CN1523390A - 光学通信模块及其连接器 - Google Patents

Abstract

将光纤末端面的一半区域以45°角切割以构成反射表面。光发射元件设置为面向光纤的末端面。光感受器元件设置在光纤的旁侧并面向反射表面。从光发射元件发出的发射光进入光纤的末端面并通过光纤传输。还有，已经通过光纤的接收光被反射表面反射，并从光纤的旁侧射出，入射到光感受器元件上。因此不使用任何光学器件就能分离发射光和接收光。

Description

光学通信模块及其连接器

技术领域

本发明涉及一种光学通信模块及其装有该光学通信模块的连接器。尤其涉及一种用在单芯双向通信及其类似装置的光学通信模块。

背景技术

图1所示为一种执行单芯双向光纤通信的光学通信系统的概略结构图。光学通信系统100具有这样的一种结构，光学通信模块101中的每一个模块都装有一个光发射元件和一个光感受器元件，光学通信模块101通过一根光纤102相互连接。当数据从其中一个光学通信模块101A传输到另一个光学通信模块101B时，光学通信模块101A中的光发射元件发出发射光。从光学通信模块101A的光发射元件发出的发射光通过光纤102传输，然后另一个光学模块101B的光感受器元件接收该发射光。

当从另一光学通信模块101B向光学通信模块101A发送数据时，光学通信模块101B的光发射元件发出发射光。从光学通信模块101B的光发射元件发出的发射光通过光纤102传输，该光纤也可用于传输从光学通信模块101A发送的数据，而后，光学模块101A的光感受器元件接收该发射光。

该技术被称为“单芯双向通信”，即利用同一根光纤102，可以从一个光学通信模块101A传输数据至另一光学通信模块101B，也可以从另一光学通信模块101B传输数据至光学通信模块101A。尤其是，该技术可以同时执行发射和接收，也就是所说的“单芯双向全双工通信”。

需要注意的是，执行单芯双向通信的光学通信模块101需要一种能分离发射光和接收光的结构。通常，为了把发射光和接收光分开，这种系统主要是用光束分离器分离发射光的反射光所特有的偏振光。

然而由于光束分离器是昂贵的光学器件，这样就很难降低通信模块的成本。因此，被建议采用的分离发射光和接收光的结构是一种反光镜(例如，见日本专利申请公开号No.2001-242354)

图2所示为以上传统光学通信模块结构的概略侧视图。一光发射元件103被设置在光纤102的光学轴上。在光发射元件103和光纤102的末端面之间，设置一反光镜104，它的投射系数大约是50％，反射系数大约是50％。在被反射镜104反射的光路上设置一个光感受器元件105。

在这一结构中，从光发射元件103发出的光线通过反射镜104进入光纤102，另一方面，从光纤102射出的光被反射镜104反射，并入射到光感受器元件105上。

然而，即使该结构应用反射镜，也很难缩小光学通信模块的尺寸。在家庭设备中使用的光学通信模块不仅需要该模块成本低，而且需要其尺寸小。可是使用光学器件来分离光路很难做到减少该结构的成本和尺寸，这一直是一个困扰人们的问题。

发明内容

为了解决以上问题，本发明做了改进，本发明的目的是提供一种尺寸小、结构简单的光学通信模块和配备有该光学通信模块的连接器。

根据本发明，执行单芯双向通信的光学通信模块包括光纤，用于发出发射光线的光发射元件，用于接收光线的光感受器元件。光纤的末端面具有一倾斜部分，以构成反射表面。将光发射元件和光感受器元件其中的任意一个设置为面向光纤的末端面，另外一个设置在光纤的旁侧，并面向反射表面。光感受器元件设置在光发射元件所发出光线的最大扩散范围(diffusion range)之外。

在本发明的光学通信模块中，从光发射元件发出的发射光或者被光感受器元件接收的接收光可以被反射表面所反射，这样能使发射光和接收光彼此分开。在这种情况下，光感受器元件设置在光发射元件发出的光线的最大扩散范围之外，这样可以避免发射光直接入射到光感受器元件上。

不使用任何用于分离光路的光学器件，例如光束分离器，也能够分离出发射光和接收光，因此可以得到一种小尺寸且不昂贵的光学通信模块。而且，在防止串音的同时，该光学通信模块能够执行单芯双向通信。

可以将整个光纤的末端面倾斜来构成反射表面。光发射元件可以设置为面向光纤末端面，光发射元件的支持构件可以附连在与之邻接的光纤的末端面上。光感受器元件的支持构件附连在光发射元件的支持构件上，同时使这两个支持构件邻接。

光纤的末端面可以具有一倾斜的反射表面。倾斜的反射表面包括芯的末端面的一部分，该部分也至少是光纤末端面的一部分。反射表面相对于光纤的光学轴倾斜45度角。光感受器元件的光接收平面的法线相对于光纤的光学轴的角度是90度。

本发明中的连接器装有这种光学通信模块。也就是，连接器中结合有包括一个执行电信号和光信号间转换的电路、光纤、发射光线的光发射元件、接收光线的光感受器元件的光学通信模块。光纤也具有这样的末端面，即该末端面具有倾斜部分以构成反射表面。光发射元件和光感受器元件中的任意一个可以被设置成面向光纤的末端面。另外一个被设置在光纤的旁侧，并面向反射表面。且光感受器元件设置在光发射元件发出的光线的最大扩散范围之外。

在本发明的连接器中，从光发射元件发出的发射光线或被光感受器元件接收的接收光线被反射表面所反射，因而发射光和接收光得以相互分离。不使用例如光束分离器这样的用于分离光路的光学器件也能够分离出发射光和接收光，因此得到了能执行光信号和电信号之间的转换的小尺寸连接器。

本说明书结束部分尤其指出并直接要求本发明的主题内容。而且，熟练的工艺人员将会很好的理解本发明的结构及操作方法，通过阅读本说明书的其余部分及参照附图，更能理解其优点及其目的所在，其中相同的附图标记是指相同的元件。

附图说明

图1是执行单芯双向光纤通信的光学通信系统的概略结构解释图；

图2是传统光学通信模块的结构概略侧视图；

图3是本发明一个实施例中光学通信模块的结构侧视图；

图4是本发明一个实施例中光学通信模块结构的一重要部分的前视图；

图5是光纤的一个重要部分的结构透视图；

图6是光学通信模块整体结构的分解透视图；

图7是光学通信模块的一个重要部分的结构部分剖开透视图；

图8是本发明的另一实施例中的不同的光学通信模块的侧视图；

图9是本发明的另一表面发射半导体激光器侧视图；

图10是应用本发明中的光学通信模块的连接器的结构透视图；

图11是应用本发明中的光学通信模块的另一连接器的结构透视图；

图12是应用本发明中的光学通信模块的另外的连接器的结构透视图；

图13是该光学通信模块的应用实例的透视图。

具体实施方式

以下参照附图将要描述根据本发明所记载的光学通信模块以及连接器的实施例。图3和4示出根据本发明实施例的光学通信模块1的结构，图3是侧视图，图4是其重要部分的前视图。图5是光纤2的重要部分的结构透视图。

本发明实施例中的光学通信模块1应用到内部家庭设备的通信，局域网(LAN)，存储区域网(SAN)等等。这种光学通信模块1是通过一根光纤就能执行全双工双向通信的光学前端模块。它具有这样一种结构，光纤2的末端面2a被部分倾斜切割，形成反射表面2b。当将光发射元件3和光感受器元件4互相靠近设置时，反射表面2b将发射光和接收光相互分离以防止串扰。

在光纤2上覆盖金属箍2c，光纤被导轨5构成的V形槽5a所支持。例如，将光纤2的末端面2a的一部分，例如一半，沿相对于光纤2的光学轴倾斜45度角的方向切割，以形成反射表面2b。

倾斜的反射表面2b包括芯2e末端面的一部分。芯2e末端面的该部分也至少是光纤2末端面2a的一部分。术语“芯”是指环绕光纤2光学轴的中心区域，发射光和接收光通过这个区域传输。芯的折射率比其它区域的折射率高，例如比光纤2的覆盖层2f的折射率高。覆盖层2f环绕芯2e。

光发射元件3由例如半导体激光器(LD)构成，并以面向光纤2末端面2a的方式设置。

当激光发射元件3面向光纤2的末端面2a时，在光纤2上没有反射表面2b的末端面2a的一侧就变成了入射表面2d，在这个入射表面2d上，发射光就成为入射光，如图4所示。

光感受器元件4由例如光电二极管(PD)构成，并以面向反射表面2b并相对于光纤2的光学轴成90°的方式设置。从光纤2穿过的接收光被反射表面2b反射，并相对于光学轴偏转90度。因此，接收光从光纤2的侧面发射，并入射到光感受器元件4中。如图4所示在光纤2的一半区域内构成反射表面2b，这样光感受器元件4设置在偏离反射表面2b的一侧。

这里要注意的是，反射表面2b是将光纤2的末端面2a的一部分切割而形成的，并且光发射元件3面向末端面2a，从而光发射元件3和光感受器元件4才能互相紧密设置。

这种紧密设置方式可以使光感受器元件4设置在光发射元件3发出的激光的最大扩散范围之外。因为从光发射元件3发出的激光的最大扩散范围与光发射方向成45°的角，将光感受器元件4设置在垂直于光发射点不小于45°的角位移处，才能阻止从光发射元件3发射的光直接入射到光感受器元件4上。

光发射元件3安装在附属装配台6上，附属装配台具有驱动电路。通过提供附属装配台6作为光发射元件3的支持构件，并且在光发射元件3的边缘和光纤2的末端面2a相互邻接的情况下，光发射元件3和光纤2彼此附连在一起，由此光纤2和光发射元件3之间的位置关系唯一确定。在本实施例的结构中，光纤2的末端面2a和作为光感受器元件4的支持构件的封装与附件中的附属装配台6的边缘邻接。因此，光纤2、光发射元件3和光感受器元件4之间的位置关系就能唯一确定，从而能够提高装配的准确性以及简化装配工作的步骤。

附图6展示光学通信模块整体结构的分解透视图。图7是光学通信模块1的一个重要部分的结构的部分剖开透视图。光学通信模块1合并有封装10，封装10具有例如一个小的外封装的形状(SOP)。封装10里安装有一个将电流转换为电压的放大电路11，一个结合有用于驱动光发射元件3的驱动电路的集成电路(IC)12，一个信号整形电路，及类似部件。而且，例如还包括一个用于连接结合有光纤2的电缆的机构。封装10安装在板上(未示出)，这样才可以执行板间(inter-board)的光学通信等。

接下来将要描述本实施例中光学通信模块1的操作方式。为发出信号，经编码而适于双向光学通信的输入信号输入至有驱动偏压供送的光发射元件3，从而引发光发射元件3发出发射光7。

由光发射元件3发出的发射光7通过光纤的末端面2a的入射面2d进入光纤2。这里要注意，光感受器元件4设置在发射光7的最大扩散范围之外，由此防止已经进入到光纤2的发射光7直接入射到光感受器元件4上。因此能够减少由于发射信号对光感受器元件4的串扰。

已经进入到光纤2中的发射光7为安装在构成光纤2的传输通道的另一端而具有相同结构的光学通信模块1提供接收光8。也就是，已经穿过光纤2并到达光学通信模块1的接收光8被反射表面2b朝向光感受器元件4反射，从光纤2的侧面射出，并入射到光感受器元件4上。于是，入射到光感受器元件4的接收光8被转换电路14转换为电信号并输出。

这里要注意的是，通过在反射表面2b上形成蒸发膜，例如铝膜，能够提高反射效率。另外，也可以利用由于光纤2和空气之间的边界表面引起的全反射。在这种情况下，可以基于反射表面2b的精度来调节反射效率。

另外，尽管在以上的实施例中反射表面2b在光纤2的末端面2a的一半区域上形成，也可以通过改变反射表面2b的尺寸来调整接收光的信号强度。从以上可以看出，通过处理反射表面2b，就能够调节发射/接收信号的强度和信号光与噪声间的信噪比。

图8是本实施例中的不同的光学通信模块的侧视图。如图8所示的一个光学通信模块1A具有这样一种结构，其中的光感受器元件4面向光纤2的末端面2a，光发射元件3设置在光纤2的旁侧，并面向反射表面2b。

在这种结构中，从光发射元件3发出的发射光7被反射表面2b反射，并通过光纤2传输。而已经穿过光纤2并进入光学通信模块1A的接收光8从光纤2的末端面2a传出，并进入到光感受器元件4中。

这里要注意的是，光发射元件3可以具有这样一种结构，它在与基板平行的方向上发射光线，光发射元件3安装在基板上。在这种情况下，如图8所示的光学通信模块1A需要使用具有镜子的附属装配台，镜子可以使光垂直转向。可选地，如图9所示，可以采用象垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)和应用棱镜的表面发射激光器这样的表面发射半导体激光器。

如图9所示，应用棱镜的表面发射激光器具有：光发射元件3，它安装在附属装配台15上；基板16，附属装配台安装在该基板上，并且该基板具有所需的电线；以及棱镜17，具有一个倾斜45度角的倾斜表面17a，该倾斜表面17a面向光发射元件3。

从光发射元件3发出的发射光18被棱镜17的倾斜表面17a反射，并通过光纤传输(未示出)，到达光纤的另一侧。

本实施例的另一个不同的光学通信模块也具有这样一个结构，它虽然没有示出，但是通过使反射表面2b转向，并将光感受器元件4设置在光纤2的旁侧可以形成这样的结构。另外，也可以提供这样的一个结构，就是光纤2不是由具有V型槽5a的导轨5支持，而用一个贯通孔支持。

本实施例中的光学通信模块1，1A没有使用需要分离光路的光学部件，它们所具有的光发射元件3和光感受器元件4紧靠光纤2的末端面2a设置，能实现小型化。由此就能够在现有的连接器中构建这样的模块。

图10-12是应用光学通信模块1或1a的连接器的结构透视图。图10所示是该模块应用到现有光学连接器21的一种情况。例如，如果与光学连接器21相配的板侧光学连接器22由光学通信模块1构成，就能将板小型化。

图11所示的一种情况是将模块应用于通用的串行总线(USB)连接器23。本实施例中的光学通信模块1或1a所具有的尺寸使其能够结合到USB连接器23中。通过将光学通信模块1结合到USB连接器23中，就能在USB连接器23中执行光信号和电信号的转换，从而通过光学线路实现现有装置的彼此连接，并实现单芯双向全双工通信。

图12所示为光学通信模块1或1a应用到模块连接器24的情况。本实施例中的光学通信模块1所具有的尺寸使之能结合到模块连接器24中。将光学通信模块1装入模块连接器24，就能在模块连接器24中执行光信号和电信号之间的转换，这样通过光学线路实现现有的相似装置之间的彼此连接，并能够实现单芯双向全双工通信。

另外，如上所述本实施例中的光学通信模块1或1a可以做得很小，这样就能与IC芯片结合。图13是该光学通信模块1的应用实例的透视图，即将图12中的模块置入IC芯片25中。本实施例中的光学通信模块1所具有的尺寸使之可结合到四线扁平封装(QFP)类型的IC芯片25中。将光学通信模块1结合到IC芯片25中，就能够在IC芯片25中执行光信号和电信号之间的转换，这样，通过使用光纤直接连接例如IC芯片(未示出)，并能够实现单芯双向全双工通信。而且，根据IC芯片25的尺寸，能够将光学通信模块置入IC芯片25，并将光发射元件和光感受器元件与多芯光纤2匹配设置，从而适应大容量通信。

如上所述，在不利用任何分离光路例如光束分离器这样的光学器件的情况下，本发明实施例中的光学通信模块可以分离发射光和接收光，从而提供尺寸小、又便宜的光学通信模块。而且，在防止串扰的同时，光学通信模块能够执行单芯双向通信。

与本发明相关的连接器也安装有以上提到的光学通信模块，这样在光信号和电信号之间执行转换功能的同时，还拥有小尺寸。

以上描述了一种执行单芯双向通信的光学通信模块或者相关器件，以及含有该光学通信模块的连接器。前面的说明书部分已经描述了本发明的最佳实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的前提下可以作更宽范围的修改。所附权利要求旨在覆盖所有这样的落入本发明的实质范围和精神之下的所有修改。

Claims (9)

1、一种执行单芯双向通信的光学通信模块，包括：

光纤；

用于发射光线的光发射元件；以及

用于接收光线的光感受器元件，

其中所述光纤具有一个末端面，所述末端面具有倾斜部分以形成反射表面；

其中所述光发射元件和所述光感受器元件中的任意一个设置成面向所述光纤的所述末端面，所述光发射元件和所述光感受器元件中的另一个设置在所述光纤的旁侧，并面向反射表面；以及

其中所述光感受器元件设置在所述光发射元件所发射光线的最大扩散范围之外。

2、根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述光纤的整个末端面都是倾斜的，以构成反射表面。

3、根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述光发射元件设置为面向所述光纤的末端面，以及

其中所述光发射元件的支持构件附连到与其相邻接的光纤的末端面上。

4、根据权利要求3所述的光学通信模块，其中所述光感受器元件的支持构件附连到所述光发射元件的支持构件上，同时这两个支持构件邻接。

5、根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述的光纤的末端面具有一倾斜的反射表面，该倾斜的反射表面包括芯的末端面的一部分，所述部分至少是所述光纤的所述末端面的一部分。

6、根据权利要求5所述的光学通信模块，其中所述反射表面相对于光纤的光学轴成45度角倾斜。

7、根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述光感受器元件的光线接收平面的法线与所述光纤的光学轴成90度角设置。

8、根据权利要求1所述的光学通信模块，其中所述光发射元件是一个表面发射半导体激光器。

9、一种装有光学通信模块的连接器，所述光学通信模块包括：

执行电信号和光信号转换的电路；

光纤；

用于发射光线的光发射元件；以及

用于接收光线的光感受器元件，

其中所述光纤具有一个末端面，所述末端面具有一倾斜部分以形成反射表面；

其中所述光发射元件和所述光感受器元件中的任意一个设置成面向所述光纤的所述末端面，所述光发射元件和所述光感受器元件中的另一个设置在所述光纤的旁侧，并面向反射表面；以及

其中所述光感受器元件设置在所述光发射元件所发射光线的最大扩散范围之外。

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