CN113740980A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供的光模块包括电路板与光发射次模块，光发射次模块包括发射壳体、激光器、平面光波导与斜面垫片，发射壳体的一端设有安装槽、另一端设有支撑面，激光器设于安装槽内，平面光波导包括位于同一输入输出端面的输入、输出光波导，输入输出端面相对于激光器的出光方向倾斜设置；斜面垫片朝向平面光波导的一侧设有倾斜的安装面，平面光波导设于安装面上；斜面垫片朝向发射壳体的底面与支撑面均倾斜设置，斜面垫片通过底面设于支撑面上。本申请将平面光波导设置在斜面垫片上，将斜面垫片通过斜面设置在发射壳体上倾斜的支撑面上，如此可通过调节斜面垫片在支撑面上的前后移动来调节平面光波导的上下高度，以便消除光路误差，提高了耦合效率。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

随着云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式发展，光通信技术的发展进步变的愈加重要。而在光通信技术中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一，并且随着光通信技术发展的需求光模块的传输速率不断提高。

随着5G光通信和数据中心的迅速发展，市场上对高速光模块的需求不断增长，为了扩展带宽，增加网络容量，波分复用技术已经广泛应用于光模块中。基于波分复用技术的光发射次模块主要包括：N路半导体激光器、N个耦合透镜、平面光波导、光纤连接器及输出端口等结构，其中，半导体激光器与平面光波导之间的光路耦合是最为关键的组装工艺。然而，如何有效地将半导体激光器的光耦合到平面光波导(Planar Lightwave Circuit,PLC)，并保证耦合效率还是目前亟待解决的问题。除了耦合效率以外，如何使得工艺简单易行，也同样是重要的课题。

发明内容

本申请实施例提供了一种光模块，以保证目前光模块的激光器与平面光波导之间的耦合效率、且工艺简单易行的问题。

本申请提供的一种光模块，包括：

电路板；

光发射次模块，与所述电路板电连接，用于发射光信号；

其中，所述光发射次模块包括：

发射壳体，其一端设置有安装槽、另一端设置有支撑面；

激光器，设置于所述安装槽内，用于发射激光光束；

平面光波导，包括输入光波导与输出光波导，所述输入光波导与所述输出光波导位于同一输入输出端面，所述输入输出端面相对于所述激光器的出光方向倾斜设置；

斜面垫片，其朝向所述平面光波导的一侧设置有安装面，所述安装面相对于所述激光器的出光方向倾斜设置，所述平面光波导设置于所述安装面上；其朝向发射壳体的底面与所述支撑面均相对于所述激光器的出光方向倾斜设置，所述斜面垫片通过所述底面设置于所述支撑面上。

本申请提供的光模块包括电路板与光发射次模块，光发射次模块与电路板电连接，用于发射光信号；光发射次模块包括发射壳体、激光器、平面光波导与斜面垫片，发射壳体的一端设置有安装槽、另一端设置有支撑面，激光器设置于安装槽内，用于发射激光光束；平面光波导包括输入光波导与输出光波导，输入光波导与输出光波导位于同一输入输出端面，该输入输出端面相对于所述激光器的出光方向倾斜设置；斜面垫片朝向平面光波导的一侧设置有安装面，该安装面相对于所述激光器的出光方向倾斜设置，平面光波导设置于该倾斜的安装面上，如此平面光波导倾斜设置；斜面垫片朝向发射壳体的底面与所述支撑面均相对于所述激光器的出光方向倾斜设置，斜面垫片通过倾斜的底面设置于发射壳体倾斜的支撑面上。本申请将平面光波导的输入输出端面倾斜设置，激光器射出的激光光束射至输入输出端面时发生反射，反射光束根据输入输出端面的倾斜角度反射至其他地方，能够避免反射光束对激光器造成影响；由于平面光波导的输入输出端面倾斜设置，根据snell定律，平面光波导中输入光波导应倾斜预设角度，因此本申请通过将平面光波导设置在斜面垫片上倾斜的安装面上，以将平面光波导倾斜设置，使得激光光束经由输入输出端面折射至平面光波导内的输入光波导内，从而能够提高平面光波导的耦合效率；另外，斜面垫片通过倾斜的底面设置在发射壳体上倾斜的支撑面上，如此可通过调节斜面垫片在支撑面上的前后移动来调节平面光波导的上下高度，以便消除光路误差，增加光路稳定性，提高耦合效率。

附图说明

图1为根据一些实施例的光通信系统连接关系图；

图2为根据一些实施例的光网络终端结构图；

图3为根据一些实施例提供的光模块结构图；

图4为根据一些实施例的光模块分解结构图；

图5为本申请实施例提供的光模块中电路板、光发射次模块与光接收次模块的装配示意图；

图6为本申请实施例提供的光模块中光发射次模块与柔性电路板的装配示意图；

图7为本申请实施例提供的种光模块中平面光波导的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的光模块中平面光波导内光路复用示意图；

图9为本申请实施例提供的光模块中平面光波导的侧视图；

图10为示例性的平面光波导的入射光路示意图；

图11为本申请实施例提供的光模块中平面光波导的入射光路示意图；

图12为本申请实施例提供的光模块中一种斜面垫片的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的光模块中一种斜面垫片的侧视图；

图14为本申请实施例提供的光模块中隔离器底座的结构示意图；

图15为本申请实施例提供的光模块中一种发射壳体的结构示意图；

图16为本申请实施例提供的光模块中一种发射光路的剖视图；

图17为本申请实施例提供的光模块中另一种斜面垫片的结构示意图；

图18为本申请实施例提供的光模块中另一种斜面垫片的侧视图；

图19为本申请实施例提供的光模块中另一种发射壳体的结构示意图；

图20为本申请实施例提供的光模块中另一种发射壳体的另一角度结构示意图；

图21为本申请实施例提供的光模块中另一种发射光路的剖视图；

图22为本申请实施例提供的光模块中柔性电路板的结构示意图；

图23为本申请实施例提供的光模块中柔性电路板的剖视图；

图24为本申请实施例提供的光模块中光发射次模块与柔性电路板的局部装配剖视图；

图25为本申请实施例提供的光模块中柔性电路板与电路板的装配示意图。

具体实施方式

为便于对申请的技术方案进行描述，以下首先在对本申请所涉及到的一些概念进行说明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开中的技术方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。

光通信技术中使用光携带待传输的信息，并使携带有信息的光信号通过光纤或光波导等信息传输设备传输至计算机等信息处理设备，以完成信息的传输。由于光信号通过光纤或光波导中传输时具有无源传输特性，因此可以实现低成本、低损耗的信息传输。此外，光纤或光波导等信息传输设备传输的信号是光信号，而计算机等信息处理设备能够识别和处理的信号是电信号，因此为了在光纤或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，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信号与电信号的相互转换功能。光模块包括光口和电口，光模块通过光口实现与光纤或光波导等信息传输设备的光通信，通过电口实现与光网络终端(例如，光猫)之间的电连接，电连接主要用于实现供电、I2C信号传输、数据信号传输以及接地等；光网络终端通过网线或无线保真技术(Wi-Fi)将电信号传输给计算机等信息处理设备。

图1为根据一些实施例的光通信系统连接关系图。如图1所示，光通信系统主要包括远端服务器1000、本地信息处理设备2000、光网络终端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1000，另一端通过光模块200与光网络终端100连接。光纤本身可支持远距离信号传输，例如数千米(6千米至8千米)的信号传输，在此基础上如果使用中继器，则理论上可以实现超长距离传输。因此在通常的光通信系统中，远端服务器1000与光网络终端100之间的距离通常可达到数千米、数十千米或数百千米。

网线103的一端连接本地信息处理设备2000，另一端连接光网络终端100。本地信息处理设备2000可以为以下设备中的任一种或几种：路由器、交换机、计算机、手机、平板电脑、电视机等。

远端服务器1000与光网络终端100之间的物理距离大于本地信息处理设备2000与光网络终端100之间的物理距离。本地信息处理设备2000与远端服务器1000的连接由光纤101与网线103完成；而光纤101与网线103之间的连接由光模块200和光网络终端100完成。

光模块200包括光口和电口,光口被配置为与光纤101连接，从而使得光模块200与光纤101建立双向的光信号连接；电口被配置为接入光网络终端100中，从而使得光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。光模块200实现光信号与电信号的相互转换，从而使得光纤101与光网络终端100之间建立连接。示例的，来自光纤101的光信号由光模块200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200转换为光信号输入至光纤101中。

光网络终端100包括大致呈长方体的壳体(housing)，以及设置在壳体上的光模块接口102和网线接口104。光模块接口102被配置为接入光模块200，从而使得光网络终端100与光模块200建立双向的电信号连接；网线接口104被配置为接入网线103，从而使得光网络终端100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。示例的，光网络终端100将来自光模块200的电信号传递给网线103，将来自网线103的信号传递给光模块200，因此光网络终端100作为光模块200的上位机，可以监控光模块200的工作。光模块200的上位机除光网络终端100之外还可以包括光线路终端(OpticalLine Terminal，OLT)等。

远端服务器1000通过光纤101、光模块200、光网络终端100及网线103，与本地信息处理设备2000之间建立了双向的信号传递通道。

图2为根据一些实施例的光网络终端结构图，为了清楚地显示光模块200与光网络终端100的连接关系，图2仅示出了光网络终端100的与光模块200相关的结构。如图2所示，光网络终端100中还包括设置于壳体内的PCB电路板105，设置在PCB电路板105的表面的笼子106，以及设置在笼子106内部的电连接器。电连接器被配置为接入光模块200的电口；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100的笼子106中，由笼子106固定光模块200，光模块200产生的热量传导给笼子106，然后通过散热器107进行扩散。光模块200插入笼子106中后，光模块200的电口与笼子106内部的电连接器连接，从而光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。此外，光模块200的光口与光纤101连接，从而光模块200与光纤101建立双向的光信号连接。

图3为根据一些实施例提供的光模块结构图，图4为根据一些实施例的光模块分解结构图。如图3和图4所示，光模块200包括壳体、设置于壳体中的电路板300及光收发器件；

壳体包括上壳体201和下壳体202，上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口204和205的上述壳体；壳体的外轮廓一般呈现方形体。

在一些实施例中，下壳体202包括底板以及位于底板两侧、与底板垂直设置的两个下侧板；上壳体201包括盖板，以及位于盖板两侧与盖板垂直设置的两个上侧板，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204和205的连线所在方向可以与光模块200的长度方向一致，也可以与光模块200的长度方向不一致。示例地，开口204位于光模块200的端部(图3的左端)，开口205也位于光模块200的端部(图3的右端)。或者，开口204位于光模块200的端部，而开口205则位于光模块200的侧部。其中，开口204为电口，电路板300的金手指从电口204伸出，插入上位机(如光网络终端100)中；开口205为光口，配置为接入外部的光纤101，以使光纤101连接光模块200内部的光收发器件。

采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板300、光收发器件等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202可以对这些器件形成封装保护。此外，在装配电路板300等器件时，便于这些器件的定位部件、散热部件以及电磁屏蔽部件的部署，有利于自动化的实施生产。

在一些实施例中，上壳体201及下壳体202一般采用金属材料制成，利于实现电磁屏蔽以及散热。

在一些实施例中，光模块200还包括位于其壳体外壁的解锁部件，解锁部件被配置为实现光模块200与上位机之间的固定连接，或解除光模块200与上位机之间的固定连接。

示例地，解锁部件位于下壳体202的两个下侧板的外壁，包括与上位机的笼子(例如，光网络终端100的笼子106)匹配的卡合部件。当光模块200插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块200固定在上位机的笼子里；拉动解锁部件时，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200与上位机的卡合关系，从而可以将光模块200从上位机的笼子里抽出。

电路板300包括电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如MCU、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板300通过电路走线将光模块200中的上述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功能。

电路板300一般为硬性电路板，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，在本申请公开的某一些实施例中，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；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接，作为硬性电路板的补充。

图5为本申请实施例提供的光模块中电路板、光发射次模块、光接收次模块与柔性电路板的装配示意图。如图5所示，光收发器件包括光发射次模块400与光接收次模块500，光发射次模块400与光接收次模块500层叠设置，光发射次模块400位于光接收次模块500的下方，如此可节省光模块前后方向的宽度尺寸，有利于光模块的小型化装配。

在一些实施例中，可在光发射次模块400与光接收次模块500之间设置隔板，光发射次模块400可固定设置在下壳体202内，隔板设置在光发射次模块400朝向光接收次模块500的顶面上，然后将光接收次模块500固定设置在隔板上，以方便将光发射次模块400与光接收次模块500上下层叠设置。

电路板可包括第一电路板310与第二电路板320，光发射次模块400通过第一柔性电路板与第一电路板310电连接、通过第二柔性电路板与第二电路板320电连接，第一柔性电路板用于将第一电路板310传输的高频信号传输至光发射次模块400的激光器组件，以为激光器提供高频信号；第二柔性电路板用于将第二电路板320传输的直流电流信号(偏置电流信号)传输至光发射次模块400的激光器组件，以驱动激光器发光，即偏置电流驱动激光器发光，将第一柔性电路板传输的高频信号调制至激光器产生的光束中，以产生信号光。

光接收次模块500通过第三柔性电路板700与第一电路板310连接，光接收次模块500将接收的光信号转换为电信号，电信号经第三柔性电路板700传输至第一电路板310，通过第一电路板310对电信号进行信号处理。

在本申请实施例中，电路板还可包括一个电路板，光发射次模块400通过第一柔性电路板连接至电路板的正面、通过第二柔性电路板连接至电路板的背面，通过第一柔性电路板将电路板上的高频信号传输至激光器，通过第二柔性电路板将电路板上的偏置电流信号传输至激光器，以驱动激光器产生信号光。光接收次模块500通过第三柔性电路板700连接至电路板的正面，以通过第三柔性电路板700将电信号传输至电路板。

图6为本申请实施例提供的光模块中光发射次模块与柔性电路板的装配示意图。如图6所示，光发射次模块400包括发射壳体410、斜面垫片420、平面光波导430、激光器440、准直透镜450与汇聚透镜460，激光器440设置在发射壳体410朝向电路板的一侧，用于产生激光光束；准直透镜450设置在激光器440的出光方向上，用于将激光器440发射的激光光束转换为准直光束；平面光波导430设置在发射壳体410背向电路板的一侧，其输入输出端面朝向激光器440的出光方向，用于接收激光光束并对激光光束进行波分复用；汇聚透镜460设置在准直透镜450与平面光波导430的输入输出端面之间，用于将准直光束转换为汇聚光束，并将汇聚光束耦合至平面光波导430内的输入光波导内。

在本申请实施例中，光发射次模块400包括8个激光器440、8个准直透镜450与8个汇聚透镜460，8个激光器440沿前后方向并排设置在发射壳体410内，每个激光器440产生一束激光光束，从而发射8束不同波长的激光光束；准直透镜450与激光器440一一对应设置，用于将每束激光光束转换为准直光束；汇聚透镜460与准直透镜450一一对应设置，用于将每束准直光束转换为汇聚光束，以方便将汇聚光束耦合至平面光波导430的输入光波导内。

图7为本申请实施例提供的光模块中平面光波导的结构示意图，图8为本申请实施例提供的光模块中平面光波导内光路复用示意图。如图7、图8所示，平面光波导430包括多个输入光波导4310与一个输出光波导4320，输入光波导4310与输出光波导4320位于同一端面，输出光波导4320通过内部光纤与光纤连接器相连接，即输入光波导4310与输出光波导4320共用输入输出端面4330。每个汇聚透镜460输出的汇聚光束传输至平面光波导430的输入输出端面4330时，光束通过输入输出端面4330射入对应的输入光波导4310内，每个输入光波导4310接收的光束传输至平面光波导430内，在平面光波导430内经过多次反射后复用成一路复合光束，复合光束通过输出光波导4320传输至光纤连接器，以实现单纤多光束的发射。

在本申请实施例中，平面光波导430包括8个输入光波导4310，每个输入光波导4310设置在平面光波导430的上表面(朝向上壳体201的表面)，且8个输入光波导4310沿着平面光波导430的前后方向并排设置；输出光波导4320与8个输入光波导4310共用输入输出端面4330，使得平面光波导430的光输出方向朝向电路板。

图9为本申请实施例提供的光模块中平面光波导的侧视图。如图9所示，由于汇聚透镜460与输入输出端面4330之间存在间隙，且光在不同介质的界面传播会发生发射，因此汇聚透镜460射出的汇聚光束传输至平面光波导430的输入输出端面4330时，大部分汇聚光束通过输入输出端面4330射入输入光波导4310内，部分汇聚光束会在输入输出端面4330发生反射。若平面光波导430的输入输出端面4330竖直放置，汇聚透镜460射出的汇聚光束垂直于输入输出端面4330，反射的光束会沿着原路返回激光器440，影响激光器440的发光性能。

为了避免反射光束影响激光器440的发光性能，本申请将平面光波导430的输入输出端面4330设置成斜面，该斜面由下至上距离汇聚透镜460的距离逐渐增大，如此汇聚光束射至输入输出端面4330时，反射光束就会根据斜面的倾斜角度大小反射到其他地方，而不是按照远离返回，从而减小了反射光对激光器的影响。

在本申请实施例中，输入输出端面4330的倾斜角度α不宜过大，如果输入输出端面4330的倾斜角度α过大，汇聚透镜460射出的汇聚光束可能无法射入输入光波导4310内，会降低光束耦合效率。在一些实施例中，平面光波导430的输入输出端面4330的倾斜角度α为4°。

图10为示例性的平面光波导的入射光路示意图，图11为本申请实施例提供的光模块中平面光波导的入射光路示意图。如图10、图11所示，根据snell定律(光从折射率大的介质进入折射率小的介质中时，折射角小于入射角；光从折射率小的介质进入折射率大的介质中时，折射角大于入射角)，在输入光波导4310设置在平面光波导430的上表面时，输入光束必须与水平面成设定角度才能完全匹配光路，即汇聚透镜460射出的汇聚光束需与水平面成设定角度才能射入输入光波导4310内。

但是，入光光路一般是由激光器440出光经过准直透镜450、汇聚透镜460汇聚到平面光波导430的输入光波导4310内，且激光器440贴装一般是水平贴装，因此入光光路不方便做成倾斜光路。为了匹配光路，可将平面光波导430整体倾斜设定角度，使得水平射入的入射光束经过平面光波导430的输入输出端面4330后折射入倾斜设置的输入光波导4310内，以达到理论耦合效率。

在本申请实施例中，平面光波导430的输入输出端面4330为斜面，其与竖直面间的倾斜角度α为4度，根据sell定律，水平入射的入射光束经倾斜的输入输出端面4330折射后射入倾斜设置的输入光波导4310内，为了匹配光路，输入光波导4310应倾斜3.6°，即输入光波导4310与水平面之间的角度为3.6°，如此设置可以达到理论耦合效率。

在本申请实施例中，平面光波导430的输入输出端面4330与竖直平面之间的角度α、平面光波导430与水平面之间的角度均与平面光波导430的折射率有关，根据折射率的不同设置不同的角度。

本申请实施例提供的光发射次模块400还包括隔离器470，隔离器470设置在平面光波导430与汇聚透镜460之间，汇聚透镜460射出的汇聚光束直接透过隔离器470射至平面光波导430，汇聚光束在平面光波导430的输入输出端面4330反射的光束射至隔离器470内，反射光束被隔离器470隔离出去，避免反射光束返回激光器440。

也就是说，本申请不仅通过将平面光波导430的输入输出端面4330设置成斜面，使得在输入输出端面4330反射的光束射至其他地方，还通过隔离器470对反射光束进行隔离，以进一步避免反射光束按照原路返回激光器440。

为了使平面光波导430与水平面之间形成预设角度，以匹配汇聚透镜460射出的汇聚光束，平面光波导430朝向发射壳体410的侧面、背向发射壳体410的侧面均为平面，将平面光波导430通过一斜面垫片420放置在发射壳体410内，使得安装后的平面光波导430与水平面之间形成预设角度。

图12为本申请实施例提供的光模块中一种斜面垫片的结构示意图，图13为本申请实施例提供的光模块中一种斜面垫片的侧视图。如图12、图13所示，具体地，斜面垫片420设置在平面光波导430与发射壳体410之间，斜面垫片420朝向平面光波导430的侧面包括第一安装面4210与第二安装面4220，第二安装面4220凹陷于第一安装面4210，第一安装面4210靠近激光器440，且第一安装面4210的延伸方向沿激光器440的出光方向设置。在一些实施例中，第一安装面4210与激光器440的出光方向相平行，第一安装面4210为水平面。

第二安装面4220远离激光器440，第二安装面4220为斜面，且第二安装面4220相对于激光器440的出光方向倾斜设置；沿着激光器440的出光方向，第二安装面4220与第一安装面4210之间的距离由右至左逐渐增加，如此贴装在第二安装面4220上的平面光波导430相对于激光器440的出光方向倾斜设置。

斜面垫片420朝向发射壳体410的底面4230延伸方向沿激光器440的出光方向设置。在一些实施例中，斜面垫片420的底面与激光器440的出光方向相平行，斜面垫片420的底面为水平面。如此，斜面垫片420的底面与第一安装面4210相平行。沿着激光器440的出光方向，第二安装面4220与底面4230之间的距离逐渐减小，使得第二安装面4220与水平面之间形成预设角度。

将汇聚透镜460贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上，使得汇聚透镜460射出的汇聚光束水平射出。将汇聚透镜460贴装在第一安装面4210之后，将平面光波导430朝向发射壳体410的底面贴装至斜面垫片420的第二安装面4220上，使得安装后的平面光波导430与水平面形成预设角度，水平入射的汇聚光束能够通过倾斜设置的输入输出端面4330折射至输入光波导4310内。

在本申请实施例中，将平面光波导430贴装在第二安装面4220上时，可根据汇聚透镜460射出汇聚光束与平面光波导430之间的耦合效率来设定平面光波导430的贴装高度，即通过在倾斜设置的第二安装面4220上前后移动调节平面光波导430的上下高度，如可将平面光波导430的输入输出端面4330与第一安装面4210、第二安装面4220的连接侧面相抵接，也可将平面光波导430向左下贴装，使得平面光波导430的输入输出端面4330与第一安装面4210、第二安装面4220的连接侧面不能抵接，以便消除光路误差，增加光路稳定性，提高耦合效率。

将汇聚透镜460贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上，将平面光波导430贴装在斜面垫片420的第二安装面4220上后，将隔离器470贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上，也可将隔离器470安装在支撑座上，再将支撑座贴装在第一安装面4210上。隔离器470的安装位置靠近平面光波导430，只要其能对在输入输出端面4330上反射的光束进行隔离即可。

图14为本申请实施例提供的光模块中隔离器底座的结构示意图。如图14所示，将隔离器470放置在斜面垫片420的第一安装面4210时，需将隔离器470的光轴与汇聚透镜460的光轴相重合，因此可通过隔离器底座800来提高隔离器470的光轴高度。隔离器底座800包括底板810，所述底板810背向发射壳体410的一侧设置有多个隔板820，相邻隔板820之间存在空隙，以通过隔板820将隔离器底座800的顶面分成多个装配面830，相邻装配面830之间设置有隔板820，如此将隔离器470贴装于隔离器底座800的装配面830上，使得隔离器470通过隔离器底座800设置在斜面垫片420的第一安装面4210上。

隔离器470通过隔离器底座800设置在斜面垫片420的第一安装面4210上后，汇聚透镜460射出的汇聚光束直接透过隔离器470射至平面光波导430的输入输出端面4330上，光束通过输入输出端面4330折射至相应的输入光波导4310内。

图15为本申请实施例提供的光模块中发射壳体的结构示意图，图16为本申请实施例提供的光模块中一种发射光路的剖视图。如图15、图16所示，发射壳体410朝向电路板的一侧设置有安装槽4110，该安装槽4110朝向上壳体201的一侧开口，该安装槽4110内嵌设有半导体制冷器480，激光器440、准直透镜450均设置在半导体制冷器480的制冷面上。

半导体制冷器480前后方向的宽度尺寸可等于或略小于安装槽4110前后方向的尺寸，如此将半导体制冷器480嵌入发射壳体410的安装槽4110后，将多个激光器440、多个准直透镜450沿前后方向并排设置在半导体制冷器480上，且激光器440与准直透镜450一一对应设置。

将激光器440与准直透镜450设置在半导体制冷器480上时，在激光器440与半导体制冷器480之间可设置有激光器基板，激光器440设置在激光器基板的一侧，激光器基板的另一侧设置于半导体制冷器480的制冷面上，激光器440通过激光器基板与半导体制冷器480制冷面的温度相同，如此通过激光器基板来提高激光器440的安装高度，以适应平面光波导430的安装高度。

在一些实施例中，激光器基板不仅用来提高激光器440的安装高度，激光器440产生的热量通过激光器基板传输至半导体制冷器480上，提高激光器440的散热特性。

在准直透镜450与半导体制冷器480之间可设置有透镜基板，准直透镜450设置在透镜基板的一侧，透镜基板的另一侧设置于半导体制冷器480的制冷面上，准直透镜450通过透镜基板与半导体制冷器480制冷面的温度相同，使得准直透镜450与激光器440的温度相同。在一些实施例中，准直透镜450的性能并不受温度的影响。

发射壳体410背向电路板的一侧设置有支撑面4130，该支撑面4130突出于安装槽4110的底面。该支撑面4130的延伸方向沿激光器440的出光方向设置。在一些实施例中，支撑面4130与激光器440的出光方向相平行，支撑面4130为水平面。斜面垫片420的底面4230也与激光器440的出光方向相平行，如此斜面垫片420的底面4230水平贴装在该支撑面4130上，以通过支撑面4130支撑固定斜面垫片420。

支撑面4130背向电路板的一侧为第一开口，即支撑面4130的左侧为第一开口，平面光波导430通过斜面垫片420安装于发射壳体410的支撑面4130上时，平面光波导430的左侧可突出于支撑面4130左侧的第一开口。与支撑面4130左侧的第一开口相邻的一侧设置有挡板4140，将斜面垫片420贴装在支撑面4130时，斜面垫片420的侧面与该挡板4140相抵接，以通过挡板4140对斜面垫片420进行限位。

支撑面4130上与挡板4140相对的一侧设为第二开口，即支撑面4130的前侧为第二开口，平面光波导430通过斜面垫片420安装于发射壳体410的支撑面4130上时，平面光波导430的前侧可突出于支撑面4130前侧的第二开口。

在本申请实施例中，发射壳体410朝向下壳体202的侧面可与下壳体接触连接，如此激光器440工作产生的热量传导至半导体制冷器480，半导体制冷器480将热量传导至发射壳体410上，发射壳体410将热量传导至下壳体202上，能够提高光发射次模块400的散热效率。

在装配光发射次模块400时，首先将半导体制冷器480嵌设于发射壳体410的安装槽4110内，然后将多个激光器440并排设置在激光器基板上，然后将激光器基板设置在半导体制冷器480的制冷面上，然后将多个准直透镜450并排设置在透镜基板上，然后将透镜基板设置在半导体制冷器480的制冷面上，并使得准直透镜450与激光器440一一对应设置，然后将斜面垫片420水平贴装在发射壳体410的支撑面4130上，然后将汇聚透镜460贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上，然后将平面光波导430根据耦合光路贴装在斜面垫片420的第二安装面4220上，最后将隔离器470贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上。

装配完光发射次模块400后，激光器440在电路板传输的驱动信号的驱动下产生激光光束，激光光束通过准直透镜450转换为准直光束，准直光束经由汇聚透镜460转换为汇聚光束，汇聚光束直接透过隔离器470射至平面光波导430的输入输出端面4330，大部分汇聚光束经由输入输出端面4330折射至相应输入光波导4310内，射入输入光波导4310的光束在平面光波导430内进行反射合波，合波后的一束复合光束通过输出光波导4320射出；小部分汇聚光束在输入输出端面4330处发生反射，反射光束通过隔离器470进行隔离，避免了反射光束沿原路返回激光器440，影响激光器440的发光性能。

激光器440通过激光器基板设置在半导体制冷器480上、准直透镜450通过透镜基板设置在半导体制冷器480上、半导体制冷器480设置在安装槽4110的底面上时，因激光器440、激光器基板、准直透镜450、透镜基板、半导体制冷器480自身的公差，造成激光器440射出的光束存在偏差，如此光束射至平面光波导430时影响耦合效率。为了补偿该偏差，可在装配平面光波导430时进行上下高度的调整。

在一些实施例中，为了能对平面光波导进行上下高度的调整，可将斜面垫片420与发射壳体410的接触面设置成斜面，通过在发射壳体410上的前后移动来调节斜面垫片420的上下安装高度，以此来调整平面光波导430的上下安装高度。

图17为本申请实施例提供的光模块中另一种斜面垫片的结构示意图，图18为本申请实施例提供的光模块中另一种斜面垫片的侧视图。如图17、图18所示，具体地，斜面垫片420设置在平面光波导430与发射壳体410之间，斜面垫片420朝向平面光波导430的侧面包括第一安装面4210与第二安装面4220，第二安装面4220凹陷于第一安装面4210，第一安装面4210靠近激光器440，且第一安装面4210的延伸方向沿激光器440的出光方向设置。在一些实施例中，第一安装面4210与激光器440的出光方向相平行，第一安装面4210为水平面。

第二安装面4220远离激光器440，且第二安装面4220为斜面，其相对于激光器440的出光方向倾斜设置。沿着激光器440的出光方向，第二安装面4220与第一安装面4210之间的距离逐渐增加，如此贴装在第二安装面4220上的平面光波导430倾斜设置。

斜面垫片420朝向发射壳体410的底面4230为斜面，其相对于激光器440的出光方向倾斜设置。沿着激光器440的出光方向，底面4230与第一安装面4210之间的距离逐渐增加，使得底面4230与水平面之间形成预设角度。在本申请实施例中，斜面垫片420的底面4230与激光器440出光方向之间的倾斜角度可为5.4度。

将汇聚透镜460贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上，使得汇聚透镜460射出的汇聚光束水平射出。将汇聚透镜460贴装在第一安装面4210之后，将平面光波导430朝向发射壳体410的侧面贴装至斜面垫片420的第二安装面4220上，使得安装后的平面光波导430与水平面形成预设角度，水平入射的汇聚光束能够通过倾斜设置的输入输出端面4330折射至输入光波导4310内。

图19为本申请实施例提供的光模块中另一种发射壳体的结构示意图，图20为本申请实施例提供的光模块中另一种发射壳体的另一角度结构示意图。如图19、图20所示，发射壳体410朝向电路板的一侧设置有安装槽4110，该安装槽4110朝向上壳体201的一侧开口，该安装槽4110内嵌设有半导体制冷器480，激光器440、准直透镜450均设置在半导体制冷器480的制冷面上。

发射壳体410背向电路板的一侧设置有支撑面4130，该支撑面4130突出于安装槽4110的底面，使得支撑面4130与安装槽4110底面之间形成台阶面。该支撑面4130可为斜面，即支撑面4130沿着激光器440的出光方向倾斜设置。沿着激光器440的出光方向，发射壳体410朝向下壳体202的侧面与支撑面4130之间的距离逐渐减小，该支撑面4130的倾斜角度与斜面垫片420的底面4230的倾斜角度一致，如此将斜面垫片420通过底面4230贴装至发射壳体410的支撑面4130上。

在一些实施例中，支撑面4130也可为水平面，即支撑面4130与激光器440的出光方向相平行，将斜面垫片420的底面4230设置于支撑面4130时，通过斜面垫片420底面与支撑面4130之间胶水的厚度来将斜面垫片420的底面倾斜设置于支撑面4130上。

在本申请实施例中，半导体制冷器480自身存在公差，因此将半导体制冷器480嵌入安装槽4110时，半导体制冷器就有50μm的高度公差，随着激光器440、准直透镜450的增加高度方向的误差也会累加，造成光路偏差，影响耦合效率。为了补偿该累计公差，将斜面垫片420通过底面4230贴装至发射壳体410的支撑面4130上时，可根据最终贴装高度去调节斜面垫片420在支撑面4130上的位置，即可以通过在支撑面4130上的前后移动调节上下高度，以便消除光路误差，增加光路稳定性，提高耦合效率。

将斜面垫片420贴装在发射壳体410的支撑面4130上时，可将平面光波导430与斜面垫片420组成一个预装配件，即将平面光波导430固定贴装在斜面垫片420的第二安装面4220上，然后将该预装配件贴装至支撑面4130上，并在贴装过程中根据贴装高度、耦合效率去调节该预设配件在支撑面4130上的上下高度。

支撑面4130背向电路板的一侧为第一开口，与第一开口相邻的一侧设置有挡板4140，将斜面垫片420贴装在支撑面4130时，斜面垫片420的侧面与该挡板4140相抵接，以通过挡板4140对斜面垫片420进行限位。

在装配光发射次模块400时，首先将半导体制冷器480嵌设于发射壳体410的安装槽4110内，然后将多个激光器440并排设置在激光器基板上，然后将激光器基板设置在半导体制冷器480的制冷面上，然后将多个准直透镜450并排设置在透镜基板上，然后将透镜基板设置在半导体制冷器480的制冷面上，并使得准直透镜450与激光器440一一对应设置，然后将平面光波导430贴装在斜面垫片420的第二安装面4220上，将平面光波导430与斜面垫片420组成一预装配件，然后将该预装配件通过斜面垫片420倾斜的底面4230贴装至发射壳体410倾斜的支撑面4130上，并根据半导体制冷器480、激光器440、准直透镜450的最终贴装高度去调节预装配件在支撑面4130上的上下高度，然后将汇聚透镜460贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上，最后将隔离器470贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上。

图21为本申请实施例提供的光模块中发射光路的剖视图。如图21所示，将多个激光器440通过半导体制冷器480设置于发射壳体410的安装槽4110，将多个准直透镜450通过半导体制冷器480设置于发射壳体410的安装槽4110内，将平面光波导430贴装于斜面垫片420倾斜的第二安装面4220上，将斜面垫片420通过倾斜的底面4230贴装于发射壳体410倾斜的支撑面4130上，并根据激光器440的贴装高度去调节平面光波导430、斜面垫片420在支撑面4130上的上下高度，然后将汇聚透镜460、隔离器470贴装在斜面垫片420的第一安装面4210上。

将光发射次模块400装配完成后，多个激光器440分别发射多束不同波长的激光光束，多束激光光束经准直透镜450转换为准直光束，准直光束经汇聚透镜460转换为汇聚光束，汇聚光束直接透过隔离器470射至平面光波导430的输入输出端面4330，大部分汇聚光束经输入输出端面4330折射至平面光波导430的输入光波导4310内，部分汇聚光束在输入输出端面4330处发生反射，隔离器470对反射光束进行隔离，避免了反射光束按照原路返回激光器440。

图22为本申请实施例提供的光模块中柔性电路板的结构示意图，图23为本申请实施例提供的光模块中柔性电路板的剖视图。如图22、图23所示，光发射次模块400通过柔性电路板600与电路板电连接，以通过柔性电路板600将电路板的高频信号、非高频信号传输至激光器440，以驱动激光器440发射信号光。柔性电路板600朝向激光器440的一端设置有激光器连接板630，该激光器连接板630设置于发射壳体410的安装槽4110内，激光器连接板630上设置有信号焊盘，该信号焊盘通过打线与激光器440、半导体制冷器480信号连接。

图24为本申请实施例提供的光模块中发射次模块与柔性电路板的局部装配剖视图。如图24所示，为保证柔性电路板600的激光器连接板630与激光器440的打线高度一致，减小激光器连接板630与激光器440之间的打线长度，发射壳体410的安装槽4110内嵌设有支撑块490，柔性电路板600的激光器连接板630设置于该支撑块490上，通过支撑块490提高柔性电路板600的安装高度。

安装槽4110相对的两侧壁上均设置有限位板4120，该限位板4120向远离下壳体202的方向延伸，激光器连接板630贴装至支撑块490时，激光器连接板630前、后端的侧面6310与限位板4120相抵接，以通过限位板4120对激光器连接板630的前后方向进行限位。

柔性电路板600上布设有高频信号线与非高频信号线(如电流信号线)，激光器连接板630上的信号焊盘与高频信号线、非高频信号线对应连接，以通过高频信号线、非高频信号线实现电路板与激光器440、半导体制冷器480之间的信号传输。

柔性电路板600上同时布设高频信号线与非高频信号线时，高频信号线与非高频信号线之间间隔较小，使得柔性电路板600上布线过度拥挤，容易导致高频信号与非高频信号之间的串扰。

为了避免柔性电路板600上布线过度拥挤，柔性电路板600远离激光器440的一端设置有高频信号连接板610与非高频信号连接板620，高频信号连接板610与非高频信号连接板620的一端均与激光器连接板630连接，高频信号连接板610、非高频信号连接板620的另一端分离，使得高频信号连接板610与非高频信号连接板620之间存在间隙。在一些实施例中，高频信号连接板610、非高频信号连接板620与激光器连接板630可为一体化结构。

高频信号连接板610远离激光器440的一端与第一电路板310连接，且高频信号连接板610上布设有高频信号线，布设于激光器连接板630上的高频信号线与布设于高频信号连接板610上的高频信号线相连接，如此第一电路板310传输的高频信号通过高频信号连接板610上的高频信号线、激光器连接板630上的高频信号线传输至激光器440、半导体制冷器480，为激光器440、半导体制冷器480提供高频信号。

非高频信号连接板620远离激光器440的一端与第二电路板320连接，且非高频信号连接板620上布设有非高频信号线。激光器连接板630上设置有过孔6320，该过孔6320与激光器连接板630上的信号焊盘相邻，激光器连接板630的内层布设有非高频信号线，过孔6320的一端通过打线与激光器连接板上的信号焊盘连接、另一端与激光器连接板630内层的非高频信号线连接。激光器连接板630内层的非高频信号线与非高频信号连接板620上的非高频信号线相连接，如此第二电路板320传输的非高频信号(如偏置电流)经由非高频信号连接板620上的非高频信号线、激光器连接板630内层的非高频信号线传输至激光器440、半导体制冷器480，为激光器440、半导体制冷器480供电。

在一些实施例中，激光器连接板630的表层布设有高频信号线，其内层布设有非高频信号线，避免了激光器连接板630表层布设的信号线过度拥挤。为方便在激光器连接板630表层、内层布设信号线，激光器连接板630朝向发射壳体410的侧面上设置有补强板，以提高激光器连接板630的强度。如此，激光器连接板630上下方向的厚度因补强板而不同。

在一些实施例中，靠近激光器440的激光器连接板630同时布设有高频信号线与非高频信号线，方便柔性电路板600与激光器440、半导体制冷器480之间打线连接；远离激光器440的柔性电路板600分为高频信号连接板610与非高频信号连接板620，通过将柔性电路板600一分二，使得高频信号通过高频信号连接板610传输，非高频信号通过非高频信号连接板620传输，将高频信号与非高频信号分开，避免了高频信号与非高频信号之间的串扰，又能避免柔性电路板600上布线过度拥挤。

图25为本申请实施例提供的光模块中柔性电路板与电路板的装配示意图。如图25所示，将柔性电路板600的高频信号连接板610连接至第一电路板310上时，高频信号连接板610朝向第一电路板310背面的一侧设置有信号焊盘，高频信号连接板610通过信号焊盘连接至第一电路板310的背面。

将柔性电路板600的非高频信号连接板620连接至第二电路板320时，非高频信号连接板620朝向第二电路板320背面的一侧设置有信号焊盘，非高频信号连接板620通过信号焊盘连接至第二电路板320的背面。

在本一些实施例中，柔性电路板600的高频信号连接板610与非高频信号连接板620可连接至同一电路板，即高频信号连接板610朝向电路板正面的一侧设置有信号焊盘，高频信号连接板610通过信号焊盘连接至电路板的正面；非高频信号连接板620朝向电路板背面的一侧设置有信号焊盘，非高频信号连接板620通过信号焊盘连接至电路板的背面。

本申请实施例提供的光模块包括电路板、光发射次模块与光接收次模块，光发射次模块与光接收次模块上下层叠设置，光发射次模块位于光接收次模块的下方；光发射次模块包括发射壳体、斜面垫片、平面光波导、激光器、准直透镜、汇聚透镜与隔离器，激光器通过半导体制冷器设置于发射壳体内，用于发射激光光束；准直透镜通过半导体制冷器设置于发射壳体内，准直透镜与激光器一一对应设置，用于将激光光束转换为准直光束；汇聚透镜通过斜面垫片设置于发射壳体内，用于将准直光束转换为汇聚光束；平面光波导通过斜面垫片设置于发射壳体内，平面光波导包括多个输入光波导与一个输出光波导，多个输入光波导与一个输出光波导位于同一端面，即输入光波导与输出光波导共用输入输出端面，输入输出端面相对于激光器的出光方向倾斜设置，多路汇聚光束经由输入输出端面折射入输入光波导内，并在平面光波导内复用为一路复合光束，复合光束通过输出光波导发射出去；隔离器设置于汇聚透镜与平面光波导之间，用于对汇聚光束在输入输出端面反射的光束进行隔离；斜面垫片朝向平面光波导的侧面包括第一安装面与第二安装面，第一安装面相对于激光器的出光方向水平设置，第二安装面相对于激光器的出光方向倾斜设置，如此平面光波导通过第二安装面倾斜设置，汇聚光束经倾斜设置的输入输出端面折射至平面光波导的输入光波导内；斜面垫片朝向发射壳体的底面设置为斜面，发射壳体朝向斜面垫片的一端设置有倾斜的支撑面，斜面垫片通过倾斜的底面贴装于倾斜的支撑面上，以支撑固定斜面垫片。本申请通过将平面光波导的输入输出端面倾斜设置，避免在输入输出端面反射的光束沿原路返回激光器；将平面光波导通过斜面垫片倾斜设置的第二安装面倾斜安装，以匹配光路，达到理论耦合效率；将发射壳体的支撑面倾斜设置，可以通过在倾斜的支撑面上的前后移动来调节平面光波导的上下高度，以便消除光路误差，工艺简单易行，增加了光路稳定性，提高了耦合效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光发射次模块，与所述电路板电连接，用于发射光信号；

其中，所述光发射次模块包括：

发射壳体，其一端设置有安装槽、另一端设置有支撑面；

激光器，设置于所述安装槽内，用于发射激光光束；

平面光波导，包括输入光波导与输出光波导，所述输入光波导与所述输出光波导位于同一输入输出端面，所述输入输出端面相对于所述激光器的出光方向倾斜设置；

斜面垫片，其朝向所述平面光波导的一侧设置有安装面，所述安装面相对于所述激光器的出光方向倾斜设置，所述平面光波导设置于所述安装面上；其朝向发射壳体的底面与所述支撑面均相对于所述激光器的出光方向倾斜设置，所述斜面垫片通过所述底面设置于所述支撑面上。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，沿所述激光器的出光方向，所述安装面与所述发射壳体之间的距离逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述斜面垫片朝向所述平面光波导的一侧设置有第一安装面与第二安装面，所述第二安装面凹陷于所述第一安装面，所述第一安装面的延伸方向沿所述激光器的出光方向设置，所述第二安装面相对于所述激光器的出光方向倾斜设置，所述平面光波导设置于所述第二安装面上。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第二安装面与所述激光器的出光方向之间的角度为3.6度。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，沿所述激光器的出光方向，所述斜面垫片朝向所述发射壳体的底面与所述发射壳体之间的距离逐渐减小。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述底面与所述激光器的出光方向之间的角度为5.4度。

7.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述光发射次模块还包括汇聚透镜，所述汇聚透镜设置于所述第一安装面上，用于将所述激光光束汇聚至所述输入光波导。

8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述光发射次模块还包括隔离器，所述隔离器位于所述汇聚透镜与所述平面光波导之间，所述隔离器设置于所述第一安装面上。

9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述支撑面背向所述激光器的一端设置有第一开口，所述支撑面上与所述第一开口相邻的一侧设置有挡板，所述斜面垫片的侧面与所述挡板相抵接。

10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于，所述支撑面上与所述挡板相对的一侧设置有第二开口，所述平面光波导突出于所述第二开口。

Images