RU195171U1

RU195171U1 - Optoelectronic module

Info

Publication number: RU195171U1
Application number: RU2018141135U
Authority: RU
Inventors: Виктор Юрьевич Ильин; Михаил Юрьевич Рейман
Original assignee: Виктор Юрьевич Ильин
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Полезная модель относится к квантовой электронике и может быть использована для передачи или приема цифровых данных в волоконно-оптических линиях связи ответственного назначения при жестких условиях эксплуатации, в измерительном оборудовании, в системах промышленной автоматики и т.д. Технический результат, на достижение которого направлено настоящее техническое решение, заключается в создании оптоэлектронного модуля, совмещающего в себе функции оптического передающего модуля и оптического приемного модуля, а также создание функционально законченного устройства, реализующего возможность волнового разделения прямого и обратного канала передачи данных. Оптоэлектронный модуль включает герметичный металлический корпус, внутри которого располагается многослойная печатная плата с установленными на ней SMD компонентами и интегральными микросхемами. Для присоединения к внешним волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) служат оптические головки или оптический узел с оптическим волокном и совместимые со стандартным оптическим коннектором FC или ST. Оптические головки интегрированы в конструкцию корпуса оптического модуля путем неразборного соединения с помощью лазерной сварки по окружности сопрягаемой поверхности. Передающая оптическая головка содержит лазерный диод, а приемная – фотодиод. Дополнительной защитой от внешних воздействующих факторов является помещение оптоэлектронных элементов в отдельные герметичные корпуса, снабженные первичной фокусирующей линзой. Дополнительные корпуса установлены в горизонтальной плоскости параллельно основанию корпуса. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to quantum electronics and can be used to transmit or receive digital data in fiber-optic communication lines for critical purposes under harsh operating conditions, in measuring equipment, in industrial automation systems, etc. The technical result, the achievement of which the present technical solution is directed, is to create an optoelectronic module combining the functions of an optical transmitting module and an optical receiving module, as well as creating a functionally complete device that implements the possibility of wave separation of the forward and reverse data transmission channels. The optoelectronic module includes a sealed metal case, inside of which is a multilayer printed circuit board with SMD components and integrated circuits installed on it. To connect to external fiber-optic communication lines (FOCL), optical heads or an optical node with an optical fiber and compatible with a standard optical connector FC or ST are used. Optical heads are integrated into the design of the optical module housing by non-separable connection using laser welding around the circumference of the mating surface. The transmitting optical head contains a laser diode, and the receiving one contains a photodiode. An additional protection against external factors is the placement of optoelectronic elements in separate sealed enclosures equipped with a primary focusing lens. Additional enclosures are installed in a horizontal plane parallel to the base of the enclosure. 14 s.p. f-ly, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к квантовой электронике и может быть использована для передачи или приема цифровых данных в волоконно-оптических линиях связи ответственного назначения при жестких условиях эксплуатации, в измерительном оборудовании, в системах промышленной автоматики и т.д.The utility model relates to quantum electronics and can be used to transmit or receive digital data in fiber-optic communication lines for critical purposes under harsh operating conditions, in measuring equipment, in industrial automation systems, etc.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются оптические модули, включающие оптоэлектронные элементы, установленные по оси распространения излучения, линзу, помещенную на фокусном расстоянии перед рабочей площадкой оптоэлектронного элемента, и металлические контакты, оптические модули, снабженные металлическим герметичным корпусом, заполненным защитной средой, в котором размещена многослойная печатная плата, на которой установлены электронные компоненты, многослойная печатная плата соединена с оптоэлектронным элементом, размещенным в дополнительном металлическом герметичном корпусе, при этом оптоэлектронный элемент является составной частью оптической головки, интегрированной в корпус модуля, оптическая головка имеет на торце оптический разъем и снабжена керамическим центратором (RU, патент на полезную модель №155668, кл. G02B 6/42, 2014 г.).The closest in technical essence and the achieved result are optical modules, including optoelectronic elements mounted along the propagation axis of the radiation, a lens placed at the focal length in front of the working platform of the optoelectronic element, and metal contacts, optical modules equipped with a metal sealed enclosure filled with a protective medium, in which a multilayer printed circuit board is placed on which electronic components are installed, the multilayer printed circuit board is connected to an optical an electronic element housed in an additional metal sealed case, the optoelectronic element being an integral part of the optical head integrated into the module body, the optical head has an optical connector at the end and is equipped with a ceramic centralizer (RU, utility model patent No. 155668, class G02B 6 / 42, 2014).

Недостатками известного оптического модуля являются: выполнение только одной функции - источника или приемника оптического излучения; необходимость использовать два независимых корпуса значительно увеличивают массо-габаритные показатели аппаратуры двусторонней передачи данных; невозможность применения в одноволоконных линиях связи (Bi-Di или Bidirectional) без использования дополнительных систем волнового уплотнения; значительные материальные и временные затраты, и соответственно, стоимость изготовления полнодуплексного канала связи на раздельных оптоэлектронных модулях.The disadvantages of the known optical module are: performing only one function - the source or receiver of optical radiation; the need to use two independent enclosures significantly increase the overall dimensions of the two-way data transmission equipment; the inability to use in single-fiber communication lines (Bi-Di or Bidirectional) without the use of additional wave compression systems; significant material and time costs, and accordingly, the cost of manufacturing a full-duplex communication channel on separate optoelectronic modules.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее техническое решение, заключается в создании оптоэлектронного модуля, совмещающего в себе функции оптического передающего модуля и оптического приемного модуля, а также создание функционально законченного устройства, реализующего возможность волнового разделения прямого и обратного канала передачи данных. Кроме этого - снижение себестоимости оборудования передачи данных и уменьшение его массо-габаритных характеристик.The technical result, the achievement of which the present technical solution is aimed, is to create an optoelectronic module combining the functions of an optical transmitting module and an optical receiving module, as well as creating a functionally complete device that implements the possibility of wave separation of the forward and reverse data transmission channels. In addition, a reduction in the cost of data transmission equipment and a decrease in its mass and overall characteristics.

Указанный технический результат достигается тем, что в оптоэлектронном модуле, включающем оптоэлектронный элемент, установленный по оси распространения излучения, линзу, помещенную на фокусном расстоянии перед рабочей площадкой оптоэлектронного элемента, и металлические контакты, модуль снабжен металлическим корпусом, в котором размещена многослойная печатная плата, на которой установлены электронные компоненты, согласно полезной модели, в модуле установлено не менее двух оптоэлектронных элементов, многослойная печатная плата соединена с оптоэлектронными элементами, размещенными в дополнительных металлических корпусах, при этом оптоэлектронные элементы являются составными частями передающей и приемной оптических головок, интегрированных в корпус модуля, при этом печатная плата изготовлена из высокочастотного материала с диапазоном рабочих частот не более 25 ГГц, причем печатная плата включает электронные компоненты типоразмерного ряда не более 2512.The specified technical result is achieved by the fact that in the optoelectronic module including the optoelectronic element mounted along the radiation propagation axis, a lens placed at the focal length in front of the working platform of the optoelectronic element, and metal contacts, the module is equipped with a metal case in which the multilayer printed circuit board is placed, on of which electronic components are installed, according to the utility model, at least two optoelectronic elements are installed in the module, a multilayer printed circuit board inena with optoelectronic elements housed in additional metal cases, the optoelectronic elements being components of the transmitting and receiving optical heads integrated into the module case, the printed circuit board being made of high-frequency material with a working frequency range of no more than 25 GHz, the printed circuit board including electronic components of a standard size no more than 2512.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что печатная плата может быть изготовлена из высокочастотного материала класса ULTRALAM 2000.In addition, this technical result is achieved in that the printed circuit board can be made of high-frequency material of ULTRALAM 2000 class.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что печатная плата может быть изготовлена из высокочастотного материала класса RF4.In addition, the specified technical result is achieved in that the printed circuit board can be made of high-frequency material of class RF4.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что передающая оптическая головка может содержать излучающий оптоэлектронный элемент.In addition, the specified technical result is achieved in that the transmitting optical head may contain a radiating optoelectronic element.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что излучающий оптоэлектронный элемент может быть выполнен в виде лазерного диода.In addition, the specified technical result is achieved in that the radiating optoelectronic element can be made in the form of a laser diode.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что излучающий оптоэлектронный элемент может быть выполнен в виде светодиода.In addition, the specified technical result is achieved in that the radiating optoelectronic element can be made in the form of an LED.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что приемная оптическая головка содержит фотоприемный оптоэлектронный элемент.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that the receiving optical head contains a photodetector optoelectronic element.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что передающая оптическая головка имеет неразборное соединение с оптическим волокном.In addition, the specified technical result is achieved in that the transmitting optical head has a non-separable connection with the optical fiber.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что оптическое волокно может быть помещено в защитную оболочку.In addition, the specified technical result is achieved in that the optical fiber can be placed in a protective sheath.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что неразборное соединение может быть выполнено пайкой.In addition, the specified technical result is achieved in that the non-separable connection can be made by soldering.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что неразборное соединение может быть выполнено клеевым.In addition, the specified technical result is achieved in that the non-separable connection can be made glue.

А также тем, что приемная оптическая головка имеет неразборное соединение с оптическим волокном.And also by the fact that the receiving optical head has a non-separable connection with the optical fiber.

А также тем, что волокно может быть помещено в защитную оболочку.And also the fact that the fiber can be placed in a protective sheath.

А также тем, что неразборное соединение может быть выполнено пайкой.And also by the fact that the non-separable connection can be made by soldering.

А также тем, что неразборное соединение может быть выполнено клеевым.And also the fact that the non-separable connection can be made glue.

А также тем, что дополнительные корпуса оптоэлектронных элементов установлены в горизонтальной плоскости параллельно основанию корпуса.And also by the fact that additional housings of optoelectronic elements are installed in a horizontal plane parallel to the base of the housing.

А также тем, что металлический корпус выполнен герметичным.And also the fact that the metal case is sealed.

А также тем, что металлический корпус заполнен защитной средой.And also the fact that the metal case is filled with a protective environment.

А также тем, что в качестве защитной среды может быть использована газовая среда.And also by the fact that a gaseous medium can be used as a protective medium.

А также тем, что в качестве газовой среды может быть использован осушенный чистый азот.And also by the fact that dried pure nitrogen can be used as a gaseous medium.

А также тем, что в качестве газовой среды может быть использован аргон.And also the fact that argon can be used as a gaseous medium.

А также тем, что в качестве газовой среды может быть использована смесь азота и аргона в произвольном соотношении.As well as the fact that a mixture of nitrogen and argon in an arbitrary ratio can be used as a gaseous medium.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве газовой среды может быть использован атмосферный воздух.In addition, the specified technical result is achieved in that atmospheric air can be used as a gaseous medium.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве газовой среды могут быть использованы фреоны.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that freons can be used as a gaseous medium.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве защитной среды может быть использован диэлектрический компаунд.In addition, this technical result is achieved in that a dielectric compound can be used as a protective medium.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что на торце оптической головки установлен оптический разъем типа FC.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that at the end of the optical head an optical connector of type FC is installed.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что на торце оптической головки установлен оптический разъем типа ST.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that at the end of the optical head an optical connector of type ST is installed.

А также тем, что на торце оптической головки установлен отрезок оптического волокна.And also by the fact that a piece of optical fiber is installed at the end of the optical head.

Полезная модель поясняется чертежами, где:The utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 изображен общий вид оптического модуля;in FIG. 1 shows a general view of an optical module;

на фиг. 2 изображена оптическая головка;in FIG. 2 shows an optical head;

на фиг. 3 изображен оптический узел с оптическим волокном;in FIG. 3 shows an optical assembly with an optical fiber;

на фиг. 4 изображено металло-стеклянное основание.in FIG. 4 shows a metal-glass base.

Оптоэлектронный модуль включает герметичный металлический корпус 1, выполненный из коррозионно-стойкого металла, например, конструкционной нержавеющей стали 08X18H9 ГОСТ 5632-72 или аналогичного материала толщиной от 0,1 до 10 мм.The optoelectronic module includes a sealed metal housing 1 made of corrosion-resistant metal, for example, structural stainless steel 08X18H9 GOST 5632-72 or similar material with a thickness of 0.1 to 10 mm.

Внутри корпуса 1 располагается многослойная печатная плата 2 (МПП - печатная плата, состоящая из чередующихся проводящих и непроводящих слоев, имеющих заданный рисунок каждого слоя, соединенных в соответствии с электрической схемой печатного узла) из высокочастотного материала, либо резистивно-коммутационная плата на основе керамической подложки с установленными на ней SMD компонентами и интегральными микросхемами 3.Inside the housing 1 there is a multilayer printed circuit board 2 (MPP - a printed circuit board consisting of alternating conductive and non-conductive layers having a predetermined pattern of each layer connected in accordance with the circuit diagram of the printing unit) made of high-frequency material, or a resistive switching board based on a ceramic substrate with installed SMD components and integrated circuits 3.

Печатная плата изготовлена из высокочастотного материала с диапазоном рабочих частот не более 25 ГГц, причем печатная плата включает электронные компоненты типоразмерного ряда не более 2512.The printed circuit board is made of high-frequency material with a working frequency range of not more than 25 GHz, and the printed circuit board includes electronic components of a standard size range of no more than 2512.

Печатная плата может быть изготовлена из высокочастотного материала класса ULTRALAM 2000.The circuit board can be made of high frequency material class ULTRALAM 2000.

Печатная плата может быть изготовлена из высокочастотного материала класса RF4.The circuit board can be made of high-frequency material class RF4.

Для присоединения к внешним волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) служат оптические головки 4 или оптический узел 5 с оптическим волокном и совместимые со стандартным оптическим коннектором FC (на чертеже не изображено) или ST (на чертеже не изображено) с полировкой UPC или АРС. Оптические головки интегрированы в конструкцию корпуса 1 оптического модуля путем неразборного соединения с помощью лазерной сварки по окружности сопрягаемой поверхности 6.To connect to external fiber-optic communication lines (FOCL), optical heads 4 or optical node 5 with optical fiber and compatible with the standard optical connector FC (not shown) or ST (not shown) with polishing UPC or APC are used. The optical heads are integrated into the design of the housing 1 of the optical module by a non-separable connection using laser welding around the circumference of the mating surface 6.

В модуле установлено не менее двух оптических головок 4 (приемной и передающей).At least two optical heads 4 (receiving and transmitting) are installed in the module.

Передающая оптическая головка может содержать излучающий оптоэлектронный элемент. Излучающий оптоэлектронный элемент может быть выполнен в виде лазерного диода или светодиода.The transmitting optical head may comprise a radiating optoelectronic element. The radiating optoelectronic element can be made in the form of a laser diode or LED.

Приемная оптическая головка может содержать фотоприемный оптоэлектронный элемент.The receiving optical head may comprise a photodetector optoelectronic element.

Передающая оптическая головка имеет неразборное соединение с оптическим волокном. Неразборное соединение может быть выполнено пайкой, или клеевым.The transmitting optical head has a non-separable connection to the optical fiber. Non-separable connection can be made by soldering, or glue.

Приемная оптическая головка имеет неразборное соединение с оптическим волокном. Данное неразборное соединение может быть выполнено пайкой, или клеевым.The receiving optical head has a non-separable connection to the optical fiber. This non-separable connection can be made by soldering, or glue.

Дополнительной защитой от внешних воздействующих факторов является помещение оптоэлектронных элементов 7 в отдельные герметичные корпуса 8, снабженные первичной фокусирующей линзой 9.An additional protection against external factors is the placement of the optoelectronic elements 7 in separate sealed enclosures 8, equipped with a primary focusing lens 9.

Воспроизводимость параметров оптического стыка достигается тем, что в конструкции оптической головки 4 предусмотрены следующие элементы:The reproducibility of the parameters of the optical interface is achieved by the fact that the following elements are provided in the design of the optical head 4:

- несущая втулка 10, имеющая резьбовую часть и фиксирующий паз, совместимый со стандартом FC TIA 604-4-В, или систему байонетного типа, совместимую со стандартом ST TIA 604-2;- a bearing sleeve 10 having a threaded part and a locking groove compatible with FC TIA 604-4-B standard, or a bayonet type system compatible with ST TIA 604-2 standard;

- износостойкий трубчатый центратор 11 из циркониевой керамики с продольным разрезом, позволяющий осуществлять стыковку с ответной частью коннектора FC или ST по классу «тугая посадка» - фиксируется втулкой 12;- wear-resistant tubular centralizer 11 made of zirconium ceramic with a longitudinal section, allowing to dock with the counterpart of the connector FC or ST in the class "tight fit" - is fixed by the sleeve 12;

- оптический изолятор 13, уменьшающий обратные отражения от источника излучения и улучшающий показатель - соотношение сигнал/шум в ВОЛС;- an optical insulator 13, which reduces the back reflection from the radiation source and improves the indicator is the signal-to-noise ratio in the fiber optic link;

- система юстировки взаимного положения всех компонентов на основе металлических втулок 14, 15 и 16, фиксируемых между собой с помощью лазерной сварки.- a system for adjusting the relative position of all components based on metal bushings 14, 15 and 16, fixed to each other by laser welding.

Сочетание данных компонентов и способ их взаимной фиксации позволяет получить высокое качество оптического стыка и воспроизводимость его параметров во всем диапазоне внешних воздействующих факторов. Инвариантно, может быть использован пигтелированный оптический узел, состоящий из несущего корпуса 17, внутри которого фиксируется корпус источника лазерного излучения или фотодиод 7, в который установлена первичная фокусирующая линза 9, в фокусе которой располагается торец оптического волокна 18, имеющего угловую полировку или сферическую полировку. Фиксация оптического волокна осуществляется с помощью специального припоя. Для его расплавления служит керамический микронагреватель 19, который одновременно выполняет роль фиксирующей плоскости для оптического волокна. Для защиты оптического волокна используется защитная оболочка 20 диаметром 0.9, 2.0 или 3.0 мм, для фиксации которой используется втулка 21, заполняемая клеевым компаундом.The combination of these components and the method of their mutual fixation allows to obtain high quality optical interface and reproducibility of its parameters in the entire range of external factors. Invariantly, a pigmented optical unit can be used, consisting of a supporting body 17, inside which a laser source housing or a photodiode 7 is fixed, into which a primary focusing lens 9 is mounted, in the focus of which is located the end face of the optical fiber 18 having angular polishing or spherical polishing. The fixation of the optical fiber is carried out using a special solder. For its melting, a ceramic microheater 19 is used, which simultaneously acts as a fixing plane for the optical fiber. To protect the optical fiber, a protective sheath 20 with a diameter of 0.9, 2.0, or 3.0 mm is used, for fixing which a sleeve 21 is used, filled with an adhesive compound.

Применение металло-стеклянного основания 22 с нормируемым волновым сопротивлением электрических выводов, изготовленных из сплава 29НК по ГОСТ 10994-74, или его аналога с проволочными выводами 23, установленными в стеклянных изоляторах 24, позволяет достичь высокого согласования по частотным характеристикам с внешними линиями связи от источников и приемников цифровых данных, и его совместимость с другими электронными компонентами для поверхностного монтажа.The use of a metal-glass base 22 with a normalized wave impedance of electrical leads made of 29NK alloy according to GOST 10994-74, or its analogue with wire leads 23 installed in glass insulators 24, allows to achieve high coordination in frequency characteristics with external communication lines from sources and digital data receivers, and its compatibility with other electronic components for surface mounting.

Внутри оптического модуля может помещаться контролируемая газовая среда - осушенный чистый азот или аргон, их смесь в произвольном соотношении, или атмосферный воздух, или фреон типа трифториодметан. Инвариантно применяется заливка диэлектрическим компаундом, что позволяет улучшить охлаждение внутренних электронных компонентов и увеличить стойкость к повышенному/пониженному атмосферному давлению, включая космический вакуум, а также предотвращает попадание вовнутрь влаги, кислорода и иных окислителей, исключает выделение вредных примесей при эксплуатации в составе гермомодулей радиоэлектронной аппаратуры.A controlled gas medium can be placed inside the optical module — dried pure nitrogen or argon, an arbitrary mixture of them, or atmospheric air, or trifluoriodomethane freon. Dielectric compound pouring is invariantly applied, which allows to improve cooling of internal electronic components and increase resistance to high / low atmospheric pressure, including space vacuum, and also prevents moisture, oxygen and other oxidizing agents from getting inside, eliminates the emission of harmful impurities during operation as a part of the hermetic modules of electronic equipment .

Оптоэлектронный модуль работает следующим образом.The optoelectronic module operates as follows.

При конвертации электронного сигнала в оптический первоначальный электронный сигнал через внешние электрические выводы корпуса 1 поступает в схему согласования с внешней линией связи (буферное устройство, входящее в состав микросхемы 3), затем в систему модуляции тока накачки (входящую в состав микросхемы 3), лазерного диода или светодиода, входящего в состав оптоэлектронного элемента 7. Одновременно с этим напряжение питания поступает в источник опорного напряжения и из него в систему модуляции и другие компоненты системы, входящие в состав микросхемы 3. Для обеспечения стабильности выходной оптической мощности в модуле используется система обратной связи, реализованная в виде фотодиода обратной связи оптоэлектронного элемента 7, установленного непосредственно в корпусе 7, и модуля стабилизации тока накачки, входящего в состав микросхемы 3. Стабилизированный ток накачки через модулятор, входящий в состав микросхемы 3, поступает на лазерный диод или светодиод, являющиеся частью оптоэлектронного элемента 7, вызывая генерацию оптического излучения, оптическая мощность которого пропорциональна протекающему току. Таким образом, модулированному по амплитуде электрическому сигналу соответствует выходной оптический сигнал, модулированный по интенсивности (выходной оптической мощности). В качестве дополнительных систем в конструкции оптоэлектронного модуля могут устанавливаться элементы коммутации тока накачки и контроля работоспособности отдельных компонентов схемы. Выходной оптический сигнал передается во внешнюю волоконно-оптическую линию связи через стандартный оптический соединитель типа FC или ST, являющийся составной частью втулки 10, установленный на торце оптоэлектронного модуля оптической головки 4. Или через оптическое волокно 18, которое может быть оконцовано любым оптическим соединителем (на чертеже не изображено).When converting the electronic signal into an optical initial electronic signal through the external electrical terminals of the housing 1, it enters the matching circuit with the external communication line (buffer device included in the microcircuit 3), then into the pump current modulation system (included in the microcircuit 3), the laser diode or LED, which is part of the optoelectronic element 7. At the same time, the supply voltage is supplied to the reference voltage source and from it to the modulation system and other system components included in Chipset 3. To ensure the stability of the output optical power in the module, a feedback system is used, implemented as a feedback photodiode of the optoelectronic element 7 installed directly in the housing 7, and a pump current stabilization module, which is part of the chip 3. Stabilized pump current through a modulator included in the microcircuit 3, is fed to a laser diode or LED, which are part of the optoelectronic element 7, causing the generation of optical radiation, the optical power of which is proportional to the flowing current. Thus, an amplitude-modulated electrical signal corresponds to an output optical signal modulated in intensity (output optical power). As additional systems in the design of the optoelectronic module, elements for switching the pump current and for monitoring the health of individual circuit components can be installed. The output optical signal is transmitted to the external fiber-optic communication line through a standard optical connector of the FC or ST type, which is an integral part of the sleeve 10, mounted on the end of the optoelectronic module of the optical head 4. Or through an optical fiber 18, which can be terminated by any optical connector (on not shown).

При конвертации оптического сигнала в электрический исходный оптический сигнал с внешней волоконно-оптической линии связи через стандартный оптический соединитель типа FC или ST, являющийся составной частью втулки 10, установленный на торце оптоэлектронного модуля оптической головки 4, или по оптическому волокну 18, поступает на фотодиод, входящий в состав оптоэлектронного элемента 7 и включенный по схеме прямого смещения. Образующийся при воздействии оптического излучения на фотодиод фототок поступает сначала на трансимпедансный усилитель, далее на селективный фильтр, далее на усилитель-ограничитель и далее на согласователь уровня, входящие в состав микросхемы 3. С выхода согласователя уровня электронный сигнал поступает через внешние электрические выводы 23 корпуса 1 в линию связи с потребителем. Для электропитания всех систем и компонентов используется источник опорного напряжения. Работу системы фото-детектирования регулирует система автоматической регулировки усиления, получающая данные с трансимпедансного усилителя, одновременно эти данные поступают на детектор уровня и далее в компаратор. На выходе компаратора формируется сигнал соответствия фототока минимально заданному значению, пропорциональному входной оптической мощности, достаточной для достоверной конвертации оптического сигнала в электрический, все данные компоненты входят в состав микросхемы 3 и расположены на МПП 2. В качестве дополнительных систем в конструкции оптоэлектронного модуля могут устанавливаться элементы коммутации выходных электронных сигналов и контроля работоспособности отдельных компонентов схемы.When converting the optical signal into an electrical source optical signal from an external fiber-optic communication line through a standard optical connector of the FC or ST type, which is an integral part of the sleeve 10, mounted on the end of the optoelectronic module of the optical head 4, or through the optical fiber 18, it is transmitted to the photodiode, included in the optoelectronic element 7 and included in the direct bias circuit. The photocurrent generated by the action of optical radiation on a photodiode first goes to a transimpedance amplifier, then to a selective filter, then to a limiter amplifier and then to a level matching device that are part of microcircuit 3. From the output of the level matching device, an electronic signal is fed through external electrical terminals 23 of housing 1 in line with the consumer. A voltage reference is used to power all systems and components. The operation of the photo-detection system is regulated by an automatic gain control system that receives data from a transimpedance amplifier, at the same time this data is fed to a level detector and then to a comparator. The output signal of the comparator generates a signal corresponding to the photocurrent to the minimum specified value, proportional to the input optical power, sufficient for reliable conversion of the optical signal into electrical, all these components are part of microcircuit 3 and are located on MPP 2. As additional systems, elements can be installed in the design of the optoelectronic module switching output electronic signals and monitoring the health of individual components of the circuit.

Общие габариты корпуса составляют не более 22x19.5x9 мм, что меньше суммарных размеров двух корпусов модулей аналогов, а толщина обоих корпусов может составлять 0.1 мм - 10 мм.The overall dimensions of the case are no more than 22x19.5x9 mm, which is smaller than the total dimensions of the two cases of analog modules, and the thickness of both cases can be 0.1 mm - 10 mm.

Таким образом, предложенный оптоэлектронный модуль обладает высокой надежностью за счет обеспечения высокой стойкости к внешним электромагнитным полям, включая воздействие ионизирующего излучения и радиации открытого космического пространства, увеличения срока эксплуатации до 25 лет при сроке активного существования 15 лет, обеспечения высокой степени универсальности в применении с любыми типами волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) на основе стандартных соединителей типа FC или ST и отсутствия необходимости применения внешних систем и компонентов для подключения к стандартным источникам и приемникам цифровых данных.Thus, the proposed optoelectronic module is highly reliable due to the high resistance to external electromagnetic fields, including exposure to ionizing radiation and radiation in open space, increasing the operating life up to 25 years with an active life of 15 years, ensuring a high degree of versatility in use with any types of fiber optic communication lines (FOCL) based on standard connectors like FC or ST and there is no need to use external systems m and components for connecting to a standard sources and receivers of digital data.

Высокая надежность предложенного оптоэлектронного модуля позволяет эксплуатировать изделие в температурном диапазоне от минус 60 до плюс 85°С в сочетании с ударной нагрузкой до 1000 g и широкополосной вибрацией до 2500 Гц при ускорении 10 g, высоком уровне внешних электро-магнитных полей, включая ионизирующее излучение и радиацию открытого космического пространства.The high reliability of the proposed optoelectronic module allows you to operate the product in the temperature range from minus 60 to plus 85 ° C in combination with an impact load of up to 1000 g and broadband vibration of up to 2500 Hz with an acceleration of 10 g, a high level of external electromagnetic fields, including ionizing radiation and radiation of open space.

Общие габариты корпуса составляют не более 22x19.5x9 мм, что меньше суммарных размеров двух корпусов модулей аналогов.The overall dimensions of the case are no more than 22x19.5x9 mm, which is less than the total dimensions of the two cases of analog modules.

Применение многослойной печатной платы с более высокой плотностью расположения элементов и новым дизайном проводников позволило увеличить максимальную скорость передачи данных до 10 Гбит/с.The use of a multilayer printed circuit board with a higher density of elements and a new design of conductors allowed to increase the maximum data transfer rate up to 10 Gb / s.

Предложенный оптоэлектронный модуль совмещает в себе функции оптического передающего модуля и оптического приемного модуля. Это функционально законченное устройство, реализующее возможность волнового разделения прямого и обратного канала передачи данных. Использование предложенного оптоэлектронного модуля позволит снизить себестоимость оборудования передачи данных при уменьшении его массо-габаритных характеристик.The proposed optoelectronic module combines the functions of an optical transmitting module and an optical receiving module. This is a functionally complete device that implements the possibility of wave separation of the forward and reverse data transmission channels. Using the proposed optoelectronic module will reduce the cost of data transmission equipment while reducing its weight and size characteristics.

Claims

1. Optoelectronic module, including an optoelectronic element mounted along the axis of radiation propagation, a lens placed at the focal length in front of the working platform of the optoelectronic element, and metal contacts, the module is equipped with a metal case in which a multilayer printed circuit board is installed on which electronic components are installed, characterized by by the fact that at least two optoelectronic elements are installed in the module, a multilayer printed circuit board is connected to optoelectronic elements placed in an additional tive metal housings, the optoelectronic elements are components of the transmitting and receiving optical heads, integrated into the module case, wherein

the transmitting optical head contains a radiating optoelectronic element made in the form of a laser diode,

and the receiving optical head contains a photodetector optoelectronic element,

wherein additional housings of optoelectronic elements are mounted in a horizontal plane parallel to the base of the housing,

and at the end of the optical head is installed a piece of optical fiber,

moreover, the transmitting and receiving optical heads have a non-separable connection with an optical fiber placed in a protective sheath.

2. The optoelectronic module according to claim 1, characterized in that the printed circuit board is made of high-frequency material with a working frequency range of not more than 25 GHz, and the printed circuit board includes electronic components of a standard size of not more than 2512.

3. The optoelectronic module according to claim 1, characterized in that the printed circuit board is made of high-frequency material of ULTRALAM 2000 class.

4. The optoelectronic module according to claim 1, characterized in that the printed circuit board is made of high-frequency material of class RF4.

5. The optoelectronic module according to claim 1, characterized in that the non-separable connection is made by soldering.

6. The optoelectronic module according to claim 1, characterized in that the non-separable connection is made by glue.

7. The optoelectronic module according to claim 1, characterized in that the metal housing is sealed.

8. The optoelectronic module according to claim 7, characterized in that the metal housing is filled with a protective medium.

9. The optoelectronic module according to claim 8, characterized in that a gas medium is used as a protective medium.

10. The optoelectronic module according to claim 9, characterized in that dried pure nitrogen is used as the gaseous medium.

11. The optoelectronic module according to claim 9, characterized in that argon is used as the gaseous medium.

12. The optoelectronic module according to claim 9, characterized in that a mixture of nitrogen and argon in an arbitrary ratio is used as the gaseous medium.

13. The optoelectronic module according to claim 9, characterized in that atmospheric air is used as the gaseous medium.

14. The optoelectronic module according to claim 9, characterized in that freons are used as a gaseous medium.

15. The optoelectronic module according to claim 8, characterized in that a dielectric compound is used as a protective medium.