CN112305681B - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明的光模块包括光学次模块，光学次模块包括盒盖，盖合在盒体上时：盒盖的前侧壁的底面压靠在盒体前侧壁顶面台阶的最低面处，盒盖前侧壁的外壁面贴靠在盒体前侧壁顶面台阶的竖直面上；盒盖的后侧壁的底面压靠在盒体后侧壁顶面台阶的最低面处，盒盖后侧壁的外壁面贴靠在盒体后侧壁顶面台阶的竖直面上；盒盖的左侧壁的底面压靠在盒体左侧壁顶面台阶的最低面处，盒盖左侧壁的外壁面贴靠在盒体左侧壁顶面台阶的竖直面上；盒盖的右侧壁的底面压靠在盒体右侧壁的顶面上，平板部的底面不低于盒体四个侧壁的最高面。

Description

光模块

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光模块是光纤通信系统中常见的光电子器件，其主要功能是进行光电/电光信号的转换。

常见的一种光模块10的结构如图1、2、3所示，其主要由底座11、外壳12、主电路板13及光学次模块100组成。底座11和外壳12用于将电路板13及光学次模块100封装于其内，主电路板13上通常设置有驱动芯片及MCU等电芯片，光学次模块100内通常封装有激光芯片和/或光探测器等光电芯片，主电路板13与光学次模块100之间电连接，主电路板13可与外部上位机连接实现供电及电信号收发，光学次模块100可与外部光纤连接实现光信号的收发。可见，光学次模块(OSA，Transceiver OpticalSub-Assembly)100是将光模块中直接进行光信号的处理的一些元器件隔离出来，从而在外壳内进一步的形成了一个相对密闭的空间，为的是更好的保护光学器件(激光器、透镜)，避免光器件污染导致影响光信号处理性能。

如何在光模块的加工和运行过程中，减少光学次模块中光电元器件因环境造成的形变以避免影响光学性能，是本领域技术人员始终要面对的重要课题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种光学次模块的盒体不容易变形的光模块。

本发明提供一种光模块，它包括底座和外壳，所述底座和外壳围成的空间内设置光学次模块，所述光学次模块包括盒体及盖合在所述盒体上的盒盖；

所述盒盖包括平板部和沿所述平板部的周缘向下延伸的前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁；

所述盒盖的前侧壁的底面压靠在所述盒体的前侧壁顶面台阶的最低面处，所述盒盖前侧壁的外壁面贴靠在所述盒体前侧壁顶面台阶的竖直面上；

所述盒盖的后侧壁的底面压靠在所述盒体后侧壁顶面台阶的最低面处，所述盒盖后侧壁的外壁面贴靠在所述盒体后侧壁顶面台阶的竖直面上；

所述盒盖的左侧壁的底面压靠在所述盒体左侧壁顶面台阶的最低面处，所述盒盖左侧壁的外壁面贴靠在所述盒体左侧壁顶面台阶的竖直面上；

所述盒盖的右侧壁的底面压靠在所述盒体右侧壁的顶面上；

所述平板部的底面不低于所述盒体前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁顶面的最高面。

与现有技术相比，本发明实施例的盒体包括其底壁就不再那么容易变形，因此减轻了盒体底壁光学元器件因此受到的不良影响。

附图说明

图1是本发明光模块实施例外形结构示意图；

图2是本发明光模块实施例另一角度外形结构示意图；

图3是本发明光模块实施例整体爆炸图；

图4是本发明实施例光模块去掉底座和外壳的结构示意图；

图5是本发明实施例光学次模块去掉上盖的立体图；

图6是本发明实施例光学次模块去掉上盖的俯视图；

图7是本发明实施例光模块光电元器件布局结构示意图；

图8是本发明实施例光模块光路传输原理图；

图9是本发明光学次模块外观结构示意图；

图10是本发明光学次模块上盖半打开的外观结构示意图；

图11是本发明光学次模块现有技术上盖透视图；

图12是本发明光学次模块使用现有技术上盖时的胶水层受热膨胀变形示意图；

图13是本发明光学次模块上盖透视示意图；

图14是图9所示A-A剖视图；

图15是图14所示B方向的向视图。

附图标记如下：

光模块10；底座11；外壳12；主电路板13；手柄14；光接受次模块15；

光学次模块100；盒体110；盒盖120；胶层130；

盒体底壁111；盒体前侧壁112；盒体后侧壁113；盒体左侧壁114；盒体右侧壁115；盒体左侧壁适配孔116；盒体右侧壁插口117；

激光器阵列30；第一激光器31；第二激光器32；第三激光器33；第四激光器34；

准直透镜阵列40；第一准直透镜41；第二准直透镜42；第三准直透镜43；第四准直透镜44；光复用组件50；位移棱镜60；光隔离器70；聚焦透镜80；光纤适配器90。

具体实施方式

下面将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”、“顶部”、“底部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

光模块是将光信号与电信号两者之间作转换的连接模块，如将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号。因此，可将光模块认为是一种光收发器，在具体应用时，光收发器可将载有数据的电信号转换为光信号，进一步通过光纤传输至远程，再经远程端的光收发器将光信号转换成电信号以提供被传输数据，从而实现电信号的长距离传输。其中，光模块中对数据传输质量起重要作用的是将光信号的光束导入光纤中。

因此，光信号的出光率反映了光模块的转换效率，也影响到电信号经转换通过光信号传输后的传输质量，较高的出光率使得信号传输过程中的失真率较低，保证光模块具有较好的信号转换功能。

图1示例出了一种常见的SFP(SMALL FORM PLUGGABLE小型可插拔)光模块10，整体外形大致呈长方体形状，直接可见的是底座11和扣合在底座11上的外壳12，底座11和外壳12合围形成的内部空间内封装光模块的光电元器件。外壳12和底座11可采用压模铸造、机加工或任何其它合适的工艺制成。

由于光模块10仅是一个连接器，其使用时往往需要插接到设备上，因此光模块10的一端往往设计成便于插入设备相应插槽的形状，另一端则设置有拉环或手柄14，以便手持光模块10在设备上进行插入或拔出的操作。

不同型号的光模块往往外形相同，依靠拉环颜色来明显地区分型号，比如：黑色拉环的为多模，波长是850nm；蓝色是波长1310nm的模块；黄色则是波长1550nm的模块；紫色是波长1490nm的模块等。

进一步的，有些光模块1还带有与拉环或手柄14联动的锁扣机构，以便在其插入设备时锁紧光模块，当然这种情况在拔出光模块1时也需要先将锁扣机构进行解锁；需要说明的是，锁扣机构是需要和设备相应插槽上的特定结构相配合起作用，本发明实施例1的光模块10可以使用现有或未来任何一种可行的底座、外壳形式和结构，以及拉环/手柄/锁扣机构的技术方案。

光模块10的底座11上固定有主电路板13，主电路13可以为印刷电路板、陶瓷基板、金属复合材料基板或其它适于承载光电元器件且可以设置线路的基板，其中陶瓷基板可以是三氧化二铝基板或氮化铝基板；主电路板13上设有用于传递电信号的一些线路，这些线路用于连接其上的集成电路芯片及一些电子元器件、集成电路芯片，以构成合适的电路，其中的电子元器件可以是电阻、电容、二极管、三极管等；主电路板13还通过线路与上位机进行电连接以实现电信号的传输。

光模块10还包括光学次模块100，光学次模块100可以直接设置在底座11上，也可以设置在主电路板13上；若光学次模块100直接设置在底座11上，主电路板13的一部分可以直接通过光学次模块100的侧壁的插孔插入其中，也可以是主电路板13通过以一个柔性线路板通过光学次模块100侧壁的插孔插入其中，以便实现主电路板13与光学次模块100的电连接，后者更便于装配；若光学次模块100直接设置在主电路板13上，则主电路板13只能是通过柔性电路板与光学次模块100电连接。

作为一种实施例，光学次模块100为发射器光学次模块TOSA(TransmitterOptical Sub-Assembly)，光学次模块10的功能是提供从激光器(或发光二极管)到光纤的光路径中的元器件，在激光器或发光二极管中电信号转换成光信号，并经透镜而聚焦进入光纤传输。

如图4所示，光学次模块100大致为一个立方体形状，包括一个盒体110和一个盒盖120，盒体110固定在主电路板13上，盒盖120扣合固定在盒体110上。

如图5、6所示，盒体110包括底壁111以及与底壁111固定连接的前侧壁112、后侧壁113、左侧壁114、右侧壁115。

底壁110上固定光学次模块的光电元器件，例如TOSA的激光器、透镜等；左侧壁114上开有适配口，适配口上设有光纤适配器80；光纤适配器80用于提供光纤的光路传输及接口，从而将光信号接受至盒体110内进行光电转换处理，或者将盒体110内进行电光转换产生的光信号进行输出。

右侧壁115设有插口117，主电路板13的一部分从插口117中插入至盒体110的内部，用于实现光学次模块100与主电路板13之间的电连接，即将主电路板13传来的电信号通过激光器转化为光信号，或者将光探测器接收到的光信号转化为电信号并传输给主电路板13。

盒体110的上边沿，即前侧壁112、后侧壁113、左侧壁114的顶面，设置成内低外高的台阶形状，右侧壁115的顶面为平面且与盒体前侧壁112、后侧壁113、左侧壁114台阶状顶面的最低面齐平。

现有技术的盒盖120如图11所示，其呈平板状，其底面周缘承托于四个侧壁顶面台阶的低水平面处，其四个侧面贴靠到四个侧壁顶面台阶的竖直面处；盒盖120盖合在盒体110上时，盒盖120的上表面和盒体110四个侧壁顶面的最高处基本持平。

本发明实施例的盒盖120形状如图13所示，其包括平板部121，平板部的四个侧边缘带有向下延伸的侧壁，即前侧壁122、后侧壁123、左侧壁124、右侧壁125，相邻侧壁直接相连；本发明实施例的盒盖120安装在盒体110上的结构如图9、10、14、15所示。

如图9所示，本发明实施的盒盖120盖合在盒体110上时：盒盖120的前侧壁122的底面压靠在盒体110前侧壁112顶面台阶的最低面处，盒盖120前侧壁122的外壁面贴靠在盒体110前侧壁112顶面台阶的竖直面上；盒盖120的后侧壁123的底面压靠在盒体110后侧壁113顶面台阶的最低面处，盒盖120后侧壁123的外壁面贴靠在盒体110后侧壁113顶面台阶的竖直面上；盒盖120的左侧壁124的底面压靠在盒体110左侧壁114顶面台阶的最低面处，盒盖120左侧壁124的外壁面贴靠在盒体110左侧壁114顶面台阶的竖直面上；盒盖120的右侧壁125的底面压靠在盒体110右侧壁115的顶面上，平板部121的底面不低于盒体110四个侧壁的最高面。

为了使盒盖120与盒体110的更好地相互固定及实现光学次模块100的密封，通常制造时在盒体前侧壁112、后侧壁113、左侧壁114顶面的台阶竖直面与盒盖120的对应侧面的缝隙处点滴一些UV胶水，在盒体右侧壁115的顶面预先点滴一些UV胶水以使该顶面与盒盖右侧壁125的底面粘合，这些胶水凝固后形成胶水层。

由于为了加速胶水的固化，在光模块的制造过程中，通常采用紫外光照射；另外，光模块在运行过程中，其内部的光电元器件，例如激光器、芯片等均会发热，这就导致光模块包括光学次模块内温度升高。

如图12所示，在上述温度升高的过程中，胶水层也会受热膨胀；盒体前侧壁112与盒盖前侧壁122竖直贴合面之间的胶水层130的膨胀，会向下挤压盒盖120并向上挤压盒体110；盒体后侧壁113与盒盖后侧壁123竖直贴合面之间的胶水层的膨胀，会向上挤压盒盖120并向下挤压盒体110；由于盒盖120和盒体110都是刚性件，且二者形成这样一个闭环的连接，其结果就是盒盖120上下两端分别受到一对向内的挤压力F1、F2，同时盒体110前侧壁112和后侧壁113分别受到向外的一对挤压力F3、F4，由于盒体110是由一个底壁111和前后左右四个侧壁构成的且一对挤压力F3、F4作用在前侧壁112和后侧壁113的上部，因此一对挤压力F3、F4使得盒体110前后两侧上部变形向外扩张，进而导致盒体底壁111中间部位向盒体110内部鼓起。

由于安装在盒体底壁111上的都是一些对于安装精度要求比较高的相互配合的光学元器件，例如前述的激光器、透镜、光探测器等，因此底壁111的变形，很容易导致这些元器件随着底壁的自身变形或位置偏移，进而就会影响到光路的精准传输以及光信号的强度等。

现有技术中的盒盖120a的结构如图11所示，其安装在盒体110上的结构如图12所示，由于盒盖120a呈平板状，因此在胶水受热膨胀向两侧挤压时，盒盖120a在其宽度方向受到的是使自身在长度方向被压缩的一对挤压力，根据力学原理，这里的盒盖在其宽度方向上可以被抽象成一个杆件，而杆件是不容易被压缩的，因此盒盖的变形非常小；而盒体由于是上部敞口的盒子结构，其在盒体宽度方向上受到的是使其前后侧壁上部向外张开的一对力，根据力学原理，此时的盒体可以在盒盖宽度方向上被抽象为一个凵形件，而凵形件的两个端部受力时，两个自由臂式非常容易发生弯曲变形的，同时凵形的底部也很容易发生挠曲，对应于盒体，就是前后两个侧壁容易向外弯曲，而底壁容易在中间部位鼓起，如图12所示虚线示意。

而在本发明实施例中，由于盒盖120除了平板部121外，还设置了三个侧壁，并且三个侧壁直接与盒体110四个侧壁顶部台阶的竖直面贴合实现盒盖扣合在盒体上，盒盖120在其宽度方向受到的是使自身在长度方向被压缩的一对挤压力，根据力学原理，这里的盒盖在其宽度方向上可以被抽象成一个“冖”形件，而“冖”形件式相对杆件来说非常容易被压缩的，因此盒盖的变形非常大；也就是说，本发明实施例的盒盖在受到胶水膨胀的挤压时，前后两个侧壁比较容易弯曲，并且由于平板部的底面不低于盒体顶面的最高面，因此平板部受到的是促使其弯曲的力矩而非现有技术是使其直接在长度方向上被压缩的一对力，因此平板部也非常容易发生弯曲变形；也就是说本发明实施例的盒盖与现有技术的盒盖相比，在受到同样的胶水膨胀时更加容易变形或者说更加容易吸收胶水的变形；从而，与现有技术相比，本发明实施例的盒体包括其底壁就不再那么容易变形，因此减轻了盒体底壁光学元器件因此受到的不良影响。

简言之，本发明实施例盒盖底面带有凹坑的这种结构，或者说盒盖在其宽度方向上的剖面轮廓呈“冖”形，使得其与现有技术相比，在受到胶水膨胀的挤压力时容易发生弯曲，较多地吸收或者说是抵消胶水膨胀的变形量，致使相应地盒体的变形相比现有技术来说就变小了，从而减轻了对盒体底壁固定的光学元器件的影响，使得这些光学元器件不容易发生变形和错位，提高了光学次模块的光学性能稳定性及光模块的整体性能。

下面以上述TOSA发射光学次模块为例，具体进行说明。

如图6、7、8所示，盒体110内设有激光器阵列30、4个点对点透镜，4个准直透镜、将4路光合成1路光的光复用组件50、一个位移棱镜60、一个光隔离器70、一个聚焦透镜80、一个光纤适配器90，其中4个激光器分别可发射不同波长的激光。

激光器阵列30包括第一激光器31、第二激光器32、第三激光器33、第四激光器34，这4个并排布置的激光器，各激光器发出的激光的中心波长(即峰值)有所不同，例如分别为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm，可分别记为λ1、λ2、λ3、λ4，这四个激光器分别对应四个点对点透镜。

准直透镜阵列40包括第一透镜41、第二透镜42、第三透镜43、第四透镜44这4个点对点透镜，它们分别安装在各个激光器的发射光路上，用于将激光器发射的比较发散的光束进行准直转变为平行光束并照射至光复用组件50上。准直透镜阵列40中的透镜可以为菲涅尔透镜、全息透镜或平凸透镜。

光复用组件50通常是用胶水粘接在盒体底壁上，其包含1个侧面镀有增透膜(ARCoating)和高反膜(HR Coating)的斜方棱镜，4个贴装在斜方棱镜另一个侧面的TFF膜片TFF1、TFF2、TFF3、TFF4。

光复用组件50的合光原理简述如下：4个激光器发出的4个波长的光λ1、λ2、λ3、λ4分别经四个准直透镜转变为四个平行光束后分别在膜片TFF1、TFF2、TFF3、TFF4处入射进入光复用组件，其中第一个波长的光束从膜片TFF1处入射进入光复用组件后直接从光复用组件的增透膜处出来；第二个波长的光束从膜片TFF2处入射进入光复用组件后被HR膜反射至膜片TFF1，再经膜片TFF1反射后从光复用组件的增透膜处出来；依次类推，第三个波长的光从膜片TFF3处入射经2次折返后从光复用组件的增透膜处出来，第四个波长的光从膜片TFF4处入射经3次折返后从光复用组件的增透膜处出来，这样4个波长的光束经过光复用组件后就合成了1束光从光复用组件的增透膜处出来，完成4路光束的合并。

位移棱镜60，用于实现对光复用组件50输出的光束进行光路位移，以使光束经过一个一定距离的平行位移后经聚焦透镜准确地照射到光纤适配器位置。

光隔离器70，是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源光器件，作用是对光的方向进行限制，在此光路中使光只能从激光器方向向光纤适配器方向单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，能够提高光波传输的效率。作为一种实施例，光隔离器主要包括两个偏振器合一个磁环，两个偏振器分别置于磁环前后两侧，其工作原理为：入射光束的偏振方向与第一个偏振器(又称启偏器)的偏振方向一致，经过磁环后光束偏振面旋转45度角，正好与第二个偏振器(又称检偏器)的透光轴方向一致，于是光束可全部通过第二个偏振器；对于反向的光束，先进入第二个偏振器，其偏振面变成与第一个偏振器透光轴的夹角为45度的线偏振光，再经过磁环后，偏振方向继续旋转45度，其偏振面变成与第一个偏振器夹角为90度，即此时反向光束的偏振方向与第一个偏振器的透光轴方向是垂直正交的，因此完全不能通过第一个偏振器，实现了反向光束被隔离的效果。

聚焦透镜80，将从位移棱镜70射出的平行光束进行聚焦，以使光束最大程度地耦合入光纤适配器，满足光路通信对光功率的要求。

光纤适配器90安装在盒体110左侧壁114的适配孔116上。

该光发射器的基本工作原理为：4个激光器发出4路不同波长的光，通过4个点对点透镜整合成发散角较小的发散光，再通过4个准直透镜将4路发散角较小的发散光变成4路平行的准直光，4路平行的准直光通过一个光复用组件合成1路光，之后再通过位移棱镜60、光隔离器70、聚焦透镜80将激光耦合进光纤适配器90。在对上述光发射器进行组装时，通常先将4个激光器、4个点对点透镜和光复用组件采用无源方式进行固定，再用有源方式固定4个准直透镜使4路光准直，然后再通过有源方式固定聚焦透镜，最后采用有源方式将光纤适配器90焊接在合适位置，以便将4路光耦合进光纤适配器。

上述实施例中的光学次模块100为光发射次模块，其主电路板13上还另外设有光接收次模块15，设置方式为现有技术不再赘述。但是作为一种实施例，光接收次模块15也可以采取上述实施例同样的盒盖盒体结构。

Claims (1)

1.一种光模块，它包括底座和外壳，所述底座和外壳围成的空间内设置光学次模块，所述光学次模块包括盒体及盖合在所述盒体上的盒盖；其特征在于：

所述盒盖包括平板部和沿所述平板部的周缘向下延伸的前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁；

所述盒盖的前侧壁的底面压靠在所述盒体的前侧壁顶面台阶的最低面处，所述盒盖前侧壁的外壁面贴靠在所述盒体前侧壁顶面台阶的竖直面上；

所述盒盖的后侧壁的底面压靠在所述盒体后侧壁顶面台阶的最低面处，所述盒盖后侧壁的外壁面贴靠在所述盒体后侧壁顶面台阶的竖直面上；

所述盒盖的左侧壁的底面压靠在所述盒体左侧壁顶面台阶的最低面处，所述盒盖左侧壁的外壁面贴靠在所述盒体左侧壁顶面台阶的竖直面上；

所述盒盖的右侧壁的底面压靠在所述盒体右侧壁的顶面上；

所述平板部的底面不低于所述盒体前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁顶面的最高面；

所述盒盖的前侧壁、后侧壁和左侧壁的外壁面均不凸出于所述盒体对应侧壁的所述台阶的竖直面；

所述盒盖的前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁的厚度均小于所述盒体对应侧壁的厚度，并小于所述盒体对应侧壁的所述台阶的宽度；

所述平板部的厚度小于所述盒盖的前侧壁和后侧壁的厚度。