为环形，固定设于底板113上。框架114与底板113围成一收容槽111。
盖板12为透明板。透明板可以采用应玻璃板。并且，该玻璃材质热膨胀系数与盒体11的金属的热膨胀系数接近。在对管壳10进行加热的时候，盖板12与盒体11发生的热膨胀变形量相近，以保证盖板12与盒体11能够紧密封闭连接。在其他实施方式中，盖板12还可以为金属板。对需封盖后观察内部状态的部分进行单独密封，采用玻璃盖板12密封，内部出光口部分采用玻璃材质。
盖板12在起密封作用同时，操作人员可以透过透明板对管壳10内的光器件20进行目检。在光发射器件进入客户端后，可以透过透明板对管壳10内的光器件20进行观察，同时可以在不开盖板12的条件下对光器件20进行观测和分析。
在其他实施方式中，管壳10、盖板12可以采用金属材质，起密封作用，将光器件20密封在管壳10内，盖板12可以遮光，降低环境对光器件20的影响。管壳10的盖板12和管壳10之间用胶水密封，降低密封难度。
光器件20收容于管壳10内。光器件20包括多个激光芯片、多个准直透镜21、光复用器22、位移棱镜23、光隔离器24、聚焦透镜25及适配器26。
激光芯片用于发射光束。激光芯片为多个。多个激光芯片分别发射产生多路光束。
多个准直透镜21收容于收容槽111内，且固定在底板113上。激光器发射出激光光束，入射到准直透镜21上。多个准直透镜21用于分别对多路光束进行准直。一个激光器对应一准直透镜21。
准直透镜21可以通过产品需要进行选择，可以是球面聚焦透镜25或者自聚焦透镜，也可以是已经组装好的透镜阵列等。
光复用器22收容于收容槽111内，且固定在底板113上。光复用器22设于多个准直透镜21的一侧，光复用器22用于将多路准直光束合成一路光束。
光复用器22较佳为Filter型解复用器。光复用器22包括一侧镀有反射膜的玻璃载体221、多个窄带滤波器222。光复用器22可以根据需要通过增加或者减少窄带滤波器222，来调节光复用器22对应的分束波段。具体地，该光复用器22包括四片窄带滤波器222。该光复用器22可以选择相应四路准直光束进行合束，最后合束光束从光复用器22出射端出射。
位移棱镜23设于光复用器22的出射端。且，位移棱镜23固定在底板113上。光束经位移棱镜23可以对光束的传播路径进行调整，以方便设置光器件20。位移棱镜23可以为全反射镜。光束经位移棱镜23调整光束的出光位置。
光隔离器24收容于收容槽111内，且固定在底板113上。光隔离器24设于光复用器22的出光侧，光隔离器24用于光束进行反向隔离。光束在各光器件20内穿过的过程中，容易产生反方向的反射光，反射光会导致光信号质量下降。因此，光隔离器24避免反射光反射回之前的位移棱镜23、光复用器22及准直透镜21中去，保证光信号高质量传输。
聚焦透镜25收容于收容槽111内，且固定在底板113上。聚焦透镜25设于光隔离器24的出光侧，聚焦透镜25用于对光束进行聚焦会聚。聚焦透镜25将光路中传输的光束进行聚焦会聚，保证光束强度。
适配器26用于输出光束。适配器26设于聚焦透镜25的出光侧，且设置于管壳10的侧壁上。适配器26将光信号转换为电信号，输出光发射器件。
本发明所公开的光发射器件，在管壳10上加工开设通气孔112，密封好盖板12后。在封盖过程中，需要用胶水粘结，而胶水凝固过程中需要加热。在加热过程中，可能会因为胶水凝固不牢，在内部气体膨胀过程中，将盖板12顶开。因此，在烘烤胶水凝固的过程中，该通气孔112可以平衡管壳10内外气压，盖板12不会因为内部气体膨胀而被顶开。
在其他实施方式中，通气孔112可以为多个。通气孔112开设于框架114上，可以方便对通气孔112操作。可以理解，在其他实施方式中，通气孔112还可以开设有盖板12上。通气孔112可开设有与管壳10的任一侧壁结构上，只要能够保证开设有通气孔112的管壳10侧壁结构的强度满足使用要求即可。多个通气孔112的位置设计也要满足管壳10的强度要求。
并且，至少两个通气孔112相对设于管壳10的侧壁上。相对设置的两个通气孔112可以容易实现相互对流。当对管壳10内进行充入惰性气体的时候，方便气体充入。
光发射器件还包括密封件30。等封盖胶水凝固结实后，密封件30设于通气孔112处。密封件30与通气孔112相适配以密封通气孔112。可以理解，密封件30可以为塞子或螺丝。密封件30为与通气孔112过盈配合的柱状塞或锥状塞或柱状塞与锥状塞的组合结构。相应地，通气孔112也可以柱状通孔或锥形通孔或柱状通孔与锥形通孔的组合结构等。通气孔112可以是螺纹孔结构，此时密封件30为与之相匹配的螺柱。
密封件30的环形侧壁上开设有凹槽。凹槽沿密封件30的轴向延伸设置。当密封件30固定插入到通气孔112内，以密封通气孔112。凹槽与通气孔112之间可以形成透气通道，当光发射器件的管壳10受热膨胀或受冷收缩的时候，凹槽可以与外界形成气体交互，以平衡管壳10的内外气压，以避免管壳10受到的压强不平衡使盖板12相对于盒体11翘起，影响管壳10的密封性。
具体在本实施方式中，请参阅图4及图5所示，密封件30包括大圆柱31、小圆柱32及设于大圆柱31与小圆柱32之间的圆锥台33。此处对密封件30和通气孔112的具体形状不做限定，只要能够密封件30与通气孔112保持密封连接即可。
管壳10的外侧壁于通气孔112处设有沉槽115。沉槽115与通气孔112连通。沉槽115为圆形或方形槽等。此处对沉槽115的形状不做限定。
密封件30将该通气孔112堵住，此时管壳10已经完全密封。为加强密封效果，待用密封件30密封好后，在沉槽115里面注入密封胶水，加强密封效果。
具体在本实施方式中，通气孔112的孔径大小略大于密封件30的直径大小。当通气孔112处设有沉槽115的时候，通气孔112的孔径大小略大于密封件30的直径大小。小圆柱32收容于通气孔112内，大圆柱31收容于沉槽115内。当对沉槽115进行填充胶水的时候，胶水会从密封件30进入到沉槽115内。因此，胶水会流入到密封件30的四周。胶水会粘住密封件30的大圆柱31的顶面及大圆柱31的部分侧面。从而使密封件30能够与通气孔112保持稳定的密封连接。
盒体11的开口端的端面上开设有盖板12相适配的容置槽116。容置槽116可以用于收容盖板12与盒体11粘接用的胶水，形成胶水层。
管壳10还包括隔板13。隔板13设于收容槽111内，将收容槽111分隔为多个子槽117。子槽117可以用于收容不同的光路器件。例如，光发射器件28及光接收器件29。
光发射器件28和光接收器件29位于同一个管壳10的两个子槽117内，隔板13的朝向盖板12的外侧壁上设有凸筋14。凸筋14配合与盖板12固定连接。可以理解，盖板12朝向隔板13的一侧面设于与凸筋14相适配的长槽，以保证盖板12能够稳定地设于框架114的上方。
光发射器件28位于一侧，光接收器件29位于另外一侧，管壳10加工一次，降低加工成本，但盖板12封装可以根据光发射器件28和光接收器件29的不同需求进行；比如光发射器件28可以根据光器件20要求和设计要求，采用玻璃盖板12或金属盖板12密封。光接收器件29也可以根据内部器件要求和设计要求，采用玻璃盖板或金属盖板，从而根据实际需求，提高组合的灵活性，降低产品成本。同时，分开封装，可以降低相互之间光的干扰。同时，不同材质盖板12同样采用胶水密封与管壳10粘结。
光发射器件28和光接收器件29分别位于一个管壳10内，但其盖板12材质可以根据内部器件要求和设计要求，选择玻璃材质或金属材质盖板12；该方案需加工两只管壳10，可以满足光发射器件28和光接收器件29相互不干扰的要求。
光发射器件28和光接收器件29可以位于一个管壳10内或也可以分别位于一个管壳10内。上述单独密封的管壳10的密封性能较好，满足对密封要求较高的光发射器件的设计需求。
本发明所公开的光发射器件，为控制内部气体成分，可以采用如下密封步骤：请参阅图6；
步骤S10，盖板12用胶水与盒体11进行密封。
步骤S20，将管壳10放入待操作位真空烤箱烘烤1个小时左右，充入氮气。可以理解，氮气还可以选用其他惰性气体，例如氩气、氖气等。
步骤S30，在氮气环境下，将通气孔112用合适密封件30堵住。
此时管壳10内部的气体成为即可为需要的氮气，而内部光器件20也可以在氮气中工作。
根据上述光发射器件的具体结构及制作方法，相较于传统的光发射器件而言，至少具有以下优点：
首先，采用先密封盖板12再密封通气孔112方法，解决了传统胶水密封，烘烤固化胶水过程已膨胀开裂问题，通过先密封盖板12。通过密封件30再密封通气孔112方法，解决盖板12开裂问题。
其次，解决了传统单个盖板12密封面积过大，难度增加问题，通过使用部分密封的方案，将敏感元件单独密封，降低密封难度，减少成本。采用全部或部分密封方案，降低密封难度和成本。
再次，解决了传统金属盖板12封盖后无法目检内部结构问题，通过使用玻璃盖板12，在封盖盖板12后依旧可以观察管壳10的内部结构和状态，便于上述光发射器件封盖后的目检和状态跟踪。
并且，解决了传统胶水密封，内部氧气和水汽无法排出问题。上述光发射器件通过在氮气环境密封通气孔112，高温加热后冷却方法，保证管壳10的内部氮气环境。通过在氮气环境密封通气孔112，排出内部氧气和水汽，防止管壳10内部的光器件20氧化受损。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种光发射器件，其特征在于，包括：
管壳，包括盒体及盖板，所述盒体开设有收容槽，所述盖板盖设于所述收容槽的开口处，以封闭所述收容槽，所述管壳上至少开设一通气孔；
多个激光芯片，用于发射多路光束；
多个准直透镜，收容于所述收容槽内，多个所述准直透镜用于分别对多路光束进行准直；
光复用器，收容于所述收容槽内，且设于多个所述准直透镜的一侧，所述光复用器用于将多路准直光束合成一路光束；
光隔离器，收容于所述收容槽内，设于所述光复用器的出光侧，所述光隔离器用于所述光束进行反向隔离；
聚焦透镜，收容于所述收容槽内，设于所述光隔离器的出光侧，所述聚焦透镜用于对所述光束进行聚焦会聚；
用于输出光束的适配器，所述适配器设于所述聚焦透镜的出光侧，且设置于所述管壳的侧壁上；及
密封件，设于所述通气孔处，所述密封件与所述通气孔相适配以密封所述通气孔。
2.根据权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述密封件为与所述通气孔过盈配合的柱状塞或锥状塞或柱状塞与锥状塞的组合结构。
3.根据权利要求2所述的光发射器件，其特征在于，所述密封件的环形侧壁上开设有凹槽，所述凹槽沿所述密封件的轴向延伸设置。
4.根据权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述密封件包括大圆柱、小圆柱及设于所述大圆柱与所述小圆柱之间的圆锥台。
5.根据权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述通气孔的孔径大小略大于所述密封件的直径大小。
6.根据权利要求1所述的光发射器件密封结构，其特征在于，所述通气孔为多个，且相对设于所述管壳的侧壁上。
7.根据权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述管壳的外侧壁于所述通气孔处设有沉槽，所述沉槽与所述通气孔连通。
8.根据权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述盒体的开口端的端面上开设有所述盖板相适配的容置槽，所述容置槽内设有胶水层，所述胶水层粘接所述盖板与所述盒体。
9.根据权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述盖板为透明板。
10.一种光模块，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的光发射器件及外壳，所述光发射器件收容于外壳内。
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