CN211905786U - 一种新型多通道并行接收光器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型多通道并行接收光器件，包括管壳、探测器芯片组、反射镜、波分解复用组件、转折棱镜、准直透镜、光口插针，管壳倒扣固定在PCB板的上端面上，反射镜、波分解复用组件和转折棱镜设置在管壳的内侧顶部，探测器芯片组固定在PCB板的上端面上，准直透镜将光口插针输入的光准直成平行光出射至转折棱镜，转折棱镜将准直透镜出射的光转折到波分解复用组件，波分解复用组件用于将所有不同入射波长的波全部分解并发射给反射镜，反射镜与探测器芯片组之间的光路上设有准直透镜阵列，反射镜将波分解复用组件的出射光反射至准直透镜阵列，准直透镜阵列将光波会聚成像点被探测器芯片组接收。本实用新型具有空间占用少、易组装等优势。
Description
技术领域
本实用新型涉及光通信领域的光器件及模块技术领域，具体涉及一种新型多通道并行接收光器件。
背景技术
常规的光模块中的发射光器件和接收光器件在模块管壳内的空间装配关系是呈序列分布，即光口101、器件内光学元件102、器件内电学元件103、器件与PCB电连接件104及PCB电接口105是顺序分布的，如图1所示，或者以COB为封装大类的，以PCB板106为载体，光口107、器件内光学元件108、器件内电学元件109及PCB上电学元件110是顺序分布的，如图2所示。各部件在空间上基本没有重叠。这种结构在XFP、SFP、QSFP+、CFP等模块上很常见，这种分布的前提是模块内空间足够大，允许光学器件以序列的方式分布。
然而随着光通信信息量的日益大增，200G及400G或更高速率的光模块需求日益明显，这些高速率光模块的集成度更高，功能更强大，功能元件更多，但是光模块的空间密度要求越来越高，光模块尺寸却越来越小，如QSFP DD等光模块。这些高速光模块的PCB板电学元件越来越密集，占据空间起来越大，造成PCB面板越加困难，在如何充分利用模块内有限空间以装配众多的电学元件和光学器件是个考验。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种新型多通道并行接收光器件，可有效利用PCB上方空间，将电学元件与光接口靠近，形成非序列装配，具有空间占用少、易组装等优势。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：本实用新型公开了一种新型多通道并行接收光器件，包括管壳、探测器芯片组、反射镜、波分解复用组件、转折棱镜、准直透镜、光口插针以及PCB板，所述管壳倒扣固定在PCB板的上端面上，所述光口插针固定在管壳的一端，所述反射镜、波分解复用组件和转折棱镜分别设置在管壳的内侧顶部，位于PCB板的上方空间，所述探测器芯片组固定在PCB板的上端面上，所述准直透镜用于将光口插针输入的光准直成平行光出射至转折棱镜，所述转折棱镜用于将准直透镜出射的光转折到波分解复用组件的输入面，所述波分解复用组件用于将所有不同入射波长的波全部分解并发射给反射镜，所述反射镜与探测器芯片组之间的光路上设有准直透镜阵列，所述反射镜用于将波分解复用组件的出射光反射至准直透镜阵列，所述准直透镜阵列用于将光波会聚成像点被探测器芯片组接收，通过光电效应转化成电流被PCB板上的电学元件输出，之后输出到PCB板的电路中。
本专利的反射镜、波分解复用组件和转折棱镜可以固定在管壳的顶部内壁，当然，也不限于固定在管壳的顶部内壁，只要保证反射镜、波分解复用组件和转折棱镜位于PCB板的上方空间就行。
进一步地，所述反射镜位于波分解复用组件与转折棱镜之间。
进一步地，反射镜的反射面朝向波分解复用组件一侧；反射镜是三角形结构，斜面为反射面，采用外反射式。
进一步地，所述准直透镜阵列位于探测器芯片组正上方，并位于反射镜的正下方；探测器芯片组的光敏面位于准直透镜阵列的后焦平面上；探测器芯片组位于PCB板上靠近光口插针的一侧，在波分解复用组件与PCB板之间的空间用来布置PCB板所需要的电学元件。
进一步地，转折棱镜为平行四边行结构，用于将光路以平移的方式转折到设定的距离后从转折棱镜输出。
进一步地，波分解复用组件包括玻璃基块以及至少两个滤光片，各滤光片依次排布贴装在玻璃基块设有的倾斜面上，分别对应各路光信号，滤光片均设有两个工作面，滤光片的第一工作面用于作为光束的输入面，滤光片的第二工作面用于使对应的工作波长的光信号反射，而其余工作波长的光信号通过，滤光片的第二工作面反射的光信号进入玻璃基块之后到达玻璃基块的工作面，透过玻璃基块的工作面后到达反射片。
进一步地，滤光片的第二工作面镀有带反膜或者高通膜或者低通膜；波分解复用组件的输入面镀有增透膜。
进一步地，波分解复用组件包括一个第一滤光片以及至少一个第二滤光片，第一滤光片的第一工作面作为波分解复用组件的输入面，所述第一滤光片的第一工作面为倾斜面，用于使入射的光束折射至第一滤光片的第二工作面，所述第二滤光片的两个工作面平行设置，且与第一滤光片的第二工作面平行设置，第二滤光片的工作面为倾斜面，相邻的第一滤光片的第二工作面与第二滤光片的第一工作面之间通过折射率匹配胶粘接在一起，相邻的一个第二滤光片的第二工作面与另一个第二滤光片的第一工作面之间通过折射率匹配胶粘接在一起。
进一步地，第二滤光片是平行四边形结构；第一滤光片是梯形结构。
进一步地，所述玻璃基块为直角三角形；玻璃基块的工作面镀有增透膜；玻璃基块和滤光片采用相同的玻璃材质；滤光片内的光束传播方向在工作面的入射角为α，玻璃基块的锐角角度为2α。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：由于本新型多通道并行接收光器件将反射镜、波分解复用组件和转折棱镜分别设置在管壳的内侧顶部，位于PCB板的上方空间，所述探测器芯片组固定在PCB板的上端面上，所述准直透镜用于将光口插针输入的光准直成平行光出射至转折棱镜，所述转折棱镜用于将准直透镜出射的光转折到波分解复用组件的输入面，所述波分解复用组件用于将所有不同入射波长的波全部分解并发射给反射镜，所述反射镜与探测器芯片组之间的光路上设有准直透镜阵列，所述反射镜用于将波分解复用组件的出射光反射至准直透镜阵列，所述准直透镜阵列用于将光波会聚成像点被探测器芯片组接收，通过光电效应转化成电流被PCB板上的电学元件输出，之后输出到PCB板的电路中，本实用新型的这种结构将反射镜、波分解复用组件和转折棱镜分别设置在管壳的内侧顶部，即设置在PCB板上空，有效利用了PCB板上方空间，而不是直接贴装在PCB表面，这样节省了PCB的空间，将电学元件与光接口靠近，形成非序列装配，具有空间占用少、易组装等优势。
由于TIA等电学元件209和探测器芯片组202均靠近PCB板210的右侧，在波分解复用组件205与PCB板210之间的空间无需设置其他光学元件或结构件，可以用来布置PCB板所需要的其他电学元件，如电容、电阻等，从而增加了PCB板布局的空间，有利于PCB板的布板。
附图说明
图1为常规模块中元件的序列分布的一种实施例的示意图；
图2为常规模块中元件的序列分布的另一种实施例的示意图；
图3为本实用新型的接收光器件的俯视图；
图4为本实用新型的接收光器件的侧视图；
图5为本实用新型的波分解复用组件结构示意图；
图6为本实用新型的第一滤光片的示意图；
图7为接收光器件光路传输俯视图；
图8接收光器件光路传输侧视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
本专利所述的并行光射和接收器件可应用于CWDM和LWDM或者其他具体需求的多信道波长同时工作的情形，为了便于陈述，下面以用于CWDM的4通道接收光器件为例进行说明，其中工作波长采用但不限制于CWDM的常用4个波长或组合：λ1、λ2、λ3、λ4，如1271nm，1291nm，1311nm、1331nm等。
实施例一
如图3至图8所示，本实施例公开了一种新型多通道并行接收光器件，该接收光器件采用非气密型BOX型封装的器件。如图3、图4所示，接收光器件包括BOX管壳201、探测器芯片组202、准直透镜阵列203、反射镜204、波分解复用组件205、转折棱镜206、准直透镜207、光口插针208以及TIA等电学元件209，其中探测器芯片组202、TIA等电学元件209和BOX管壳201贴装在PCB板上方表面；其中波分解复用组件205由三角玻璃基块401、滤光片402-405装配而成；其中反射镜204，波分解复用组件205和转折棱镜206设置在BOX管壳201的内侧顶部，BOX管壳201倒扣在PCB板210的上方。准直透镜阵列203、反射镜204、波分解复用组件205、转折棱镜206、准直透镜207和光口插针208均依托BOX管壳201，设置在BOX管壳201的内部或侧边，并不直接贴装在PCB板上。
TIA等电学元件209通过导电胶固化在PCB板210的上方，TIA等电学元件209的右侧是探测器芯片组202，在探测器芯片组202的正上方设置有准直透镜阵列203，并且探测器芯片组202的光敏面位于准直透镜阵列203的后焦平面上，在准直透镜阵列203的正上方设置有反射镜204，反射镜204的底面贴装在BOX管壳201的内侧顶部，反射镜204是三角形结构，斜面为反射面，采用外反射式，即光束从空气入射从空气出射，反射镜204的反射面朝向左侧。探测器芯片组202、准直透镜阵列203和反射镜204是上下层叠式设置，从侧视图观察，三者是同轴设置。由于TIA等电学元件209和探测器芯片组202均靠近PCB板210的右侧，在波分解复用组件205与PCB板210之间的空间无需设置其他光学元件或结构件，可以用来布置PCB板所需要的其他电学元件，如电容、电阻等，从而增加了PCB板布局的空间，有利于PCB板的布板。
反射镜204的左侧是波分解复用组件205，又称滤光片组件。如图5所示，三角玻璃块401和滤光片元件402-405组成了波分解复用组件205。三角玻璃块401和滤光片元件402-405采用相同的玻璃材质，以保证具有相同的光学及热学特性。三角玻璃块401为直角结构，右侧表面406镀增透膜。滤光片元件402-405依次贴装三角玻璃块401的左侧斜边407上，并且通过折射率匹配胶粘接在左侧斜边407上。滤光片元件402-404是平行四边形结构，滤光片元件405是异形四边形结构，滤光片元件402-405两两之间通过折射率匹配胶平行的粘接在一起，其中滤光片元件402位于左下方，滤光片元件405位于右上方。
滤光片元件402-404，均有两个工作面4021(4031、4041、4051)和4022(4032、4042、4052)，其中滤光片元件405的右侧表面4052为特殊角度斜面，根据光路传播的路径需要而设置，右侧表面4052镀增透膜。4021(4031、4041、4051)和4022(4032、4042、4052)平行，工作面4021(4031、4041、4051)和4022(4032、4042、4052)的夹角等于滤光片402-405的中心工作角度α，α的范围不限制，优选8o、12o、13.5o。滤光片元件的两个相邻平面之间的锐角是90o-α。三角玻璃块401的锐角角度为2α，平面406与平面407的角度是90-2α。滤光片元件405的工作面4052是波分解复用组件的输入面。
滤光片元件405的工作面4052作为光束的输入面，输入角为501，折射角为502，折射后的光束传播方向在工作面4051的入射角为α，如图6所示。
滤光片元件405的工作面4051镀有带反膜或者高通膜或者低通膜，作用是使得第一通道λ1的光信号反射，而其余三个通道λ2、λ3、λ4的光信号通过；工作面4041镀有带反膜，作用是使得第二通道λ2的光信号反射，而其余三个通道λ1、λ3、λ4的光信号通过；工作面4041也可镀有高通膜或者低通膜，作用是使得第二通道λ2的光信号反射，而其余二个通道λ3、λ4的光信号通过。滤光片元件403的工作面4031镀有带反膜，作用是使得第三通道λ3的光信号反射，而其余三个通道λ1、λ2、λ4的光信号通过；4031也可镀有高通膜或者低通膜，作用是使得第一通道λ3的光信号反射，而其余一个通道λ4的光信号通过。滤光片元件402的工作面4021镀有带反膜，作用是使得第三通道λ4的光信号反射，而其余三个通道λ1、λ2、λ3的光信号通过；4021也可镀全反射膜，作用是使得第四通道λ4的光信号反射。
波分解复用组件205的输入面4052的右侧是转折棱镜206。转折棱镜206为平行四边行结构，优选45o角型棱镜，转折棱镜的作用是使得光路转折到合适的位置。在转折棱镜206的右侧是准直透镜207，准直透镜207的右侧是光口插针208。准直透镜207的作用是将光口插针208输入的光准直成准平行光。光口插针208可以是插拔型的光口也可以是尾纤型光口，光口插针208优选单模光纤型。准直透镜207可以设置在管壳201内部，也可镶嵌在管壳201壳壁上，也可以设置在管壳201的外部，设置在管壳201外部时，准直透镜207与插针208可以制作成准直器。光口插针208是悬在PCB板210的上方，与PCB板无机械接触。
如图7、图8所示，为接收光器件的光路传输示意图。四个通道的工作波长分别是λ1、λ2、λ3和λ4，分别对应1-4四个通道。
四路光信号从光口插针208输入后到达准直透镜207，被准直成准平行光传输，之后到达转折棱镜206。转折棱镜206将光路以平移的方式转折到合适的距离后从转折棱镜输出，之后到达滤光片元件405的工作面4052，之后以折射的形式进入滤光片元件405，到达工作面4051，以α角入射，反射方向朝向滤光片404。
对于λ1光波，由于工作面4051面镀膜层对λ1反射，因此λ1以2α角反射，反射方向朝向右侧的三角玻璃块401，之后进入三角玻璃块401，之后到达工作面406，透过工作面406后到达反射片204，反射片204的角度可取40o-50o的范围，优选45o角，因此λ1光波被垂直反射朝向准直透镜阵列203，准直透镜阵列203可为硅透镜也可为玻璃型透镜，准直透镜阵列203将光波会聚成像点被探测器芯片组202接收，通过光电效应转化成电流被TIA元件209输出，之后输出到PCB 210的电路中。
对于λ2光波，由于工作面4051镀膜层对λ2透射，之后光波进入滤光片404，之后到达工作面4041，由于4041面镀膜层对λ2反射，因此λ2以2α角反射，反射方向朝向右侧的三角玻璃块401，之后进入三角玻璃块401，之后到达工作面406，透过工作面406后到达反射片204，因此λ2光波被垂直反射朝向准直透镜阵列203，准直透镜阵列203将光波会聚成像点被探测器芯片组202接收，通过光电效应转化成电流被TIA元件209输出，之后输出到PCB 210的电路中。
对于λ3光波，由于工作面4051镀膜层对λ3透射，之后光波进入滤光片404，之后到达工作面4041，由于4041面镀膜层对λ3透射，之后光波进入滤光片403，之后到达工作面4031，由于4031面镀膜层对λ3反射，因此λ3以2α角反射，反射方向朝向右侧的三角玻璃块401，之后进入三角玻璃块401，之后到达工作面406，透过工作面406后到达反射片204，因此λ3光波被垂直反射朝向准直透镜阵列203，准直透镜阵列203将光波会聚成像点被探测器芯片组202接收，通过光电效应转化成电流被TIA元件209输出，之后输出到PCB 210的电路中。
对于λ4光波，由于工作面4051镀膜层对λ4透射，之后光波进入滤光片404，之后到达工作面4041，由于4041面镀膜层对λ4透射，之后光波进入滤光片403，之后到达工作面4031，由于4031面镀膜层对λ4透射，之后进入滤光片402，之后到达工作面4021，由于4021面镀膜层对λ4反射，因此λ4以2α角反射，反射方向朝向右侧三角玻璃块401，之后进入三角玻璃块401，之后到达工作面406，透过工作面406后到达反射片204，因此λ3光波被垂直反射朝向准直透镜阵列203，准直透镜阵列203将光波会聚成像点被探测器芯片组202接收，通过光电效应转化成电流被TIA元件209输出，之后输出到PCB 210的电路中。
本实用新型具有波分解复用功能接收光器件，具有性能优良、低成本、易耦合、可靠性高等优点，可应用于CWDM、LWDM波长，可封装于QSFP28、QSFP DD、OSFP等模块中。本专利提出的多通道并行接收光器件，可采用BOX封装形式，具有节省PCB空间的特点、性能良好、高可靠性、易耦合、可批量化、易互换性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种新型多通道并行接收光器件，其特征在于：包括管壳、探测器芯片组、反射镜、波分解复用组件、转折棱镜、准直透镜、光口插针以及PCB板，所述管壳倒扣固定在PCB板的上端面上，所述光口插针固定在管壳的一端，所述反射镜、波分解复用组件和转折棱镜分别设置在管壳的内侧顶部，位于PCB板的上方空间，所述探测器芯片组固定在PCB板的上端面上，所述准直透镜用于将光口插针输入的光准直成平行光出射至转折棱镜，所述转折棱镜用于将准直透镜出射的光转折到波分解复用组件的输入面，所述波分解复用组件用于将所有不同入射波长的波全部分解并发射给反射镜，所述反射镜与探测器芯片组之间的光路上设有准直透镜阵列，所述反射镜用于将波分解复用组件的出射光反射至准直透镜阵列，所述准直透镜阵列用于将光波会聚成像点被探测器芯片组接收。
2.根据权利要求1所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：所述反射镜位于波分解复用组件与转折棱镜之间。
3.根据权利要求1或2所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：反射镜的反射面朝向波分解复用组件一侧；反射镜是三角形结构，斜面为反射面，采用外反射式。
4.根据权利要求1或2所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：所述准直透镜阵列位于探测器芯片组正上方，并位于反射镜的正下方；探测器芯片组的光敏面位于准直透镜阵列的后焦平面上；探测器芯片组位于PCB板上靠近光口插针的一侧，在波分解复用组件与PCB板之间的空间用来布置PCB板所需要的电学元件。
5.根据权利要求1所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：转折棱镜为平行四边行结构，用于将光路以平移的方式转折到设定的距离后从转折棱镜输出。
6.根据权利要求1所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：波分解复用组件包括玻璃基块以及至少两个滤光片，各滤光片依次排布贴装在玻璃基块设有的倾斜面上，分别对应各路光信号，滤光片均设有两个工作面，滤光片的第一工作面用于作为光束的输入面，滤光片的第二工作面用于使对应的工作波长的光信号反射，而其余工作波长的光信号通过，滤光片的第二工作面反射的光信号进入玻璃基块之后到达玻璃基块的工作面，透过玻璃基块的工作面后到达反射片。
7.根据权利要求6所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：滤光片的第二工作面镀有带反膜或者高通膜或者低通膜；波分解复用组件的输入面镀有增透膜。
8.根据权利要求6所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：波分解复用组件包括一个第一滤光片以及至少一个第二滤光片，第一滤光片的第一工作面作为波分解复用组件的输入面，所述第一滤光片的第一工作面为倾斜面，用于使入射的光束折射至第一滤光片的第二工作面，所述第二滤光片的两个工作面平行设置，且与第一滤光片的第二工作面平行设置，第二滤光片的工作面为倾斜面，相邻的第一滤光片的第二工作面与第二滤光片的第一工作面之间通过折射率匹配胶粘接在一起，相邻的一个第二滤光片的第二工作面与另一个第二滤光片的第一工作面之间通过折射率匹配胶粘接在一起。
9.根据权利要求8所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：第二滤光片是平行四边形结构；第一滤光片是梯形结构。
10.根据权利要求6所述的新型多通道并行接收光器件，其特征在于：所述玻璃基块为直角三角形；玻璃基块的工作面镀有增透膜；玻璃基块和滤光片采用相同的玻璃材质；滤光片内的光束传播方向在工作面的入射角为α，玻璃基块的锐角角度为2α。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114488440A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-05-13 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种光学封装结构 |
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2020
- 2020-01-20 CN CN202020130575.6U patent/CN211905786U/zh active Active
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