CN112615675B - 一种垂直底面发射的并行无线光模块 - Google Patents

一种垂直底面发射的并行无线光模块 Download PDF

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Abstract

一种垂直底面发射的并行无线光模块，包括设置在印制板上的驱动器、限幅放大器、数量为至少一列的透镜阵列、MCU、与印制板互相导通的基底，还包括设置在基底上同时与透镜阵列配合使用且与印制板相互导通的光有源器件；本发明的并行无线光模块，通过将激光器倒装焊接在模块印制板上，辅以透镜进行光束整形，利用微组装平台高精度封装，克服现有产品带有MT尾纤的问题，实现并行光模块无缆化通信；本发明采用非接触连接通信，由于透镜阵列的存在，可将光束整形成平行光，空间传输一定距离后到达接收端，接收端采用对称光路结构将光束有效会聚接收，可有效降低接触引起的磨损，延长使用寿命，提高可靠性。

Description

一种垂直底面发射的并行无线光模块
技术领域
本发明属于无线光通讯技术领域，具体涉及一种垂直底面发射的并行无线光模块。
背景技术
在军用领域，各类信号线路非常庞杂，光纤线缆、射频线缆交织一起，存在许多问题。
目前产品在使用时通过MT尾纤与连接器配合建立互连，关键器件包括VCSEL阵列或PIN探测器阵列、光学耦合单元、MT尾纤、连接器等。使用时将光模块焊接在印制板上，同时MT尾纤插入连接器，连接过程中MT尾纤长度需要严格控制，此外并行光模块带有的尾纤占用子板面积、压缩机箱内可利用的空间。
目前使用的并行光模块具有体积大、集成度低等问题。而未来平台用机箱将会向着小体积、高集成度、高速率、低重量方向发展，因此现有并行光模块无法满足上述需求，成为制约航空、航天、电子等领域发展的一个大的阻碍。
发明内容
针对无缆化、集成化(有源集成、多信号连接集成)、小型化、高密化的整体互连链路的需求，本发明的目的在于提供一种体积小且可与波导板或光电复合板直接耦合的垂直底面发射的并行无线光模块。
本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的，本发明提供一种垂直底面发射的并行无线光模块，包括设置在印制板1上的驱动器51、限幅放大器52、数量为至少一列的透镜阵列4、MCU6、与印制板1互相导通的基底2，还包括设置在基底2上同时与透镜阵列4配合使用且与印制板1相互导通的光有源器件3。
优选的，基底2为硅基板或陶瓷基板。
优选的，印制板1上开设有至少一列用于安装透镜阵列4的装配孔，基底2和印制板1上开有与光有源器件适配且用于安装光有源器件3的多个通光孔，光有源器件3和透镜阵列4同轴耦合。
优选的，光有源器件3通过倒装焊工艺安装在通光孔内。
优选的，光有源器件3和透镜阵列4同轴耦合误差为±3μm。
优选的，光有源器件3与透镜阵列焦点位置的误差为±0.2μm。
优选的，基底2上设有实现光有源器件3与电路板相导通的焊盘7，光有源器件3通过引线9与焊盘7实现互相导通。
优选的，光有源器件3包括激光器和探测器。
优选的，印制板1上开有便于并行无线光模块移植的导销孔8。
优选的，印制板1上设有起防护作用的盖板10。
本发明具有如下优点：
1、本发明的并行无线光模块，通过将激光器倒装焊接在模块印制板上，辅以透镜进行光束整形，利用微组装平台高精度封装，克服现有产品带有MT尾纤的问题，实现并行光模块无缆化通信。
2、本发明的并行无线光模块具有体积小，可与波导板或光电复合板直接耦合，简化了光路结构，降低了成本。
3、本发明的并行无线光模块提高了并行光模块的集成度、减轻光模块重量、可实现小型化封装。克服了并行光模块在使用过程中无法高密度集成的问题，同时无MT尾纤结构还降低了产品重量。
4、本发明的并行无线光模块内部光有源器件可采用数字、射频、数字和射频混合的方式实现，用于取缔现有数字并行光模块、射频并行光模块、数字和射频混合并行光模块。
5、本发明的并行无线光模块采用多芯扩束透镜进行光束整形，通过设置导销孔，可有效保证模块使用过程中的对准精度。
6、本发明采用非接触连接通信，由于透镜阵列的存在，可将光束整形成平行光，空间传输一定距离后到达接收端，接收端采用对称光路结构将光束有效会聚接收，可有效降低接触引起的磨损，延长使用寿命，提高可靠性。
以上说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下：
附图说明
图1是本实施例中并行无线光模块(不含盖体)的正视图。
图2是图1中A-A处的剖视图。
图3是本实施例中导销孔独立制作开孔时的示意图。
图4是本实施例中并行无线光模块的侧视图。
图5是本实施例中并行无线光模块的立体示意图。
图6是本实施例中并行无线光模块的应用场景图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采用的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实例，对依据本发明提出的一种垂直底面发射的并行无线光模块，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1至图5，本发明提供一种垂直底面发射的并行无线光模块，包括印制板1，设置在印制板1上且数量为至少一列的透镜阵列4，安装在印制板1上并与印制板1互相导通的基底2，与透镜阵列4配合使用同时设置在基底2上的光有源器件3，设置在印制板1上用于驱动光有源器件发光的驱动器51；还包括设置在印制板1上的限幅放大器52和用于驱动器以及限幅放大器的MCU6。外部的读取模块可以通过MCU6读取本发明中并行无线光模块的参数，此外，MCU6还根据环境温度进行调节，改变光有源器件3的发光功率，使光有源器件的发光功率处于稳定状态，保证其工作的稳定。
基底2为硅基板、陶瓷基板或其他基板，基底2厚度为0.2mm，基底2和印制板1上开有与光有源器件适配的多个第一通光孔，印制板1底面上开设有至少一列槽型孔或其他类型的装配孔，光有源器件3采用倒装焊工艺安装在通光孔内，透镜阵列4安装在对应的装配孔中，光有源器件3和透镜阵列4通过高精度微组装工艺实现二者同轴耦合，耦合误差在±3μm内，光有源器件3处于透镜阵列的焦点位置，光有源器件3所在位置与透镜阵列的焦点位置之间的误差±0.2μm内。
因光有源器件3的引点之间的间距较小，可在基底2上先开设通光孔，将激光器的焊盘与基底的焊盘7对应，通过引线9拉开光有源器件引点之间的距离，然后将基底安装在印制板上实现基底与印制板相互导通，同时光有源器件3也通过引线实现与电路板的导通。
光有源器件3包括激光器和探测器，每列光有源器件可选用12路、24路、48路等，该描述不应将其理解成是对本发明的限制，在本发明中，激光器和探测器分别成列布置，当然在本发明的其他实施例中，激光器和探测器可布置在同一列上。
印制板1的底面开有导销孔8，导销孔直径为0.699mm。导销孔8可与透镜阵列作为一体，即导销孔可设置在该列透镜阵列的两端；导销孔也可以独立制作开孔，独立制作时可将导销孔从印制板1打通与基底2做为一体，利用基底2的高精度特性来保证导销孔8的可靠性。该导销孔8可与标准MT导销配合使用，提高产品可移植性。
光有源器件3、驱动器51、限幅放大器52、MCU6的外侧还设有起防护作用的盖板10。
本发明的并行无线光模块可用于波导板、光纤板或光电复合板等产品，如与波导板或光纤板使用时，需辅以电路板进行供电和信号传输，如与光电复合板配合使用，请参阅图6，电路板与波导板之间需要开有第二通光孔12用于通光，首先，将本发明的并行无线光模块与光电复合板11装配在一起，利用导销13和导销孔8的结构实现与光电复合板中每路波导14对准。本发明的并行无线光模块与光电复合板的电路板层的固定方式可采用LCC封装焊接、毛纽扣安装、LGA安装、弹簧针安装等。本发明与光电复合板11固定后，通过底面透镜阵列将发散光整形成平行光或近光轴的准平行光入射到波导中实现并行无线光模块无缆化通信；第二通光孔可以是槽型孔或其他类型的通孔。
本发明的并行无线光模块，通过将激光器倒装焊接在模块印制板上，辅以透镜进行光束整形，利用微组装平台高精度封装，克服现有产品带有MT尾纤的问题，实现并行光模块无缆化通信。
本发明采用非接触连接通信，由于透镜阵列的存在，可将光束整形成平行光，空间传输一定距离后到达接收端，接收端采用对称光路结构将光束有效会聚接收，可有效降低接触引起的磨损，延长使用寿命，提高可靠性。
本发明的并行无线光模块具有体积小，可与波导板或光电复合板直接耦合，简化了光路结构，降低了成本。
本发明的并行无线光模块提高了并行光模块的集成度、减轻光模块重量、可实现小型化封装。克服了并行光模块在使用过程中无法高密度集成的问题，同时无MT尾纤结构还降低了产品重量。
本发明的并行无线光模块内部光有源器件可采用数字、射频、数字和射频混合的方式实现，用于取缔现有数字并行光模块、射频并行光模块、数字和射频混合并行光模块。
本发明的并行无线光模块采用多芯扩束透镜进行光束整形，通过设置导销孔，可有效保证模块使用过程中的对准精度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种垂直底面发射的并行无线光模块，其特征在于：包括设置在印制板(1)上的驱动器(51)、限幅放大器(52)、数量为至少一列的透镜阵列(4)、MCU(6)、与印制板(1)互相导通的基底(2)，还包括设置在基底(2)上同时与透镜阵列(4)配合使用且与印制板(1)相互导通的光有源器件(3)；印制板(1)的底面上开设有至少一列装配孔，基底(2)和印制板(1)上开设有与光有源器件适配的多个第一通光孔，光有源器件(3)采用倒装焊工艺安装在相应的第一通光孔内、透镜阵列(4)安装在相应的装配孔内后，所述光有源器件和透镜阵列进行同轴耦合。
2.根据权利要求1所述的一种垂直底面发射的并行无线光模块，其特征在于：基底(2)为硅基板或陶瓷基板。
3.根据权利要求1所述的一种垂直底面发射的并行无线光模块，其特征在于：光有源器件(3)和透镜阵列(4)同轴耦合误差为±3μm。
4.根据权利要求1所述的一种垂直底面发射的并行无线光模块，其特征在于：光有源器件(3)与透镜阵列焦点位置的误差为±0.2μm。
5.根据权利要求1所述的一种垂直底面发射的并行无线光模块，其特征在于：基底(2)上设有实现光有源器件(3)与电路板相导通的焊盘(7)，光有源器件(3)通过引线(9)与焊盘(7)实现互相导通。
6.根据权利要求1所述的一种垂直底面发射的并行无线光模块，其特征在于：光有源器件(3)包括激光器和探测器。
7.根据权利要求1所述的一种垂直底面发射的并行无线光模块，其特征在于：印制板(1)上开有便于并行无线光模块移植的导销孔(8)。
8.根据权利要求1所述的一种垂直底面发射的并行无线光模块，其特征在于：印制板(1)上设有起防护作用的盖板(10)。
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