CN210605098U

CN210605098U - 一种小型化的多路波分解复用光接收组件

Info

Publication number: CN210605098U
Application number: CN201921447714.1U
Authority: CN
Inventors: 宋晓; 李林科; 吴天书; 杨现文; 张健
Original assignee: Wuhan Linktel Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan Linktel Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2029-09-02

Abstract

本实用新型公开了一种小型化的多路波分解复用光接收组件，包括光解复用单元、棱镜，光解复用单元用于接收光发射单元发送的第一平行光，并将光发射单元发送的第一平行光分解为多路第二平行光后发射给反射镜，反射镜用于将第二平行光反射给棱镜；棱镜用于将反射镜所反射的第二平行光进行两次反射，通过第一次反射改变第二平行光的方向，让其与第一平行光的方向向完全相反，通过第二次反射再次改变第二平行光的方向，使第二平行光反射至汇聚透镜；汇聚透镜用于将棱镜第二次反射的第二平行光进行汇聚后发射给光接收单元，光接收单元接收并处理汇聚透镜汇聚的第二平行光。其将光接收组件的封装尺寸减小，且不会增加整个器件的工艺复杂性。

Description

一种小型化的多路波分解复用光接收组件

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，具体为一种小型化的多路波分解复用光接收组件。

背景技术

随着数据中心和以太网的迅猛发展，高速率、高集成、小尺寸、低成本成为了光模块行业的迭代趋势；目前40G、100G速率所对应的QSFP、QSFP+、QSFP28等小型化封装的光模块已经在市场上被大批量的应用，下一代200G、400G速率的光模块，如：OSFP、QSFP-DD等封装模式也即将进入商用化的阶段，为了达到光端机光接口高密度的需求，200G、400G、800G以及后续的TB级别光模块的封装要保持甚至要小于目前的QSFP28的外形尺寸，这对光模块和光模块内部的光发射、接收器件的设计是一个非常大的挑战。

光模块有光发射、接收组件、PCBA、封装外壳四个主要组成部分，速率的提高，伴随着模块功能越来越多，功耗也越来越大，甚至于光发射和接收组件的通道数翻倍，与之对应的，PCBA上IC芯片尺寸变大，元件也相应增多，这给PCB的布板带来了很大的挑战。从这方面而言，如果将光发射、接收组件的封装尺寸减小，则可以预留更多的PCB布板空间，因此，减小光器件的封装尺寸是最具有实际意义的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种小型化的多路波分解复用光接收组件，其可以减小光器件的封装尺寸。

本实用新型是这样实现的：本实用新型公开了一种多路波分解复用光接收组件，包括光解复用单元、反射镜和棱镜，所述光解复用单元用于接收光发射单元发送的具有多个波长光信号的第一平行光，并将光发射单元发送的具有多个波长光信号的第一平行光分解为至少两路具有单一波长的第二平行光后发射给反射镜，所述反射镜用于将第二平行光反射给棱镜；所述棱镜用于将反射镜所反射的第二平行光进行两次反射，通过第一次反射改变所述第二平行光的方向，让其与所述第一平行光的方向向完全相反，通过第二次反射再次改变第二平行光的方向，使第二平行光反射至光接收单元。

进一步地，所述棱镜设有第一透射面和第二透射面以及第一反射面和第二反射面，所述反射镜所反射的第二平行光经棱镜的第一透射面进入棱镜，所述棱镜的第一反射面用于将入射的第二平行光进行第一次全反射，所述棱镜的第二反射面用于将第一反射面反射的第二平行光进行第二次全反射，使棱镜的第二反射面反射的第二平行光经第二透射面出射至汇聚透镜。

所述反射镜所反射的第二平行光与棱镜的第一反射面反射的第二平行光之间为全反射；所述棱镜的第一反射面反射的第二平行光与所述棱镜的第二反射面反射的第二平行光之间为全反射。

进一步地，所述棱镜设有第一安装面和第二安装面，第一安装面、第二安装面与棱镜的第一反射面反射的第二平行光平行；所述棱镜的第一透射面与第二透射面平行，棱镜的第一反射面与第二反射面平行，棱镜的第一反射面、第二反射面倾斜，形成平行四边形棱镜；所述棱镜的第一透射面、第二透射面分别为平行四边形棱镜的上下端面。

棱镜的第一反射面、第二反射面向第一平行光传导的方向倾斜。所述棱镜的第一反射面位于靠近反射镜的一端。所述棱镜的第二反射面位于远离反射镜的一端。

进一步地，所述棱镜的第一反射面与第一透射面之间呈40~50度夹角；所述棱镜的第二反射面与第二透射面之间呈40~50度夹角。

进一步地，所述棱镜的第一透射面镀有第一增透膜，所述棱镜的第二透射面镀有第二增透膜。

进一步地，光发射单元、光解复用单元、反射镜沿同一直线方向依次布置，所述光发射单元位于光解复用单元的入射光路上，所述反射镜位于光解复用单元的出射光路上。

进一步地，所述光发射单元用于发送具有多个波长光信号的第一平行光；

所述光发射单元包括用于发射具有多个波长的光信号的光纤适配器，光纤适配器与光解复用单元之间的光路上设有准直透镜，所述准直透镜用于将所述光纤适配器的端面发送的光信号准直成所述第一平行光的准直透镜；

所述光接收单元包括用于将光信号转换为电信号的PD阵列以及用于将所述PD阵列输出的电信号放大整形的TIA阵列；

所述PD阵列位于所述透镜的下方，所述TIA阵列与所述PD阵列位于同一平面内，且位于所述光解复用单元的下方。

进一步地，光解复用单元用于将光发射单元发送的第一平行光分解为多路具有单一波长的第二平行光；所述光解复用单元包括具有互相平行的第一倾斜面和第二倾斜面的多面体结构；所述第一倾斜面具有供所述第一平行光进入的进光位，进光位镀有增透膜，以及用于反射所述进光位透射来的第一平行光至所述第二倾斜面的全反射膜；所述第二倾斜面具有依次排布的多个滤光片，多个所述滤光片与多个所述第二平行光一一对应，且每一所述滤光片仅供与其对应的所述第二平行光透射。

进一步地，所述多面体结构还具有均与所述第一平行光平行的第一平行面和第二平行面。

进一步地，所述反射镜用于将所述第二平行光全反射进入所述棱镜；所述反射镜镀有全反射膜。

本多路波分解复用光接收组件还包括汇聚透镜，所述汇聚透镜用于将棱镜第二次反射的第二平行光进行汇聚后发射给光接收单元，所述光接收单元用于接收并处理汇聚透镜汇聚的第二平行光。

本多路波分解复用光接收组件还包括壳体和基板，所述壳体下端敞口，所述基板固定在壳体的底部，所述光解复用单元、反射镜、棱镜均安装在壳体内，光发射单元与壳体固定连接，光接收单元安装在基板上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本发明通过设置棱镜将光解复用单元分解的光信号通过多次反射折返回去，并将光接收单元整体布局在棱镜靠近光发射单元的一侧下方，从而有效地缩短了光接收组件的长度，即将光接收组件的封装尺寸减小，可以预留更多的PCB布板空间，而棱镜为一独立的无源光学元件，本身不会增加本光接收组件其他光学元件的生产难度，也不会增加整个器件的工艺复杂性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种多路波分复用光接收组件的外形结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种多路波分复用光接收组件的光路侧视图；

图 3 为本实用新型实施例提供的一种多路波分复用光接收组件的光解复用器的结构示意图；

图4 为本实用新型实施例提供的一种多路波分复用光接收组件的光解复用器的光路示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种多路波分复用光接收组件的棱镜的结构侧视图；

图6为本实用新型实施例提供的一种多路波分复用光接收组件的棱镜的结构正视图；

图7为行业内常用的一种多路波分复用光接收组件的光路结构侧示图。

附图标记中：1为壳体，2为基板，30为光纤适配器，31为准直透镜，4为光解复用单元，40为进光位增透膜，41为反射膜，42为多面体结构，43为第一滤光片，44为第二滤光片，45为第三滤光片，46为第四滤光片，400为第一倾斜面，403为第二倾斜面，401为第一平行面，402为第二平行面，5为反射镜，6为棱镜，60为第一增透膜，61为第二增透膜，62为第一反射面，63为第二反射面，600为第一安装面，601为第二安装面，7为汇聚透镜阵列，80为PD阵列，81为TIA阵列。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-6，本实用新型实施例提供一种多路波分复用光接收组件，包括壳体1和安装于所述壳体1底部的基板2，所述壳体1和所述基板2围合形成安装腔室，还包括光发射单元、光解复用单元4、反射镜5、棱镜6、汇聚透镜阵列7、以及光接收单元80。所述光解复用单元4、反射镜5、棱镜6、汇聚透镜阵列7均安装在安装腔室内，且所述光发射单元与壳体1固定，所述光接收单元安装在所述基板2上。其中，光发射单元用于发送具有多个波长光信号的第一平行光，光解复用单元4用于将所述第一平行光分解为具有单一波长的多路第二平行光，反射镜5用于反射所述光发射单元的出光口处的各所述第二平行光，棱镜6用于将反射镜5投射下来的第二平行光的方向进行转向，汇聚透镜阵列7用于将棱镜6投射下来的第二平行光进行汇聚，光接收单元用于接收并处理所述汇聚透镜阵列7投射下来的各所述第二平行光，且位于所述光解复用器的下方。

在如图7所示的现有技术中，光发射单元、光解复用单元4以及光接收单元通常都是沿着光路依次排布的，它们整体位于同一条水平线上，也就是类似于“一字型”排布，随着速率的提升，光接收单元中的零部件的尺寸变大，元件也相应的增多，势必就会让光模块中PCB的布板空间越来越小，若还是采用上述的布局，将会严重影响光模块的成型。因此，在本实施例中，所采用的棱镜6属于反射性的光学元件，具体的，它具有将各第二平行光反射回光发射单元的出光口方向的第一反射面62，然后再由棱镜6的第二反射面63配合反射一次，将各第二平行光反射到汇聚透镜阵列7中，如此就可以根据反射镜5的反射角度来布局光接收单元80的位置，如，光接收单元设在棱镜6的下方，如此就克服了上述“一字型”的排布方式所带来的空间问题，为PCB布板预留了更多的空间。另外，由于所述光发射单元、所述光解复用单元4、所述反射镜5、棱镜6、汇聚透镜阵列7、以及光接收单元80均设于所述安装腔室内，也不会影响到光接收组件的整体结构。

以下为具体实施例：

优化上述方案，所述光解复用单元4包括具有互相平行的第一倾斜面400和第二倾斜面403的多面体结构42，所述第一倾斜面400和所述第二倾斜面403均按远离所述光发射单元方向倾斜，所述第一倾斜面400靠近所述光发射单元的出光口；所述第一倾斜面400具有供所述第一平行光进入的进光位，进光位镀有第一增透膜40；以及用于反射所述进光位透射来的第一平行光至所述第二倾斜面的全反射膜41；所述第二倾斜面403具有依次排布的多个滤光片43、44、45、46，多个所述滤光片43、44、45、46与多个所述第二平行光一一对应，且每一所述滤光片仅供与其对应的所述第二平行光透射。在本实施例中，采用一多面体结构42来进行光信号的分解，该多面体结构42具有的第一倾斜面400和第二倾斜面403互相平行，但起不同的作用，首先，第一平行光从第一倾斜面40处透射进该多面体结构42内，直至第二倾斜面403上，由于第二倾斜面403具有对应的滤光片43、44、45、46，且其具有一定的倾斜角，因此可以将第一平行光反射回第一倾斜面400处，再由全反射膜41反射会第二倾斜面403上，通过多个滤光片一一透射，从而实现分解。为了便于详细描述，将第一平行光所融合的多个波长的光信号分别定义为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，而多个滤光片分别定义为第一滤光片43、第二滤光片44、第三滤光片45以及第四滤光片46，且第一滤光片43具有匹配λ₁通带的窄带透射膜，第二滤光片44具有匹配λ₂通带的窄带透射膜，第三滤光片45具有匹配λ₃通带的窄带透射膜，第四滤光片46具有匹配λ₄通带的窄带透射膜，首先，第一平行光从第一倾斜面400的进光位透射至第二倾斜面403，第二倾斜面403所对应的滤波片43将第一平行光的λ₁波长进行透射，λ₂、λ₃、λ₄反射至第一倾斜面400处，第一倾斜面400的全反膜41将第一平行光的λ₂、λ₃、λ₄反射回第二倾斜面403，第二倾斜面403所对应的滤波片44将第一平行光的λ₂波长进行透射，依此类推λ₃、λ₄分别45、46滤光片透射出来，从而完成第一平行光分解为多路第二平行光的过程。第二平行光经由反射镜5被反射进入棱镜6，优选的，所述反射镜5镀有全反射膜。

进一步优化上述方案，所述第二平行光被所述棱镜6的第一反射面62反射之后的第二平行光与被所述反射镜5的全反射膜反射的所述第二平行光之间为全反射。优选的，当这两个夹角越接近90°，即折返近乎180°时，可以最有效地缩短光接收组件的长度。因此，优选的，上述的反射镜5的反射面和棱镜6第一反射面62的倾斜角度是可调的，以便于后期配合调。优选的，本实施案例中所述的反射镜5所镀全反膜只是描述性的，本实施方案并未对此作出任何限定，其他结构和实施方案均落入本申请的保护范围之内。上述棱镜6的第一反射面62与第二反射面63可以选择镀膜或者不镀膜。

作为本实用新型实施例的优化方案，所述多面体结构42还具有均与所述第一平行光平行的第一平行面401和第二平行面402。在本实施例中，该第一平行面401和第二平行面402即多面体结构42的上下表面，它们均与第一平行光平行，可以便于该多面体结构42在壳体1内安装。优选的，该多面体结构42可以是六面体结构，也可以是八面体结构，甚至是具有更多面的结构，但只需要其保证有两个互相平行的第一倾斜面400和第二倾斜面403，以及与所述第一平行光平行的第一平行面401和第二平行面402即可。

作为本实用新型实施例的优化方案，所述棱镜结构具有第一透射面60、第二透射面61，以及与该透射面形成反射角的第一反射面62、第二反射面63，还具有与在棱镜内反射的第二平行光平行的第一安装面600和第二安装面601。在本实施例中，该第一安装面600和第二安装面601即棱镜6的两个侧面，它们均与第二平行光平行，可以便于该棱镜6在壳体1内安装。优选的，该棱镜6可以是六面体结构，也可以是八面体结构，甚至是具有更多面的结构，但只需要其保证有两个可以进行反射的第一反射面62和第二反射面63，以及与第一反射面62和第二反射面63形成反射角的第一透射面60和第二透射面61，以及与所述第二平行光平行的第一安装面600和第二安装面601即可。优选的，该反射面62、63可以选择镀膜来增加反射率也可以选择不镀膜。优选的，该透射面可以选择镀膜来增加透过率也可以选择不镀膜。

作为本实用新型实施例的优化方案，本实施例的所述棱镜为平行四边形棱镜，所述平行四边形棱镜的上下端面分别为第一透射面、第二透射面，平行四边形棱镜的两个斜面分别为第一反射面、第二反射面，棱镜的第一反射面、第二反射面向第一平行光传导的方向倾斜，平行四边形棱镜的剩下的两个平行的侧面分别为第一安装面和第二安装面。

作为本实用新型实施例的优化方案，所述棱镜的第一反射面与第一透射面之间呈40~50度夹角；所述棱镜的第二反射面与第二透射面之间呈40~50度夹角。

作为本实用新型实施例的优化方案，所述光发射单元包括用于发射具有多个波长的光信号的光纤适配器30以及用于将所述光纤适配器30的端面发送的光信号准直成所述第一平行光的准直透镜31。在本实施例中，光发射单元由光纤适配器30和准直透镜31组成，光纤适配器30的目的是发射具有多个波长的光信号，而准直透镜31的目的是将这些光信号准直为平行光。

作为本实用新型实施例的优化方案，所述光接收单元包括用于将光信号转换为电信号的PD阵列80以及用于将所述PD阵列80输出的电信号放大整形的TIA阵列81，所述PD阵列80位于所述棱镜6的下方，所述TIA阵列81与所述PD阵列80位于同一平面内，也位于所述棱镜6的下方。在本实施例中，光接收单元由PD（光接收）阵列和TIA阵列81组成，在传统的光接收组件中，二者依次设置于上述“一字型”排布形式的最尾端。而经过上述光折返后，PD阵列80可以设于棱镜6的下方，TIA（跨阻放大器）阵列可以设于棱镜6的下方，因此可以利用安装腔室内的高度空间，给PCB布板预留更多的空间。

作为本实用新型实施例的优化方案，本光接收组件还包括用于汇聚多路所述第二平行光的的汇聚透镜阵列7，所述汇聚透镜阵列7位于所述棱镜6的第二反射面63下方，且所述汇聚透镜阵列7的阵列方向与所述光发射单元的光轴（光线射出的方向）之间的夹角和所述棱镜6与所述光发射单元的光轴（光线射出的方向）之间的夹角相等。在本实施例中，采用汇聚透镜阵列67以将多路光信号汇聚成多个小的光斑，以便于送至PD阵列50。

作为本实用新型实施例的优化方案，所述光接收单元粘接于所述基板2上；所述基板2包括PCB板、带有FPC板的软硬结合板或粘贴有FPC板的金属板。在本实施例中，基板2选用的种类有很多，本实施例也不对此进行限定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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

1.一种小型化的多路波分解复用光接收组件，其特征在于:包括光解复用单元、反射镜和棱镜，所述光解复用单元用于接收光发射单元发送的具有多个波长光信号的第一平行光，并将光发射单元发送的具有多个波长光信号的第一平行光分解为至少两路具有单一波长的第二平行光后发射给反射镜，所述反射镜用于将第二平行光反射给棱镜；所述棱镜用于将反射镜所反射的第二平行光进行两次反射，通过第一次反射改变所述第二平行光的方向，让其与所述第一平行光的方向向完全相反，通过第二次反射再次改变第二平行光的方向，使第二平行光反射至光接收单元。

2.根据权利要求1所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：所述棱镜设有第一透射面、第二透射面以及第一反射面和第二反射面，所述反射镜所反射的第二平行光经棱镜的第一透射面进入棱镜，所述棱镜的第一反射面用于将入射的第二平行光进行第一次全反射，所述棱镜的第二反射面用于将第一反射面反射的第二平行光进行第二次全反射，使棱镜的第二反射面反射的第二平行光经第二透射面出射。

3.根据权利要求2所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：所述棱镜设有第一安装面和第二安装面，第一安装面、第二安装面与棱镜的第一反射面反射的第二平行光平行；所述棱镜的第一透射面与第二透射面平行，棱镜的第一反射面与第二反射面平行，且棱镜的第一反射面、第二反射面倾斜，形成平行四边形棱镜；所述棱镜的第一透射面、第二透射面分别为平行四边形棱镜的上下端面。

4.根据权利要求2或3所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：所述棱镜的第一反射面与第一透射面之间呈40~50度夹角；所述棱镜的第二反射面与第二透射面之间呈40~50度夹角；所述棱镜的第一透射面镀有第一增透膜，所述棱镜的第二透射面镀有第二增透膜。

5.根据权利要求1所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：光发射单元、光解复用单元、反射镜沿同一直线方向依次布置；所述光发射单元位于光解复用单元的入射光路上，所述反射镜位于光解复用单元的出射光路上。

6.根据权利要求1所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：所述光发射单元用于发送具有多个波长光信号的第一平行光；

7.根据权利要求1所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：光解复用单元用于将光发射单元发送的第一平行光分解为多路具有单一波长的第二平行光；所述光解复用单元包括具有互相平行的第一倾斜面和第二倾斜面的多面体结构；所述第一倾斜面具有供所述第一平行光进入的进光位，以及用于反射所述进光位透射来的第一平行光至所述第二倾斜面的全反射膜；所述第二倾斜面具有依次排布的多个滤光片，多个所述滤光片与多个所述第二平行光一一对应，且每一所述滤光片仅供与其对应的所述第二平行光透射。

8.根据权利要求1所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：所述反射镜用于将所述第二平行光全反射进入所述棱镜；所述反射镜镀有全反射膜。

9.根据权利要求1所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：还包括汇聚透镜，所述汇聚透镜用于将棱镜第二次反射的第二平行光进行汇聚后发射给光接收单元，所述光接收单元用于接收并处理汇聚透镜汇聚的第二平行光。

10.根据权利要求1或9所述的多路波分解复用光接收组件，其特征在于：还包括壳体和基板，所述壳体下端敞口，所述基板固定在壳体的底部，所述光解复用单元、反射镜、棱镜均安装在壳体内，光发射单元与壳体固定连接，光接收单元安装在基板上。