CN210605074U - 一种光学组件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学组件，包括载板、设于载板上的光发射元件、透镜元件和一固定块；该固定块具有位于光路中的第一平面和通光部；透镜元件包括透镜部和连接部，该透镜部位于光发射元件输出光的光路中，连接部具有与固定块第一平面相对的第二平面；固定块的底面与载板粘结，透镜元件通过第二平面与固定块的第一平面粘结固定于载板上；透镜部与通光部之间具有避让空间，使得透镜部不与固定块接触。本申请只采用一个固定块与透镜元件配合即可从三个维度调整透镜的位置，实现精确的耦合或准直，而且避免了太厚或不均的胶层引起透镜位置偏离等可靠性问题；同时，减少了固定用的元件数量，进一步提高了操作的一致性和产品可靠性，可操作性高。

Description

一种光学组件

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光学组件。

背景技术

在光通信领域，特别是光模块中少不了利用透镜元件对光信号进行聚焦耦合或准直，现有技术方案针对大倍率透镜耦合或者准直透镜准直时，一般都用于有TEC(热电致冷器)做为温控平台的场合。使用时一般把半导体激光器、大倍率透镜或者准直透镜和接收组件(PIC、PLC、光纤或者其它光波导器件)全都放置于热电致冷器上，并加以气密封装。因为固定大倍率透镜或者准直透镜所使用的环氧树脂具有相对较高的热膨胀系数，同时对环境中湿汽的侵蚀较为敏感，温度变化或者吸收湿汽都会导致透镜位置偏离理想位置较远。这样会导致整体器件功能变差或者失效。

另外，在小型封装中，透镜本身尺寸较小，且大批量生产时侧边切割(如采用硅透镜或者批量模压透镜)可能会导致透镜侧边有倾斜角度的问题，组装时不利于夹具夹取。

为了解决上述问题，在中国专利申请《一种光学组件及其制造方法》(申请号：201910042389.9)中，公开了一种光学组件，包括基板，以及依光路设置于基板上的出光元件和透镜元件，还包括支撑件和辅助件；其中支撑件包括与基板连接的底面，以及与辅助件连接的侧面；辅助件包括与透镜元件连接的连接面，以及与支撑件的侧面连接的粘结面；支撑件的底面粘结于基板上，使辅助件的底面和透镜元件的底面均高于基板的上表面。该组件采用支撑件和辅助件来配合透镜元件的组装，虽然解决了上述问题，但是同时引入了操作一致性和产品可靠性难以控制的问题，可操作性较低。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光学组件，在解决因胶层厚度不均引起的可靠性问题的同时，进一步提高了操作的一致性和产品可靠性，可操作性高。

为了实现上述目的之一，本申请提供了一种光学组件，包括载板、设于所述载板上的光发射元件和透镜元件，以及一固定块；

所述固定块具有位于光路中的第一平面，所述固定块还设有位于光路中的通光部；

所述透镜元件包括透镜部和连接部，所述透镜部位于所述光发射元件输出光的光路中，所述连接部具有与所述固定块第一平面相对的第二平面；

所述固定块的底面与所述载板粘结，所述透镜元件通过所述连接部的第二平面与所述固定块的第一平面粘结固定于所述载板上；

所述透镜部与所述通光部之间具有避让空间。

作为实施方式的进一步改进，所述透镜部的透镜面凸出于所述连接部的第二平面，所述避让空间为设于所述固定块的第一平面上的避让凹槽，用于避让所述透镜元件的透镜部。

作为实施方式的进一步改进，所述避让凹槽为所述第一平面上连通所述固定块两侧的通槽；

或者，所述避让凹槽为所述第一平面上连通所述固定块底面和顶面的通槽。

作为实施方式的进一步改进，所述避让空间为设于所述透镜部上的凹槽，所述凹槽与所述第一平面相对，所述透镜部的透镜面设于所述凹槽内，所述透镜面相对于所述连接部的第二平面内缩设置。

作为实施方式的进一步改进，所述通光部为一通光孔或通光口；或者，所述固定块为透明固定块。

作为实施方式的进一步改进，所述通光孔或通光口中设有光隔离器、起偏元件、偏振分光元件、波片或滤光片的其中一种。

作为实施方式的进一步改进，所述透镜元件的连接部与所述第一平面之间采用胶水粘结，所述透镜元件的连接部与所述第一平面之间的胶层厚度小于或等于20微米；所述固定块的底面与所述载板之间采用胶水粘结，所述固定块的底面与所述载板之间的胶层厚度小于或等于20微米。

作为实施方式的进一步改进，所述光发射元件为半导体激光器；所述光学组件还包括光波导、光集成芯片或光纤；所述半导体激光器发射的光信号经所述透镜元件之后入射到所述光波导、光集成芯片或光纤内。

作为实施方式的进一步改进，所述光学组件还包括位于所述透镜元件与所述光波导或光纤之间的光路上的波分复用器、光束整形元件或光路调整元件的其中一种或多种的组合。

作为实施方式的进一步改进，所述光发射元件为光波导或光纤；所述光学组件还包括光接收元件；所述光波导或光纤输出的光信号经所述透镜元件之后由所述光接收元件接收。

本申请的有益效果：本申请设计了合理的固定块结构来固定透镜元件，一方面通过固定块与透镜元件配合即可从三个维度调整透镜的位置，实现精确的耦合或准直，而且容易将粘结位置的胶层厚度控制在较小的范围内，避免了胶层太厚或不均等容易因温度变化或者吸收湿汽导致透镜位置偏离的问题；另一方面，减少了固定用的元件数量，进一步提高了操作的一致性和产品可靠性，可操作性高。

附图说明

图1为本申请光学组件结构示意图；

图2为本申请光学组件实施例1结构示意图；

图3为图2中光学组件的俯视图；

图4为本申请光学组件实施例2结构示意图；

图5为本申请光学组件实施例3结构示意图；

图6为本申请光学组件实施例4结构示意图；

图7为本申请光学组件实施例5结构示意图；

图8为图7中光学组件的俯视图；

图9为本申请光学组件实施例6结构示意图；

图10为图9中透镜元件沿光路方向的纵剖面示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。

如图1所示，本申请的光学组件包括载板10、设于该载板10上的光发射元件20和透镜元件30，以及一固定块40。其中，固定块40具有位于光路中的第一平面41，该固定块40还设有位于光路中的通光部42。透镜元件30包括透镜部31和连接部32，透镜部31位于光发射元件20输出光的光路中，用于准直或耦合光发射元件20的输出光，连接部32具有与固定块40第一平面41相对的第二平面321，用于与固定块40连接。固定块40的底面与载板10粘结，透镜元件30通过其连接部32的第二平面321与固定块40的第一平面41粘结固定于载板10上。即透镜元件30通过固定块40安装在载板10上，不与载板10直接接触，避免了透镜元件30底部与载板10粘胶时可能因切割倾斜角度引起的底部胶水厚度不均匀的问题。透镜元件30的透镜部31与固定块40的通光部42之间具有避让空间，使得透镜部不与固定块接触，以保护透镜部的透镜不被胶水或固定块污损。

组装时，将透镜元件30和固定块40放置到载板10上、光发射元件20输出光的光路中，在透镜元件30连接部32的第二平面321与固定块40的第一平面41之间、固定块40的底面与载板10之间点胶。将固定块40与载板10之间的胶层压薄，夹具夹取或吸嘴吸住透镜元件30向透镜元件30与固定块40第一平面41之间的点胶处靠拢施压，可确保胶层a和胶层b的厚度足够薄，一般可保证胶层厚度小于20μm，甚至可以压薄到小于10μm。启动光学组件，使光发射元件20输出光信号，调整透镜元件30和固定块40的位置以达到耦合或准直的目的，固化透镜元件30连接部32第二平面321与固定块40的第一平面41之间、固定块40的底面与载板10之间的胶层，使透镜元件30通过固定块40固定在载板10上。透镜元件30可以在垂直于光路的平面上实现水平和竖直两个维度的调整，透镜元件30与固定块40一起可以沿光路方向实现第三个维度的调整。即，该结构通过固定块与透镜元件配合即可从三个维度调整透镜部的位置，实现精确的耦合或准直，而且容易将粘结位置的胶层厚度控制在较小的范围内，避免了胶层太厚或不均等容易因温度变化或者吸收湿汽导致透镜位置偏离的问题；另一方面，合理设计了固定块的结构，减少了固定用的元件数量，进一步提高了操作的一致性和产品可靠性，可操作性高。

实施例1

具体的，如图2和3所示的实施例1，该实施例中光学组件为一光发射组件，该光发射组件包括作为光发射元件20的半导体激光器、透镜元件30以及光波导50。其中，半导体激光器通过一基板21固定于载板10上，透镜元件30通过上述固定块40安装于载板10上。透镜元件30包括透镜部31和连接部32，透镜部31位于半导体激光器输出光的光路中，这里透镜部31为一耦合透镜，可以是大倍率球透镜或非球透镜等。通过透镜元件30的透镜部31将半导体激光器发射的光信号耦合到光波导50中。上述光波导50也可以是光集成芯片、光纤或其它传输光信号的媒介。这里，载板10可以是封装壳体的一个平面，也可以是热沉或其它平板，如TEC(Thermo Electric Cooler半导体制冷器)、导热金属等。当然，还可以在透镜元件与光波导之间的光路上增加其它光学元件，如波分复用解复用器、光隔离器、偏振分束元件等，也属于本申请的保护范围。

该实施例中，固定块40具有位于光路中的第一平面41，该固定块40还设有位于光路中的通光部42，这里通光部42为设置在固定块40上贯穿其前后的通光孔。在其它实施例中，通光部也可以是一通光口，即固定块的一侧、底部或者顶部的其中一个方向设置开口，形成类“U”型或倒“U”型的结构；或者，固定块也可以采用如玻璃块等透明方块或透明板，则整个固定块都可以作为通光部。固定块40的底面与载板10粘结，透镜元件30通过其连接部32的第二平面321与固定块40的第一平面41粘结固定于载板10上，透镜元件30的透镜部31与固定块40的通光部42之间具有避让空间，使得透镜部不与固定块接触。该实施例中，透镜元件30位于半导体激光器与固定块40之间，透镜部31的透镜面311凸出于连接部32的第二平面321，上述避让空间为设在固定块40的第一平面41上的避让凹槽43，用于避让透镜元件30的透镜部31。这里，避让凹槽43为固定块40第一平面41上连通固定块40两侧的通槽，通槽的宽度大于通光孔的直径，以给透镜部31让出足够的调整空间，透镜元件30的连接部32与第一平面41位于避让凹槽43上方的部分粘结。在其它实施例中，透镜元件30的连接部32也可以与固定块40第一平面41位于避让凹槽43下方的部分粘结，或者在透镜元件30透镜部31的上下方都延伸有连接部32，连接部32与第一平面分别位于避让凹槽43上下的两部分粘结。避让凹槽也可以是尺寸大于通光孔的圆形凹槽、方形凹槽或其它多边形凹槽等，当然，避让凹槽的尺寸也可以等于或小于通光部的尺寸。

启动半导体激光器时，半导体激光器发射的光信号经透镜元件30的透镜部31聚焦之后，穿过固定块40的通光孔，会聚到光波导50中。组装时，先安装好半导体激光器和光波导50，然后再将固定块40和透镜元件30放置到半导体激光器与光波导50之间的光路中，在透镜元件30连接部32的第二平面321与固定块40的第一平面41之间、固定块40的底面与载板10之间点胶。将固定块40与载板10之间的胶层压薄，夹具夹取或吸嘴吸住透镜元件30向透镜元件30与固定块40第一平面41之间的点胶处靠拢施压，并带动固定块40和透镜元件30一起沿光路方向移动至最佳耦合距离，调整透镜元件30与固定块40的相对位置至最佳耦合位置，以将半导体激光器发射的光信号最大地耦合到光波导50中。最后固化透镜元件30连接部32的第二平面与固定块40的第一平面41之间、固定块40的底面与载板10之间的胶层。这里可以采用紫外胶作为粘结剂，利用紫外光固化上述两处胶水，当然也可以由其它粘结剂替代，均属于本申请保护的范围。

由于固定块40和透镜元件30连接部32的尺寸可以做得比较大，所以粘胶处的各平面的平整度可以做得很好，从而可以保证透镜元件30与固定块40之间、固定块40与载板10之间的胶层厚度均匀且薄，而且透镜元件30不与载板10接触，避免了透镜元件30底部与载板10粘胶时可能因切割倾斜角度引起的底部胶水厚度不均匀的问题，也最大地减小了胶层太厚容易因温度变化或者吸收湿汽导致透镜位置偏离的问题，有效提高了组件及整体器件的稳定性和可靠性。通过透镜元件与固定块配合调整位置，可从三个维度调整透镜的位置，实现精确的耦合或准直，提高了组件组装效率。同时，只采用一个固定块来安装透镜元件，产品一致性容易控制，可操作性强，进一步提高了操作的一致性和产品可靠性。

实施例2

如图4所示的实施例2，该实施例中光学组件同样为一光发射组件，与实施例1不同的是，该实施例中固定块40位于半导体激光器与透镜元件30之间的光路上，半导体激光器发射的光信号穿过固定块40的通光部42之后再经透镜元件30的透镜部31聚焦，会聚到光波导50中。当透镜元件30与光波导50之间具有其它光学元件时，将固定块40设置在透镜元件30与半导体激光器之间的光路上，可以给后面的光学元件让出更多的容纳空间。该实施例中，透镜元件30也可以通过其平面侧与固定块40粘胶固定，固定块40上不需要设置避让凹槽。这里透镜元件的平面侧是指透镜元件上与凸出的透镜面相背的另一平面。

实施例3

如图5所示的实施例3，该实施例中光学组件同样为一光发射组件，与实施例1和2不同的是，该实施例中，在光路中增加了光隔离器60，可以隔离反向的返回光，避免返回光进入到半导体激光器影响器件的稳定性。该实施例中，光隔离器60设置在固定块40的通光孔内，可有效缩减器件的长度。在其它实施例中，光隔离器也可以换成起偏元件、偏振分光元件、波片或滤光片等其中一种或多种的组合。这里，光隔离器60设于透镜元件30与光波导50之间的光路上，在其它实施例中，光隔离器也可以设于透镜元件与半导体激光器之间的光路上，如在实施例2结构的固定块的通光孔内增加光隔离器。

实施例4

如图6所示的实施例4，与上述各实施例不同的是，该实施例中的光学组件还包括波分复用器70，设置于透镜元件30之后的光路上。在其它实施例中，也可以包括波分复用器、光束整形元件或光路调整元件等其中一种或多种的组合。这里，透镜元件30的透镜部31为准直透镜，安装的时候，需要调整透镜部31到最佳准直位置，使透镜部31对半导体激光器发射的光信号进行准直，准直后的光信号经上述波分复用器70合束之后再入射到光波导50中。

实施例5

如图7和8所示的实施例5，与上述各实施例不同的是，该实施例中，固定块40的避让凹槽43为固定块40第一平面41上连通固定块40底面和顶面的通槽，通槽的尺寸大于通光孔的尺寸，以给透镜部31让出足够的调整空间。透镜元件30的连接部32与第一平面41位于避让凹槽43其中一侧的部分粘结，透镜部31与避让凹槽43相对。在其它实施例中，也可以在透镜元件30透镜部31的两侧都延伸有连接部32，连接部32与第一平面分别位于避让凹槽43两侧的两部分粘结。

实施例6

如图9和10所示的实施例6，与上述各实施例不同的是，该实施例中，透镜元件30透镜部31与固定块40通光部42之间的避让空间为设于透镜部31上的凹槽33，其组装方式同实施例1，在此不再赘述。该凹槽33与固定块40第一平面41相对，透镜部31的透镜面311设于该凹槽33内，透镜面311相对于连接部32的第二平面321内缩设置，使得透镜部31的透镜面311不与固定块40接触，以保护透镜不被胶水或固定块污损。

类似的，上述各实施例中的光学组件还可以是光接收组件，包括作为光发射元件的光波导或光纤、透镜元件以及作为光接收件的光探测器。其中光波导或光纤还可以是其它用于输入光信号的元件，光信号经光波导或光纤输入后由透镜元件耦合聚焦到光探测器上。其中，光接收件也可以是光集成芯片等。同样的，在透镜元件与光波导或光纤之间也可以设置如波分解复用器、光束整形元件或光路调整元件等其中一种或多种的组合对光路进行整形。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学组件，包括载板、设于所述载板上的光发射元件和透镜元件，以及一固定块，其特征在于：

所述固定块具有位于光路中的第一平面，所述固定块还设有位于光路中的通光部；

所述透镜元件包括透镜部和连接部，所述透镜部位于所述光发射元件输出光的光路中，所述连接部具有与所述固定块第一平面相对的第二平面；

所述固定块的底面与所述载板粘结，所述透镜元件通过所述连接部的第二平面与所述固定块的第一平面粘结固定于所述载板上；

所述透镜部与所述通光部之间具有避让空间。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述透镜部的透镜面凸出于所述连接部的第二平面，所述避让空间为设于所述固定块的第一平面上的避让凹槽，用于避让所述透镜元件的透镜部。

3.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于：所述避让凹槽为所述第一平面上连通所述固定块两侧的通槽；

或者，所述避让凹槽为所述第一平面上连通所述固定块底面和顶面的通槽。

4.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述避让空间为设于所述透镜部上的凹槽，所述凹槽与所述第一平面相对，所述透镜部的透镜面设于所述凹槽内，所述透镜面相对于所述连接部的第二平面内缩设置。

5.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述通光部为一通光孔或通光口；或者，所述固定块为透明固定块。

6.根据权利要求5所述的光学组件，其特征在于：所述通光孔或通光口中设有光隔离器、起偏元件、偏振分光元件、波片或滤光片的其中一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光学组件，其特征在于：

所述透镜元件的连接部与所述第一平面之间采用胶水粘结，所述透镜元件的连接部与所述第一平面之间的胶层厚度小于或等于20微米；

所述固定块的底面与所述载板之间采用胶水粘结，所述固定块的底面与所述载板之间的胶层厚度小于或等于20微米。

8.根据权利要求1-6任一项所述的光学组件，其特征在于：所述光发射元件为半导体激光器；所述光学组件还包括光波导、光集成芯片或光纤；所述半导体激光器发射的光信号经所述透镜元件之后入射到所述光波导、光集成芯片或光纤内。

9.根据权利要求8所述的光学组件，其特征在于：所述光学组件还包括位于所述透镜元件与所述光波导或光纤之间的光路上的波分复用器、光束整形元件或光路调整元件的其中一种或多种的组合。

10.根据权利要求1-6任一项所述的光学组件，其特征在于：所述光发射元件为光波导或光纤；所述光学组件还包括光接收元件；所述光波导或光纤输出的光信号经所述透镜元件之后由所述光接收元件接收。

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