CN116184579A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供的光模块包括电路板、光发射次模块、光接收次模块、光纤适配器、光环形器与第二光路平移棱镜，光发射次模块包括设于电路板上的发射壳体及设于发射壳体内的激光器；光接收次模块设于电路板上，位于发射壳体的外部；光纤适配器与发射壳体连接；光环形器设于发射壳体内，激光器发射的光信号透过光环形器射入光纤适配器，光纤适配器输入的外部光信号通过光环形器射入第二光路平移棱镜；第二光路平移棱镜的一端与光环形器的出光口对应设置、另一端位于发射壳体的外部，对外部光信号反射平移后射入光接收次模块。本申请通过光纤适配器、光环形器与光路平移棱镜，在狭小空间内实现了光发射、接收信号的单纤双向传输，优化了装配流程。

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。

随着数据中心对通信带宽增长的需求不断提高，对光模块的速率要求也越来越高，尤其是近年来，400G和400G光模块逐渐推向市场。随着传输速率的提高，有限的光纤资源逐渐成为扩展传输带宽的瓶颈。单光纤的双向传输成为缓解这一瓶颈的有效途径之一。但由于光模块的体积越来越小，如何在现有光模块的有限空间中实现双向传输光信号的合并和分离就成为能否达成这一目标的关键。

发明内容

本申请实施例提供了一种光模块，以在现有光模块的有限空间中实现双向传输光信号的合并和分离，合理布局光学部件，优化装配流程。

本申请提供的一种光模块，包括：

电路板；

光发射次模块，设置于所述电路板上，包括发射壳体与激光器，所述发射壳体设置于所述电路板上，所述激光器设置于所述发射壳体内；用于发射光信号；

光接收次模块，设置于所述电路板上，位于所述发射壳体的外部；用于接收外部光信号；

光纤适配器，与所述发射壳体连接；

光环形器，设置于所述发射壳体内，发射的光信号透过所述光环形器射入所述光纤适配器；以及，所述光纤适配器输入的外部光信号通过所述光环形器射入第二光路平移棱镜；

第二光路平移棱镜，一端与所述光环形器的出光口对应设置、另一端位于所述发射壳体的外部，用于对外部光信号反射平移后射入所述光接收次模块。

本申请实施例提供的光模块包括电路板、光发射次模块、光接收次模块、光纤适配器、光环形器与第二光路平移棱镜，光发射次模块设置于电路板上，其包括发射壳体与激光器，发射壳体设置于电路板上，激光器设置于发射壳体内，用于发射光信号；光接收次模块设置于电路板上，位于发射壳体的外部，用于接收外部光信号；光纤适配器与发射壳体连接，使得光纤适配器通过单根光纤与发射壳体连接；光环形器设置于发射壳体内，激光器发射的光信号透过光环形器射入光纤适配器，实现光的发射；以及，外部光信号通过光纤适配器射入光环形器，光环形器将外部光信号传输至第二光路平移棱镜，如此，通过光环形器将激光器发射的光信号与外部光信号分离开，在狭小空间内能够实现双向传输光束的合并与分离，能够实现光发射和接收信号共享单根光纤；第二光路平移棱镜的一端与光环形器的出光口对应设置、另一端位于发射壳体的外部，用于对外部光信号反射平移后射入光接收次模块，如此将来自光环形器的光经由光路平移棱镜平移至光接收次模块，实现光的接收。本申请通过一个光纤适配器、单根光纤、光环形器能够实现发射光信号与接收光信号的单纤双向光传输，通过光路平移棱镜能够实现光路平移，以实现光的接收，由此通过合理布局光学部件，优化装配流程，使模块整体的装配极大的简化，生产效率和维修效率大为提高，更适合批量化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例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公开的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程、信号的实际时序等的限制。

图1为根据一些实施例的一种光通信系统的连接关系图；

图2为根据一些实施例的一种光网络终端的结构图；

图3为根据一些实施例的一种光模块的结构图；

图4为根据一些实施例的一种光模块的分解图；

图5为本申请实施例提供的一种光模块中电路板、光发射次模块、光接收次模块与光纤适配器的装配示意图；

图6为本申请实施例提供的一种光模块中电路板、光发射次模块、光接收次模块与光纤适配器的局部分解示意图；

图7为本申请实施例提供的一种光模块中电路板的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种光模块中光发射次模块的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种光模块中光发射次模块的另一角度结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种光模块中发射壳体的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种光模块中发射壳体的另一角度结构示意图；

图12为本申请实施例提供的一种光模块中电路板与光发射次模块的装配剖视图；

图13为本申请实施例提供的一种光模块中发射光路示意图；

图14为本申请实施例提供的一种光模块中发射光路的另一角度示意图；

图15为本申请实施例提供的一种光模块中光环形器的分光、合光示意图；

图16为本申请实施例提供的一种光模块中发射壳体与光接收次模块的装配示意图；

图17为本申请实施例提供的一种光模块中接收光路示意图；

图18为本申请实施例提供的一种光模块中接收光路的另一角度示意图；

图19为本申请实施例提供的一种光模块中光发射次模块与光接收次模块的信号连接示意图；

图20为本申请实施例提供的一种光模块中光发射次模块的信号连接剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本公开一些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，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“示例性实施例(exemplary embodiments)”、“示例(example)”、“特定示例(specific example)”或“一些示例(some examples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在描述一些实施例时，可能使用了“耦接”和“连接”及其衍伸的表达。例如，描述一些实施例时可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或电接触。又如，描述一些实施例时可能使用了术语“耦接”以表明两个或两个以上部件有直接物理接触或电接触。然而，术语“耦接”或“通信耦合(communicatively coupled)”也可能指两个或两个以上部件彼此间并无直接接触，但仍彼此协作或相互作用。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。

“A、B和C中的至少一个”与“A、B或C中的至少一个”具有相同含义，均包括以下A、B和C的组合：仅A，仅B，仅C，A和B的组合，A和C的组合，B和C的组合，及A、B和C的组合。

“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。

本文中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。

如本文所使用的那样，“约”、“大致”或“近似”包括所阐述的值以及处于特定值的可接受偏差范围内的平均值，其中所述可接受偏差范围如由本领域普通技术人员考虑到正在讨论的测量以及与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的局限性)所确定。

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一种光通信系统的连接关系图。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一种光网络终端的结构图，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为根据一些实施例的一种光模块的结构图，图4为根据一些实施例的一种光模块的分解图。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。

在本公开一些实施例中，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的右端)，开口205也位于光模块200的端部(图3的左端)。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、电子元件及芯片，通过电路走线将电子元件和芯片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。电子元件例如可以包括电容、电阻、三极管、金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。芯片例如可以包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、跨阻放大器(Transimpedance Amplifier，TIA)、时钟数据恢复芯片(Clock and DataRecovery，CDR)、电源管理芯片、数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片。

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。

电路板300还包括形成在其端部表面的金手指，金手指由相互独立的多个引脚组成。电路板300插入笼子106中，由金手指与笼子106内的电连接器导通连接。金手指可以仅设置在电路板300一侧的表面(例如图4所示的上表面)，也可以设置在电路板300上下两侧的表面，以适应引脚数量需求大的场合。金手指被配置为与上位机建立电连接，以实现供电、接地、I2C信号传递、数据信号传递等。当然，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，以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、光接收次模块与光纤适配器的装配示意图。如图5所示，本申请实施例提供的光模块中，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均设置在电路板300的上表面上，且光发射次模块400与光接收次模块500通过同一光纤与光纤适配器600相连接。即光发射次模块400发射的光信号通过光纤、光纤适配器600传输出去，实现了光的发射；外部光信号通过光纤适配器600、光纤传输至光接收次模块500，实现了光的接收。如此，实现了光发射信号和光接收信号共享单根光纤，从而能够减少对光纤资源的需求和占用。

图6为本申请实施例提供的光模块中电路板、光发射次模块、光接收次模块与光纤适配器的局部分解示意图，图7为本申请实施例提供的光模块中电路板的结构示意图。如图6、图7所示，电路板300上设置有安装孔320，光发射次模块400的发射壳体嵌在该安装孔320内，以将设在发射壳体内的激光器组件靠近电路板300的上表面(正面)，如此将光发射次模块400安装至电路板300上后，激光器组件的打线表面与电路板300的正面位于同一平面上，使得电路板300的正面与激光器组件的连接打线最短，以保证优良的高频传输性能。

电路板300的正面上可设置信号处理芯片310、MCU、电源管理芯片、TIA(Trans-impedance Amplifier，跨阻放大器)、高速PD(Photo Diode，光电二极管)等，信号处理芯片310与跨阻放大器通过高频信号线连接，其中，信号处理芯片310用于高频信号的处理。

电路板300正面的电路设计主要是为了将从金手指端传过来的高频信号，经过信号处理芯片310处理后再经由高频信号线传送给光发射次模块400，使得光发射次模块400发射光信号。同时，光接收次模块500将接收的外部光信号转换为电信号，由PD接收到的高频信号经TIA放大后，经由连接TIA和信号处理芯片310的高频信号线传输给信号处理芯片310进行处理，再经由金手指传送通信系统。

电路板300正面的电路设计以及器件布局主要是为了有利于光发射次模块400的发射信号和光接收次模块500的接收信号所需的光学组件的安装，耦合和电路连接。

图8为本申请实施例提供的光模块中光发射次模块的结构示意图，图9为本申请实施例提供的光模块中光发射次模块的另一角度结构示意图。如图8、图9所示，光发射次模块400可包括发射壳体410及设置在发射壳体410内的激光器420、准直透镜430、光合波器440、第一光路平移棱镜450、光环形器460与光纤耦合器470，发射壳体410朝向下壳体202的底面嵌在电路板300的安装孔320内，激光器420、准直透镜430、光合波器440、第一光路平移棱镜450、光环形器460与光纤耦合器470均安装在发射壳体410的安装面上，且激光器420、准直透镜430的安装高度低于光合波器440、第一光路平移棱镜450的安装高度，光合波器440、第一光路平移棱镜450的安装高度低于光环形器460、光纤耦合器470的安装高度，使得激光器420、准直透镜430的打线表面与电路板300的正面位于同一平面上。

在一些实施例中，光纤耦合器由耦合透镜和光纤法兰组成，也可称为光纤准直器，准直光束经过耦合透镜聚焦到光纤法兰上，从而进入光纤。在图8所示的实施例中，耦合透镜和光纤法兰预先安装在一个玻璃套管中，以保证其同心度。同样的原理，耦合透镜和光纤法兰也可以采用分离部件，通过有源耦合的方式进行组装。

发射壳体410包括发射壳本体4110及设置在发射壳本体4110底面的凸起4120，该凸起4120由发射壳本体4110的底面向下壳体202的方向延伸，且该凸起4120前后方向的宽度尺寸小于发射壳本体4110前后方向的宽度尺寸，凸起4120左右方向的长度尺寸可小于或等于发射壳本体4110左右方向的长度尺寸。如此，将光发射次模块400安装至电路板300上时，将凸起4120嵌在电路板300的安装孔320内，使得凸起4120贯穿电路板300；发射壳本体4110的底面与电路板300的正面相接触，以将发射壳体410安装至电路板300的正面上。

激光器420发射的激光光束经由准直透镜430转换为准直光束，准直光束经由第一光路平移棱镜450将高度较低的准直光束反射至安装高度较高的光环形器460，激光器420发射的发射光束是线偏振光，发射光束射入光环形器460后，发射光束在光环形器460内的光路保持直线传输，路径不变，使得发射光束直接穿过光环形器460射入光纤耦合器470中，经由光纤耦合器470将发射光束耦合至光纤适配器600，实现光信号的发射。

对于高传输速率的光模块，如400G光模块，为实现400G光模块的传输速率，需要集成4路光发射器和4路光接收器，因此光发射次模块400包括4个光发射器，以实现4路光发射光束的发射；光接收次模块500包括4个光接收器，以实现4路接收光束的接收。

基于此，发射壳体410的安装面上设置有4个激光器420、4个准直透镜430、光合波器440、第一光路平移棱镜450、光环形器460与光纤耦合器470，该发射壳体410的底面朝向下壳体202，发射壳体410的安装面朝向上壳体201，4个激光器420、4个准直透镜430、光合波器440、第一光路平移棱镜450、光环形器460与光纤耦合器470均安装在发射壳本体4110的安装面上，激光器420与准直透镜430一一对应设置，每个激光器420发射一路激光光束，每个准直透镜430将一路激光光束转换为准直光束，4路准直光束分别射至光合波器440内，4路准直光束在光合波器440内进行合波以输出一路复合光束，一路复合光束射至第一光路平移棱镜450。

在一些实施例中，光环形器460包括入光口、出光口与出入光口，出入光口朝向光纤适配器600，入光口与出光口位于同一侧，且入光口、出光口背向光纤适配器600。

第一光路平移棱镜450的输入面与光合波器440的输出面对应设置，第一光路平移棱镜450的输出面与光环形器460的入光口对应设置，通过第一光路平移棱镜450对复合光束进行反射，以改变复合光束的传输方向及位置，以通过第一光路平移棱镜450的光路平移将复合光束射至光环形器460内，复合光束直接穿过光环形器460经由出入光口射至光纤耦合器470，经由光纤耦合器470将复合光束耦合至光纤，实现了多路发射光束合成一路复合光束发射出去。

图10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11为本申请实施例提供的光模块中发射壳体的另一角度结构示意图。如图10、图11所示，发射壳本体4110朝向上壳体201的侧面上设置有相连通的第一安装槽4130、第二安装槽4140与第三安装槽4150，第一安装槽4130靠近光纤适配器600，第三安装槽4150远离光纤适配器600，第二安装槽4140位于第一安装槽4130与第三安装槽4150之间，且第一安装槽4130的安装面(底面)高于第二安装槽4140的安装面(底面)，第二安装槽4140的安装面(底面)高于第三安装槽4150的安装面(底面)，如此使得发射壳本体4110内形成高度不同的台阶面。

图12为本申请实施例提供的光模块中电路板与光发射次模块的装配剖视图。如图12所示，第三安装槽4150的安装面凹陷于电路板300的正面，激光器420、准直透镜430均设置在第三安装槽4150的安装面上；第二安装槽4140的安装面可略凹陷于电路板300的正面，光合波器440、第一光路平移棱镜450均设置在第二安装槽4140的安装面上；第一安装槽4130的安装面高于电路板300的正面，光环形器460设置在第一安装槽4130的安装面上。

在一些实施例中，光发射次模块400还包括半导体制冷器480与激光器基板490，半导体制冷器480设置在第三安装槽4150的安装面上，激光器基板490设置在半导体制冷器480的制冷面上，激光器420设置在激光器基板490的顶面上，通过半导体制冷器480与激光器基板490抬高了激光器420的安装面，使得激光器420的打线表面与电路板300的正面位于同一平面上。准直透镜430设置在半导体制冷器480的制冷面上，且准直透镜430位于激光器420的出光方向上，用于将激光器420发射的激光光束转换为准直光束。

在一些实施例中，发射壳本体4110朝向光纤适配器600的一端设置有通孔4170，该通孔4170与第一安装槽4130相连通，光纤耦合器470通过该通孔4170固定于发射壳本体4110上。

图13为本申请实施例提供的光模块中发射光路示意图，图14为本申请实施例提供的光模块中发射光路的另一角度示意图。如图13、图14所示，将激光器420通过激光器基板490、半导体制冷器480安装至第三安装槽4150的安装面上，将准直透镜430通过半导体制冷器480安装至第三安装槽4150的安装面上，将光合波器440、第一光路平移棱镜450设置在第二安装槽4140的安装面上，将光环形器460设置在第一安装槽4130的安装面上后，4路激光器420发射4路激光光束，4路激光光束经由4个准直透镜430转换为4路准直光束，4路准直光束射至光合波器440后，经由光合波器440将4路准直光束合成为一路复合光束，一路复合光束射至第一光路平移棱镜450后，第一光路平移棱镜450将平行于第二安装槽4140安装面的复合光束反射至平行于第一安装槽4130安装面的复合光束，反射后的复合光束直接透过光环形器460射至光纤耦合器470，经由光纤耦合器470耦合至内部光纤，经由内部光纤、光纤适配器600将复合光束发射出去。

光发射次模块400通过采用光环形器460及必需的光束平移棱镜将发射光束平移至合适的高度或位置，以便进行光的合波操作，同时使得在装配时激光器的打线表面高度与电路板300的正面相同，从而使得两者的连接打线最短，以保证优良的高频传输性能。

图15为本申请实施例提供的光模块中光环形器的分光、合光示意图。如图15所示，光环形器460包括第一起偏器4610、法拉第旋转器4620、半波片4630与第二起偏器4640，第一起偏器4610与第一光路平移棱镜450的输出端对应设置，第一起偏器4610、法拉第旋转器4620、半波片4630与第二起偏器4640沿光发射方向依次设置。第一光路平移棱镜450射出的复合光束由下向上传输，光路中的双向箭头表示光偏振方向，在此处平行于纸面。

起偏器用于对光束进行偏振分光，线偏振光直接通过起偏器，不会进行分光，非偏振光射入起偏器后，非偏振光在起偏器的镀膜面会分成两路偏振方向的光。法拉第旋转器4620在磁场的作用下改变光的偏振方向，使通过它的光偏振方向在光传播方向进行顺时针旋转，在逆向通过时进行逆时针旋转。半波片将光在正向或逆向通过时进行顺时针旋转。

由于第一光路平移棱镜450射出的复合光束由于是线偏振光，从下向上传输过程中，复合光束射入第一起偏器4610后不会进行分光，复合光束直接穿过第一起偏器4610，之后复合光束依次进入法拉第旋转器4620、半波片4630，其偏振方向未发生改变，光路保持直线传输，路径不变，使得第一光路平移棱镜450射出的复合光束直接穿过光环形器460射入光纤耦合器470内。

在一些实施例中，光发射次模块400与光接收次模块500共享单根光纤，即光发射次模块400与光接收次模块500共用同一光纤适配器600、内部光纤、光纤耦合器470与光环形器460，激光器420发射的激光光束依次经由准直透镜430、光合波器440、第一光路平移棱镜450、光环形器460与光纤耦合器470耦合至内部光纤，经由光纤适配器600发射出去。外部光信号依次经由光纤适配器600、内部光纤、光环形器460传输至光接收次模块500。

外部光信号射入光环形器460后，接收光束为非偏振光，包含双向箭头的一偏振光与圆圈的另一偏振光，双向箭头表示这部分光的偏振方向与纸面平行，圆圈表示这部分光的偏振方向与纸面垂直。接收光束的走向为从上向下传输，光束在起偏器的镀膜面会分成两路偏振方向的光分别传输，最后在向左平移一定距离的位置再合成一束光，继续向下传输。如此，通过光环形器460达到了接收光束与发射光束分开的目的。

接收光束射入第二起偏器4640后，接收光束在第二起偏器4640的镀膜面分成双向箭头的偏振光与圆圈的偏振光，双向箭头的偏振光透过该第二起偏器4640，之后双向箭头的偏振光依次进入半波片4630与法拉第旋转器4620，通过半波片4630与法拉第旋转器4620后双向箭头的偏振光转换为圆圈的偏振光，由法拉第旋转器4620射出的圆圈偏振光进入第一起偏器4610，转换后的圆圈偏振光在第一起偏器4610处以一定角度被反射，出射方向与双向箭头偏振光的出射方向相垂直。

而圆圈偏振光在第二起偏器4640处以一定角度被反射，出射方向与双向箭头偏振光出射方向不同，反射后的圆圈偏振光在第二起偏器4640处再次以一定角度被反射，出射方向与双向箭头偏振光的出射方向平行，再次反射后的圆圈偏振光依次进入半波片4630与法拉第旋转器4620，圆圈偏振光被转换为双向箭头偏振光，由法拉第旋转器4620出射的转换双向箭头偏振光进入第一起偏器4610，在第一起偏器4610处与反射后的转换后的圆圈偏振光进行合光，合光后的接收光束进入光接收次模块500。

图16为本申请实施例提供的光模块中发射壳体与光接收次模块的装配示意图。如图16所示，光接收次模块500包括第二光路平移棱镜510、光分波器520、耦合透镜组530、反射棱镜540与探测器550，第二光路平移棱镜510的输入端与光环形器460的出光口对应设置，第二光路平移棱镜510的输出端与光分波器520的输入端对应设置，如此光环形器460射出的接收光束经第二光路平移棱镜510的光路平移后射至光分波器520。

光接收次模块500设置在发射壳体410的外部，发射壳本体4110靠近光接收次模块500的侧壁上设置有开口4160，该开口4160贯穿发射壳本体4110一侧的侧壁，且开口4160与第一安装槽4130相连通，第二光路平移棱镜510的一端穿过开口4160固定于第一安装槽4130的安装面上，使得光环形器460的出光口与第二光路平移棱镜510的输入端对应设置；第二光路平移棱镜510的另一端位于发射壳体410的外部，且第二光路平移棱镜510的另一端与光分波器520的输入端对应设置，如此经由第二光路平移棱镜510光路平移的接收光束射入光分波器520。

在一些实施例中，光环形器460的安装高度、第二光路平移棱镜510的安装高度与光分波器520的安装高度可相同，如此将第二光路平移棱镜510水平固定在第一安装槽4130的安装面上，使得接收光束由光环形器460水平平移至光分波器520。

图17为本申请实施例提供的光模块中接收光路示意图，图18为本申请实施例提供的光模块中接收光路的另一角度示意图。如图17、图18所示，接收光束经由出入光口射入光环形器460内，接收光束依次经过第二起偏器4640、半波片4630、法拉第旋转器4620与第一起偏器4610，将接收光束与发射光束分开，使得接收光束透过光环形器460射至第二光路平移棱镜510，接收光束在第二光路平移棱镜510内进行反射平移，使得反射后的接收光束能够射入光分波器520内。

光接收次模块500通过采用光环形器460及第二光路平移棱镜510将双向传输的发射光束和接收光束分开并将接收光束平移至合适的位置，以便将接收光束射入光分波器520进行光的分波操作。

在一些实施例中，光接收次模块500还包括支撑板560与跨阻放大器570，支撑板560设置在电路板300的正面上，光分波器520与耦合透镜组530均设置在支撑板560上，以抬高光分波器520与耦合透镜组530的安装高度。

耦合透镜组530包括4个耦合透镜，每个耦合透镜与光分波器520的输出光束对应设置，如此光分波器520将一路反射后的接收光束解复用为4路光束，4路光束分别射入耦合透镜组530中对应的透镜，将光束转换为汇聚光束，4路汇聚光束射至反射棱镜540，每路汇聚光束在反射棱镜540处发生反射，反射后的汇聚光束垂直于电路板300。

探测器550设置在电路板300的正面上，且探测器550位于反射棱镜540的正下方，如此汇聚光束在反射棱镜540反射后，反射光束直接射入探测器550内，通过探测器550将光信号转换为电信号。

跨阻放大器570设置在电路板300的正面上，通过探测器550转换的电信号传输至跨阻放大器570，经由跨阻放大器570对电信号进行放大。

图19为本申请实施例提供的光模块中光发射次模块与光接收次模块的信号连接示意图，图20为本申请实施例提供的光模块中光发射次模块的信号连接剖视图。如图19、图20所示，信号处理芯片310朝向电路板300的侧面上可设置焊盘，电路板300正面上设置有相应的焊盘和焊球，信号处理芯片310通过焊盘、焊球与电路板300焊接。电路板300的正面上设置有高频信号线，该高频信号线的一端与信号处理芯片310信号连接，高频信号线的另一端靠近安装孔320的边缘。

由光模块电路板整体组件的侧剖面图可以看出激光器基板490与电路板300正面处于同一平面，通过打金线就可以把电路板300的高频信号线与激光器基板490的高频信号线连接起来，激光器420与激光器基板490通过打线连接，并保证高频信号的完整性。如此，从金手指端传过来的高频信号经过信号处理芯片310处理后，再经由高频信号线、打线传输至激光器基板490，再通过打线传输至激光器420，以驱动激光器420发射激光光束，实现了光的发射。

光接收次模块500的跨阻放大器570通过布设在电路板300正面的高频信号线与信号处理芯片310信号连接，如此由探测器550接收到的高频信号经跨阻放大器570放大后，经由连接跨阻放大器570与信号处理芯片310的高频信号线传输给信号处理芯片310进行处理，再经由金手指传送至通信系统，实现了光的接收。

本申请应用于高速光通信模块结构设计，包括光学、结构、高频信号传输和散热等方面的创新考虑，通过独特的光学和结构设计，通过采用结构紧凑的小型化的自由空间光环形器，在QSFP-DD的狭小空间里，实现了双向光传输的合并与分离，从而进一步实现了光发射和接收信号共享单根光纤，从而减少了对光纤资源的需求和占用。通过合理布局光学部件，优化装配流程，使模块整体的装配极大的简化，生产效率和维修效率大为提高，更适合批量化生产。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光发射次模块，设置于所述电路板上，包括发射壳体与激光器，所述发射壳体设置于所述电路板上，所述激光器设置于所述发射壳体内；用于发射光信号；

光接收次模块，设置于所述电路板上，位于所述发射壳体的外部；用于接收外部光信号；

光纤适配器，与所述发射壳体连接；

光环形器，设置于所述发射壳体内，发射的光信号透过所述光环形器射入所述光纤适配器；以及，所述光纤适配器输入的外部光信号通过所述光环形器射入第二光路平移棱镜；

第二光路平移棱镜，一端与所述光环形器的出光口对应设置、另一端位于所述发射壳体的外部，用于对外部光信号反射平移后射入所述光接收次模块。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述发射壳体的一侧设置有开口，所述第二光路平移棱镜的一端穿过所述开口固定于所述发射壳体内、另一端位于所述发射壳体的外部。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述发射壳体上设置有第一安装槽、第二安装槽与第三安装槽，所述第一安装槽的安装面高于所述所述第二安装槽的安装面，所述第二安装槽的安装面高于所述第三安装槽的安装面，所述第三安装槽的安装面凹陷于所述电路板的正面；

所述激光器设置于所述第三安装槽的安装面上，所述光环形器设置于所述第一安装槽的安装面上。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第二光路平移棱镜通过所述开口固定于所述第一安装槽的安装面上。

5.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第一光路平移棱镜，所述第一光路平移棱镜设置于所述第二安装槽的安装面上；所述激光器发射的光信号通过所述第一光路平移棱镜进行光路平移，平移后的光信号射入所述光环形器内。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述发射壳体朝向所述电路板的侧面上设置有凸起，所述电路板上设置有安装孔，所述凸起嵌设于所述安装孔内。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述凸起前后方向的宽度尺寸小于所述发射壳体前后方向的宽度尺寸，所述凸起左右方向的长度尺寸小于或等于所述发射壳体左右方向的长度尺寸。

8.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述光发射次模块包括多个激光器与光合波器，所述光合波器设置于所述第二安装槽的安装面上；多个激光器发射的多路光信号通过所述光合波器合成为一路复合光束，所述复合光束通过所述第一光路平移棱镜射入所述光环形器。

9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光环形器包括沿光发射方向依次设置的第一起偏器、法拉第旋转器、半波片与第二起偏器，所述光信号依次直接穿过所述第一起偏器、所述法拉第旋转器、所述半波片与所述第二起偏器；

所述外部光信号在所述第二起偏器处进行偏振分光，分光束分别穿过所述半波片、所述法拉第旋转器进行光束转换，转换后的分光束在所述第一起偏器处进行偏振合光。

10.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，还包括光纤耦合器，所述发射壳体朝向所述光纤适配器的一端设置有通孔，所述光纤耦合器插入所述通孔内，所述通孔与所述第一安装槽相连通。

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