CN207339856U - 板间自由空间通信光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了板间自由空间通信光模块，光发射模块包括发端主板、发端柔板、光发射单元，通过发端电接口连接在第一功能主板上；光接收模块包括收端主板、收端柔板、光接收单元，通过收端电接口连接在第二功能主板上，光发射模块发出的光束经过透镜整形然后经由自由空间进行光信号的传输，光接收模块对信号进行还原，从而实现光发射模块和光接收模块之间的信号传输，也即第一功能主板和第二功能主板之间的信号传输。本实用新型插拔方便、节省空间、结构简洁紧凑，成本更低，在板间互连方面具有极强的实用性。

Description

板间自由空间通信光模块

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种板间自由空间通信光模块。

背景技术

随着通讯领域的日益发展，传统的传输技术已经很难满足传输容量及速度的要求，在典型的应用领域如数据中心、网络连接、搜索引擎、高性能计算、雷达大数据通信等领域，为防止宽带资源的不足，需要在功能主板间提高数据通信容量，一种是通过电的方式增加传输路径的数目以提高传输带宽，但随着传输路径的增加，管脚就越多，PCB的设计变的更加复杂，电磁干扰等问题影响严重，导致系统增大且越来越复杂，成本升高。另一种方式是通过光模块实现高速高带宽的信号收发转换处理功能，显然这种方式优点突出，带宽高损耗小，不存在电磁干扰等。传统的光模块接入都是通过光纤作为介质进行模块间的互连，这就会在系统上增加很多光纤，占用空间大，插拔麻烦且容易造成模块端面的损伤，并且模块在设计生产上必须要有光跳线接口，这无疑也是增加模块成本的一个因素。而采用自由空间光模块，通过空间进行传输，省去光纤之间的互连环节，系统简洁整齐美观、高效实用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是传统的光模块接入都是通过光纤作为介质进行模块间的互连，这就会在系统上增加很多光纤，占用空间大，插拔麻烦且容易造成模块端面的损伤，并且模块在设计生产上必须要有光跳线接口，这无疑也是增加模块成本的一个因素，目的在于提供一种板间自由空间通信光模块，解决上述问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

板间自由空间通信光模块，包括第一功能主板、光发射模块、第二功能主板和光接收模块，第一功能主板包括第一插座，第二功能主板包括第二插座；

所述光发射模块包括依次连接的发端主板、发端柔板和光发射单元，发端主板包括光监控单元、电信号处理单元以及发端电接口，光监控单元可集成在光发射单元一体结构中，发端主板通过发端电接口连接在所述第一功能主板上，发端柔板进行电气传输，光发射单元包括激光器和发射透镜；

所述光接收模块包括依次连接的收端主板、收端柔板和光接收单元，收端主板包括光信号转换单元、电信号放大及处理单元以及收端电接口，收端主板通过收端电接口连接在所述第二功能主板上，收端柔板进行电气传输，光接收单元包括接收透镜和探测器；

所述第一功能主板通过第一插座给所述光发射模块供电并提供数据信号，所述发端主板驱动电路提供驱动电流使激光器发光，激光器发出的光束经过发射透镜整形，然后经由自由空间进行光信号的传输；

所述第二功能主板通过第二插座给所述光接收模块供电并提供数据传输通道，所述光接收单元收到光信号后，接收透镜通过聚焦作用将光信号汇聚在探测器上，探测器将光信号转换成电信号，并通过后级芯片将信号放大，再通过收端主板将信号解调，从而实现了信号的还原，然后通过收端电接口将数据传输至第二功能主板，实现第一功能主板和第二功能主板之间的信号传输功能。

进一步地，所述光发射单元的激光器和发射透镜封装成一体化结构，可以起到密封并防水防尘的作用，增加激光器的工作寿命。

进一步地，所述光发射单元发出的光束为发散光束，角度为10°～40°。

进一步地，所述光发射单元发出的光束为准直光束，光斑大于1mm。

进一步地，所述光发射单元通过引脚连接所述发端柔板，再通过发端柔板和所述发端主板连接。

进一步地，所述光接收单元的接收透镜和探测器封装成一体化结构，可以起到密封并防水防尘的作用，增加探测器的工作寿命。

进一步地，所述光接收单元采用凸透镜或球透镜，孔径为3～6mm，孔径较大，增强光束接收能力。

进一步地，所述光接收单元通过引脚连接所述收端柔板，再通过收端柔板和所述收端主板连接。

进一步地，所述光发射模块、和光接收模块的工作距离为10mm～1000mm，可根据发散光或者准直光的设计确定其间最佳应用距离。

进一步地，所述光发射模块、和光接收模块的装配位移误差为正负1mm，角度公差为正负2°。

为便于理解，现将本实用新型工作原理简介如下：光发射模块包括发端主板、发端柔板、光发射单元，发端主板包括光监控单元、电信号处理单元以及发端电接口等多个部分，集成了电信号的调制驱动、监控反馈等信号处理功能，光发射单元包括激光器和发射透镜，光发射模块通过发端电接口连接在第一功能主板上；光接收模块包括收端主板，收端柔板，光接收单元，收端主板包括光信号转换单元、电信号放大及处理单元以及收端电接口等多个部分，集成了电信号的放大解调以及其他信号处理功能，光接收单元包括接收透镜和探测器，光接收模块通过收端电接口连接在第二功能主板上。

第一功能主板给光发射模块供电，光发射模块上电后，发端主板提供驱动电流使激光器发光，并且该电流是一个调制信号，然后激光器出光也携带了该调制信号信息，并且激光器可同时被光监控单元监控并反馈，以控制电路使激光器正常工作；光信号经发射单元发射后，经过空间传输到达光接收模块，光接收模块经过接收透镜的聚焦功能将光信号聚焦到探测器上，探测器将光信号转换成电信号，并经过后级的电信号放大及处理单元将原始信号还原，并通过收端电接口传输至第二功能主板，从而实现光发射模块和光接收模块之间的信号传输，也即第一功能主板和第二功能主板之间的信号传输。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型板间自由空间通信光模块，可有效解决采用多通道电传输带来的串扰、电磁兼容等问题，同时具有光发射模块和光接收模块本身独有的高带宽高速率等优势，且中间省去了光纤等物理接触型连接方式，插拔方便、节省空间、结构简洁紧凑，成本更低，在板间互连方面具有极强的实用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型所述的板间自由空间通信光模块互连实施例结构示意图；

图2为本实用新型所述的发端模块光发射单元实施例1结构示意图；

图3为本实用新型所述的发端模块光发射单元实施例2结构示意图；

图4为本实用新型所述的收端模块光接收单元实施例结构示意图；

图5为本实用新型所述的板间多个光模块互连示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

10-第一功能主板，20-光发射模块，30-第二功能主板，40-光接收模块，201-发端主板，202-发端柔板，203-光发射单元，2011-发端电接口，2031-激光器，2032-发射透镜，401-收端主板，402-收端柔板，403-光接收单元，4011-收端电接口，4031-接收透镜，4032-探测器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，板间自由空间通信光模块，包括第一功能主板10、光发射模块20、第二功能主板30和光接收模块40，第一功能主板10包括第一插座101，第二功能主板30包括第二插座301；

光发射模块20包括依次连接的发端主板201、发端柔板202和光发射单元203，发端主板201包括光监控单元、电信号处理单元以及发端电接口2011，光监控单元可集成在光发射单元一体结构中，发端主板201通过发端电接口2011连接在第一功能主板10上，发端柔板202进行电气传输，光发射单元203包括激光器2031和发射透镜2032；

光接收模块40包括依次连接的收端主板401、收端柔板402和光接收单元403，收端主板401包括光信号转换单元、电信号放大及处理单元以及收端电接口4011，收端主板401通过收端电接口4011连接在第二功能主板30上，收端柔板402进行电气传输，光接收单元403包括接收透镜4031和探测器4032；

第一功能主板10通过第一插座101给光发射模块20供电并提供数据信号，发端主板201驱动电路提供驱动电流使激光器2031发光，激光器2031发出的光束经过发射透镜2032整形，然后经由自由空间进行光信号的传输；

第二功能主板30通过第二插座301给光接收模块40供电并提供数据传输通道，光接收单元403收到光信号后，接收透镜4031通过聚焦作用将光信号汇聚在探测器4032上，探测器4032将光信号转换成电信号，并通过后级芯片将信号放大，再通过收端主板401将信号解调，从而实现了信号的还原，然后通过收端电接口4011将数据传输至第二功能主板30，实现第一功能主板10和第二功能主板30之间的信号传输功能。

如图2所示，光发射单元203的激光器2031和发射透镜2032封装成一体化结构，光发射单元203发出的光束为发散光束，角度为10°～40°，发射透镜2032的主要作用是对激光器2031发出的光束进行整形，还可以通过控制激光器2031和发射透镜2032的距离以控制出光光束，得到我们想要的发散角的光束，激光器2031需要置于发射透镜2032的光轴上，可选择波长为850nm、1310nm、1490nm、1550nm等多个通信波段的激光器。

如图4所示，光接收单元403包括接收透镜4031和探测器4032，接收透镜4031将接收到的光信号聚焦在探测器4032上，探测器4032再将光信号转换成电信号输出，探测器4032需要置于接收透镜4031的光轴上。

如图5所示，多个自由空间通信光模块的功能主板间的互连示意图，在该多模块互连使用中，考虑一定的光束发散角和最小模块间距情况下，可保证配对的光模块只接收来自相对应的光模块的光信号而不至于发生串扰，也即模块1对应模块01，模块2对应02，N对应0N。而当发端采用准直光束时，还可以减小模块间距，提升模块密度。

实施例2

如图3所示，板间自由空间通信光模块，与实施例1的不同之处在于，发射透镜2032将激光器2031发出的光整形为准直光输出，由于准直光方向性好，发散角小，能量集中，可极大的提高传输距离，将光发射模块和光接收模块之间的传输距离扩展至1000mm以上，同样也需要将激光器置于发射透镜2032的光轴上。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.板间自由空间通信光模块，其特征在于：包括第一功能主板(10)、光发射模块(20)、第二功能主板(30)和光接收模块(40)；

所述光发射模块(20)包括依次连接的发端主板(201)、发端柔板(202)和光发射单元(203)，发端主板(201)包括光监控单元、电信号处理单元以及发端电接口(2011)，发端主板(201)通过发端电接口(2011)连接在所述第一功能主板(10)上，发端柔板(202)进行电气传输，光发射单元(203)包括激光器(2031)和发射透镜(2032)；

所述光接收模块(40)包括依次连接的收端主板(401)、收端柔板(402)和光接收单元(403)，收端主板(401)包括光信号转换单元、电信号放大及处理单元以及收端电接口(4011)，收端主板(401)通过收端电接口(4011)连接在所述第二功能主板(30)上，收端柔板(402)进行电气传输，光接收单元(403)包括接收透镜(4031)和探测器(4032)；

所述第一功能主板(10)给所述光发射模块(20)供电并提供数据信号，所述发端主板(201)驱动电路提供驱动电流使激光器(2031)发光，激光器(2031)发出的光束经过发射透镜(2032)整形，然后经由自由空间进行光信号的传输；

所述第二功能主板(30)给所述光接收模块(40)供电并提供数据传输通道，所述光接收单元(403)收到光信号后，接收透镜(4031)通过聚焦作用将光信号汇聚在探测器(4032)上，探测器(4032)将光信号转换成电信号，并通过后级芯片将信号放大，再通过收端主板(401)将信号解调，从而实现了信号的还原，然后通过收端电接口(4011)将数据传输至第二功能主板(30)，实现第一功能主板(10)和第二功能主板(30)之间的信号传输功能。

2.根据权利要求1所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光发射单元(203)的激光器(2031)和发射透镜(2032)封装成一体化结构。

3.根据权利要求2所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光发射单元(203)发出的光束为发散光束，角度为10°～40°。

4.根据权利要求2所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光发射单元(203)发出的光束为准直光束，光斑大于1mm。

5.根据权利要求1所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光发射单元(203)通过引脚连接所述发端柔板(202)，再通过发端柔板(202)和所述发端主板(201)连接。

6.根据权利要求1所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光接收单元(403)的接收透镜(4031)和探测器(4032)封装成一体化结构。

7.根据权利要求6所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光接收单元(403)采用凸透镜或球透镜，孔径为3～6mm。

8.根据权利要求1所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光接收单元(403)通过引脚连接所述收端柔板(402)，再通过收端柔板(402)和所述收端主板(401)连接。

9.根据权利要求1所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光发射模块(20)、和光接收模块(40)的工作距离为10mm～1000mm。

10.根据权利要求1所述的板间自由空间通信光模块，其特征在于，所述光发射模块(20)、和光接收模块(40)的装配位移误差为正负1mm，角度公差为正负2°。