CN109491027A - 一种并行光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并行光模块，包括：顶盖、PCB板、中间框体、透镜组件和光纤，PCB板上布置有第一驱动阵列、激光器、第一探测器和MCU芯片，激光器与第一驱动阵列电气连接；中间框体设置在PCB板上方并与PCB板围合成容纳空间；透镜组件置于容纳空间内并罩住激光器和第一探测器，透镜组件包括与对准部、第一反射面、第一透镜阵列和第二透镜阵列；光纤连接透镜组件并从容纳空间延伸至外部，用于传输光信号；来自发射光口的光经过第一透镜阵列发射至对准部后分成两部分，一部分经过第一反射面反射后通过第二透镜阵列进入第一探测器的接收光口，另一部分进入光纤。实现小尺寸、高密度封装上的多通道光功率监控。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种并行光模块。
背景技术
随着光通信产品在4G、5G及云服务快速推广和深入应用，对并行光收发模块的需求与日剧增，市场需求也朝着不断小型化、高速率、高密度、低功耗方向发展。光芯片作为并行光模块的重要部件，其性能直接决定产品是否正常工作，而光功率作是用来判断光芯片是否正常工作最有效的方法，例如是否老化，被用来发现光模块的异常并定位光模块的故障，为客户及时了解产品性能及链路损耗提供了一种途径。
专利号为US9513448B2的美国专利公开了一种光组件，包括基体、滤光装置和连接至基体下部的电路板，且在基体内的一个狭槽内设置有内反射面和连接件，在电路板上设置有发光装置和光电探测装置，滤光装置通过连接件附接到狭槽中，从发光装置发出的光线经过透镜变成平行光而进入内反射面，由于滤光装置上具有分光表面，从内反射面反射的平行光分成第一束和第二束，第一束进入光纤而第二束在透镜的整形下进入光电探测装置，实现光功率监控，这种方案光路复杂，而且还增加了滤光装置，成本高，且滤光装置的安装精度要求高，很难有效解决小型化、高密度封装产品的光功率监控需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种并行光模块，实现小尺寸、高密度封装上的多通道光功率监控。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种并行光模块，其特征在于，包括：顶盖；PCB板，其上布置有第一驱动阵列、激光器、第一探测器和MCU芯片，所述激光器与所述第一驱动阵列电气连接；中间框体，其设置在所述PCB板上方，并与所述PCB板围合成容纳空间；透镜组件，其置于所述容纳空间内并罩住所述激光器和第一探测器，所述透镜组件包括：与所述激光器的发射光口相对的对准部、与所述第一探测器的接收光口相对的第一反射面、与所述发射光口对应的第一透镜阵列、与所述第一探测器的接收光口对应的第二透镜阵列；光纤，其连接所述透镜组件并从所述容纳空间延伸至外部，用于传输光信号；来自所述发射光口的光经过第一透镜阵列发射至所述对准部后分成两部分，一部分经过第一反射面反射后通过第二透镜阵列进入所述第一探测器的接收光口，另一部分进入光纤。
进一步地，所述第一探测器与所述激光器并行布置在所述第一驱动阵列的同一侧，且所述激光器位于所述第一探测器和所述第一驱动阵列之间。
进一步地，所述对准部为第二反射面，来自所述发射光口的光经过所述第二反射面反射后分成两部分。
进一步地，为了节省占用空间，以便形成小尺寸封装的光模块，所述第一探测器布置在所述第一驱动阵列上且所述激光器布置在所述第一驱动阵列的一侧。
替代地，所述对准部包括对接形成凹陷部的第二反射面和第三反射面，来自所述发射光口的光的一部分由所述第二反射面反射至第一反射面且由所述第一探测器的接收光口接收，且另一部分由所述第三反射面反射进入所述光纤。
进一步地，所述并行光模块为光收发模块，还包括布置在所述PCB板上的第二探测器和与第二探测器电气连接的第二驱动阵列；所透镜组件还还包括第四反射面和第三透镜阵列，所述第二探测器的接收光口与所述第四反射面相对，且与所述第三透镜阵列对应；来自所述光纤的光信号由所述第四反射面反射至所述第二探测器的接收光口。
进一步地，所述激光器和所述第二探测器位于同一排，所述第一探测器位于所述激光器的外侧；所述对准部为第二反射面，所述第二反射面与所述第四反射面共面。
进一步地，所述激光器和第二探测器位于同一排，而所述第一探测器位于所述第一驱动阵列上；所述对准部包括对接形成凹陷部的第二反射面和第三反射面;所述第二反射面和所述第四反射面共面。
进一步地，所述光纤包括光纤带和位于所述光纤带两端的光连接器，其中一个光连接器与所述透镜组件插接。
为了实现膨胀系数的匹配，提高光模块产品在高低温下的适应性，所述透镜组件的材质为PEI，且与所述透镜组件连接的所述光连接器的材质为PPS。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：激光器发出的光通过对准部被分成两个部分，一部分经过透镜组件的第一反射面被反射至由接收光口接收，通过对光信号的处理，实现多通道光模块的光功率监控，另一部分直接进入光纤，用于光信号传输，且该光模块结构简单、尺寸小、装配简单。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明所提出的并行光模块的第一种实施例的结构图，其中未示出顶盖；
图2是本发明所提出的并行光模块的第一种实施例的爆炸图；
图3是图1所示的并行光模块的沿A-A方向的截面视图；
图4是图3中B部分的放大图，其中示出了输出光的线路；
图5是本发明所提出的并行光模块的第二种实施例的爆炸图；
图6是图5所示的并行光模块的沿C-C方向的截面视图；
图7是图6中D部分的放大图，其中示出了输出光的线路；
图8是本发明所提出的并行光模块的第三种实施例的爆炸图；
图9是图8所示的并行光模块的沿E-E方向的截面视图；
图10是图9中F部分的放大图，其中示出了输出光的线路；
图11是图9中F部分的放大图，其中示出了接收光的线路；
图12是本发明所提出的的并行光模块的第四种实施例的爆炸图；
图13是图12所示的并行光模块的沿G-G方向的截面视图；
图14是图13中H部分的放大图，其中示出了输出光的线路；
图15是图13中H部分的放大图，其中示出了接收光的线路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
本发明针对现有技术中实现光功率监控的光模块结构复杂，尺寸大的问题，本发明提出一种并行光模块，如图1、图5、图8和图12所示，包括：顶盖500；PCB板200，其上布置有第一驱动阵列210、激光器230、第一探测器240和MCU芯片220，激光器230与第一驱动阵列210电气连接；中间框体400，其设置在PCB板200上方，并与PCB板200围合成容纳空间；透镜组件100，其置于容纳空间内并罩住激光器230和第一探测器240，透镜组件100包括：与激光器230的发射光口相对的对准部130、与第一探测器240的接收光口相对的第一反射面140、与发射光口对应的第一透镜阵列110和与第一探测器240的接收光口对应的第二透镜阵列120；光纤300，其连接透镜组件100并从容纳空间延伸至外部，用于传输光信号；来自发射光口的光经过第一透镜阵列110发射至对准部130后分成两部分，一部分经过第一反射面140反射后通过第二透镜阵列120进入第一探测器240的接收光口，另一部分进入光纤300。
具体地，在本实施例中，PCB板200既是各芯片及器件的载体，也是并行光模块的电接口，激光器230为垂直腔面发射激光器VCSEL，第一探测器240为监视器光电探测器（monitor photo detector，MPD），如图1和图2所示，VCSEL 230、MPD 240、MCU芯片220和第一驱动阵列210贴装在PCB板200上，利用金线将VCSEL 230、MPD 240和MCU芯片220的电气接口均与PCB板200上焊盘连接，且利用金线将VCSEL 230与第一驱动阵列210电气连接。
如图1至图15所示，中间框体400包括四周侧壁和位于四个角部处的支撑脚，对应地，PCB板200的四个角部处对应打孔，在光模块组装时，中间框体400的四个支撑脚对应焊接至PCB板的四个角部上的孔，并且在焊接后的缝隙处打胶，以增强光模块封装的牢固性，并确保密封；如图1所示，中间框体400焊接至PCB板200上后中间框体400和PCB板200形成容纳空间，用于包围PCB板200上的各器件。如图1所示，光纤300一端的光连接器310插接到透镜组件100上，并置于容纳空间内，具体地，如图2所示，在容纳空间的一侧壁上开设一个缺口410，该缺口410的宽度与光纤300中的光纤带330宽度基本一致，以使将透镜组件100和光连接器310容纳至容纳空间后，光纤带330能够从容纳空间内伸出并延伸到光纤300另一端的光连接器320处，并与光连接器320连接，用于将从透镜组件100出来的光通过光纤带330传输。如图1和图2所示，在将透镜组件100和光纤300安装到位后，将顶盖500焊接固定到中间框体400的顶部，以完成光模块的封装，该封装结构简单且尺寸小。
在光模块使用过程中，为了保证光线的稳定可靠传输，需保证光模块中透镜组件100和光纤300的热膨胀系数匹配，从而提高产品高低温下可靠性，为了解决膨胀系数匹配的问题，在本公开中，由于透镜组件100与光连接器310插接，并且在插接缝隙处利用结构胶涂覆，使得透镜组件100和光连接器310连接更牢固，在固定该整个组件时，将光连接器310固定至PCB板200，其中透镜组件100的材质可以采用聚醚酰亚胺PEI，光连接器310可以采用聚苯硫醚PPS，实现热膨胀系数匹配，使光模块在宽温区条件下稳定，提高其可靠性。此外，透镜组件100具有导针（未示出）且光连接器310对应导针具有导针孔（未示出），实现透镜组件100与光连接器310插接时的精确对接。
如图1至图4所示，在第一实施例中，并行光模块为十二通道的并行光发射模块，第一驱动阵列210与VCSEL 230通过金线连接，用于在第一驱动阵列210接收到电信号后驱动VCSEL 230发出光信号，且VCSEL 230和MPD 240并排设置在第一驱动阵列210的同一侧，其中VCSEL 230位于第一驱动阵列210和MPD 240之间，如图4所示，示出了从VCSEL 230发出的光的线路，VCSEL 230发出的光通过第一透镜阵列110形成平行光束至对准部130，对准部130将该平行光束反射分束成两部分光，一部分进入光纤300，具体地通过透镜组件100的光传输开口（未示出）处设置的透镜阵列150将光会聚至光纤300，另一部分反射至第一反射面140上，由于第一反射面140与MPD 240的接收光口对应，使得经过第一反射面140反射的光由该接收光口接收，并转换为电流，MCU芯片220采集该电流信号并进行算法计算，从而得到精确的VCSEL 240的发光功率。在第一实施例中，对准部130为一反射面。
考虑光模块的小尺寸封装，如图5至图7所示，在第二实施例中，可以将MPD 240焊接至第一驱动阵列210上方，而由于VCSEL 230与MCU芯片220过孔连接的特殊性，VCSEL 230仍然贴片在PCB板200上，如图7所示，示出了从VCSEL 230发出的光的线路，VCSEL 230发出的光通过第一透镜阵列110形成平行光束至对准部130，对准部130将该平行光束反射分束成两部分光，一部分通过透镜组件100的光传输开口（未示出）处设置的透镜阵列150将光会聚至光纤300，另一部分反射至第一反射面140上，由于第一反射面140与MPD 240的接收光口对应，使得经过第一反射面140反射的光由该接收光口接收，并转换为电流，MCU芯片220采集该电流信号并进行算法计算，从而得到精确的VCSEL 240的发光功率。在第二实施例中，如图7所示，对准部130为对接形成凹陷部的第二反射面131和第三反射面132，来自发射光口的光的一部分由第二反射面131反射至第一反射面140且由MPD 240的接收光口接收，且另一部分由第三反射面132反射后通过透镜阵列150会聚至光纤300。
如图8至图11所示，在第三实施例中，并行光模块为四通道的并行光收发模块，VCSEL 230、MPD 240、MCU芯片220、第一驱动阵列210、第二驱动阵列250、PD 260均贴装在PCB板200上，第一驱动阵列210和第二驱动阵列250同排对应设置，VCSEL 230和MPD 240设置在第一驱动阵列210的一侧且VCSEL 230位于第一驱动阵列210和MPD 240之间，PD 260设置在第二驱动阵列250的一侧，且PD 260与VCSEL 230位于同一排，采用金线将VCSEL 230与第一驱动阵列210电气连接，且将PD 260与第二驱动阵列250电气连接。如图10所示，对于发射通道，VCSEL 230发出的光通过第一透镜阵列110形成平行光束至反射面130，反射面130将该平行光束反射分束成两部分光，一部分通过透镜组件100的光传输开口（未示出）处设置的透镜阵列150将光会聚至光纤300，另一部分反射至第一反射面140上，由于第一反射面140与MPD 240的接收光口对应，使得经过第一反射面140反射的光由该接收光口接收，并转换为电流，MCU芯片220采集该电流信号并进行算法计算，从而得到精确的VCSEL 240的发光功率。如图11所示，对于接收通道，示出了PD 260接收光功率的线路，从光纤300发出的光经过透镜阵列150形成平行光束至第四反射面160，经第四反射面160反射的平行光束经过第三透镜阵列（未示出）会聚至PD 260的接收光口，该接收的光转换为电流，MCU芯片220采集该电流信号并进行算法计算，从而得到精确的接收光功率。在第三实施例中，如图8所示，第四反射面160与反射面130共面，且第四反射面160为延长的反射面130。
考虑光模块的小尺寸封装，如图12至图15所示，在第四实施例中，与第三实施例中不同的是，将MPD 240焊接至第一驱动阵列210上方，如图14所示，对于发射通道，VCSEL 230发出的光通过第一透镜阵列110形成平行光束至对准部130，对准部130将该平行光束反射分束成两部分光，一部分通过透镜组件100的光传输开口（未示出）处设置的透镜阵列150将光会聚至光纤300，另一部分反射至第一反射面140上，由于第一反射面140与MPD 240的接收光口对应，使得经过第一反射面140反射的光由该接收光口接收，并转换为电流，MCU芯片220采集该电流信号并进行算法计算，从而得到精确的VCSEL 240的发光功率。在第四实施例中，如图14所示，对准部130为对接形成凹陷部的第二反射面131和第三反射面132，来自发射光口的光的一部分由第二反射面131反射至第一反射面140且由MPD 240的接收光口接收，且另一部分由第三反射面132反射后通过透镜阵列150会聚至光纤300。如图15所示，对于接收通道，示出了PD 260接收光功率的线路，从光纤300发出的光经过透镜阵列150形成平行光束至第五反射面，经第五反射面反射的平行光束经过第四透镜阵列（未示出）会聚至PD 260的接收光口，该接收的光转换为电流，MCU芯片220采集该电流信号并进行算法计算，从而得到精确的接收光功率。在第四实施例中，如图12和图15所示，第五反射面与第三反射面132共面，且为延长的第三反射面132。
本发明提供的并行光模块结构简单，尺寸小，实现了光发射模块和光收发模块的光功率监控，解决了传统光模块为实现光功率监控而尺寸较大的问题，并且通过透镜组件100对光束进行分光，光程短，提高了光路可靠性，MPD 240发出的光通过对准部130被分成两个部分，一部分经过透镜组件100的第一反射面140被反射至由接收光口接收，通过对光信号处理，实现对光功率的监控，另一部分直接进入光纤300，用于光信号传输；实现MPD240在不同布局时的光路分光，以便实现光功率监控，有效提高光模块的兼容性；通过选择透镜组件100和光连接器310的材质为热膨胀系数相匹配的材料，实现并行光模块热膨胀系数的匹配，从而提高产品高低温下的可靠性及稳定性。
当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种并行光模块，其特征在于，包括：
顶盖；
PCB板，其上布置有第一驱动阵列、激光器、第一探测器和MCU芯片，所述激光器与所述第一驱动阵列电气连接；
中间框体，其设置在所述PCB板上方，并与所述PCB板围合成容纳空间；
透镜组件，其置于所述容纳空间内并罩住所述激光器和第一探测器，所述透镜组件包括：
与所述激光器的发射光口相对的对准部，
与所述第一探测器的接收光口相对的第一反射面，
与所述发射光口对应的第一透镜阵列，和
与所述第一探测器的接收光口对应的第二透镜阵列；
光纤，其连接所述透镜组件并从所述容纳空间延伸至外部，用于传输光信号；
来自所述发射光口的光经过第一透镜阵列发射至所述对准部后分成两部分，一部分经过第一反射面反射后通过第二透镜阵列进入所述第一探测器的接收光口，另一部分进入光纤。
2.根据权利要求1所述的并行光模块，其特征在于，所述第一探测器与所述激光器并行布置在所述第一驱动阵列的同一侧，且所述激光器位于所述第一探测器和所述第一驱动阵列之间。
3.根据权利要求2所述的并行光模块，其特征在于，所述对准部为第二反射面，来自所述发射光口的光经过所述第二反射面反射后分成两部分。
4.根据权利要求1所述的并行光模块，其特征在于，所述第一探测器布置在所述第一驱动阵列上且所述激光器布置在所述第一驱动阵列的一侧。
5.根据权利要求4所述的并行光模块，其特征在于，所述对准部包括对接形成凹陷部的第二反射面和第三反射面，来自所述发射光口的光的一部分由所述第二反射面反射至第一反射面且由所述第一探测器的接收光口接收，且另一部分由所述第三反射面反射进入所述光纤。
6.根据权利要求1所述的并行光模块，其特征在于，所述并行光模块为光收发模块，还包括布置在所述PCB板上的第二探测器和与第二探测器电气连接的第二驱动阵列；所透镜组件还还包括第四反射面和第三透镜阵列，所述第二探测器的接收光口与所述第四反射面相对，且与所述第三透镜阵列对应；来自所述光纤的光信号由所述第四反射面反射至所述第二探测器的接收光口。
7.根据权利要求6所述的并行光模块，其特征在于，所述激光器和所述第二探测器位于同一排，所述第一探测器位于所述激光器的外侧；所述对准部为第二反射面，所述第二反射面与所述第四反射面共面。
8.根据权利要求6所述的并行光模块，其特征在于，所述激光器和第二探测器位于同一排，而所述第一探测器位于所述第一驱动阵列上；所述对准部包括对接形成凹陷部的第二反射面和第三反射面;所述第二反射面和所述第四反射面共面。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的并行光模块，其特征在于，所述光纤包括光纤带和位于所述光纤带两端的光连接器，其中一个光连接器与所述透镜组件插接。
10.根据权利要求9所述的并行光模块，其特征在于，所述透镜组件的材质为PEI，且与所述透镜组件连接的所述光连接器的材质为PPS。
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