CN110954999A - 一种光收发器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光收发器件，属于光通信领域，包括多路光发射模块和多路光接收模块，多路光发射模块包含与电路板粘接的金属件，上面放置多路激光器，PLC芯片，透镜，隔离器等元件，激光器通过金丝焊接与电路板实现电连接，激光器将光信号通过位于PLC芯片和激光器之间的透镜，将激光器发出的激光耦合进隔离器后，进入对应的PLC芯片端口，经复用后进入光纤组件通过光接口输入到外界光纤中。多路光接收模块则将光电二极管，跨阻抗放大器直接放置在电路板上，外界的光信号通过光接口进入光纤组件，经平面光波导解复用器件解复用后，反射到对应的光电二极管内，进行光接收，实现光信号到电信号的转换。可以减少封装采用的元件，减小体积。

Description

一种光收发器件
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种光收发器件。
背景技术
近年来，由于接入网及数据中心的发展应用，需要寻求更加经济有效的扩展带宽的方式，以增加网络容量。按照传统方案进行大规模连接点分配和光纤光缆密集化正在发生。而每一个节点均需要一根光纤进行互联，因此光纤的需求量呈螺旋式上升，而铺设这些光纤的空间和物理路径是有限的。
现有解决此问题通常采用WDM系统，但目前的WDM模块要么采用free space实现方案，主要以平行光，经多路光带通膜多次片反射以实现光的分开和合成，光路长造成光路稳定性差，且工艺过程复杂，不利于生产；要么采用小激光器组件TOSA，分光采用AWG耦合FA阵列耦合组件，使用陶瓷插针与小TOSA连接，需要尺寸空间大，盘纤麻烦，成本也较高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种光收发器件，该光收发器件结构简单，相较于现存方案封装密度更高，且工艺相对简单稳定，成本也更有优势，利于大批量生产。
为实现上述目的，本发明提供了一种光收发器件，包括：多路光发射模块和多路光接收模块；
所述多路光发射模块包括：N个激光器、N个耦合透镜、N个隔离器、平面光波导复用器件、第一光纤连接器及输出端口；
所述多路光接收模块包括：输入端口、第二光纤连接器、平面光波导解复用器件、N个光电二极管；其中，N为正整数；
所述N个激光器发射N路激光光束，所述N路激光光束分别经由与所述N个激光器一一对应的N个耦合透镜耦合后，进入与所述N个耦合透镜一一对应的所述N个隔离器，从所述N个隔离器出来的N路激光光束进入所述平面光波导复用器件，由所述平面光波导复用器件将N路激光光束汇聚成一束光束后，通过所述第一光纤连接器进入所述输出端口；
所述输入端口发射激光光束，所述激光光束通过所述第二光纤连接器进入所述平面光波导解复用器件，由所述平面光波导解复用器件分为N路光束后进入对应的N个波导端口，由所述平面光波导解复用器件分解的N路光束分别经过所述N个波导端口后，进入与每个所述波导端口对应的光电二极管。
优选地，所述平面光波导复用器件与所述平面光波导解复用器件均采用PLC芯片实现，所述第一光纤连接器及所述第二光纤连接器均采用光纤阵列FA实现。
优选地，所述N个激光器输出的激光波长不同。
优选地，所述N个激光器通过焊接金丝，采用热超声焊接实现各所述激光器与PCBA之间的电连接。
优选地，所述N个激光器、所述N个耦合透镜、N个隔离器及所述平面光波导复用器件均放置在同一个金属载体上，所述金属载体通过平面与所述PCBA粘贴，所述PCBA上包括限位结构，以限定所述金属载体的位置，便于所述金属载体的贴装定位。
优选地，所述多路光接收模块还包括：跨阻抗放大器；
由所述平面光波导解复用器件分解的N路光束分别经过所述N个波导端口后，进入与每个所述波导端口对应的光电二极管，然后经过所述跨阻抗放大器放大后输出。
优选地，所述平面光波导解复用器件与所述N个光电二极管之间采用直接耦合的形式；或者，将所述平面光波导解复用器件中与所述N个光电二极管对应的端面制作成预设角度，以使由所述平面光波导解复用器件分解的N路光束通过所述端面反射入各所述光电二极管。
优选地，在所述PCBA上放置所述多路光接收模块的对应位置开有若干个定位孔，与所述多路光接收模块的外壳上的定位凸起对应。
优选地，所述第一光纤连接器通过第一光纤与所述输出端口连接；所述输入端口通过第二光纤与所述第二光纤连接器连接。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明的光收发器件，包括多路光发射模块和多路光接收模块，多路光发射模块包括：N个激光器、N个耦合透镜、N个隔离器、平面光波导复用器件、第一光纤连接器及输出端口；多路光接收模块包括：输入端口、第二光纤连接器、平面光波导解复用器件、N个光电二极管。本发明结构和工艺简单，由于是直接集成封装，需要元件更少，成本更低；且光路简单，自由光路较短，光路更加稳定，而且平面光波导复用器件与耦合透镜之间的隔离器可以有效避免反射光对激光器造成影响。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种光收发器件打开外盖后的俯视图；
图2是本发明实施例提供的一种光收发器件的俯视图；
图3是本发明实施例提供的一种光收发器件的侧向视图；
图4是本发明实施例提供的一种光收发器件的底座结构；
图5是本发明实施例提供的一种PCBA结构；
图6是本发明实施例提供的一种底座与PCBA组装后效果图；
图7是本发明实施例提供的一种激光器与PCBA的电气连接结构；
图8是本发明实施例提供的一种多路光接收模块的外保护盖；
其中，1为多路光发射模块的输出端，2为多路光发射模块端的FA，3为金属载体，3-1为金属载体的右定位面，3-2为金属载体的左定位面，3-3为金属载体与PCBA粘接面，4为PLC MUX，5为隔离器，6为耦合透镜，7为激光器，8为PCBA，9为PCBA电输出接口，10为多路光接收模块的外壳定位孔，11为TIA，12为PD，13为PLC Demux，14为PCBA上接收端PLC Demux的FA避让孔，15为多路光接收模块端的FA，16为多路光接收模块的输入端，17为多路光接收模块的外壳，17-1为多路光接收模块的外盖定位柱，18为多路光发射模块的外壳，19为激光器与PCBA电连接金丝。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明采用光波导PLC芯片技术，发射端的多路光发射模块将多路激光器通过PLCMUX(即PLC复用器)进行合波耦合进一根光纤进行传输，接收端的多路光接收模块则采用PLC Demux(即PLC解复用器)将接收到的多路光信号进行分解后传送至对应的光电二极管PD进行接收。
本发明实施例提供了一种收发器件，包括：多路光发射模块和多路光接收模块；
多路光发射模块包括：N个激光器、N个耦合透镜、N个隔离器、平面光波导复用器件、第一光纤连接器及输出端口；
多路光接收模块包括：输入端口、第二光纤连接器、平面光波导解复用器件、N个光电二极管；其中，N为正整数；
N个激光器发射N路激光光束，N路激光光束分别经由与N个激光器一一对应的N个耦合透镜耦合后，进入与N个耦合透镜一一对应的N个隔离器，从N个隔离器出来的N路激光光束进入平面光波导复用器件，由平面光波导复用器件将N路激光光束汇聚成一束光束后，通过第一光纤连接器进入输出端口；
输入端口发射激光光束，激光光束通过第二光纤连接器进入平面光波导解复用器件，由平面光波导解复用器件分为N路光束后进入对应的N个波导端口，由平面光波导解复用器件分解的N路光束分别经过N个波导端口后，进入与每个波导端口对应的光电二极管。
如图1、图2及图3所示，其中，图1为本发明实施例提供的一种光收发器件打开外盖后的俯视图，图2是本发明实施例提供的一种光收发器件的俯视图，图3是本发明实施例提供的一种光收发器件的侧向视图，需要说明的是，图1、图2及图3中示意出的光收发器件中以四路光为例对本发明进行说明，其仅为一种可选的实施方式，并不用于对本发明进行限定。如图1所示，本发明实施例提供的光收发器件包括：多路光发射模块和多路光接收模块；
其中，PCBA8通过PCBA电输出接口9将四路驱动信号输入四路激光器7，以由各路激光器发射激光信号，从而将电信号转化成光信号，通过位于激光器7和隔离器5之间的对应耦合透镜6耦合进与耦合透镜6一一对应的隔离器5，经隔离器5之后的光信号进入PLC MUX4一一对应的输入端口，进入PLC MUX4的光经过PLC MUX汇聚为一束光束后与第一光纤连接器FA2耦合，进入光纤经多路光发射模块的输出端1输出。
其中，激光器通常具有不同的波长，例如，可以分别为1270nm、1290nm、1311nm及1331nm，在本发明实施例中的激光器7、隔离器5、耦合透镜6及PLC MUX4的通道是一对一对应的。
作为一种可选的实施方式，多路激光器可以是分离的激光器，也可以是多路一起的阵列。
作为一种可选的实施方式，耦合透镜可以是单个的分立透镜，也可以是多个透镜的阵列。
作为一种可选的实施方式，隔离器可以是单个的分立隔离器，也可以是多个隔离器的阵列。
在本发明实施例中，激光器与PLC MUX的耦合通过透镜将激光器发出来的光进行整形汇聚后耦合进隔离器，而后进入PLC MUX，通过透镜的选型和调节PLC MUX与激光器之间的间距可以调节光耦合效率，将最后输出的光功率控制在需要的范围之内。可以提高封装密度，减少封装采用的元件，减小体积，降低成本，而且入PLC MUX与耦合透镜之间的隔离器可以有效避免反射光对激光器造成影响。
在本发明实施例中，位于PLC MUX和耦合透镜之间的隔离器可以有效的阻止从出射端反射回来的光回到激光器，影响激光器的正常发光，使发出的信号质量下降。
作为一种可选的实施方式，如图7所示，四路激光器通过焊接金丝19，采用热超声焊接将激光器和PCBA之间进行电连接，以由PCBA将电信号传输到激光器转化成光信号。
在本发明实施例中，多路光发射模块中的激光器、PLC MUX、透镜及隔离器均放置在同一个金属载体3上边，如图5所示，金属载体3通过金属载体平面3-3与PCBA 8粘贴在一起，PCBA板上的3-1和3-2结构可以起到限定金属载体的作用，便于金属载体的贴装定位，具体地，PCBA板上有两个对称的凸起结构，每个凸起结构中均包括一个凹槽3-1和一个凸台3-2，且凹槽3-1和凸台3-2相邻，如图4，图5和图6所示样例，将PCBA与金属载体贴装在一起的时候将PCBA的位置限定住。
其中，如图2及图5所示，3-1和3-2结构又可以利用前边和侧边的定位面起到限定多路光发射模块的外壳18的位置的作用，将多路光发射模块侧的外壳卡在金属载体上，便于外壳定位和安装。
作为一种可选的实施方式，金属载体可以采用直接贴装的结构设计，可以自动化批量贴装，可以提高生产效率。
在本发明实施例中，四路光接收模块将四路激光器信号，经过多路光接收模块的输入端16，通过光纤和第二光纤连接器FA15耦合进PLC Demux 13，其中，第二光纤连接器FA15位于PCBA上PLC Demux 13的FA避让孔14上，由PLC Demux 13将接收到的多路激光信号分开，输入到对应的波导端口内，每一个输出端口对应一路光电二极管PD 12，接收对应的光信号，将接收到的光信号转化成电信号，然后经过跨阻抗放大器(trans-impedanceamplifier，TIA)11放大后输出。
作为一种可选的实施方式，在PLC Demux 13和接收的光电二极管12之间通常采用直接耦合的形式，将出射的信号光直接照射或者通过将PLC Demux 13与光电二极管12对应的端面研磨成一定的角度，通过端面反射的形式照射入PD。
其中，该角度可以根据实际需要确定，通常这个角度在41°左右，具体采用何种角度本发明实施例不做唯一性限定。
在本发明实施例中，如图8所示，在PCBA放置多路光接收模块的区域开有两个定位孔10，与多路光接收模块的外壳17上的定位凸起17-1对应，用于定位多路光接收模块的外壳，方便定位和安装。
作为一种可选的实施方式，多路光发射模块和多路光接收模块的外壳同样可以采用自动贴片设备贴装，提高生产效率。
在本发明实施例中，多路光发射模块和多路光接收模块采用的光纤连接器FA采用直出光纤的形式，避免了复杂的盘纤工序，同样的可以提高生产效率。
本发明通过采用平面光波导复用解复用器件，可以减少封装采用的元件，减小体积，简化光路，提高光路稳定性，提高良率，降低成本，而且平面光波导复用器件与耦合透镜之间的隔离器可以有效避免反射光对激光器造成影响。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光收发器件，其特征在于，包括：多路光发射模块和多路光接收模块；
所述多路光发射模块包括：N个激光器、N个耦合透镜、N个隔离器、平面光波导复用器件、第一光纤连接器及输出端口；
所述多路光接收模块包括：输入端口、第二光纤连接器、平面光波导解复用器件、N个光电二极管；其中，N为正整数；
所述N个激光器发射N路激光光束，所述N路激光光束分别经由与所述N个激光器一一对应的N个耦合透镜耦合后，进入与所述N个耦合透镜一一对应的所述N个隔离器，从所述N个隔离器出来的N路激光光束进入所述平面光波导复用器件，由所述平面光波导复用器件将N路激光光束汇聚成一束光束后，通过所述第一光纤连接器进入所述输出端口；
所述输入端口发射激光光束，所述激光光束通过所述第二光纤连接器进入所述平面光波导解复用器件，由所述平面光波导解复用器件分为N路光束后进入对应的N个波导端口，由所述平面光波导解复用器件分解的N路光束分别经过所述N个波导端口后，进入与每个所述波导端口对应的光电二极管。
2.根据权利要求1所述的光收发器件，其特征在于，所述平面光波导复用器件与所述平面光波导解复用器件均采用PLC芯片实现，所述第一光纤连接器及所述第二光纤连接器均采用光纤阵列FA实现。
3.根据权利要求1或2所述的光收发器件，其特征在于，所述N个激光器输出的激光波长不同。
4.根据权利要求3所述的光收发器件，其特征在于，所述N个激光器通过焊接金丝，采用热超声焊接实现各所述激光器与PCBA之间的电连接。
5.根据权利要求4所述的光收发器件，其特征在于，所述N个激光器、所述N个耦合透镜、N个隔离器及所述平面光波导复用器件均放置在同一个金属载体上，所述金属载体通过平面与所述PCBA粘贴，所述PCBA上包括限位结构，以限定所述金属载体的位置，便于所述金属载体的贴装定位。
6.根据权利要求1或2所述的光收发器件，其特征在于，所述多路光接收模块还包括：跨阻抗放大器；
由所述平面光波导解复用器件分解的N路光束分别经过所述N个波导端口后，进入与每个所述波导端口对应的光电二极管，然后经过所述跨阻抗放大器放大后输出。
7.根据权利要求6所述的光收发器件，其特征在于，所述平面光波导解复用器件与所述N个光电二极管之间采用直接耦合的形式；或者，将所述平面光波导解复用器件中与所述N个光电二极管对应的端面制作成预设角度，以使由所述平面光波导解复用器件分解的N路光束通过所述端面反射入各所述光电二极管。
8.根据权利要求7所述的光收发器件，其特征在于，在所述PCBA上放置所述多路光接收模块的对应位置开有若干个定位孔，与所述多路光接收模块的外壳上的定位凸起对应。
9.根据权利要求1所述的光收发器件，其特征在于，所述第一光纤连接器通过第一光纤与所述输出端口连接；所述输入端口通过第二光纤与所述第二光纤连接器连接。
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