CN109061811A - 双发双收光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信网络模块领域，提供了一种双发双收光模块，包括壳体、安设于壳体上PCB板，用于与其他光模块连接的适配孔组件，两个光发射组件，以及用于接收其他光模块的光纤传来的光信号的两个光接收组件，两个光发射组件均位于PCB板与适配孔组件之间；两个光发射组件均包括本体，每一本体上均贴装有四个LD芯片，四个LD芯片均可发射不同波长的光信号，且四个LD芯片均与PCB板电连接。本发明通过采用双发双收的方式，不仅可以使所需波长数量减少，有利于芯片的设计制造；另一方面，将八个通道的LD芯片分别封装在两个光发射组件中，极大降低了光器件的封装难度，有利于器件良率。
Description
技术领域
本发明涉及光通信网络模块领域，具体为一种双发双收光模块。
背景技术
光纤通信网络尤其是数据中心光纤网络对带宽需求的日益增长，推动着光模块向更高速率、高度集成的小封装方向发展，目前小封装尺寸的100GQSFP28光收发模块已经在数据中心和以太网获得大批量的应用，这种小型封装模块内部集成了4个25G速率的不同波长的激光器和4个25G接收PD，通过光学的波分复用和解复用技术实现4个25G光信号在一根光纤中的发射和接收，从而实现100G的光收发传输。同时，通信行业的各标准协会已经制定了200G、400G等更高速率的光模块标准，以满足未来的光纤网络增长需求。
为了提高单个光模块的传输速率，现有技术中存在着几种解决方案：(1)提高每一路激光器和PD的带宽，如由25G提高到50G；(2)改变每一路的速率调整方式，如由NRZ调制改为PAM调制；(3)增加波长复用数量，例如由4个波长增加到8个波长。然而，第一种方案和第二种方案虽然提高了单通道的传输速率，但速率的提高会受限于光电和IC芯片的带宽和PCB线路的传输带宽。第三种方案虽然也能够提高单个模块的传输速率，但是其所需波长数量较多，不利于芯片的设计制造，另一方面，单个器件中波长数量的增加会极大的增加光器件的封装难度，降低良率和产品质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双发双收光模块，通过采用双发双收的方式，不仅可以使所需波长数量减少，有利于芯片的设计制造；另一方面，将八个通道的LD芯片分别封装在两个光发射组件中，极大降低了光器件的封装难度，有利于器件良率。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种双发双收光模块，包括壳体、安设于所述壳体上PCB板以及用于与其他光模块连接的适配孔组件，所述适配孔组件位于所述壳体远离所述PCB板的一侧，还包括两个光发射组件以及用于接收其他光模块的光纤传来的光信号的两个光接收组件，两个所述光接收组件均安装在所述PCB板的背面，两个所述光发射组件均位于所述PCB板与所述适配孔组件之间；两个所述光发射组件均包括本体，每一所述本体上均贴装有四个LD芯片，四个所述LD芯片均可发射不同波长的光信号，且四个所述LD芯片均与所述PCB板电连接。
进一步，两个所述光发射组件均还包括用于将不同波长的四路光信号合波耦合的波分复用器，以及均用于接收合波耦合后的光信号并与其他光模块的光纤插拔对接的第一金属适配器和第三金属适配器；两个所述波分复用器分别安装在两个所述本体上。
进一步，两个所述光发射组件还分别包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤的首端和所述第二光纤的首端分别安装在两个所述本体远离所述PCB板的一侧，所述第一光纤的尾端与所述第一金属适配器连通，所述第二光纤的尾端与所述第三金属适配器连通。
进一步，所述第一光纤以及所述第二光纤均弯曲为环形，且均位于两个所述本体的上方，并位于所述壳体的安装区域内，所述区域在所述适配孔组件和所述PCB板之间。
进一步，所述适配孔组件包括第一适配孔和第三适配孔，所述第一适配孔和所述第三适配孔均与两个所述本体错开设置；所述第一金属适配器插至所述第一适配孔中，所述第三金属适配器插至所述第三适配孔中。
进一步，两个所述光接收组件均包括用于将经过合波耦合后的光信号并解复用为四路单独的光信号的波分解复用器，以及用于接收其他光模块光纤传来的经过合波耦合后的光信号的第二金属适配器和第四金属适配器；所述第二金属适配器和所述第四金属适配器分别将经过合波耦合后的光信号传递至两个所述波分解复用器。
进一步，所述适配孔组件还包括第二适配孔和第四适配孔，所述第二金属适配器插至所述第二适配孔中，所述第四金属适配器插至所述第四适配孔中。
进一步，两个所述光接收组件还分别包括第三光纤和第四光纤，所述第三光纤的两端分别与其中一个所述波分解复用器和所述第二适配器连通，所述第四光纤的两端分别与另一个所述波分解复用器和所述第四适配器连通。
进一步，两个所述本体的底面均向内凹陷形成凹槽，每一所述凹槽由所述PCB板至所述适配孔组件方向的相对两侧面均贯通，所述第三光纤和所述第四光纤分别穿过两个所述凹槽。
进一步，两个所述光接收组件还均包括用于接收解复用后的四路光信号的PD芯片阵列以及用于放大光信号的跨阻抗放大器芯片阵列，所述PD芯片阵列以及所述跨阻抗放大器芯片阵列均具有四个通道；两个所述PD芯片阵列以及两个所述跨阻抗放大器芯片阵列均贴装在所述PCB板上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过采用双发双收的方式，不仅可以使所需波长数量减少，还有利于芯片的设计制造，而且两个光发射组件和两个光接收组件一前一后的错位放置可以有效解决空间小的难题。
2、将八个通道的LD芯片分别封装在两个光发射组件中，极大降低了光器件的封装难度，有利于器件良率。
3、通过采用COB贴装的方式，简化了制作工艺，且对八个LD芯片来说，提高了发射带宽和发射信号的质量，对PD芯片阵列以及所述跨阻抗放大器芯片阵列来说，提高了接收带宽和接收信号的质量，同时，这种采用COB贴装方式解决了软带焊接占用PCB空间的问题。
4、两个光发射组件均通过光纤配合金属适配器来发射光信号，同时，两个光接收组件均通过光纤配合金属适配器来接收信号，采用这种柔性连接的方式与壳体连接，解决了现有技术中光发射组件和光接收组件通过硬性连接的方式而导致的加工精度低、装配误差大，进而容易导致组装困难、组装应力大以及产生器件掉光等问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双发双收光模块的结构示意图；
图2为图1的A处的放大图；
图3为本发明实施例提供的一种双发双收光模块的光发射组件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种双发双收光模块的壳体的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种双发双收光模块的光接收组件安装在PCB板的背面的结构示意图；
附图标记中：1-壳体；2-PCB板；3-适配孔组件；30-第一适配孔；31-第三适配孔；32-第二适配孔；33-第四适配孔；4-光发射组件；40-本体；400-凹槽；41-LD芯片；42-波分复用器；43-第一金属适配器；44-第三金属适配器；45-第一光纤；46-第二光纤；5-光接收组件；50-第二金属适配器；51-第四金属适配器；52-第三光纤；53-第四光纤；54-PD芯片阵列；55-跨阻抗放大器芯片阵列。
具体实施方式
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图5，本发明实施例提供一种双发双收光模块，包括壳体1、安设于所述壳体1上PCB板2，两个光发射组件4，两个光接收组件5，以及用于与其他光模块连接的适配孔组件3。其中，所述适配孔组件3位于所述壳体1远离所述PCB板2的一侧，两个所述光发射组件4均位于所述PCB板2与所述适配孔组件3之间；两个光接收组件5均用于接收其他光模块的光纤传来的光信号的两个光接收组件，且两个光接收组件均安装在所述PCB板的背面，作为本实施例的一个优选的方案，两个光接收组件5并排安装在PCB板2上，并与两个光发射组件4之间具有一定的距离，避免了二者发生干涉，且这种在壳体上一前一后的错位放置可以有效解决空间小的难题。两个所述光发射组件4均包括本体40，每一所述本体40上均贴装有四个LD芯片41，四个所述LD芯片41均可发射不同波长的光信号，且四个所述LD芯片41均与所述PCB板2电连接。在本实施例中，壳体1为图2中的结构，它是光模块中用于承载PCB板2、两个光发射组件4、适配孔组件3以及后面提及的两个光接收组件5和各光纤的基座，在行业标准内，光模块属于高精密器件，该壳体1有严格的尺寸要求，不能够随意地做大做小，因此造成了背景技术中提及的在需要提速时因体积小而带来的若干问题。如图1所示，在PCB板2和适配孔组件3安装后，壳体1上剩余的空间就所剩无几，用常规的方式，即增加波长复用的数量，会带来极大的困难，从而影响到装配的速率和良品率。而在本光模块中，直接将发射光信号的LD芯片41安装在本体40上，具体的，将八个LD芯片41分别封装在两个本体40内，每个本体40中有四个LD芯片41，这四个LD芯片41均可以发射λ1、λ2、λ3、λ4四个波长的光信号，降低了封装难度，有利于器件良率。八个LD芯片通过采用COB贴装的方式，简化了制作工艺，提高了发射带宽和发射信号的质量，这种采用COB贴装方式解决了软带焊接占用PCB空间的问题。作为本实施例一个优选的方案，八个LD芯片41均通过金丝焊接与PCB板2进行高速电连接，提高了IC芯片到LD芯片41的链路带宽和信号质量，避免了FPC焊盘过大导致的PCB板2空间不足的问题。
优化上述两个光发射组件4，请参阅图1、图3以及图5，两个所述光发射组件4均还包括用于将不同波长的四路光信号合波耦合的波分复用器42，以及均用于接收合波耦合后的光信号并与其他光模块的光纤插拔对接的第一金属适配器43和第三金属适配器44；两个所述波分复用器42分别安装在两个所述本体40上。在本实施例中，本光模块是可以通过金属适配器与其他光模块配合使用的。在每一光发射组件4中，波分复用器42能够将其匹配的四个LD芯片41产生的λ1、λ2、λ3、λ4四个波长的光信号合波后耦合成为一个光信号，然后通过第一金属适配器43和第三金属适配器44将该光信号传递到另一个光模块中，并由它的光接收组件5来接收。
继续优化上述两个光发射组件4，请参阅图1，两个所述光发射组件4还分别包括第一光纤45和第二光纤46，所述第一光纤45的首端和所述第二光纤46的首端分别安装在两个所述本体40远离所述PCB板2的一侧，所述第一光纤45的尾端与所述第一金属适配器43连通，所述第二光纤46的尾端与所述第三金属适配器44连通。在本实施例中，采用第一光纤45和第二光纤46分别与两个本体40柔性连接，利用光纤的柔性的特点，可以在狭小的空间内根据特殊的弯曲方法将合波后耦合的光信号传递至金属适配器中，然后在由金属适配器将光信号传递到另外的光模块中。另一方面，由于光发射组件4和光接收组件5与PCB之间的连接都是硬连接，如果光发射组件4和光接收组件5与壳体1之间仍然采用硬连接(即带有光纤的适配器与适配孔之间的连接仍采用硬性连接)，由于加工精度和装配误差原因，进而容易导致组装困难、组装应力大以及产生器件掉光等问题，掉光的问题具体的，是因为产生的过大的应力会使组件各元件发生位移导致光路位移，而通过采用柔性的光纤就很好的解决了这一问题，同时也降低了原材料的加工精度要求。
优化上述第一光纤45和第二光纤46的弯曲方式，所述第一光纤45以及所述第二光纤46均弯曲为环形，且均位于两个所述本体40的上方，并位于所述壳体1的安装区域内，所述区域在所述适配孔组件和所述PCB板之间。在本实施例中，如图2所示，第一光纤45从其本体40的端部向外发出，朝其临近的本体40的方向弯曲，然后再继续向回弯曲，最终形成一个环形，并连入第一金属适配器43中；同样的，第二光纤46从其本体40的端部向外发出，朝其临近的本体40的方向弯曲，然后再继续向回弯曲，最终形成一个环形，并连入第三金属适配器44中。在弯曲时尽量绕大圈来弯曲，只要不超过壳体1的范围即可。通过这种弯曲的方式，能够最大限度地保证光纤的首尾两端在弯曲时不至于被损坏，同时也达到了传输光信号的目的。
优化上述适配孔组件3，请参阅图1和图4，所述适配孔组件3包括第一适配孔30和第三适配孔31，所述第一适配孔30和所述第三适配孔31均与两个所述本体40错开设置；所述第一金属适配器43插至所述第一适配孔30中，所述第三金属适配器44插至所述第三适配孔31中。在本实施例中，第一光纤45和第二光纤46均是有长度要求的，为了能够在狭小的空间内完成连接，将两个本体40的位置与两个适配孔的位置错开，即如图1中所示的左右错位，如此可以给这两根光纤足够的空间进行回旋缠绕。
继续优化上述两个光接收组件5，请参阅图1以及图5，两个所述光接收组件5均包括用于将经过合波耦合后的光信号并解复用为四路单独的光信号的波分解复用器，以及用于接收其他光模块光纤传来的经过合波耦合后的光信号的第二金属适配器50和第四金属适配器51；所述第二金属适配器50和所述第四金属适配器51分别将经过合波耦合后的光信号传递至两个所述波分解复用器。在本实施例中，先由第二金属适配器50和第四金属适配器51接收其他光模块传来的光信号，然后再传递至波分解复用器中，波分解复用器未在图中示出，它被光接收组件的壳体挡住了，它的作用与波分复用器42正好相反，用于将其他光模块传过来的经过了合波耦合后的光信号再次分解为四路单独的光信号，两个光接收组件5自然就能够解复用出八路单独的光信号。
继续优化上述适配孔组件3，请参阅图1以及图4，所述适配孔组件3还包括第二适配孔32和第四适配孔33，所述第二金属适配器50插至所述第二适配孔32中，所述第四金属适配器51插至所述第四适配孔33中。在本实施例中，四个金属适配器和四个适配孔均由图中纸内朝纸外的方向一字排开，如此设计使得本光模块的整体性更好，而且符合光纤的走线要求。
继续优化上述两个光接收组件5，请参阅图5，图5为翻过来的壳体1的视角。两个所述光接收组件5还分别包括第三光纤52和第四光纤53，所述第三光纤52的两端分别与其中一个所述波分解复用器和所述第二适配器连通，所述第四光纤53的两端分别与另一个所述波分解复用器和所述第四适配器连通；两个所述本体40上均具有供所述第三光纤52和所述第四光纤53穿过的凹槽400。在本实施例中，由于两个光接收组件5与其对应的第二适配器和第四适配器间距较大，因此第三光纤52和第四光纤53不需要缠绕，直接自然连过去即可。同样的，比起现有的通过硬性连接，通过第三光纤52和第四光纤53这种柔性连接，解决了硬性连接所带来的一些问题，同时也降低了原材料的加工精度要求。
优化上述本体，请参阅图5，两个所述本体的底面均向内凹陷形成凹槽，每一所述凹槽由所述PCB板至所述适配孔组件方向的相对两侧面均贯通，所述第三光纤和所述第四光纤分别穿过两个所述凹槽。在本实施例中，在第三光纤52和第四光纤53行走的路径中，在两个本体40的底部开设凹槽400，即两个本体40的底面均向内凹陷形成能够分别供第三光纤52和第四光纤53通过的相对两侧贯通的凹槽400，如此可以防止第三光纤52和第四光纤53被本体的底部挡住而翘起，进而影响光模块的装配。
继续优化上述两个光接收组件5，请参阅图5，两个所述光接收组件5还均包括用于接收解复用后的四路光信号的PD芯片阵列54以及用于放大光信号的跨阻抗放大器芯片阵列55，所述PD芯片阵列54以及所述跨阻抗放大器芯片阵列55均具有四个通道；两个所述PD芯片阵列以及两个所述跨阻抗放大器芯片阵列均贴装在所述PCB板上。在本实施例中，解复用后的光信号先是被具有四个通道的PD芯片阵列54接收，随后再传递至具有四个通道的跨阻抗放大器芯片阵列55中进行放大。两个PD芯片阵列54以及两个跨阻抗放大器芯片阵列55均采用COB贴装工艺粘贴在PCB板2上，从而简化了制作工艺，同样提高了接收带宽和接收信号质量，避免了软带焊接占用PCB空间的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种双发双收光模块，包括壳体、安设于所述壳体上PCB板以及用于与其他光模块连接的适配孔组件，所述适配孔组件位于所述壳体远离所述PCB板的一侧，其特征在于：还包括两个光发射组件以及用于接收其他光模块的光纤传来的光信号的两个光接收组件，两个所述光接收组件均安装在所述PCB板的背面，两个所述光发射组件均位于所述PCB板与所述适配孔组件之间；两个所述光发射组件均包括本体，每一所述本体上均贴装有四个LD芯片，四个所述LD芯片均可发射不同波长的光信号，且四个所述LD芯片均与所述PCB板电连接。
2.如权利要求1所述的一种双发双收光模块，其特征在于：两个所述光发射组件均还包括用于将不同波长的四路光信号合波耦合的波分复用器，以及均用于接收合波耦合后的光信号并与其他光模块的光纤插拔对接的第一金属适配器和第三金属适配器；两个所述波分复用器分别安装在两个所述本体上。
3.如权利要求2所述的一种双发双收光模块，其特征在于：两个所述光发射组件还分别包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤的首端和所述第二光纤的首端分别安装在两个所述本体远离所述PCB板的一侧，所述第一光纤的尾端与所述第一金属适配器连通，所述第二光纤的尾端与所述第三金属适配器连通。
4.如权利要求3所述的一种双发双收光模块，其特征在于：所述第一光纤以及所述第二光纤均弯曲为环形，且均位于两个所述本体的上方，并位于所述壳体的安装区域内，所述区域在所述适配孔组件和所述PCB板之间。
5.如权利要求2所述的一种双发双收光模块，其特征在于：所述适配孔组件包括第一适配孔和第三适配孔，所述第一适配孔和所述第三适配孔均与两个所述本体错开设置；所述第一金属适配器插至所述第一适配孔中，所述第三金属适配器插至所述第三适配孔中。
6.如权利要求1所述的一种双发双收光模块，其特征在于：两个所述光接收组件均包括用于将经过合波耦合后的光信号并解复用为四路单独的光信号的波分解复用器，以及用于接收其他光模块光纤传来的经过合波耦合后的光信号的第二金属适配器和第四金属适配器；所述第二金属适配器和所述第四金属适配器分别将经过合波耦合后的光信号传递至两个所述波分解复用器。
7.如权利要求6所述的一种双发双收光模块，其特征在于：所述适配孔组件还包括第二适配孔和第四适配孔，所述第二金属适配器插至所述第二适配孔中，所述第四金属适配器插至所述第四适配孔中。
8.如权利要求6所述的一种双发双收光模块，其特征在于：两个所述光接收组件还分别包括第三光纤和第四光纤，所述第三光纤的两端分别与其中一个所述波分解复用器和所述第二适配器连通，所述第四光纤的两端分别与另一个所述波分解复用器和所述第四适配器连通。
9.如权利要求8所述的一种双发双收光模块，其特征在于：两个所述本体的底面均向内凹陷形成凹槽，每一所述凹槽由所述PCB板至所述适配孔组件方向的相对两侧面均贯通，所述第三光纤和所述第四光纤分别穿过两个所述凹槽。
10.如权利要求1所述的一种双发双收光模块，其特征在于：两个所述光接收组件还均包括用于接收解复用后的四路光信号的PD芯片阵列以及用于放大光信号的跨阻抗放大器芯片阵列，所述PD芯片阵列以及所述跨阻抗放大器芯片阵列均具有四个通道；两个所述PD芯片阵列以及两个所述跨阻抗放大器芯片阵列均贴装在所述PCB板上。
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