CN113009650A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，包括：上壳体；下壳体；电路板；光芯片，位于所述包裹腔体中，并置于所述电路板上，用于产生光信号或接收光信号；透镜组件，位于所述电路板与所述下壳体之间，并覆盖所述激光器，以便用于改变所述光信号的传播方向；光纤支架，其上设置有光纤阵列，用于传输所述光信号；所述透镜组件，包括：第一凹槽，开设于所述透镜组件的顶面上，并所述第一凹槽的倾斜侧壁形成反射镜面，以便所述激光器产生的光信号经由所述反射镜面反射进入所述光纤中；所述第一凹槽的底壁开设有贯通所述透镜组件的第一开口。该光模块的结构设计能够解决由于将透镜组件做薄而无法成型的问题。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种光模块。

背景技术

在光纤通信系统中，光收发一体模块，简称光模块，是光通讯领域设备中的一种标准模块。光模块是起到光电转换作用的一种连接模块。一个标准光模块通常包括光发射器件、光接收器件等器件。光发射器件用于将电信号转换成光信号后再通过光纤传输出去，光接收器件用于将光纤传输来的光信号转换成电信号。此外，还有一些光模块中将单独的光发射器件和光接收器件一起封装在金属外壳中制成双向光学器件、又称为光收发器件。

光模块一般包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体之间设有电路板。光模块的一端开口为电口，电路板的一端由电口伸出的部分为金手指。通过该电口和金手指，光模块插入相应的光网络终端的相应接口，从而实现电信号传输。

光模块的核心组件是光收发器件，光收发器件一般包括透镜组件、激光器和驱动芯片。透镜组件一般设置于上壳体和电路板之间，但是此时不便于透镜组件散热。为了便于透镜组件散热，需要将透镜组件置于下壳体和电路之间。但是上壳体与电路板之间的距离、及下壳体与电路板之间的距离都是标准尺寸，不能更改，并且下壳体与电路板之间的距离小于上壳体与电路板之间的距离。因而要将透镜组件放置于下壳体与电路板之间，需要将透镜组件做薄。但是当透镜组件做薄时，其45°反射面所处的位置会太薄，因为太薄而无法成型。

发明内容

本申请实施例提供一种光模块，该光模块的结构设计能够解决由于将透镜组件做薄而无法成型的问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种光模块，包括：

上壳体；

下壳体，与所述上壳体配合形成包裹腔体；

电路板，置于所述包裹腔体中，且所述电路板与所述下壳体的距离小于所述电路板与所述上壳体的距离；

光芯片，位于所述包裹腔体中，并置于所述电路板上，用于发射光信号或接收光信号；

透镜组件，位于所述电路板与所述下壳体之间，并覆盖所述光芯片；

光纤支架，其上设置有光纤阵列，用于传输所述光信号；

所述透镜组件，包括：

第一凹槽，开设于所述透镜组件的顶面上，并所述第一凹槽的倾斜侧壁形成反射镜面，以便所述光芯片产生的光信号经由所述反射镜面反射进入所述光纤阵列中；

所述第一凹槽的底壁开设有贯通所述透镜组件的第一开口。

在上述实施例中，上壳体和下壳体想配合围成一个包裹腔体。电路板便置于该包裹腔体中，且所述电路板与所述下壳体的距离小于所述电路板与所述上壳体的距离，电路板具有接地电路及信号电路，用于提供接地电连接及信号电连接。

透镜组件设置在电路板上，并覆盖光芯片。这样光芯片发射光信号或接收外部传输的进来的光信号时，透镜组件起到改变光的传播方向作用。光纤支架用于与透镜组件连接，其上连接有光纤阵列，以便经由透镜组件改变传播方向的光信号射入光纤阵列，或者经由光纤阵列射入的光信号经透镜组件改变方向后，由激光信号接收。

所述透镜组件的顶面开设有第一凹槽，并所述第一凹槽的倾斜侧壁形成反射镜面，所述第一凹槽的底壁开设有贯通所述透镜组件的第一开口。由于该第一开口贯通了透镜组件，此处并不再是薄薄的一层，因而当透镜组件整体做薄时，也能够易于成型。因而很方便地解决了上述技术问题。

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为光网络终端结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本申请实施例提供的光模块分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的光模块的局部结构示意图；

图6为图5中光模块的局部结构的主视图；

图7为本申请实施例提供的光模块的光收发器件的结构示意图；

图8为图7中光收发器件的透镜及光纤支架的结构示意图；

图9为图8的截面图；

图10为图8中的透镜覆盖上防尘罩、并与光纤支架配合的结构示意图；

图11为图10的截面图。

其中图1至图11部件名称与附图标记之间对应关系为：

光网络终端100：光纤101、光模块接口102、网线103、网线接口104、电路板105、笼子106、散热器107；

光模块200：上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电口204、光口205；

电路板300：金手指310；

透镜组件400：发射透镜411、反射镜面412、光纤透镜413、第一凹槽414、第一开口414a、容纳腔体415；缺口416；

驱动芯片420；

发射芯片430；

防尘罩440；

光纤阵列500：光纤插座501、光纤支架502；

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。

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。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；

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的光网络终端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、光模块、光网络终端及网线，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；光网络终端是光模块的上位机，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等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端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内部设置有电连接器，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部。

光模块200插入光网络终端中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤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，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后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结构示意图，图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、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、透镜组件400、光纤阵列500及光纤插座501。

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方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体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，以实现上壳体盖合在下壳体上。

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，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的透镜组件400；电路板300、透镜组件400等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、透镜组件400等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；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；一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，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部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件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、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，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(chip on board)封装。

电路板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。

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；当透镜组件及相应的光芯片位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；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；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用。

透镜组件400设置在电路板300上，采用罩设式的方式设置在光芯片(光芯片主要包括光发射芯片、驱动芯片、光接收芯片、跨阻放大芯片、限幅放大芯片等与光电转换功能相关的芯片)的上方，透镜组件400与电路板300形成包裹光发射芯片、光接收芯片等光芯片的腔体。光发射芯片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芯片中，透镜组件在光发射芯片、光功率监控芯片及光纤阵列之间建立了相互的光连接。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。

光纤阵列500一端与透镜组件400之间建立光连接，另一端与光纤插座501建立光连接。光纤阵列由多根光纤组成，其将来自透镜组件的光传输至光纤插座，实现对外发出光信号，其将来自光纤插座的光传输至透镜组件，实现从光模块外部接收光信号。光纤阵列与透镜组件之间具有良好的光耦合设计，来自透镜组件的多路汇聚光入射到光纤阵列的多路光纤中，利用透镜组件的光学结构实现与光发射芯片的光连接；将来自光纤阵列的多路光入射到透镜组件中，利用透镜组件的光学结构实现与光接收芯片的光连接。

光纤插座501是光模块与光模块外部的光纤实现连接的连接件。光纤插座一般具有标准形状及尺寸，便于外部光纤插头插入，其内部具有多个光纤对接口，包括传出光信号的接口及传入光信号的接口。常见的光纤插头为MT插头(如MPO(Multi-fiber Push On)光纤跳线连接器)。通过光纤插头插入光模块的光纤插座，使得光模块内部的光信号可以传入外部光纤中，使得光模块外部的光信号可以传入光模块内部。

请参考图5和图6，图5为本申请实施例提供的光模块的局部结构示意图；图6为图5中光模块的局部结构的主视图。

如图5所示，金手指310由光模块200的电口204中伸出。并且如图6所示，金手指310所在的电路板300与上壳体201的距离是L1，与下壳体202的距离是L2，并且，L2小于L1。此外，L1和L2均为标准尺寸，不能更改。因而当透镜组件400置于L2所在的空间时，就面临要做薄的需求。但是当透镜组件400做薄时，其45°的反射镜面412所在的位置太薄，从而无法注塑成型。

需要说明的是，在本申请中上壳体201和下壳体202均是特定所指，并不是指的在空间位置关系的上和下。具体的，上壳体201特指的是与电路板300之间的距离是L1的壳体，下壳体202特指的是与电路板300之间的距离是L2的壳体，并且L2小于L1。当在实际工作场景中，由于安装环境的需要，光模块200位置发生改变，使得上壳体201朝下，下壳体202朝上时，显然该种位置变更不能改变本申请中上壳体201和下壳体202的特定含义。

请参考7、图8和图9，图7为本申请实施例提供的光模块的光收发器件的结构示意图；图8为图7中光收发器件的透镜及光纤支架的结构示意图；图9为图8的截面图。

如图7所示，本申请提供的光收发器件400包括：

电路板300，上壳体201和下壳体202想配合围成一个包裹腔体。电路板300便置于该包裹腔体中，且电路板300与下壳体202的距离小于电路板300与上壳体201的距离，电路板300具有接地电路及信号电路，用于提供接地电连接及信号电连接。

透镜组件400，位于电路板300与下壳体202之间，并覆盖光芯片。如上文介绍，光芯片可以包括发射芯片430和接收芯片，发射芯片430用于发射光信号，接收芯片用于接收光信号；透镜组件400与电路板300之间形成容纳腔体415；透镜组件400用于改变所述光信号的传播方向。

透镜组件400设置在电路板300上，并覆盖光芯片。这样光芯片发射光信号或接收外部传输的进来的光信号时，透镜组件400起到改变光的传播方向作用。光纤支架502用于与透镜组件400连接，其上连接有光纤阵列500，以便经由透镜组件400改变传播方向的光信号射入光纤阵列500，或者经由光纤阵列500射入的光信号经透镜组件400改变方向后，由激光信号接收。

驱动芯片420，置于电路板300上容纳腔体415；与电路板300的信号电路连接；

发射芯片430，置于电路板300上，并位于容纳腔体415中；与驱动芯片420电连接，以便在驱动芯片420的驱动下，产生光信号。具体来说，驱动芯片420和发射芯片430附着于电路板300上。透镜组件400与电路板300相对的一面凹陷形成一个腔体，透镜组件400盖合在电路板300上，并使得驱动芯片420和发射芯片430置于该凹陷的腔体中。在本申请中，该凹陷的腔体定义为容纳腔体415。涉及驱动芯片420，虽然图中显示的是在容纳腔体415中。但是在其他的实施例结构中，也可以不在容纳腔体415中，本申请对此不作限制。

涉及到透镜组件400的镜面结构，如图9和图11所示，包括依次通过光路连接的发射透镜411、反射镜面412、光纤透镜413。涉及到发射透镜411，如图9和图11所示，容纳腔体415与发射芯片430相对的顶壁面上可以形成该发射透镜411，发射芯片430的发光腔面通常可以位于发射透镜411的焦点处，其发射的激光经过发射透镜411准直会聚，然后通过反射镜面412反射向光纤透镜413，通过该光纤透镜413后，再通过光纤将光信号传输出去。

需要说明的是在本申请中，“光路连接”的含义为：不是一种物理的连接，而是由于光的反射、透射、折射、衍射等性质，使得光由前一个镜面或介质传输(包括不限于反射、透射、折射、衍射)到后一个镜面或介质，这样该前一个镜面或介质，和后一个镜面或介质之间的关系便为光路连接关系。

涉及到反射镜面412，如图9和图11所示，图11为图10的截面图，图10为图8中的透镜组件400覆盖上防尘罩440、并与光纤支架配合的结构示意图。透镜组件400背离电路板300的一面上开设有第一凹槽414，第一凹槽414靠近光纤透镜413的倾斜侧壁形成反射镜面412。需要说明的是，在本文中，第一凹槽414的含义为：其本质是透镜组件400上的一个槽，开设该槽的目的是为了在槽的倾斜侧壁形成反射镜面412，因而在本申请中将该槽定义为第一凹槽414。

涉及到光纤透镜413，如图9和11所示，透镜组件400上在第一凹槽414的一侧还开设有缺口416，该缺口416的侧壁上设有光纤透镜413。

如图9和图11所示，第一凹槽414的底壁形成第一开口414a，并贯通透镜组件400，也就是贯通至容纳腔体415。如前文所示，当透镜组件400做薄时，第一凹槽414的底壁由于很薄了，已经无法成型。因而在本申请中，可以将第一凹槽414的底壁设置为第一开口414a的结构。该种第一开口414a的结构设计，在制造工艺注塑成型时，能够很方便的实现成型。

透镜组件400的顶面开设有第一凹槽414，并第一凹槽414的倾斜侧壁形成反射镜面412，第一凹槽414的底壁开设有贯通透镜组件400的第一开口414a。由于该第一开口414a贯通了透镜组件400，此处并不再是薄薄的一层，因而当透镜组件400整体做薄时，也能够易于成型。

需要说明的是，本申请对于第一开口414a的形状不作限制，因而任意一种形状的第一开口414a均应该在本申请的保护范围之内。具体的，如图8、9和11所示，第一凹槽414的底壁形成的第一开口414a可以为四边形第一开口414a。显然，该种四边形第一开口414a能够方便模具的制造及注塑成型。

进一步的，四边形第一开口414a的长度的取值范围可以为1～5mm，宽度的取值范围可以为0.1～2mm。具体的，四边形第一开口414a的长度的取值可以为3.5mm，四边形第一开口414a的宽度的取值可以为0.5mm。

第一凹槽414的底壁形成第一开口414a后，可以用来实现容纳腔体415的透气散热。同时由于该第一开口414a较小，因而灰尘等污染物也不易于通过该第一开口414a进入腔体中。当然，为了从根本上隔绝灰尘等污染物的进入，本申请还可以做如下设计：

透镜组件400还包括封闭第一凹槽414的底壁形成的第一开口414a的防尘器件。需要说明的是，对于该防尘部件的结构，本申请也不作限制，只要能够起到封闭第一开口414a的作用，任何结构均应该在本申请的保护范围之内。作为一种示例，如图10和图11所示，防尘器件为设于透镜组件400背离电路板300的一面上、并覆盖第一凹槽414的防尘罩440。显然，该种防尘罩440的设计能够方便高效地实现防尘。需要说明的是，在具体安装防尘罩440时，可以在透镜基体的上端面的相应位置开设深度与防尘罩440的厚度相同的安装槽，该防尘罩440放在该安装槽中，从而使得防尘罩440的顶面与透镜基体的上端面平齐。进一步的，防尘罩可以通过胶水粘接在该安装槽上。显然，该种结构设计能够非常方便是实现防尘罩440的安装固定，并且结构紧凑，占用空间小。

此外，作为另一种示例，不同于防尘罩440设于透镜组件400表面上的结构，我们也可以在容纳腔体415的内壁上设置防尘部件，该防尘部件可以胶结在内壁上，从而对第一开口414a进行封闭。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

上壳体；

下壳体，与所述上壳体配合形成包裹腔体；

电路板，置于所述包裹腔体中，且所述电路板与所述下壳体的距离小于所述电路板与所述上壳体的距离；

光芯片，位于所述包裹腔体中，并置于所述电路板上，用于发射光信号或接收光信号；

透镜组件，位于所述电路板与所述下壳体之间，并覆盖所述光芯片；

光纤支架，其上设置有光纤阵列，用于传输所述光信号；

所述透镜组件，包括：

第一凹槽，开设于所述透镜组件的顶面上，并所述第一凹槽的倾斜侧壁形成反射镜面，以便所述光芯片产生的光信号经由所述反射镜面反射进入所述光纤阵列中；

所述第一凹槽的底壁开设有贯通所述透镜组件的第一开口。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一开口为四边形开口。

3.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述四边形开口的长度的取值范围为1～5mm，宽度的取值范围为0.1～2mm。

4.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述四边形开口的长度的取值为3.5mm，所述四边形开口的宽度的取值为0.5mm。

5.如权利要求1至4任一项所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件还包括封闭所述第一开口的防尘器件。

6.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述防尘器件为设于所述透镜组件的顶面上的防尘罩。

7.如权利要求1至4任一项所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件还包括发射透镜和光纤透镜，所述光芯片包括发射芯片；

所述发射芯片产生的光信号经由所述发射透镜准直射向所述反射镜面，经由所述反射镜面反射射向所述光纤透镜，经由所述光纤透镜汇聚后进入所述光纤阵列中。

8.如权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件与所述电路板之间形成容纳腔体，所述发射芯片位于所述容纳腔体中；所述发射透镜设于所述容纳腔体的顶壁上，并与所述发射芯片位置相对，以便所述发射芯片产生的光信号射入所述发射透镜中。

9.如权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述透镜组件的顶面上开设有缺口，所述光纤透镜设于所述缺口的侧壁上，并与所述反射镜面位置相对，以便经由所述反射镜面反射的光信号射入所述光纤透镜中。

Images