CN111913258A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光模块，涉及光纤通信领域。光发射次模块腔体及光纤插座分别固定在下壳体表面，这使得光发射次模块与光纤插座的距离相对固定；光纤适配器的一端伸入光发射次模块的通孔中，另一端通过光纤与光纤插座连接，这使得光发射次模块与光纤插座之间通过光纤连接，而且装配过程中光纤适配器可以在通孔中移动位置；光纤的尺寸难以在批量生产中精准匹配，导致在光发射次模块与光纤插座之间的光纤极易出现过长或过短的问题；通过光纤适配器在通孔中的前后移动，可以适应光发射次模块与光纤插座之间距离。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光模块在光纤通信技术领域中实现光电转换的功能，光模块向外部光纤中输入的光信号强度直接影响光纤通信的质量。部分光模块的光发射部分采用微光学形态封装，即光芯片发出的光进入空气中，在光学路径上设置透镜、光纤适配器等期间，将光芯片发出的光经透镜后耦合至光纤适配器中，光纤适配器与光纤连接。光芯片发出的光耦合至光纤中的效率影响光信号的光功率，光在光纤中的传输损耗同样对光信号的光功率有所影响。

发明内容

本发明实施例提供一种光模块，降低了光在光模块中的损耗，提升了光模块的出光功率。

为了实现上述发明目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种光模块，包括上壳体、下壳体，分别位于上壳体及下壳体之间的光发射次模块腔体、光纤适配器、光纤及光纤插座；光发射次模块腔体及光纤插座分别固定在下壳体表面；光发射次模块腔体中包括发光芯片及透镜，光发射次模块腔体的侧壁具有通孔，；发光芯片发出的光通过透镜射入光纤适配器中。

光发射次模块腔体及光纤插座分别固定在下壳体表面，这使得光发射次模块与光纤插座的距离相对固定；光纤适配器的一端伸入光发射次模块的通孔中，另一端通过光纤与光纤插座连接，这使得光发射次模块与光纤插座之间通过光纤连接，而且装配过程中光纤适配器可以在通孔中移动位置；光纤的尺寸难以在批量生产中精准匹配，导致在光发射次模块与光纤插座之间的光纤极易出现过长或过短的问题；通过光纤适配器在通孔中的前后移动，可以适应光发射次模块与光纤插座之间距离；光发射次模块腔体侧壁设置通孔、光纤适配器与光纤的连接方式、光纤适配器与通孔的结合方式，可以通过光纤适配器在通孔中的移动适应该距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，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为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络单元结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光模块结构爆炸示意图；

图5是本发明实施例提供的一种光模块结构剖面图；

图6为本发明实施例光发射次模块与光纤插头装配结构示意图；

图7为本发明实施例提供的光发射次模块结构分解图；

图8为本发明实施例提供的光发射次模块与光纤适配器装配剖面分解结构示意图；

图9为本发明实施例提供的光纤适配器分解结构示意图；

图10为本发明实施例提供的光纤适配器剖面结构示意图；

图11A为现有技术提供的一种光发射次模块光路结构示意图；

图11B为图11A中光路结构耦合效率仿真图；

图12A为已有技术提供的光发射次模块光路结构示意图；

图12B为图12A中光路结构耦合效率仿真图；

图12C为光轴通过聚焦透镜中心射入倾斜光纤插芯的耦合效率仿真图；

图13A为本发明实施例提供的光发射次模块光路结构示意图；

图13B为图13A中光路结构耦合效率仿真图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

光通信实现了将信号采用电和光两种不同的载体进行传输。光纤通信使用携带信息的光信号在光波导中传输，利用光在光纤等光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备采用的是电信号，这就需要在光纤通信系统中实现电信号与光信号的相互转换。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络单元100、光模块200、光纤101及网线103；

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络单元100完成。

光模块200的光口与光纤101连接，与光纤建立双向的光信号连接；

光模块200的电口接入光网络单元100中，与光网络单元建立双向的电信号连接；

光模块实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤101与光网络单元100之间建立连接；

具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络单元100中，来自光网络单元100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤101中。光模块200是实现光电信号相互转换的工具，不具有处理数据的功能，在上述光电转换过程中，信息的载体在光与电之间变换，但信息本身并未发生变化。

光网络单元100具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；

光网络单元具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；

光模块200与网线103之间通过光网络单元建立连接；

具体地，光网络单元将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络单元作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器依次通过光纤101、光模块200、光网络单元100及网线103，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；

光网络单元是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端OLT等。

图2为光网络单元结构示意图。如图2所示，在光网络单元100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106中设置有与电路板105连接的电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起结构。

光模块200插入光网络单元100中，具体为光模块的电口插入笼子106中的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于光网络单元100的电路板105上，将电路板105上的电连接器包裹在笼子中；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量通过光模块壳体传导给笼子，最终通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本发明实施例提供的一种光模块结构爆炸示意图，如图3、图4所示，本发明实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁手柄203、电路板300、光发射次模块400、光接收次模块500及光纤插座502。

上壳体201与下壳体202形成具有两个端口的包裹腔体，具体可以是在同一方向的两端口（204、205），也可以是在不同方向上的两处端口；其中一个端口为电口204，用于插入光网络单元等上位机中；另一个端口为光口205，用于连接外部光纤101；电路板300、光发射次模块400及光接收次模块500等光电器件位于上、下壳体形成的包裹腔体中。

上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板等器件安装到壳体中，一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构不便于安装，不利于生产自动化。

解锁手柄203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁表面相对移动；光模块插入上位机时由解锁手柄203卡合笼子106，从而将光模块固定在上位机中；通过拉动解锁手柄以解除光模块200与笼子106的卡合关系，从而可以将光模块从上位机中抽出。

电路板300位于由上、壳体形成包裹腔体中，电路板300分别与光发射次模块400及光接收次模块500电连接，电路板上设置有芯片、电容、电阻等电器件。根据产品的需求选择相应的芯片，常见的芯片包括微处理器MCU、时钟数据恢复芯片CDR、激光驱动芯片、跨阻放大器TIA芯片、限幅放大器LA芯片、电源管理芯片等；其中跨阻放大器与光探测芯片紧密关联，部分产品会将跨阻放大器与光探测芯片封装在一起，如封装在同一TO管壳中或同一外壳中；也可以将光探测芯片与跨阻放大器分开分装，将跨阻放大器设置在电路板上。

电路板300上的芯片可以是多功能合一芯片，比如将激光驱动芯片与MCU芯片融合为一个芯片，也可以将激光驱动芯片、限幅放大器芯片及MCU融合为一个芯片，芯片是电路的集成，但各个电路的功能并没有因为集合而消失，只是电路呈现形态发生改变，芯片中仍然具有该电路形态。所以，当电路板上设置有MCU、激光驱动芯片及限幅放大器芯片三个独立芯片，这与电路板300上设置一个三功能合一的单个芯片，方案是等同的。

电路板300端部表面具有金手指，金手指由相互独立的一根根引脚组成的，电路板插入笼子中的电连接器中，由金手指与电连接器中的卡接弹片导通连接；可以仅在电路板的一侧表面设置金手指，考虑到引脚数量需求较大，一般会在在电路板上下表面均设置金手指；金手指用于与上位机建立电连接，具体的电连接可以是供电、接地、I2C信号、通信数据信号等。

光模块还包括光发射次模块及光接收次模块，光发射次模块及光接收次模块可以统称为光学次模块。如图4所示，本发明实施例提供的光模块包括光发射次模块400及光接收次模块500，光发射次模块400位于电路板300的边缘，光发射次模块400与光接收次模块500在电路板300表面错开设置，利于实现更佳的电磁屏蔽效果。

光发射次模块400设置在电路板300表面，在另一种常见的封装方式中，光发射次模块与电路板物理分离，通过柔性板实现电连接；光接收次模块500设置在电路板300表面，在另一种常见的封装方式中，光接收次模块与电路板物理分离，通过柔性板实现电连接。

光发射次模块位于由上、下壳体形成包裹腔体中，如图4所示，电路板300设置有缺口301，用于放置光发射次模块；该缺口301可以设置在电路板的中间，也可以设置在电路板的边缘；光发射次模块通过嵌入的方式设置在电路板的缺口301中，便于电路板伸入光发射次模块内部，同样便于将光发射次模块与电路板固定在一起。

图5是本发明实施例提供的一种光模块结构剖面图。如图5所示,本发明实施例提供的光模块包括下壳体202、电路板300、光发射次模块400、光接收次模块500及光纤插座502，光发射次模块400及光接收次模块500位于电路板300上；

光纤插座502通过光纤501a与光发射次模块400连接，光纤插座503通过光纤501b与光接收次模块500连接，以下以光纤插座502与光发射次模块400通过光纤501a连接为例进行说明；

下壳体202用于承载电路板300及光纤插座502，电路板300承载光发射次模块400及光接收次模块500。

具体地，下壳体202具有卡槽206，在卡槽206中具有间隙206a，卡槽206可以是下壳体表面向上凸起形成的；

光纤插座502包括主体502a及凸起502b，凸起502b位于主体502a表面，凸起相对于主体而凸起；

光纤插座502与下壳体202上的卡槽206实现装配固定；具体地，通过将凸起502b放置在卡槽206的间隙206a中，实现光纤插座固定在下壳体上；

卡槽206将下壳体分割成两个区域，电路板300设置在其中一个区域中，在这个区域的下壳体表面形成凸柱以固定电路板300；光发射次模块与电路板300固定在一起，通过固定电路板300，实现了光发射次模块固定在下壳体上；当然，光发射次模块也可以直接固定在下壳体上，不需要通过电路板300进行间接的固定；

光纤插座设置在其中另一个区域中，外部的光纤插头伸入其中另一个区域中与光纤插座对接。由此，电路板300与光纤插座分别固定在下壳体上，即光发射次模块400与光纤插座502的位置相对固定，由此，连接光发射次模块及光纤插座的光纤501a需要具有特定的尺寸。

图6为本发明实施例光发射次模块与光纤插头装配结构示意图。如图6所示，光发射次模块400依次通过光纤适配器600及光纤501a实现与光纤插座502的连接。光纤501a一端连接光纤适配器600，另一端连接光纤插座502；

光纤适配器600用于插入光发射次模块中，以接收光学透镜407汇聚的光；光纤插座502分别与光纤501a及光模块外部的光纤插头连接，用于实现光模块内与光模块外之间的光连接，从而形成光发射次模块的光通过光纤适配器接入光纤，由光纤传输至光纤插头502，经光纤插座传输至光模块外。

图7为本发明实施例提供的光发射次模块结构分解图。本发明实施例提供的光发射次模块中设置有激光组件404，激光组件404包括激光芯片404a、准直透镜404b、金属化陶瓷404c及半导体制冷器404d。光模块常见的光发射芯片为激光芯片，将激光芯片404a设置在金属化陶瓷404c的表面，金属化陶瓷表面形成电路图案，可以为激光芯片供电，同时金属化陶瓷具有较佳的导热性能，可以作为激光芯片的热沉进行散热；激光以较好的单波长特性及较佳的波长调谐特性成为光模块乃至光纤传输的首选光源；其他类型的光如LED光等，常见的光通信系统一般不会采用，即使特殊的光通信系统中采用了这种光源，其光源的特性及芯片结构与激光存在较大的差别，使得采用激光的光模块与采用其他光源的光模块存在较大的技术差别，本领域技术人员一般不会认为这两种类型的光模块可以相互给与以技术启示。

光学透镜的作用是汇聚光，从光发射芯片发出的光呈发散状态，为了便于后续的光路设计及光耦合进光纤，都需要对进行汇聚处理。常见的汇聚为将发散光汇聚为平行光，将发散光、平行光汇聚为汇聚光。图7中示出了一种准直透镜404b及一种聚焦透镜407，准直透镜404b设置在激光芯片的出光光路上，将激光芯片的发散光汇聚为平行光；聚焦透镜407设置在靠近光纤适配器600一侧，将平行光汇聚至光纤适配器600中。

根据传输设计以及激光芯片的特性，光发射次模块中还可以包括半导体制冷器TEC404d，TEC直接或间接设置在光发射次模块腔体的底面，金属化陶瓷设置在TEC表面，TEC用于平衡热量以维持激光芯片的设定工作温度。

光发射次模块具有封装结构，以将激光芯片等封装起来，已有的封装结构包括同轴封装TO-CAN、硅光封装、板上芯片透镜组件封装COB-LENS、微光学XMD封装。封装还分为气密性封装及非气密性封装，封装一方面为激光芯片提供稳定、可靠的工作环境，另一方面形成对外的电连接及光输出。

根据产品设计及工艺，光模块会采用不同的封装以制作光发射次模块；激光芯片有垂直腔面出光，也有边发光，激光芯片出光方向的不同也会影响对封装形态的选择；各种封装之间具有明显的技术区别，不论从结构还是从工艺都是不同的技术方向，本领域技术人员知晓，虽然不同封装实现的目的具有一定的相同点，但是不同封装属于不同的技术路线，不同的封装技术之间不会相互给与技术启示。

如图6、图7所示，本发明实施例提供的光发射次模块包括盖板401及腔体402，由盖板401从上方盖合腔体402，腔体402的一侧壁具有开口403，用于电路板300插入，电路板300与光模块的下壳体固定；在腔体中设置有激光组件404，伸入腔体中的电路板300与激光组件404电连接，激光组件中具有激光芯片、准直透镜等组件，形成准直光射出；腔体中设置有光复用组件405，光复用组件405接收来自激光组件404的多束光，将多束光合并为一束光，该一束光中包括不同波长的光；腔体的另一侧壁具有通孔406，经光复用组件405合并后的一束光射入该通孔406中；在通孔406与光复用组件405之间还可以设置聚焦透镜407，通过聚焦透镜汇聚光以便于后续耦合光；光纤适配器600伸入通孔406中以耦合接收来自光复用组件的光，光纤适配器尾部通过光纤501a与光纤插座502连接，由光纤适配器600接收的光经光纤501a传输至光纤插座502。

具体地，图7中示出了4个金属化陶瓷404c、4个激光芯片404a及4个准直透镜404b。4个激光芯片发出4个不同波长的光，通过增加光路数量实现提升数据传输容量，准直透镜404b位于激光芯片出光方向上，用于将激光芯片发出的发散光汇聚为4路平行光，光复用组件将4路平行光合并为1路光。

图8为本发明实施例提供的光发射次模块与光纤适配器装配剖面分解结构示意图。如图8所示，在光发射次模块400由盖板401及腔体402围成的空间中，具有激光组件404、光复用组件405、聚焦透镜407及通孔406，光纤适配器600插入通孔406中以实现与光发射次模块400的固定；装配过程中，光纤适配器600可以在通孔406中移动以选择固定位置。

光纤501a位于光发射次模块400与光纤插座502之间，而光发射次模块与光纤插座的距离相对固定，所以光纤的尺寸要满足光发射次模块及光线插座的距离要求，而且考虑工艺误差的存在，实际中光纤的尺寸总是存在过短或过长的问题。光纤过短无法实现连接；光纤过长则发生弯曲，弯曲的光纤不利于光信号的传播。

腔体406的侧壁上设置通孔406，光纤适配器伸入通孔406中以实现与腔体402的固定，这种配装结构设计可以使得光纤适配器600在通孔406中前后移动，可以调节光纤在光发射次模块及光纤插头之间的需求尺寸，当光纤较短时，可以在通孔中将光纤适配器向后（向腔体外部方向）移动，以满足连接尺寸要求；当光纤较长时，可以在通孔中将光纤适配器向前（向腔体内部方向）移动，以拉直光纤，避免光纤弯曲。

在完成光纤适配器与腔体的固定时，光纤适配器被固定在通孔中无法移动，但通孔与光纤适配器在装配过程中可以调节光纤的弯曲程度，避免光纤过短或过长的问题。

如图8所示，激光组件404中由激光芯片发出的光经准直透镜404b汇聚为平行光后射入光复用组件405中，经光复用组件405将多束光合并为一束光后，经聚焦透镜407射入光纤适配器中；光纤适配器600中包括隔离器602及光纤插芯603，光在光纤插芯603处发生折射，改变了原有的传播方向。

光虽然经过聚焦透镜407产生了汇聚，但汇聚前后光轴方向并未改变，即光沿聚焦透镜的中心射入，这一射入方向可以最大程度的保证汇聚后的光保有汇聚前的模斑分布，呈现规则的圆形光斑，利于后续耦合过程提高效率；光沿聚焦透镜的中心射入，具体指光通过聚焦透镜的中心进行汇聚，理想状态下，光束的中心经过聚焦透镜的中心；

在光纤插芯入光面发生的折射，改变了光轴的方向。

光纤柔软，不易与光发射次模块进行高精度的位置固定，由此设计了光纤插芯。由一种较硬、可实现高精度加工的材料包裹光纤，对该材料的固定即实现了对光纤的固定。具体地，光纤插芯可以由陶瓷材料包裹光纤形成，光纤用于传导光，陶瓷具有较高的加工精度，可以实现高精度的位置对齐，由光纤与陶瓷组合成光纤插芯，通过对陶瓷的固定实现了对光纤的固定。陶瓷材料限制了光纤在光纤插芯中的固定方向，一般将陶瓷加工成圆柱体，在陶瓷柱体中心设置直线型通孔，将光纤插入陶瓷柱体的通孔中以实现固定，所以光纤笔直的固定在陶瓷体中；光纤插芯中，光纤的轴线方向与光纤插芯的轴线方向平行。

图9为本发明实施例提供的光纤适配器分解结构示意图，图10为本发明实施例提供的光纤适配器剖面结构示意图。如图8、图9、图10所示，本发明实施例提供的光纤适配器600包括管壳601、隔离器602及光纤插芯603，隔离器602及光纤插芯603分别设置在管壳中，光纤插芯603与光纤501a连接；隔离器603允许光单方向通过，反方向被阻拦，用于防止反射光回到激光芯片中。当然，隔离器的截止能力无法实现所有光均被阻拦。

具体地，管壳601中具有挡板605a，以将管壳空间分为第一腔体604及第二腔体605，隔离器602设置在第一腔体604中，光纤插芯603设置在第二腔体605中，挡板605a位于隔离器602与光纤插芯603之间，光纤插芯603伸入第二腔体的移动过程被挡板挡住，从而限制光纤插芯的位置；隔离器602放入第一腔体中，可以以挡板为参考进行位置设置；挡板605a对隔离器602及光纤插芯603起到分隔、固定的作用。

如图8所示，光在光纤插芯603的入光面处发生折射，改变了原传播方向，改变后的传播方向与光纤插芯中光纤的轴线方向平行（理想状态为重合）；光纤插芯的轴线方向与光纤适配器的轴线方向不平行，光射入隔离器602之前的光轴方向与光纤适配器的轴线方向平行。

如图10所示，光纤适配器的轴线方向A与光纤插芯的轴线方向B相交；这是由于第二腔体605的轮廓轴线相对光纤适配器600的轮廓轴线呈一定角度的倾斜，使得光纤插芯603插入第二腔体中后，光纤插芯的轴线方向与光纤适配器的轴线方向不平行。

采用管壳601套接光纤插芯603这种结构设计的目的，就是为了让光纤插芯603的轴线方向与光纤适配器的轴线方向不平行；从而使得光射入隔离器602之前的光轴方向，与光纤插芯603的轴线方向不平行。而已有技术中，光纤插芯已经可以实现高精度与腔体的固定，从固定连接的角度来看，没有使用管壳601套接光纤插芯603的必要；还有一种已有技术中，在腔体的侧壁上固定调节套筒，将光纤插芯设置在调节套筒中以实现耦合调焦，这种方式中的光纤插芯与调节套筒具有平行的轴线方向，其结构与本申请存在明显的差异。

光通过空气射入光纤中，光垂直射入光纤端面时不会发生折射，采用这种方式易于控制激光芯片出光方向与光纤插芯的角度关系，但是垂直入射会使反射光沿原光路返回，返回的光回到激光芯片中会影响激光芯片出光；

为了防止反射光沿原光路返回，光路设计上使光非垂直入射光纤端面；为了实现光非垂直入射光纤端面，将光纤的入光面研磨成斜面，具体地，将光纤包裹在陶瓷中形成光纤插芯，将光纤插芯的端面研磨成斜面，光纤插芯中的光纤端面随之成斜面。

具体地，光纤插芯由陶瓷柱体包裹光纤构成，光纤插芯的轴线方向与光纤的轴线方向相同，光纤插芯入光面研磨成斜面，即将光纤入光面研磨成同样的斜面；光纤由不同折射率的芯层与包层构成，光在芯层与包层的交界面发生全反射，从而约束在芯层中传输。

全反射发生的前提是具备足够大的入射角；光在光纤中发生全反射，要求光在光纤入光面处发生折射后，折射角足够小，以满足在光纤内再次反射时拥有足够大的入射角。而折射后形成足够小的折射角，需要折射时具有足够小的入射角；为实现较佳的耦合效率，要求进入光纤后的光轴与光纤轴线平行，进入光纤的光束成中心轴对称。由此，射入光纤入光面的光具有特定的入射角度范围。

激光芯片射出的光以光轴呈中心对称，进入光纤中的光也以光轴呈中心对称，以三条典型光线为例进行图示，以光轴处的光线进行示意说明。

图11A为现有技术提供的一种光发射次模块光路结构示意图，图11B为图11A中光路结构耦合效率仿真图。如图11A所示，激光芯片404a、准直透镜404b及聚焦透镜407分别位于光发射次模块腔体402中；光纤插芯的轴线方向与激光芯片的出光光轴方向平行，光纤适配器的轴线方向A与光纤插芯的轴线方向平行，光纤插芯的轴线方向与光纤插芯中光纤的轴线方向平行（理想状态下为重合）；激光芯片发出的发散光经准直透镜汇聚为平行光，平行光经聚焦透镜的中心汇聚后射入光纤603a的入光面。经过两次汇聚之后的光保持原光轴方向，光斑形态未改变，理想状态下为圆形光斑；汇聚后的光满足光纤全反射的角度要求，汇聚光的光轴与光纤入光面垂直。如图11B所示，光线经聚焦透镜407的中心实现汇聚，汇聚后的光耦合至光纤插芯603中，大部分的光通过光纤插芯中心的光纤进行传输，光纤周围分布有较少的光线，图11A的光路结构实现了较高的耦合效率。

光轴与入光面垂直，此时发生的折射具有最小的入射角（0°）以及最小的折射角。图11A采用的光路设计，可以满足光纤全反射的角度要求，光斑形态也有利于光耦合，但是在光纤入光面产生的反射光会沿原光路返回，进而影响激光芯片的出光。

图11A及图11B这种光路设计的优点是采用聚焦透镜的中心进行光路汇聚，可以保持较好的光斑模斑形态，缺点是光纤入光面产生的反射光会沿原光路回到激光芯片中。

图12A为已有技术提供的光发射次模块光路结构示意图，图12B为图12A中光路结构耦合效率仿真图。光纤插芯斜面的倾斜方向不同仅是视图角度的不同，光纤插芯是圆柱体，旋转视角看到斜面的倾斜方向不同。如图12A所示，激光芯片404a、准直透镜404b及聚焦透镜407分别位于光发射次模块腔体402中，光纤插芯的轴线（光纤的轴线）方向与激光芯片的出光光轴方向平行，光纤适配器的轴线方向A与光纤插芯的轴线方向平行，光纤插芯的轴线方向与光纤插芯中光纤的轴线方向平行（理想状态下为重合）；激光芯片发出的发散光经准直透镜汇聚为平行光，平行光经聚焦透镜汇聚后射入光纤603a的入光面；为了防止反射光可逆的反射回激光芯片，光纤的入光面为斜面；为了利用折射原理使进入光纤的光满足全反射的条件，光射入聚焦透镜407的非中心位置，光经聚焦透镜404的非中心进行汇聚，经聚焦透镜407改变光的光轴方向后，射入光纤的入光斜面上；在入光斜面发生光折射从而射入光纤中。

如图12A所示，与图11A相比，光纤的入光面为斜面，而光纤插芯中的光纤轴线方向未改变，为了使折射后的光满足全反射的条件，汇聚光肯定不能保持图11A这种传播方向；具体地，光轴保持图11A中的方向，与激光芯片的出光光轴方向平行，则以非垂直方向射入光线的入光面，入射角减小，折射角也减小，不利于发生全反射；为了增大入射角，图12A的方案中改变了图11A中的光轴方向，经过聚焦透镜汇聚后的光轴方向与激光芯片的出光光轴方向不平行，以增大折射时的入射角。

通过图12B中的仿真图可知，经过聚焦透镜汇聚后的光，其光轴方向发生改变，以使得汇聚后的光与图11B中的传播方向不同，此时光线经聚焦透镜407的非中心位置进行汇聚。为了实现光线中的全反射，射入光纤入光面的光具有特定的入射角度范围，该角度范围也限定了经过聚焦透镜404汇聚的光，不能通过聚焦透镜407的中心进行汇聚。

采用图12A这种光路设计，光轴未通过聚焦透镜407的中心，光经过聚焦透镜后改变了光轴的方向，光斑会发生较大的形变，光斑形状扭曲，光斑的模场分布不规则，耦合进光纤的效率明显降低。

图12A及图12B这种光路设计的优点是防止光纤入光面产生的反射光会沿原光路回到激光芯片中，缺点是未采用聚焦透镜的中心进行光路汇聚，汇聚后的光斑模斑形态产生较大的劣变。

图12C为光轴通过聚焦透镜中心射入倾斜光纤插芯的耦合效率仿真图。如图12C所示，光纤插芯的入光面为斜面，激光芯片404a发出的光经准直透镜404b准直后，由聚焦透镜407汇聚射入光纤适配器603中；光经聚焦透镜407的中心进行汇聚，光纤适配器的轴线方向A与聚焦透镜407的中心轴线方向平行，光纤插芯603的轴线方向与光纤适配器的轴线方向A平行，聚焦透镜的中心轴线方向与光线适配器的轴线方向平行，光纤插芯的轴线方向与光纤插芯中光纤的轴线方向平行（理想状态下为重合）；光经折射后耦合进光纤适配器中，可以看到大量的光线从光纤适配器的光纤中射出，耦合效率较低。

图13A为本发明实施例提供的光发射次模块光路结构示意图，图13B为图13A中光路结构耦合效率仿真图。光纤插芯斜面的倾斜方向不同仅是视图角度的不同，光纤插芯是圆柱体，旋转视角看到斜面的倾斜方向不同。如图13A所示，激光芯片404a、准直透镜404b及聚焦透镜407分别位于光发射次模块腔体402中；光纤插芯603的轴线（光纤的轴线603a）方向与光纤适配器的轴线方向A不平行，光纤插芯中的光纤方向与光纤插芯的轴线方向平行（理想状态下为重合）；光线插芯的轴线方向与光纤适配器/光纤适配器壳体的轴线方向A不平行；激光芯片的出光光轴方向与光纤适配器/光纤适配器壳体的轴线方向平行；激光芯片发出的发散光经准直透镜汇聚为平行光，平行光经聚焦透镜汇聚后射入光纤603a的入光面；具体地，光纤插芯603的轴线（光纤的轴线603a）方向与光纤适配器的轴线方向A之间的夹角范围为6°至15°，以8°或11°为最佳。

为了防止反射光可逆的反射回激光芯片，光纤的入光面为斜面；为了利用折射原理将光射入光纤中，激光芯片发出的光通过聚焦透镜的中心射出，聚焦过程中没有改变原光轴方向，射入光纤的入光斜面时，通过光折射进入光纤603a中。

图13A提供的光路设计，目的是光经汇聚后保持较好的光斑模斑形态，并且与光纤插芯入光斜面匹配，以完成光高效率耦合进光纤中。

为了使光经汇聚后保持较好的光斑模斑形态，将光通过聚焦透镜407的中心进行汇聚，光通过聚焦透镜中心的射出，聚焦后的光轴方向没有改变，汇聚之后的光保持汇聚之前的光斑形态，理想状体下可以保持圆形光斑形态，这利于提高光耦合的效率。

为了防止光纤入光面产生的反射光会沿原光路回到激光芯片中，光纤插芯的入光面/光纤的入光面设计成斜面，然而，图11A示出的光路结构表明，当光通过聚焦透镜的中心进行汇聚时，后续与之匹配的光纤入光面不能是斜面，才能满足在入光面处折射后的光可以发生全反射传输；图12A示出的光路结构表明，当入光面为斜面时，在前与之匹配的光不能通过聚焦透镜的中心进行汇聚，才能满足在入光面处折射后的光可以发生全反射传输。

为了使耦合进光纤的光发生全反射，本发明实施例提供一种新的结构设计，让光纤插芯603的轴线（光纤的轴线603a）方向与激光芯片的出光方向不平行，让光纤插芯相对激光芯片出光方向倾斜一定的角度。

光折射进入光纤后，与光纤轴线成特定的角度关系，这种角度关系在图11A、图12A及图13A中完全相同，这也是光在光纤中发生全发射的必然要求。

如图13B所示，采用图13A的光路结构，光线通过聚焦透镜407的中心进行汇聚，光纤入光面呈斜面，经聚焦透镜汇聚的光可以高效率的耦合进光纤中，大部分的光线进入了光纤中。

图12A与图13A中，以光纤入光斜面为参考，光入射的角度相同，光折射后的角度也相同；不同之处在于，图12A中的光纤轴线方向与激光芯片的出光方向平行，光轴通过聚焦透镜的非中心区域；而图13A中光纤轴线方向与激光芯片的出光方向不平行，光轴通过聚焦透镜的中心区域。

最后应说明的是：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 (8)

1.一种光模块，其特征在于，包括上壳体、下壳体，分别位于所述上壳体及所述下壳体之间的光发射次模块腔体、光纤适配器、光纤及光纤插座；

所述光发射次模块腔体及所述光纤插座分别固定在所述下壳体表面；

所述光发射次模块腔体中包括发光芯片及透镜，所述光发射次模块腔体的侧壁具有通孔，

所述光纤适配器的一端伸入所述通孔中，另一端通过所述光纤与所述光纤插座连接；

所述发光芯片发出的光通过所述透镜射入所述光纤适配器中。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光纤适配器包括管壳及光纤插芯，所述发光芯片发出的光经所述透镜的中心进行汇聚，所述管壳的轴线方向与所述光纤插芯的轴线方向不平行，所述光纤插芯的入光面为斜面。

3.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述下壳体表面具有卡槽，所述卡槽具有间隙，所述光纤插座具有凸起，所述凸起置于所述间隙中，以实现所述光纤插座与所述下壳体固定。

4.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，还包括电路板，所述光发射次模块的腔体具有开口，所述电路板通过所述开口伸入所述腔体中，所述电路板与所述下壳体固定。

5.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述管壳还包括挡板及隔离器，所述隔离器位于所述挡板的一侧，所述光纤插芯位于所述挡板的另一侧。

6.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述光纤位于所述光纤插芯中，所述光纤的轴线方向与所述光纤插芯的轴线方向平行。

7.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述管壳的轴线方向与所述发光芯片的出光光轴方向平行。

8.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述隔离器的轴线方向与所述管壳的轴线方向平行。

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