CN108919437B - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光模块，属于光通信领域。本发明实施例提供的光模块包括电路板及透镜组件，电路板表面设置有激光器及激光器驱动芯片，透镜组件罩设在激光器及激光器驱动芯片上方；透镜组件朝向激光器及激光器驱动芯片的内腔壁上设置有发射透镜，发射透镜表面及发射透镜周围的内腔壁上分别设置有反射薄膜；激光器射向发射透镜的光，经发射透镜表面的反射薄膜反射后，射向激光器驱动芯片的边缘，再次反射的光射至透镜组件内腔壁的区域具有粗糙结构。粗糙结构使得光发生反射方向随机的反射，减小了光射至激光驱动芯片非边缘区域的强度，避免对激光芯片非边缘区域的时钟数据恢复模块造成性能干扰。

Description

一种光模块

技术领域

本公开涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

在光纤通信系统中，光模块是起到光电转换作用的一种连接模块。一个典型光模块通常包括发射端和接收端两部分，其中，发送端用于将电信号转换成光信号后再通过光纤传输出去，接收端用于将光纤传输来的光信号转换成电信号。

图1为一种光模块的内部基本结构示意图。图2为图1中光模块的内部结构侧视图。如图1和2所示，该光模块中最重要的元件包括发送端所用的光透镜组件10、激光器20以及设置在激光器20一侧的激光器驱动芯片30，其中，光透镜组件10罩设在激光器20和激光器驱动芯片30上方。图3为图1中透镜组件的第一基本结构示意图。如图3所示，透镜组件10具有由多个用于将激光发射出去的发射透镜101以及反射面102，其中，一个发射透镜101对应一个光通路。在该光模块进行信号发送时，金手指将电信号引入到激光器驱动芯片30，激光器驱动芯片30再将该电信号传输到激光器20，利用激光器20将电信号转化成光信号，激光器20发出的激光信号先经过对应的发射透镜101的准直和会聚，然后通过反射面102反射向光纤50，最后通过光纤50将信号传输出去。

图4为图1中透镜组件的第二基本结构示意图。如图4所示，由于目前激光器20自身的发光功率通常较大，而光模块实际要求的出光功率小，所以通常在发射透镜组101的各透镜表面上镀反射薄膜对光进行功率衰减。为了保证各光通路的光功率一致性，通常要求镀膜范围尽可能大，因此会在发射透镜组101的周围区域的光透镜组件10内壁上也镀反射薄膜103。

由于上述反射薄膜103的光反射效率较高，进而会使激光器驱动芯片30受到过多的反射的激光的照射，导致激光器驱动芯片30工作信号发生不良，影响光模块的工作稳定性。

发明内容

本发明实施例中提供了一种光模块，以解决现有技术中光模块中的激光器驱动芯片受到激光照射，影响光模块工作稳定性的问题。

本发明实施例提供的一种光模块，包括电路板及透镜组件，电路板表面设置有激光器及激光器驱动芯片，透镜组件罩设在激光器及激光器驱动芯片上方；

透镜组件朝向激光器及激光器驱动芯片的内腔壁上设置有发射透镜，发射透镜表面及发射透镜周围的内腔壁上分别设置有反射薄膜；

激光器射向发射透镜的光，经发射透镜表面的反射薄膜反射后，射向激光器驱动芯片的边缘，再次反射的光射至透镜组件内腔壁的区域具有粗糙结构。

透镜组件的内腔壁朝向激光器及激光器驱动芯片，内腔壁设置有发射透镜，激光器射向透镜组件的光，被透镜组件表面的反射薄膜反射向激光器驱动芯片的边缘，然后被激光器芯片的边缘区域再次反射向内腔壁，再次反射的激光射至透镜组件内腔壁的区域具有粗糙结构，粗糙结构使得光发生反射方向随机的反射，减小了光射至激光驱动芯片非边缘区域的强度，避免对激光芯片非边缘区域的时钟数据恢复模块造成性能干扰。

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，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种光模块的内部基本结构示意图；

图2为图1中光模块的内部结构侧视图；

图3为图1中透镜组件的第一基本结构示意图；

图4为图1中透镜组件的第二基本结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光模块的内部光路反射图；

图6为光模块中的激光器驱动芯片的基本结构示意图；

图7为本发明实施例提供的扩大激光器与激光器驱动芯片之间的间距后的光路图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

目前，为保证光模块中各光通路的光功率一致性，通常会对光模块的光透镜组件中各发射透镜表面进行一次性镀膜并且要求镀膜面积越大越好，因此，已有中不仅在发射透镜表面镀膜，发射透镜组的周围区域的光透镜组件内壁上也大面积的镀反射薄膜。但是，发明人发现当将上述镀膜方式应用在具有CDR(Clock Data Recovery，时钟数据恢复)模块的激光器驱动芯片的光模块中时，光模块会出现光电信号转化不良、工作不稳定的问题。基于上述问题，发明人对光模块内部光路走向进行研究分析。具体如下：

图5为本发明实施例提供的光模块的内部光路反射图。如图5所示，由于光模块中激光器20和激光器驱动芯片30均在电路板上的，并且透镜组件10罩设在激光器20和激光器驱动芯片30上，并且透镜组件中30朝向激光器20和激光器驱动芯片30的内腔壁设有发射透镜101。因此，在光模块工作过程中，激光器20所发出的部分光会被发射透镜表面的反射薄膜反射，另一部分光会透过发射透镜继续传播，最终进入外部光纤中。反射光中的一部分会打在激光器驱动芯片30中靠近激光器20的边缘位置上(本实施例命名该位置为激光器驱动芯片的边缘区域)，激光器驱动芯片30会将反射光二次反射在光透镜组件10中位于发射透镜附近的内腔壁上，由于该内腔壁位置镀有反射薄膜103，因此，会将部分光再进行反射，最终打在激光器驱动芯片30的非边缘区域，如图5所示，本实施例中反射光最终打在激光器驱动芯片30的中心区域。

图6为光模块中激光器驱动芯片的基本结构示意图。如图6所示，该激光器驱动芯片30通常设置有CDR(Clock Data Recovery，时钟数据恢复)模块301来优化信号稳定性。其中，CDR模块301一般位于激光器驱动芯片30的中间部位，我们称该区域为光敏区域。发明人发现由于CDR模块301本质就是一个集成电路，内部信号传输就是电流传输，而电流传输的本质就是电子流传输，因此当CDR模块301表面受到上述反射的激光照射时，会激发出额外的电子，进而影响原有的电流信号，影响CDR模块301的性能，继而造成激光器驱动芯片30工作信号发生不良，最终影响光模块的工作稳定性。

如图5所示，针对上述光模块中透镜组件上的光发射透镜镀膜后，激光器发出的光部分光在透镜表面反射，反射光中的一部分会打在激光器驱动芯片的靠近激光器最边缘的位置上，而驱动芯片会将光反射再次打在透镜组件腔体的内壁上，由于该位置的透镜腔体内壁也有镀膜，因此会将激光进行再次反射，最终照射在激光器驱动芯片中心CDR模块所在光敏区域位置，影响芯片正常工作的问题。本实施例经过大量实验验证，提出了一种改进方案：通过在内腔壁上设置粗糙结构106，以使反射光成无规律方向反射，以使尽量少的激光反射到驱动芯片的光敏区域，保证光模块工作稳定性。

具体的，本实施例提供的光模块包括发送端所用的光透镜组件10、激光器20以及激光器驱动芯片30，其中，激光器20以及激光器驱动芯片30设置在光模块中的电路板(如印制线路板、柔性线路板等)上，为了实现高速信号的传输，激光器驱动芯片与激光器近距离打线连接。激光器驱动芯片30的中心区域设有CDR模块301，当然，CDR模块301还可以设置在其它位置；激光器20可以有多个，以形成激光器阵列，实现多路传输；对应的，激光器驱动芯片与激光器一一对应，激光器20并列排布在驱动芯片30的一侧，光透镜组件10罩设在激光器20以及激光器驱动芯片30上方。另外，并且透镜组件中30朝向激光器20和激光器驱动芯片30的内腔壁设有至少一个发射透镜101，以形成反射透镜阵列，每一个激光器20对应一个发射透镜101，激光器20的发光腔面通常位于发射透镜101的焦点处，其发射的激光经过发射透镜101准直会聚，然后通过光透镜组件上的反射面反射向光纤，最后通过光纤将光信号传输出去。

进一步的，上述发射透镜101表面以及发射透镜101周围区域的光透镜组件10的内腔壁上镀有反射薄膜103，激光器20发射的部分激光在发射透镜101表面被反射薄膜反射后，发射透镜101所反射的激光经激光器驱动芯片或者经激光器驱动芯片和线路板二次反射后照射在透镜组件10的内腔壁上，该二次反射的激光在透镜组件10内腔壁的照射区域具有粗糙结构。

粗糙结构是一种非光滑平面处理，常见的有磨砂处理。粗糙结构的目的是使光发生反射方向不规律的反射。对于镜面结构，或镀反射薄膜的平面结构，光在这些结构处发生规律的反射，其反射方向为激光器驱动芯片的表面。光在透镜组件的内腔壁与驱动芯片之间来回发生规律反射，会导致较强的光照射至激光器驱动芯片的CDR区域/光敏区域，影响驱动芯片的正常工作。而对于粗糙结构，光在粗糙结构发生的反射方向随机，不会集中向某一方向，光在透镜组件、电路板、激光器驱动芯片之间的反射不会导致某一处接收较大的光强，相比之下有利于保证激光器驱动芯片正常工作。

本发明实施例中，可以对透镜组件内腔壁已经镀有反射薄膜的区域进行粗糙处理，已形成粗糙结构的周围设置有反射薄膜，以改善原镀有的反射薄膜对激光器驱动芯片的影响。

进一步的，激光器驱动芯片上的时钟数据恢复模块所在区域镀有高反射率薄膜，可以减少反射至此区域的光影响时钟数据恢复模块的工作。

进一步的，本实施例还提供了对激光器、激光器驱动芯片以及透镜组件空间结构上的改进。

首先，是激光器20和激光器驱动芯片30布设位置的调整，由于在透镜表面的反射光首先会打在激光器驱动芯片30中靠近激光器20的最边缘位置上，因此，本实施例在光模块内部空间范围以及对信号传输影响容许的条件下，可以扩大激光器20和激光器驱动芯片30之间的间距，这样反射至激光器驱动芯片30表面的光会减少，进而激光驱动芯片30反射至透镜组件10内腔壁上的光也会相应减少。

优选地，可以通过扩大激光器20和激光器驱动芯片30之间的间距，使激光器20最大发散角对应的激光束不能反射至激光器驱动芯片30。图7为本发明实施例提供的扩大激光器与激光器驱动芯片之间的间距后的光路图，如图7所示，扩大激光器20和激光器驱动芯片30之间的间距后，透镜处反射的激光束全部照射不到激光器驱动芯片30表面，进而也就大大减少了反射薄膜二次反射至激光器驱动芯片30光敏区域的激光。

本实施例还提供了控制激光器20最大发散角对应的激光束不能反射至激光器驱动芯片30时，对应激光器20的中心和激光器驱动芯片30之间的间距的计算公式，具体的,当反射薄膜反射的激光恰照射至激光器驱动芯片30边缘时，对应的两者间距D为：

其中，

R为发射透镜的曲率半径，f₁为发射透镜表面与激光器发光腔面之间的间距，θ为激光器的最大发散角。

根据上述公式(6)，在实际应用中则需要设计激光器驱动芯片与激光器中心之间的间距大于或等于

需要说明的是，本实施例中所描述激光器20中心具体是指激光器发光腔面的中心。

此外，本实施例还提供了将反射透镜处近似为平面反射的计算公式，具体的如下：

D＝f(h₂,f₁,θ)＝(f₁+h₂)tanθ (7)

其中，h₂为激光器驱动芯片与发射透镜之间在竖直方向的间距，f₁为发射透镜表面与激光器发光腔面之间的间距，θ为激光器的最大发散角。

根据上述公式(7)，在实际应用中则需要设计激光器驱动芯片与激光器中心之间的间距大于或等于(f₁+h₂)tanθ。

基于上述控制反射薄膜反射的激光束尽可能少的反射至激光器驱动芯片30表面的技术思路，还可以采用缩小激光器30的光发射角、缩小发射透镜101的焦距的方式。

进一步的，本实施例还提供了减少激光器驱动芯片30反射至反射薄膜103上的光束时，对应透镜组件10的内腔壁与激光器驱动芯片30上表面之间的间距的计算公式，优选地，当激光器20的最大发散角对应的光束恰好反射至反射薄膜103的边缘，且将激光器30的发光腔面和激光器驱动芯片30的上表面近似为处于同一平面时，对应的两者间距h计算公式如下：

其中，

d为反射薄膜的边界与发射透镜中心之间的间距，R为发射透镜的曲率半径，f₁为发射透镜表面与激光器发光腔面之间的间距，θ为激光器的最大发散角。

根据公式(8)，如果使激光器驱动芯片30反射的激光束尽可能少的照射至透镜组件内腔壁的反射薄膜103上，则需要透镜组件10的内腔壁与激光器驱动芯片30上表面之间的间距大于或等于f(d,R,f₁,θ)。

此外，本实施例还提供了将反射透镜处近似为平面反射的计算公式，具体的如下：

其中，d为反射薄膜的边界与发射透镜中心之间的间距，f₁为发射透镜表面与激光器发光腔面之间的间距，θ为激光器的最大发散角。

根据公式(9)，如果使激光器驱动芯片30反射的激光束尽可能少的照射至透镜组件内腔壁的反射薄膜103上，则需要透镜组件10的内腔壁与激光器驱动芯片30上表面之间的间距大于或等于

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种光模块，其特征在于，包括电路板及透镜组件，所述电路板表面设置有激光器及激光器驱动芯片，所述透镜组件罩设在所述激光器及激光器驱动芯片上方；

所述透镜组件朝向所述激光器及所述激光器驱动芯片的内腔壁上设置有发射透镜，所述发射透镜表面及所述发射透镜周围的所述内腔壁上分别设置有反射薄膜；

所述激光器射向所述发射透镜的光，经所述发射透镜表面的反射薄膜反射后，射向所述激光器驱动芯片的边缘，再次反射的光射至所述透镜组件内腔壁的区域具有粗糙结构；

所述激光器驱动芯片的非边缘区域设置有时钟数据恢复模块。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述粗糙结构的周围设置有反射薄膜。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器驱动芯片与所述激光器中心之间的间距大于或等于

；

其中，

，

，

为所述发射透镜的曲率半径，

为所述发射透镜表面与激光器发光腔面之间的间距，

为所述激光器的最大发散角。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器驱动芯片上的时钟数据恢复模块所在区域镀有高反射率薄膜。

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