CN113835164A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，属于光纤通信领域。本申请实施例提供一种光模块，包括具有实现光传输功能的光学组件，光学组件中在第一光纤与第二光纤之间建立光通路；通过第一透镜与第二光纤对应，通过第二透镜与第一光纤对应，分别实现光汇聚进光纤或从光纤出来的发散光被汇聚；通过光学棱镜实现了光传播方向的改变，实现了第一光纤与第二光纤之间的光通路；本申请提供的光模块可以应用于多种光路需求场景。

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

光模块实现了光纤通信中的光电转换功能，在光模块内部具有光路传输设计，以满足光发射或光接收等光传输要求。

发明内容

本申请提供了一种光模块，包括光学组件，包括基座，及分别设置在所述基座上的固定组件、第一透镜、隔离器、光学棱镜、滤光片及第二透镜；

所述固定组件，用于固定第一光纤和第二光纤；

所述第一透镜，与所述第二光纤相对设置，可将来自所述第二光纤的光汇聚或将光汇聚至所述第二光纤中；

所述光学棱镜，包括第一反射面及第二反射面，可用于改变光的传输方向，可在所述第一光纤与所述第二光纤中之间建立光通路；光传输方向的改变超过90度；

所述隔离器，位于所述光学棱镜与所述第二光纤之间，可允许光单方向通过；

所述第二透镜，与所述第一光纤相对设置，可将来自所述第一光纤的光汇聚或将光汇聚至所述第一光纤中。

本申请提供的光模块，具有实现光传输功能的光学组件，光学组件中在第一光纤与第二光纤之间建立光通路；通过第一透镜与第二光纤对应，通过第二透镜与第一光纤对应，分别实现光汇聚进光纤或从光纤出来的发散光被汇聚；通过光学棱镜实现了光传播方向的改变，实现了第一光纤与第二光纤之间的光通路；本申请提供的光模块可以应用于多种光路需求场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的光模块的部分结构示意图；

图5为本申请实施例提供的光模块的部分结构的分解示意图；

图6为本申请实施例提供的光模块的部分结构的分解图的正视图；

图7为本申请某一实施例提供的光路示意图；

图8为本申请另一实施例提供的光路示意图；

图9为本申请实施例提供的固定组件一个角度的结构示意图；

图10为图9的分解结构示意图；

图11为本申请实施例提供的固定组件另一个角度的结构示意图；

图12为图11的分解结构示意图。

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做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。如图3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；

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位于光模块同一端的两处开口（204、205），也可以是在光模块不同端的两处开口；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光收发器件；电路板、光收发器件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、光收发器件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。

图4为本申请实施例提供的光模块的部分结构示意图。图5为本申请实施例提供的光模块的部分结构的分解示意图。图6为本申请实施例提供的光模块的部分结构的分解图的正视图。图7为本申请某一实施例提供的光路示意图。本申请实施例提供的光学组件300，可以应用于多种光学设计中，本申请说明书中的光路描述仅是使用该光学组件的示例。

如图4至图7所示，本申请实施例中，光模块上壳体与下壳体形成的包裹腔体中包括光发射部件及光学组件300。

光发射部件用于发出携带信号的光。光模块的电光转换作用，体现在将来自光模块上位机的电信号转化为光信号，然后将光信号发送至外部光纤中进行传输。光模块中的光发射部件用于实现电信号转化为光信号，从光发射部件中输出携带信号的光，携带信号的光最终要进入光模块外部的光纤中，携带信号的光在光模块内部传播过程中经过光学组件300。

光发射部件可以采用同轴TO-CAN封装，也可以采用腔体式的微光学封装，也可以使用硅光芯片实现光信号的调制，也可以采用塑料透镜式的COB封装。

光学组件300包括设置于基座500上的固定组件301、第一透镜302、隔离器303、光学棱镜304、滤光片306和第二透镜307。

基座500为一个整体，形状可以是长方体、正方体等等，固定组件301、第一透镜302、隔离器303、光学棱镜304、滤光片306和第二透镜307之间的高度设置要满足光在上述各个器件之间连续的传播，在一种具体实施方式中，可以将上述各个器件固定于同一水平面上。

固定组件301，用于固定第一光纤308和第二光纤309。具体的，固定组件301内设置有两个固定槽，第一光纤308和第二光纤309分别对应横穿两个固定槽，固定第一光纤308和第二光纤309。

在本申请的某一实施例中，第二光纤309用于接收来自光发射部件发出的携带信号的光，采用硅光芯片对光进行调制，从硅光芯片发出的发射信号光进入第二光纤309中。

第一透镜302接收来自第二光纤309的发射信号光，第一透镜302实现对发射信号光的光路整形。发射信号光从第二光纤309传出后，呈发散状态，第一透镜302实现对信号光的准直，使发射信号光成为平行光，准直光路/平行光路可以在较长的传播距离中保持光能量的集中，实现较低传输损耗，也有利于在后端实现光汇聚。

隔离器303位于第一透镜302的光路上，接收来自第一透镜302传来的光。隔离器303，位于第一透镜302与光学棱镜304之间，用于防止发射信号光反射回第一透镜302。具体的，由于隔离器303允许光单方向通过，反方向被阻拦，防止发射信号光返回至第一透镜302。

光学棱镜304，位于基座300的另一端（与固定组件301固定方向相反的一端），用于改变光的传输方向。发射信号光从第二光纤309进入第一光纤308，第一光纤308与第二光纤309呈相互水平的位置设置，第二光纤的出光方向与第一光纤的入光方向不同，光学棱镜304需要实现发射信号光传播方向的改变，以将第二光纤309发出的光传播进入第一光纤中。光学棱镜304实现对发射信号光传播方向改变超过90°，发射信号光射入光学棱镜304的透射面（优选以垂直方向入射），继续射入直至光学棱镜304的第一反射面3040。发射信号光在光学棱镜304的第一反射面3040发生反射，继续射入直至光学棱镜304的第二反射面3042。发射信号光在第二反射面3042反射，并通过透射面射出光学棱镜304（优选以垂直方向射出）。此时，未射入光学棱镜304的发射信号光与经光学棱镜304射出的发射信号光之间的夹角为180°。

滤光片306，位于光学棱镜304与第二透镜307之间，用于将发射信号光透射至第二透镜307。滤光片用于滤除杂光，允许所需波长的光通过。

第二透镜307，位于滤光片306与固定于固定组件301上的第一光纤308之间，用于将发射信号光汇聚，以便耦合至第一光纤308。

来自第二光纤309的光经过第一透镜302、隔离器303、光学棱镜304射入滤光片306，经滤光片306透射至第二透镜307，在第二透镜307的汇聚下耦合至第一光纤308中。

根据光路传输需求，也可以由第一光纤接收光发射部件发来的发射信号光，由第二光纤将发射信号光传出光模块。

图8为本申请另一实施例提供的光路示意图。在本申请的另一实施例中，第一光纤308用于接收来自光发射部件发出的携带信号的光，采用硅光芯片对光进行调制，从硅光芯片发出的发射信号光a进入第一光纤308中。

第二透镜307接收来自第一光纤308的发射信号光a，第二透镜307实现对发射信号光的光路整形。发射信号光从第一光纤308传出后，呈发散状态，第二透镜307实现对信号光的准直，使发射信号光成为平行光，准直光路/平行光路可以在较长的传播距离中保持光能量的集中，实现较低传输损耗，也有利于在后端实现光汇聚。

滤光片306，位于光学棱镜304与第二透镜307之间，用于将发射信号光透射至光学棱镜304。

光学棱镜304，位于基座300的另一端（与固定组件301固定方向相反的一端），用于改变光的传输方向。发射信号光从第一光纤308进入第二光纤309，第一光纤308与第二光纤309呈相互水平的位置设置，第一光纤的出光方向与第二光纤的入光方向不同，光学棱镜304需要实现发射信号光传播方向的改变，以将第一光纤308发出的光传播进入第二光纤中。光学棱镜304实现对发射信号光传播方向改变超过90°，发射信号光射入光学棱镜304的透射面（优选以垂直方向入射），继续射入直至光学棱镜304的第二反射面3042。发射信号光在光学棱镜304的第二反射面发生反射，继续射入直至光学棱镜304的第一反射面。发射信号光在第一反射面反射，并通过透射面射出光学棱镜304（优选以垂直方向射出）。此时，未射入光学棱镜304的发射信号光与经光学棱镜304射出的发射信号光之间的夹角为180°。

隔离器303，位于第一透镜302与光学棱镜304之间，用于防止发射信号光反射回光学棱镜304。具体的，由于隔离器303允许光单方向通过，反方向被阻拦，防止发射信号光返回至光学棱镜304。

第一透镜302，位于隔离器303与固定于固定组件301上的第二光纤309之间，用于将发射信号光a耦合至第二光纤309。

来自第一光纤308的光经过第二透镜307、滤光片306射入光学棱镜304，经光学棱镜反射后经过隔离器303射入第一透镜302，在第一透镜302的汇聚下耦合至第二光纤309中。

第二光纤309不仅实现了将发射信号光传出至光模块外部的光纤，还实现了将外部光纤的接收信号光传入光模块中，实现了光模块外部使用一根光纤发射与接收光，即单纤双向传输模式。

接收信号光b通过第二光纤309传输至第一透镜302，接收信号光来自光模块的外部光纤。

第一透镜302接收来自第二光纤309的接收信号光，第一透镜302实现对接收信号光的光路整形。接收信号光从第二光纤309传出后，呈发散状态，第一透镜302实现对信号光的准直，使接收信号光成为平行光，准直光路/平行光路可以在较长的传播距离中保持光能量的集中，实现较低传输损耗，也有利于在后端实现光汇聚。

隔离器303位于第一透镜302的光路上，接收来自第一透镜302传来的光。隔离器303，位于第一透镜302与光学棱镜304之间，用于防止接收信号光反射回第一透镜302。具体的，由于隔离器303允许光单方向通过，反方向被阻拦，防止接收信号光返回至第一透镜302。

光学棱镜304，位于基座300的另一端（与固定组件301固定方向相反的一端），用于改变光的传输方向。光学棱镜304中还包括分光面3041，分光面位于第一反射面3040与第二反射面3042之间，不同波长的光在射入分光面时发生的反射或透射特性不同。发射信号光与接收信号光具有不同的波长，发射信号光可以透射过分光面，而接收信号光在分光面处发生反射。接收信号光射入光学棱镜304的透射面（优选以垂直方向入射），继续射入直至光学棱镜304的第一反射面；接收信号光在光学棱镜304的第一反射面发生反射；接收信号光经第一反射面反射后射入分光面，由分光面将接收信号光反射向透射面（优选以垂直方向射出），接收信号光从透射面射出。

为了实现对接收信号光的接收，光学组件还包括光电探测器305。光电探测器305，设置于基座500上，位于光学棱镜304朝向第一透镜302的一侧，可以接收来自透射面射出的光。具体的，光电探测器305包括光敏面。光电探测器305的光敏面收到接收信号光b，将接收信号光转化为电信号。光电探测器305将电信号由导线引出，引出的电信号由接收电路处理后传至光模块的上位机中，接收电路包括跨阻放大器及限幅放大器。

未射入光学棱镜304的接收信号光，与经光学棱镜304中分光面反射继而射出的接收信号光，实现了光传播方向的改变，方向的改变超过了90°，具体可以是180°。

根据光路传输需求，也可以由第一光纤接收来自外部的接收信号光，由第二光纤接收来自光发射部件的发射信号光，由第一光纤将发射信号光传出光模块外部，这时反射面的倾斜方向发生改变，以将来自第一光纤的接收信号光反射向光电探测器。

第一光纤308和第二光纤309内的光纤的包层直径是80微米。这种包层直径是80微米的光纤相对于包层直径是125微米的普通光纤具有以下优点：（1）在加长了工作距离（第一透镜和第二透镜中间的距离）时不会有太大的光纤耦合损耗；（2）80微米光纤的弯曲损耗小，体积小，适合在较小的空间里绕纤并固定在封装壳中。

第一透镜302，位于固定于固定组件301上的第二光纤309与隔离器303之间，用于将第二光纤309发出的信号光准直为准直光。具体的，第一透镜302为准直透镜，可将第二光纤309发出的光准直为准直光。

图9为本申请实施例提供的固定组件一个角度的结构示意图。图10为图9的分解结构示意图。图11为本申请实施例提供的固定组件另一个角度的结构示意图。图12为图11的分解结构示意图。本申请实施例中，固定组件301包括底板3011和盖板3012。

具体的，底板3011，设置于基座300的一端，与基座300连接。盖板3012，与底板3011围城两个固定槽，两个固定槽分别用于固定第一光纤308和第二光纤309。

盖板3012下表面设置有两个第一凹槽30121，与盖板3012相接触的底板3011一面可以设置第二凹槽，也可以不设置第二凹槽，其中，第二凹槽与第一凹槽对应设置。当底板3011设置有第二凹槽时，盖板3012盖于底板3011上，第一凹槽30121和第二凹槽形成两个第一固定槽。当底板3011不设置第二凹槽时，盖板3012盖于底板3011上，第一凹槽30121与底板3011形成两个第二固定槽。第一固定槽和第二固定槽均可用于固定第一光纤308和第二光纤309。

本申请实施例中，第一光纤308和第二光纤309的一端均无保护层，即只有裸露的多根光纤。

为了将第一光纤308固定于第一固定槽，第二光纤309固定于第二固定槽，第一凹槽30121包括两个相交面。两个相交面之间的夹角介于0°-180°。当第一光纤308和第二光纤309内光纤的数量均为3时，为了将三根光纤精确地固定于第一凹槽30121，可将第一凹槽的两个相交面之间的夹角设置为60°。

本说明书中实施例之间相同相似的部分互相参见即可。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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 (7)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

光学组件，包括基座，及分别设置在所述基座上的固定组件、第一透镜、隔离器、光学棱镜、滤光片及第二透镜；

所述固定组件，用于固定第一光纤和第二光纤；

所述第一透镜，与所述第二光纤相对设置，可将来自所述第二光纤的光汇聚或将光汇聚至所述第二光纤中；

所述光学棱镜，包括第一反射面及第二反射面，可用于改变光的传输方向，可在所述第一光纤与所述第二光纤中之间建立光通路；光传输方向的改变超过90度；

所述隔离器，位于所述光学棱镜与所述第二光纤之间，可允许光单方向通过；

所述第二透镜，与所述第一光纤相对设置，可将来自所述第一光纤的光汇聚或将光汇聚至所述第一光纤中。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光学组件还包括：

光电探测器，设置在所述基座上，位于所述光学棱镜与所述固定组件之间；

所述光学棱镜还包括分光面，所述分光面位于所述第一反射面与所述第二反射面之间，所述分光面可将接收信号光反射向所述光电探测器，可将所述发射信号光透射；

所述滤光片，位于所述光学棱镜与所述第二透镜之间，可允许特定波长的光通过。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一光纤和所述第二光纤内的光纤的包层直径是80微米。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述固定组件包括底板和盖板；

所述底板，设置于所述基座的一端，与所述基座连接；

所述盖板，与所述底板上形成两个固定槽。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述盖板的下表面设置有两个第一凹槽。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第一凹槽包括两个相交面，两个所述相交面之间的夹角介于0°-180°。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述第一凹槽的两个相交面之间的夹角为60°。

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