CN108919433B - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块，属于光通信领域。本发明实施例提供的光模块，包括电路板、贴装在电路板表面的激光芯片、激光驱动芯片及光检测芯片，以及透镜组件；激光驱动芯片位于光检测芯片及激光芯片之间；透镜组件的底面罩设在激光芯片及光检测芯片的上方；透镜组件的顶面具有凹槽，凹槽的底部凸起以形成第一分光面及第二分光面；激光芯片发射的光通过第一分光面反射向第二分光面；第二分光面反射、折射光，经第二分光面反射的光射向光检测芯片，经第二分光面折射的光射出透镜组件。透镜组件的第一分光面及第二分光面实现了对光束的分离，通过反射、折射形成两束不同方向的光束，反射向光监控芯片的光束实现了对光功率的监控。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光模块中激光芯片的光功率是一项重要的监控指标，对于垂直腔面激光芯片，其垂直向上的发出一束光，与边发光激光芯片的两侧出光不同。从一束光中分出部分光进行光功率监控，是使用垂直腔面激光芯片的光模块需要解决的技术问题。

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：

一种光模块，包括电路板、贴装在电路板表面的激光芯片、激光驱动芯片及光检测芯片，以及透镜组件；

激光驱动芯片位于光检测芯片及激光芯片之间；

透镜组件的底面罩设在激光芯片及光检测芯片的上方；

透镜组件的顶面具有凹槽，凹槽的底部凸起以形成第一分光面及第二分光面；

激光芯片发射的光通过第一分光面反射向第二分光面；

第二分光面反射、折射光，经第二分光面反射的光射向光检测芯片，经第二分光面折射的光射出透镜组件。

由上述技术方案可见，透镜组件的第一分光面及第二分光面实现了对光束的分离，通过反射、折射形成两束不同方向的光束，反射向光监控芯片的光束实现了对光功率的监控。

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

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光模块结构图；

图2提供了一种透镜组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的光模块局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光模块光路示意图。

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”、“”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。

图1为本发明实施例提供的光模块结构图。如图1所示，光模块包括上壳体101、下壳体102、电路板103、透镜组件104、光纤105及光纤接头106。上壳体及下壳体形成包裹其他器件的腔体，透镜组件104位于电路板103表面，在透镜组件与电路板之间封装有激光芯片、光检测芯片及激光驱动芯片，具体地，透镜组件的下表面与透镜组件之间围成腔体，激光芯片、光检测芯片及激光驱动芯片位于该腔体中；透镜组件的上表面形成凹槽，在凹槽底部的平面形成改变光传播方向的结构。

本发明实施例提供一种光模块，包括电路板、激光芯片、光检测芯片、激光驱动芯片及透镜组件；

激光芯片、激光驱动芯片及光检测芯片贴装在电路板表面，激光驱动芯片位于光检测芯片及激光芯片之间；

透镜组件的底面罩设在激光芯片及光检测芯片的上方；

透镜组件的顶面具有凹槽，凹槽的底部凸起以形成第一分光面及第二分光面；

激光芯片发射的光通过第一分光面反射向第二分光面；

第二分光面反射、折射光，经第二分光面反射的光射向光检测芯片，经第二分光面折射的光射出透镜组件；

第一分光面与第二分光面之间的距离，小于激光芯片与第一分光面之间的距离。

由上述技术方案可见，透镜组件的第一分光面及第二分光面实现了对光束的分离，通过反射、折射形成两束不同方向的光束，反射向光监控芯片的光束实现了对光功率的监控。

具体地，图2提供了一种透镜组件的结构示意图，如图2所示，透镜组件的下表面形成半开放的腔体，其与电路板一起形成闭合的腔体，该腔体用于容纳激光芯片、激光驱动芯片及光检测芯片，透镜组件的下表面在该腔体中具有准直透镜20，准直透镜用于将激光芯片发出的发散光汇聚准直为平行光，进而射入透镜组件中。透镜组件的上表面具有凹槽，凹槽底部的凸起形成第一分光面117及第二分光面116，经准直透镜准直后的光在第一分光面处发生反射，进而朝向第二分光面传播，在第二分光面处发生光的反射及折射，折射后的光经汇聚透镜30汇聚后进入光纤中，反射后的光从透镜组件中射出，并最终射入光检测芯片表面。

透镜组件上表面的凹槽中形成凸起，凸起的外表面具有两个斜面，即第一分光面和第二分光面。第一分光面反射光的方向朝向第二分光面，光在第二分光面处发生反射和折射，经过透镜组件上的结构设计，实现了光分束以及传播方向改变的效果，从透镜组件中出来的光，一束射向光检测芯片，一束射入光纤中。凹槽的形成主要为了生成满足反射、折射条件的反射面，第一分光面及第二分光面均属于光疏介质与光密介质的分界面，可以满足对反射及折射的基本要求，此外，还可以在面上镀膜，以满足对光反射及折射的需要。优选的，在第一分光面发生全反射，在第二分光面发生全反射。

本发明的透镜组件104可以采用聚合物材料经注塑工艺一体成型制成。具体地，该透镜组件104由聚醚酰亚胺材料或者聚酰亚胺材料等高温树脂制成。由于透镜组件104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透镜组件104结构只需调节入射光束以及光纤的位置，安装调试简单。

本实施例中，激光芯片可以选用VCSEL（Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面激光发射器），激光芯片所发射的光束为激光束。

优选地，该准直透镜20与激光芯片的发光点之间的距离设置为准直透镜20的焦距，如此以使激光芯片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/汇聚光束进行传播。

图3为本发明实施例提供的光模块局部结构示意图。如图3所示，激光芯片115、激光驱动芯片114及光检测芯片112贴装在电路板PCB表面，并位于电路板PCB与透镜组件104形成的腔体中。

激光驱动芯片与激光芯片之间通过打线118实现电连接。目前的实际产品中，激光驱动芯片114的尺寸远大于激光芯片的尺寸，也远大于光检测芯片的尺寸。

激光芯片115发出的光射入透镜组件中后，在第一分光面117发生反射，按照光路的行进路径来衡量激光芯片与第一分光面之间的距离，即图3中所示的距离D1；光在第一分光面117与第二分光面116的行进路径来衡量第一分光面与第二分光面的距离，即图3中所示的D2；激光芯片与第一分光面之间的距离，大于第一分光面与第二分光面之间的距离，即D1大于D2。

如此设置的目的，是让从第二分光面116反射的光射向位于激光芯片另一侧的光探测芯片112。具体地，光纤与光探测芯片位于激光芯片相对的两侧，第一分光面使得光射向光纤方向，最终进入光纤；而第二分光面将光反射向光探测芯片的方向，光从透镜组件的边缘位置射出，光在透镜组件上的射出位置位于激光芯片与光探测芯片之间。

实现上述光路，特别是让光经第二分光面反射后射入光检测芯片，透镜组件的主要设计要求是：要衡量激光芯片与第一分光面之间的距离，与第一分光面与第二分光面之间的距离，这两个距离的关系。

当第一分光面与第二分光面之间的距离太大，会导致光在激光芯片的一侧射至电路板表面，即光从透镜组件上的射出位置并非位于激光芯片与光探测芯片之间，无法射至位于激光芯片另一侧的光检测芯片上；当然，这个距离关系还与第二分光面的反射角度有关。

具体地，为了实现上述光路，第二分光面与电路板表面之间的夹角处于45°与90°之间。

图4为本发明实施例提供的光模块光路示意图。如图4所示，光模块的电路板上设置有光检测芯片MPD、激光驱动芯片IC及一种具体的激光芯片VCSEL，激光芯片发出与电路板表面垂直方向的光，这是垂直腔面激光器的特性，不同于边发光激光芯片产生平行与电路板表面的光。

激光芯片发出的光是发散的，优选的，经准直透镜20汇聚后形成准直光路，准直透镜是透镜组件的一部分，采用一体成型工艺制作。

光从激光芯片发出后，经过空气传播进入准直透镜，由准直透镜汇聚准直进入透镜组件，在第一分光面发生反射，其反射方向朝向第二分光面，反射后光的传播方向与电路板表面呈非平行的关系；优选的，在第一分光面发生全反射，以减少光功率的损耗。

光在第二分光面发生反射以及折射。反射的光射向光检测芯片，光检测芯片位于激光驱动芯片的一侧，激光芯片位于激光驱动芯片的另一侧。光检测芯片位于激光驱动芯片朝向电路板的一侧；激光芯片与光检测芯片相比，位于电路板的边缘，这样设置，便于光检测芯片、激光驱动芯片以及激光芯片与电路板的较短电连接，电路板的边缘与光模块的光学部分连接，不利于设置电路。

优选的，在第二反射面发生全反射。光检测芯片通过分析所接收的反射光束的强度，即可获知光纤所输出的传输光的强度。

光在第二反射面发生折射时，折射的光射出透镜组件。具体地，折射的光射入凹槽侧壁113中，从透镜组件朝向光纤105的聚焦透镜30射入，进而进入光纤105。

光通过凹槽侧壁113时，发射折射，使光的传播方向与电路板表面平行，其目的是与光纤方向相同，以便于高效率地耦合进光纤。

凹槽侧壁113的角度，第一分光面的角度及第二分光面的角度是相互关联的，光依次在第一分光面、第二分光面及凹槽侧壁处发生传播方向的改变，使得最初与电路板表面垂直传播的光转变为与电路板表面平行。具体的角度可以根据实际情况在相应范围内设置。

具体地，第一分光面需要发生全反射，根据具体的光密介质、光疏介质及光的波长，可以确定第一分光面的角度，在此基础上，可以根据目的依次设置第二分光面、凹槽侧壁的角度。第二分光面还要兼顾将光折射向光检测芯片。

本发明中，在光束从激光芯片传播入透镜组件中，光束从光疏介质传播至光密介质；在光束从第一分光面传播向第二分光面，第二分光面反射向光检测芯片尚未射出透镜组件时，光束在光密介质内传播；光束从透镜组件折射向光检测芯片，光在光疏介质中传播，光束倾斜射入光检测芯片的光敏面/表面；光束从第二分光面折射向凹槽内壁113，光束在光疏介质内传播；经凹槽内壁113传播向聚焦透镜30，光束在光疏介质内传播。

本发明实施例提供了一种光模块，由于透镜组件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，通过第一分光面与调节第二分光面的角度，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 (6)

1.一种光模块，其特征在于，包括电路板，贴装在所述电路板表面的激光芯片、激光驱动芯片及光检测芯片，透镜组件以及光纤；

所述激光芯片位于所述光纤与所述光检测芯片之间；

所述激光驱动芯片位于所述光检测芯片及所述激光芯片之间；

所述透镜组件的底面罩设在所述激光芯片及所述光检测芯片的上方；

所述透镜组件的顶面具有凹槽，所述凹槽的底部凸起以形成第一分光面及第二分光面；

所述激光芯片发射的光通过第一分光面反射向第二分光面；

所述第二分光面反射、折射所述光，经所述第二分光面反射的光射向所述光检测芯片，经所述第二分光面折射的光射入所述凹槽的侧壁中，光通过所述凹槽侧壁时发生折射，使光的传播方向朝向所述光纤。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一分光面与所述第二分光面之间的距离，小于所述激光芯片与所述第一分光面之间的距离。

3.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件下表面的光出射位置，位于所述激光芯片与所述光检测芯片之间。

4.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第二分光面与所述电路板表面之间的夹角处于45°与90° 之间。

5.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第二分光面折射的光射向所述凹槽侧壁，所述凹槽侧壁将光的传播方向折射为与电路板表面平行。

6.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一分光面处发生全反射。

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