CN112904494A

CN112904494A - 一种光模块

Info

Publication number: CN112904494A
Application number: CN201911222045.2A
Authority: CN
Inventors: 杨思更; 姜双弟; 刘旭霞
Original assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Current assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: WO2021109776A1; CN112904494B

Abstract

本申请提供了一种光模块，包括：电路板、光发射器、光探测器、光接收器、透镜组件和光纤带；光纤带连接透镜组件；透镜组件的顶面设置第一凹陷部和第二凹陷部，透镜组件的底面上设置第一透镜矩阵和第二透镜矩阵，透镜组件的侧面设置第三凹陷部；第一凹陷部的底面包括第一斜面、第二斜面和第三斜面，且第一凹陷部内倾斜放置反射镜，反射镜与第二斜面以及第三斜面之间形成空腔；第二凹陷部的底面形成第一反射面；第三凹陷的端面上设置第三透镜矩阵。本申请提供的光模块，便于实现光发射器发射光束通过透镜组件在光纤带位置的光斑与经光纤带传输至透镜组件的光束在光接收器上的光斑同时达到最佳。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光模块主要用于光电、电光转换，其发射端将电信号转换为光信号并通过光纤传输出去，其接收端将接收到的光信号转换为电信号。目前光模块的封装形式主要包括TO(Transistor-Outline，同轴)封装和COB(Chip on Board,板上芯片)封装。

COB封装形式的光模块中，光发射器和光接收器分别贴装在电路板上，透镜组件罩设在光发射器和光接收器上，透镜组件连接光纤，光发射器发射的光信号通过透镜组件改变方向后传输至光纤，通过光纤传输至透镜组件光信号，通过透镜组件改变方向后传输至光接收器上。

为实现光发射器发射光束的聚焦以及光接收器接收光束的聚焦，透镜组件的底面上通常会对应光发射器和光接收器分别设置透镜矩阵，通过使用相应的透镜矩阵实现光发射器发射光束的聚焦和光接收器接收光束的聚焦。并且透镜组件上还设置光纤透镜矩阵，用于将光发射器发射光束通过透镜组件后聚焦入射至光纤，以及将经光纤传输至透镜组件的光束聚焦入射至透镜组件。因此，如何协调好各透镜矩阵使光发射器发射光束通过透镜组件在光纤位置的光斑与经光纤传输至透镜组件的光束在光接收器上的光斑同时达到最佳，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本申请提供了一种光模块，便于实现发射端光纤位置光斑与光接收器处光斑同时达到最佳。

第一方面，本申请提供的一种光模块，包括：

电路板；

光发射器，设置在所述电路板上，用于发射光信号；

光探测器，设置在所述电路板上，用于接收所述光发射器发射的部分光信号；

光接收器，设置在所述电路板上，用于接收来自光模块外部的光信号；

透镜组件，罩设在所述光发射器、所述光探测器和所述光接收器上，改变信号光束的传播方向；

光纤带，用于连接所述透镜组件；

其中，所述透镜组件的顶面包括第一凹陷部和第二凹陷部，所述透镜组件的底面设置第一透镜矩阵和第二透镜矩阵，所述透镜组件的侧面包括第三凹陷部；

所述第二凹陷部的底面形成第一反射面，所述第一反射面用于反射来自光模块外部传播至所述第一反射面的光束；

所述第一透镜矩阵用于汇聚所述光发射器发出的光束，所述第二透镜矩阵用于汇聚所述第一反射面反射的光束至所述光接收器；

所述第一凹陷部的底面形成第一斜面、第二斜面和第三斜面，所述第一斜面上承托设置反射镜，所述第二斜面、所述第三斜面和所述反射镜之间形成空腔；所述第二斜面用于折射和反射来自所述第一透镜矩阵的光束，所述反射镜用于反射通过所述第二斜面折射的光束，所述第三斜面用于折射通过所述反射镜反射的光束；

所述第三凹陷部的端面上设置第三透镜矩阵，所述第三透镜矩阵用于将通过所述第三斜面折射的光束汇聚至所述光纤带以及将来自所述光纤带的光束汇聚传输至所述第一反射面。

本申请提供的光模块中，透镜组件的底面上设置第一透镜矩阵和第二透镜矩阵，第一透镜矩阵在电路板上的投影覆盖光发射器，第二透镜矩阵在电路板上的投影覆盖光接收器。如此可根据光发射器的发光面和光接收器的光接收面高度设置第一透镜矩阵中透镜的焦距和第二透镜矩阵中透镜的焦距，便于实现发射端光纤位置光斑与光接收器处光斑同时达到最佳。

另外本申请提供的光模块，通过在透镜组件上顶面设置第一凹陷部，且第一凹陷部的底面形成第一斜面、第二斜面和第三斜面以及第一凹陷部内倾斜放置反射镜，第一斜面承托反射镜，第二斜面、第三斜面和反射镜之间形成空腔。进而实现通过第二斜面将光发射器发射的光束分成两路，其中一路经第二斜面折射后传输至反射镜、经反射镜反射后到达第三斜面、经所述第三斜面、第三透镜矩阵入射耦合至光纤带，另一路经第二斜面反射后入射至光探测器，由该光探测器接收此路光束，检测光功率参数，进而实现对光发射器状态的监控。

第二方面，本申请提供的一种光模块，包括：

电路板；

光发射器，设置在所述电路板上，用于发射光信号；

透镜组件，罩设在所述光发射器和所述光接收器上，改变信号光束的传播方向；

光纤带，用于连接所述透镜组件；

其中，所述透镜组件的顶面包括第一凹陷部，所述透镜组件的底面设置第一透镜矩阵和第二透镜矩阵，所述透镜组件的侧面包括第三凹陷部；

所述第一凹陷部的底面形成第二反射面，所述第二反射面用于反射来自光模块外部传播至所述第二反射面的光束以及来自所述光发射器传播至所述第二反射面的光束；

所述第一透镜矩阵用于汇聚所述光发射器发出的光束，所述第二透镜矩阵用于汇聚所述第二反射面反射的光束至所述光接收器；

所述第三凹陷部的端面上设置第三透镜矩阵，所述第三透镜矩阵用于将通过所述第二反射面反射的光束汇聚至所述光纤带以及将来自所述光纤带的光束汇聚传输至所述第二反射面。

本申请提供的光模块中：光发射器发射的光束照射在第一透镜矩阵上，经过第一透镜矩阵汇聚传输至第二反射面，经过第二反射面反射后传输至第一端面，经过第三透镜矩阵聚焦入射至光纤带；光接收器待接收的光束经光纤带传输至第三透镜矩阵，通过第三透镜矩阵汇聚传输至第二反射面，经第二反射面反射至第二透镜矩阵，经第二透镜矩阵汇聚至光接收器的光接收面。根据光发射器的发光面和光接收器的光接收面高度，设置第一透镜矩阵和第二透镜矩阵中透镜的焦距，实现对光发射器的发光面与光接收器的光接收面的高度补偿，进而便于实现光发射器发射光束通过透镜组件在光纤带位置的光斑与经光纤带传输至透镜组件的光束在光接收器上的光斑同时达到最佳。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，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为本申请实施例中提供的一种光模块的结构示意图；

图4为本申请实施例中提供的一种光模块的分解结构示意图；

图5为本申请实施例中电路板的结构图；

图6为本申请实施例中第一种透镜组件的顶面图；

图7为本申请实施例中第一种透镜组件的底面图；

图8为本申请实施例中第一种透镜组件的端面图；

图9为本申请实施例中第一种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图一；

图10为本申请实施例中第一种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图二；

图11为本申请实施例中第一种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图三；

图12为本申请实施例中第一凹陷部位置处的局部截面结构放大示意图；

图13为本申请实施例中发射光束的传输光路结构示意图；

图14为本申请实施例中第二凹陷部位置处的局部截面结构放大示意图；

图15为本申请实施例中接收光束的传输光路结构示意图；

图16本申请实施例中第二种透镜组件的顶面图；

图17为本申请实施例中第二种透镜组件的底面图；

图18本申请实施例中第二种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图一；

图19为本申请实施例中第二种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图二；

图20为本申请实施例中第二种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图三

图21为本申请实施例中光模块在光发射器位置处的局部截面结构放大示意图；

图22为图21中光发射器发射光束的传输光路结构示意图；

图23为本申请实施例中光模块在光接收器位置处的局部截面结构放大示意图；

图24为图23中光光接收器接收光束的传输光路结构示意图；

图25为本申请实施例中光发射器发射光路原理图；

图26为本申请实施例中光接收器接收光路原理图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/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使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

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之间的相互连接。

光纤的101一端连接远端服务器，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的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；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终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口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之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端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，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤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100是光模块200的上位机，向光模块200提供数据信号，并接收来自光模块200的数据信号，常见的光模块200上位机还有光线路终端等。

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

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中；光模块200插入笼子中，由笼子固定光模块200，光模块200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为本申请实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本申请实施例提供光模块200的分解结构示意图。如图3和图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300及透镜组件400。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体，包裹腔体的外轮廓一般呈现为方形体形状。具体的，下壳体202包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体201包括盖板，盖板盖合在上壳体201的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体201还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板300的金手指从电口204伸出，插入光网络单元等上位机中，另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块200内部的光收发器件，电路板203、光收发器件等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板300等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202形成光模块最外层的封装保护壳体。上壳体201及下壳体202一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块200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无法安装，也不利于生产自动化。

解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁部件203的末端可以在使解锁部件203在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件203的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件203，解锁部件203的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

电路板300上设置有光发射芯片、光发射芯片的驱动芯片、光接收芯片、跨阻放大芯片、限幅放大芯片及微处理器芯片等，其中光发射芯片与光接收芯片直接贴装在光模块的电路板上，此种形态业内称为COB封装。

电路板300通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能；同时电路板300还有承载的各器件的功能，如电路板承载透镜组件400。

电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接。

附图5为本申请实施例提供的一种电路板300的结构示意图。如附图5所示，电路板300上设置透镜组件400以及光发射器、激光驱动芯片、光接收器、限幅放大芯片、光探测器(被透镜组件400遮挡未标出)。透镜组件400采用罩设式的方式设置在光芯片的上方，透镜组件400与电路板300形成包裹光发射器、光接收器等光芯片的腔体。透镜组件400通常为塑料器件，用于传输光束并在传输过程中改变光束传输方向。具体的，光发射器发出的光经透镜组件反射后进入光纤中，来自光纤的光经透镜组件反射后进入光接收器中，透镜组件不仅起到密封光芯片的作用，同时也建立了光芯片与光纤之间的光连接。

高速率数据传输要求光芯片及其驱动/匹配芯片之间近距离设置，以缩短芯片之间的连线、减小连线造成的信号损失，而透镜组件400罩设在光芯片的上方，所以透镜组件400一般将光芯片及其驱动/匹配芯片同时罩设住。所以光发射器与光发射器的驱动芯片近距离设置，透镜组件400罩设光发射器与光发射器的驱动芯片；光接收器与跨阻放大芯片近距离设置，透镜组件400罩设光接收器与跨阻放大芯片。

在本申请实施例中，透镜组件400上连接设置有光纤带500，通过光纤带500输出和输入光束。光纤带500中包括若干根光纤。可选的，光纤带500通过光纤支架600连接透镜组件400，光纤支架600用于支撑光纤带500并连接透镜组件400。可选的，光纤带500中的光纤被固定于光纤支架600内，光纤带500中的光纤的端面与光纤支架600的端面平齐。

附图6为本申请实施例提供的第一种透镜组件400的顶面图。如附图6所示，本申请实施例提供的透镜组件400上设置第一凹陷部401、第二凹陷部402和第三凹陷部403，第一凹陷部401和第二凹陷部402设置在透镜组件400的顶面且靠近中央的位置，第三凹陷部403设置在透镜组件400的侧面。

第一凹陷部401的底面形成第二斜面和第三斜面，且第一凹陷部401内倾斜放置反射镜404。反射镜404罩扣在第二斜面和第三斜面上，反射镜404与第二斜面和第三斜面形成空腔。第二凹陷部402的底面形成第一反射面4021。

第三凹陷部403的端面上设置第三透镜矩阵4032。可选的，第三凹陷部403内形成第一端面4031，第一端面4031上设置有第三透镜矩阵4032。可选的，第一端面4031上直接形成第三透镜矩阵4032。在本申请实施例中，第三透镜矩阵4032由若干透镜规则排列形成，用于将从平行光束聚焦或将发散光束转换为平行光束。

在本申请实施例中，第三凹陷部403用于连接光纤带。优选的，光纤带中的每根光纤的端面对应的位于第三透镜矩阵4032中相应透镜的焦点处。通常光纤带成列的排布，因此第三透镜矩阵4032为包括一排透镜的透镜矩阵。当光束通过透镜组件400向光纤带传输时，经第三透镜矩阵4032中透镜聚焦入射至光纤；当通过光纤带传输的光束输入至透镜组件400时，发散光束经第三透镜矩阵4032中汇聚成平行光，转变为平行光的光束在透镜组件400内部传输。

附图7为本申请实施例提供的一种透镜组件400的底面图。如附图7所示，本申请实施例提供的透镜组件400的底面405上设置第一透镜矩阵4051和第二透镜矩阵4052。更具体的，第一凹陷部401在透镜组件400底面的投影区域覆盖第一透镜矩阵4051，第二凹陷部402在透镜组件400底面的投影区域覆盖第二透镜矩阵4052。可选的，底面405上直接形成第一透镜矩阵4051和第二透镜矩阵4052。

在本申请实施例中，第一透镜矩阵4051和第二透镜矩阵4052均由若干透镜规则排列形成，用于将从平行光束聚焦或将发散光束转换为平行光束。具体的，第一透镜矩阵4051用于将光发射器发射的发散光束汇聚为平行光入射至透镜组件400内，第二透镜矩阵4052用于将透镜组件400传输至光接收器的光束聚焦。

在本申请实施例中，第一透镜矩阵4051中透镜的焦距与第二透镜矩阵4052中透镜的焦距可相同也可不同。具体的，当光发射器的发光面和光接收器的光接收面高度相同时，第一透镜矩阵4051中透镜的焦距与第二透镜矩阵4052中透镜的焦距相同；当光发射器的发光面和光接收器的光接收面高度不同时，第一透镜矩阵4051中透镜的焦距与第二透镜矩阵4052中透镜的焦距不同。如此，可实现根据光发射器的发光面和光接收器的光接收面高度情况选择第一透镜矩阵4051中透镜的焦距与第二透镜矩阵4052中透镜的焦距，方便光模块中各种类型发射器和接收器的选择。

进一步，如附图7所示，本申请实施例提供的透镜组件400的底面上还形成有第五斜面407，第五斜面407位于底面405的一侧。可选的，第五斜面407与底面405相交。当将透镜组件400固定在电路板300时，第五斜面407向电路板300倾斜。第五斜面407用于设置第四透镜矩阵。

附图8为本申请实施例提供的一种透镜组件400的端面图。结合附图7和8所示，第三凹陷部403中还形成有第二端面4033，第二端面4033与第一端面4031在第三凹陷部403上具有高度差，如此第一端面4031与第二端面4033之间形成凹槽，进而第三透镜矩阵4032位于该凹槽内。在具体使用中，光纤带中光纤的端面与第二端面4033平齐，经过第三透镜矩阵4032的光束在所述凹槽内传输让后进入光纤带中的光纤内。可选的，在将光纤带连接透镜组件400时，光纤支架的端面抵触接触第二端面4033。

第三凹陷部403上设置有限位柱，限位柱用于固定连接光纤支架并辅助光纤支架找准安装固定位置。可选的，限位柱包括第一限位柱4034和第二限位柱4035，第一限位柱4034和第二限位柱4035设置在第三凹陷部403的端面上。优选的，第一限位柱4034和第二限位柱4035设置在第二端面4033上。具体的，第一限位柱4034和第二限位柱4035分别位于第二端面4033上靠近第一端面4031两端的位置，如第一限位柱4034位于第一端面4031的左端，第二限位柱4035位于第二限位柱4035的右端。进而，当光纤支架连接透镜组件400时，光纤支架卡合连接第一限位柱4034和第二限位柱4035。

第三凹陷部403的底面上包括第一台阶面4037，第一台阶面4037与第二端面4033相接，第一台阶面4037用于支撑光纤支架，并在光纤支架安装过程中具有导向作用。第一台阶面4037的两侧设置第一侧面和第二侧面。优选的，第一侧面和第二侧面垂直于第一台阶面4037。在光纤支架安装过程中，第一侧面和第二侧面可辅助限位，有助于提升第一台阶面4037的导向作用。

第三凹陷部403的底面上还包括第二台阶面4036，第二台阶面4036与第一端面4031相接。第二台阶面4036与第一台阶面4037在垂直于第三凹陷部403方向上存在高度差，进而在光纤支架与透镜组件400连接时有助于提升光纤支架与第二端面4033的抵触接触面积，在一定程度上保证光线直接安装平稳性。

进一步，在本申请实施例提供的透镜组件400上，第三凹陷部403侧边分别设置第一侧面4038和第二侧面4039，第一侧面4038和第二侧面4039在第三凹陷部403端面方向的长度小于第三凹陷部403端面方向长度。第一侧面4038和第二侧面4039均由第三凹陷部403外侧向第三凹陷部403的中心倾斜，如此第一侧面4038和第二侧面4039增加了第三凹陷部403顶面的开口面积，如此在不影响光纤支架安装牢固性的基础上更加方便光纤支架的安装。

在本申请实施例中，第三透镜矩阵4032包括第一光纤透镜4032-1和第二光纤透镜4032-2。第一光纤透镜4032-1用于将光发射器发射的透过透镜组件400的平行光束聚焦传输至光纤带，第二光纤透镜4032-2用于将光纤带中传输的发散光束转换成平行光在透镜组件400中传输。优选的，第一光纤透镜4032-1和第二光纤透镜4032-2的焦距相同。

可选的，透镜组件400为透明塑料件，通常采用注塑工艺制作而成。第一凹陷部401、第二凹陷部402和第三凹陷部403可被看作透镜组件400经过加工形成的槽。

附图9为第一种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图一，附图10为第一种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图二，附图11为第一种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图三。如附图9-11所示，光发射器301和光接收器303位于透镜组件400的下方，透镜组件400罩设在光发射器301和光接收器303上。由如附图9-11所示，第一透镜矩阵4051位于光发射器301的上方，第二透镜矩阵4052位于光接收器303的上方。

附图12为光模块在第一凹陷部401位置处的局部截面结构放大示意图。如附图12所示，第一凹陷部401底面的第二斜面4011和第三斜面4012为第一凹陷部401在透镜组件400底面方向下沉形成；反射镜404设置在第一凹陷部401内时，反射镜404罩扣在第二斜面4011和第三斜面4012上；第二斜面4011、第三斜面4012和反射镜404形成一个空腔。反射镜404为光学器件，用于反射入射至其的光束。通常反射镜404为透明塑料或玻璃平面镀覆反射膜制作而成。

在本申请实施例中可选的，第二斜面4011和第三斜面4012相接。如附图12所示，第一凹陷部401的底面还包括第一斜面4013，第一斜面4013用于承托支撑反射镜404。可选的，第一斜面4013位于第二斜面4011的端部，第一斜面4013固定支撑反射镜404的一端。进一步，第一凹陷部401的底面还包括第四斜面4014，第四斜面4014也用于承托支撑反射镜404。可选的，第四斜面4014位于第三斜面4012的端部，第四斜面4014固定支撑反射镜404的另一端。如此，第一斜面4013和第四斜面4014用于共同支撑连接反射镜404，增加反射镜404的支撑牢固性。

如附图12所示，底面405在电路板300上的投影覆盖光发射器301，底面405上设置第一透镜矩阵4051。在本申请实施例中，第一透镜矩阵4051由若干透镜规则排列形成。优选的，第一透镜矩阵4051为包括一排透镜的透镜矩阵，第一透镜矩阵4051中透镜的光轴垂直于光发射器301的发光面。光发射器301发射的光束入射到第一透镜矩阵4051，第一透镜矩阵4051将光发射器301发射的发散光束汇聚转换为平行光束。可选的，底面405上直接形成第一透镜矩阵4051。优选的，当透镜组件400组装在电路板300上时，第一透镜矩阵4051中透镜的焦点位于光发射器301的发光面上。

如附图12所示，第五斜面407位于底面405的侧边，且第五斜面407与底面405相交。当将透镜组件400固定在电路板300时，第五斜面407朝向电路板300且朝向光探测器302，用于将传输至第五斜面407的光束折射传输至光探测器302。优选的，第五斜面407上设置第四透镜矩阵4071。在本申请实施例中，第四透镜矩阵4071由若干透镜规则排列形成。优选的，第四透镜矩阵4071为包括一排透镜的透镜矩阵，第四透镜矩阵4071中透镜的光轴通过光探测器302的光接收面。光发射器301发射的光束通过透镜组件400反射至第五斜面407，第四透镜矩阵4071将平行传输至第五斜面407的光束汇聚传输至光探测器302。

光发射器301与电路板300上的供电电路及信号电路连接，根据该电信号发射光信号，实现光模块中电信号到光信号的转换。可选的，光发射器301贴装在电路板300上。在本申请实施例中，光发射器301可选光发射芯片，如激光器芯片。

光探测器302与电路板300上的供电电路连接及信号电路连接，光探测器302的光接收面接收经透镜组件400反射的光发射器301发射的部分光信号，将接收到的该光信号转换为电信号并将该电信号传输至信号电路，用于监控的光发射器状态。具体通过检测其所接收光束的光功率参数，进而实现对光发射器301状态的监控。在本申请实施例中，光探测器302可选光电二极管芯片。

附图13为光发射器301发射光束的传输光路结构示意图。如附图13所示，光发射器301发射发散光束至第一透镜矩阵4051，第一透镜矩阵4051将发散光束转换为平行光束；平行光束在透镜组件400内部传输至第二斜面4011，传输至第二斜面4011的平行光束部分折射入第二斜面4011、第三斜面4012和反射镜404形成的空腔内，部分被第二斜面4011反射，即将第二斜面4011入射至其的该平行光束分为成了两路；折射入第二斜面4011、第三斜面4012和反射镜404形成的空腔内的光束传输至反射镜404，反射镜404反射该光束使其传输至第三斜面4012，经第三斜面4012折射后入射至透镜组件400内，然后传输至第一端面4031，第一端面4031上的第三透镜矩阵4032中的第一光纤透镜4032-1将传输至其的平行光折射汇聚传输至光纤带500；被第二斜面4011反射的光束传输至第五斜面407，第五斜面407上的第四透镜矩阵4071将传输至其的平行光汇聚传输至光探测器302的光接收面。

附图14为光模块在第二凹陷部402位置处的局部截面结构放大示意图。如附图14所示，透镜组件400在第二凹陷部402的底面位置形成第一反射面4021，第一反射面4021向底面405倾斜。第一反射面4021用于反射传输至其的光束。可选的，第一反射面4021上形成有反射膜。

如附图14所示，底面405在电路板300上的投影覆盖光接收器303，底面405上还设置有第二透镜矩阵4052。在本申请实施例中，第二透镜矩阵4052由若干透镜规则排列形成。优选的，第二透镜矩阵4052为包括一排透镜的透镜矩阵，第二透镜矩阵4052中透镜的光轴垂直于光接收器303的光接收面。经第一反射面4021反射的光束入射到第二透镜矩阵4052，第二透镜矩阵4052将入射至其的平行光束汇聚入射至光接收器303的光接收面。可选的，底面405上直接形成第二透镜矩阵4052。优选的，当透镜组件400组装在电路板300上时，第二透镜矩阵4052中透镜的焦点位于光接收器303的光接收面上。

附图15为光接收器303接收光束的传输光路结构示意图。如附图15所示，光纤带500输出的光束传输至第三透镜矩阵4032中的第二光纤透镜4032-2，光纤带500输出的光束为发散光，该发散光经过第二光纤透镜4032-2折射汇聚转换为平行光，平行光传输至第一反射面4021，第一反射面4021将该平行光进行反射，经第一反射面4021反射的光束传输至底面405，底面405上的第二透镜矩阵4052将传输至其的平行光折射汇聚传输至光接收器303的光接收面。

光接收器303与电路板300上的供电电路及信号电路连接，光接收器303用于接收来自光模块外部的光信号并产生电信号。当光接收器303的光接收面接收经光纤带500入射的光信号，将接收到的该光信号转换为电信号并通过信号电路将该电信号输出，实现光模块中光信号到电信号之间的转换。在本申请实施例中，光接收器303可选光接收芯片，如光电二极管芯片。

附图16为本申请实施例提供的第一种透镜组件400的顶面图。如附图16所示，本申请实施例提供的透镜组件400上设置第一凹陷部401和第三凹陷部403，第一凹陷部401设置在透镜组件400的顶面靠近中央的位置，第三凹陷部403设置在透镜组件400的端部。

第一凹陷部401的底面形成第二反射面4015。第三凹陷部403的端面上设置第三透镜矩阵4032。可选的，第三凹陷部403内形成第一端面4031，第一端面4031上设置有第三透镜矩阵4032。可选的，第一端面4031上直接形成第三透镜矩阵4032。在本申请实施例中，第三透镜矩阵4032由若干透镜规则排列形成，用于将从平行光束聚焦或将发散光束转换为平行光束。

附图17为本申请实施例提供的一种透镜组件400的底面图。如附图17所示，本申请实施例提供的透镜组件400的底面405。底面405位于第一凹陷部401和第二凹陷部402在透镜组件400底面的投影区域。底面405上设置第一透镜矩阵4051和第二透镜矩阵4052。第一凹陷部401在透镜组件400底面的投影覆盖第一透镜矩阵4051和第二透镜矩阵4052。

第一透镜矩阵4051和第二透镜矩阵4052均由若干透镜规则排列形成，用于将平行光束聚焦或将发散光束转换为平行光束。具体的，第一透镜矩阵4051中透镜用于将光发射器发射的光束有发散光转换为平行光，第二透镜矩阵4052用于将传输至其的平行光束聚焦至光接收器的光接收面。可选的，底面405上直接形成第一透镜矩阵4051和第二透镜矩阵4052。

本申请实施例提供的透镜组件400的端面图参见本申请实施例提供的第一种透镜组件的端面结构，在此不再赘述。

可选的，本申请实施例提供的透镜组件400为透明塑料件，通常采用注塑工艺制作而成。第一凹陷部401和第三凹陷部403可被看作透镜组件400经过加工形成的槽。

附图18为第二种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图一，附图19为第二种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图二，附图20为第二种透镜组件结构情况下光模块的局部剖视图三。如附图18-20所示，光发射器301和光接收器303位于透镜组件400的下方，透镜组件400罩设在光发射器301和光接收器303上。在本申请实施例中，光发射器301和光接收器303贴装在电路板300上。如附图18-20所示，底面405在电路板300上的投影覆盖光发射器301和光接收器303。底面405位于光发射器301和光接收器303的上方，第一透镜矩阵4051位于光发射器301的上方，第二透镜矩阵4052位于光接收器303的上方。

附图21为光模块在光发射器301位置处的局部截面结构放大示意图。如附图21所示，第一凹陷部401底面的第二反射面4015为第一凹陷部401在透镜组件400底面方向下沉形成。第二反射面4015向第一端面4031方向倾斜，第二反射面4015在电路板300上的投影覆盖光发射器301，第二反射面4015在透镜组件400底面的投影覆盖第一透镜矩阵4051，第一透镜矩阵4051在电路板300上的投影覆盖光发射器301。第二反射面4015用于反射传输至其的光束，用于改变传输至其光束的传播方向。可选的，第二反射面4015上形成有反射膜，反射膜用于保证第二反射面4015的反射效率。

在本申请实施例中，第一透镜矩阵4051由若干透镜规则排列形成。优选的，第一透镜矩阵4051为包括一排透镜的透镜矩阵，第一透镜矩阵4051中透镜的光轴垂直于光发射器301的发光面。光发射器301发射的光束入射到第一透镜矩阵4051，第一透镜矩阵4051将光发射器301发射的发散光束汇聚转换为平行光束。可选的，底面405上直接形成第一透镜矩阵4051。

光发射器301与电路板300上的供电电路及信号电路连接，根据该电信号发射携带数据的光束，实现光模块中电信号到光信号的转换。可选的，光发射器301贴装在电路板300上。在本申请实施例中，光发射器301可选激光器芯片。

附图22为光发射器301发射光束的传输光路结构示意图。如附图22所示，第一透镜矩阵4051中透镜的焦点位于光发射器301的发光面上，光发射器301发射发散光束至第一透镜矩阵4051，第一透镜矩阵4051将发散光束转换为平行光束；平行光束在透镜组件400内部传输至第二反射面4015，传输至第二反射面4015平行光束被第二反射面4015反射传输至第一端面4031，第一端面4031上的第三透镜矩阵4032中的第一光纤透镜4032-1将传输至其的平行光折射汇聚传输至光纤带500。

附图23为光模块在光接收器303位置处的局部截面结构放大示意图。如附图23所示，第二反射面4015在电路板300上的投影覆盖光接收器303，第二反射面4015在透镜组件400底面的投影覆盖第二透镜矩阵4052，第二透镜矩阵4052在电路板300上的投影覆盖光接收器303。

在本申请实施例中，第二透镜矩阵4052由若干透镜规则排列形成。优选的，第二透镜矩阵4052为包括一排透镜的透镜矩阵，第二透镜矩阵4052中透镜的光轴垂直于光接收器303的光接收面。经第二反射面4015反射的光束入射到第二透镜矩阵4052，第二透镜矩阵4052将入射至其的平行光束汇聚入射至光接收器303的光接收面。可选的，底面405上直接形成第二透镜矩阵4052。

附图24为光接收器303接收光束的传输光路结构示意图。如附图24所示，光纤带500输出的光束传输至第三透镜矩阵4032中的第二光纤透镜4032-2，光纤带500输出的光束为发散光，该发散光经过第二光纤透镜4032-2折射汇聚转换为平行光，平行光传输至第一反射面4021，第二反射面4015将该平行光进行反射，经第二反射面4015反射的光束传输至底面405上的第二透镜矩阵4052将传输至其的平行光折射汇聚传输至光接收器303的光接收面。如附图24所示，当第二透镜矩阵4052中透镜的焦点位于光接收器303的光接收面上，传输至光接收器303光束被最大程度的接收。

光接收器303与电路板300上的供电电路及信号电路连接，光接收器303用于接收携带数据的光束(光信号)。当光接收器303的光接收面接收经光纤带500入射的光信号，将接收到的该光信号转换为电信号并通过信号电路将该电信号输出，实现光模块中光信号到电信号之间的转换。在本申请实施例中，光接收器303可选光电二极管芯片。

附图25为光发射器发射光路原理图，附图26为光接收器接收光路原理图。如附图25和26所示，光纤带500中光纤端面位于第三透镜矩阵4032中透镜的焦点位置，第三透镜矩阵4032中透镜的焦距记为f_fiber，光发射器301位于第一透镜矩阵4051中透镜的焦点位置，第一透镜矩阵4051中透镜焦距记为f_TX，光纤位置处的光斑直径大小记为S₀。如附图25所示，在发射光路中光发射器301的发光直径尺寸S₁，二者之间的关系为，S₀/S₁＝f_fiber/f_TX(1)。如附图26所示，在接收光路中，光接收器303位于第二透镜矩阵4052中透镜的焦点位置，第二透镜矩阵4052中透镜的焦距记为f_RX。当光纤带500的光纤中充满光，光纤位置处的光斑大小即为光纤的直径。假设光纤的直径为50μm，则光纤位置处的光斑与光接收器303处接收光的光斑S₂之间的关系为，50/S₂＝f_fiber/f_RX(2)。

当第一透镜矩阵4051与第二透镜矩阵4052在同一平面时，若光发射器301与光接收器303的高度相差很小，所以可以假设f_TX≈f_RX，此时由关系式(1)、(2)可得S₀·S₂＝1000，可知光纤位置处的光斑与光接收器303处接收光的光斑大小成反比例关系，相互制约，不可能同时达到光斑较小的目的，这样只能取一个折中的尺寸，使两个光斑都符合使用要求。假如在10G产品中，光接收器的有效接收光面积大，一般60μm左右，所以光接收器303处的接收光斑的可以适当的大一些，例如40μm左右即可；但是25G/100G产品中，光接收器303的有效接收光面积小，一般只有40μm左右，此时要求光接收器303处的接收的光斑要只有20μm左右。如果光斑尺寸较大，贴片工艺和光纤耦合的难度将会增大，而且效率会很低。

本申请提供的光模块中，为了有效解决S₀与S₂相互制约的问题，光发射器301与光接收器303具有不同的高度，设置第一透镜矩阵4051中透镜与第二透镜矩阵4052中透镜具有不同的焦距，通过控制第一透镜矩阵4051和第二透镜矩阵4052中透镜的焦距，实现对光发射器301的发光面与光接收器303的光接收面的高度补偿，这样即可以设计不同尺寸的f_TX、f_RX获得理想的S₀、S₂，也可以满足焦距相同情况下不同高度的光发射器和光接收器高度时使用，或者二者都可以兼容。

以下给出本申请实施中第一透镜矩阵4051中透镜的焦距与第二透镜矩阵4052中透镜的焦距的计算：

首先确定f_fiber、f_TX的范围，光纤的数值孔径NA＝0.2，根据几何关系，2·f_fiber·NA≤D，即f_fiber≤0.625mm。同理，激光器的发散角θ＝13°，根据几何关系，2·f_TX·tanθ≤D，即f_TX≤0.541mm。其次，综合考虑光纤耦合效率、第一透镜矩阵中透镜与光发射器之间的距离关系以及光发射器的发光面与光接收器的光接收面之间的高度差，设计合理的S₀、f_TX，代入关系式(1)可计算出f_fiber，保证f_TX与f_fiber在各自范围内。

再将S₂、f_fiber代入关系式(2)，即可求得f_RX。另外，由于光接收器要与pad位打线连接，打线的弧高为0.12mm，所以还要保证f_RX≥0.12mm，以免金线碰触到第二透镜矩阵中透镜表面，影响第二透镜矩阵中透镜的光学性能。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光发射器，设置在所述电路板上，用于发射光信号；

光纤带，用于连接所述透镜组件；

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一透镜矩阵中透镜的焦距和所述第二透镜矩阵中透镜的焦距相同，所述光发射器的发光面和所述光接收器的光接收面高度相同。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一透镜矩阵中透镜的焦距和所述第二透镜矩阵中透镜的焦距不同，所述光发射器的发光面和所述光接收器的光接收面高度不同。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件的底面包括第五斜面，所述第五斜面上设置第四透镜矩阵，经所述第二斜面反射后光信号传输至所述第五斜面、然后经所述第四透镜矩阵汇聚至所述光探测器。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第三凹陷部包括第一端面和第二端面，所述第二端面与所述第一端面具有高度差；

所述第三透镜矩阵设置在所述第一端面上，所述第二端面上设置第一限位柱和第二限位柱，所述第一限位柱位于所述第一端面的一端，所述第二限位柱位于所述第一端面的另一端。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括光纤支架，所述光纤支架支撑所述光纤带，所述光纤支架卡接所述第一限位柱和所述第二限位柱，所述光纤带通过所述光纤支架连接所述透镜组件。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第三透镜矩阵的焦点位于所述光纤带中光纤的端面。

8.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光发射器，设置在所述电路板上，用于发射光信号；

光纤带，用于连接所述透镜组件；

9.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述第一透镜矩阵中透镜的焦距和所述第二透镜矩阵中透镜的焦距相同，所述光发射器的发光面和所述光接收器的光接收面高度相同。

10.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述第一透镜矩阵中透镜的焦距和所述第二透镜矩阵中透镜的焦距不同，所述光发射器的发光面和所述光接收器的光接收面高度不同。