一种光模块

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光模块主要用于光电、电光转换，其发射端将电信号转换为光信号并通过光纤传输出去，其接收端将接收到的光信号转换为电信号。在高速的信息收发系统中，需要用高密度的光模块替代传统的光模块，采用多通道光收发技术，可以把更多的发射器和接收器集中在更小的空间中。而在这样的高速收发模块中，其核心组件即是光模块中的BOSA(Bi-Directional Optical Sub-Assembly，光发射接收组件)结构。

常用的BOSA结构包括管体、光发射器件、光接收器件与光纤适配器，光发射器件设置在管体的一端，光纤适配器设置在管体的另一端，光纤适配器内安装有光纤，光接收器件设置在管体的上端，管体内设有滤光片，光发射器件发射的光束透过滤光片耦合进光纤，通过光纤传输出去；经光纤传输进来的光束经滤光片反射后进入光接收器件。

现有技术中，由于光发射器件一般采用TO结构，采用断腿焊接封装或者柔板焊接到电路板上，这种对于高速发射端对高频性能损耗较大。

发明内容

本申请提供了一种光模块，以减少高频损耗。

本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种光模块，包括：电路板；

光收发组件，与所述电路板连接，实现光信号与电信号的转换；

其中，所述光收发组件包括：壳体，与所述电路板固定连接，所述壳体的一侧设有电路板插孔，所述电路板的一端通过所述电路板插孔深入所述壳体内部；

光发射器件，设置于所述壳体的内部，所述光发射器件为COC结构，与所述电路板通过打线电连接；

光纤适配器，设置于所述电路板插孔的对侧，与所述壳体固定连接；

滤波片，设置于所述光发射器件与所述光纤适配器之间；

光接收器件，设置于入射光在滤波片的反射光路上，位于所述电路板插孔的邻侧，且所述光接收器件为TO结构，与所述壳体固定连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种光模块，包括：电路板和光收发组件，与所述电路板连接，实现光信号与电信号的转换。其中，光收发组件包括：壳体，与电路板固定连接，壳体的一侧设有电路板插孔，电路板的一端通过所述电路板插孔深入所述壳体内部。光发射器件，设置于壳体的内部，光发射器件为COC结构，与电路板通过打线电连接。光纤适配器，设置于电路板插孔的对侧，与壳体固定连接。滤波片，设置于光发射器件与所述光纤适配器之间。光接收器件，设置于入射光在45°滤波片的反射光路上，位于所述电路板插孔的邻侧，且光接收器件为TO结构，与壳体固定连接。本申请提供的光发射器件为COC结构，该光发射器件与电路板的电连接由COC结构的导电片与电路板引脚打线连接，缩短高频线路，避免采用TO封装的光发射器件采用断腿焊接封装或者柔板焊接到电路板上，有利于减少高频损耗，提高光功率。接收端依然采用TO封装，保证APD的气密性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络终端结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种光模块的分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电路板与光收发组件截面图；

图6为本申请实施例提供的一种电路板与光收发组件结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种壳体截面示意图；

图8为本申请实施例提供的一种光收发组件截面示意图；

图9为本申请实施例提供的一种光发射器件结构示意图；

图10为本申请实施例提供的光收发组件中光发射光路示意图；

图11为本申请实施例提供的光收发组件中光接收光路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信息以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接。

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接。具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接。具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端100中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300及光收发组件400。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体。具体地，下壳体202包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光收发组件400；电路板300、光收发组件400等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、光收发组件400等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利用实现电磁屏蔽以及散热，一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。

解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

电路板300上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如MCU、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板300通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光收发组件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发组件之间可以采用柔性电路板连接。

图5为本申请实施例提供的一种电路板与光收发组件截面图，图6为本申请实施例提供的一种电路板与光收发组件结构示意图，图7为本申请实施例提供的一种壳体截面示意图。如图5、图6和图7所示，为减少光发射器件的损耗，本申请实施例提供了一种光收发组件400，包括：壳体401、光纤适配器402和光发射器件405。壳体401用于实现光纤适配器402、和光发射器件405之间的固定衔接，光发射器件405用于实现根据电信号发出光信号，光信号由壳体传输进光纤适配器402中，光纤适配器402内安装有光纤插芯，光纤插芯是由陶瓷包裹的光纤，由光纤插芯实现光信号的射出。

本实施例提供的光模块，通过同一根光纤实现光的发射和接收，因此，光收发组件400还包括用于实现将光信号转换为电信号的光接收器件404和透镜组件403，经光纤适配器402内的光纤插芯传输进壳体的光信号，经透镜组件403反射至光接收器件404内，经光接收器件404转换为电信号。壳体内可实现由电信号转换的光信号的传输并由光纤插芯射出，还可实现由光纤插芯传输进的光信号发送至光接收器件404，由光接收器件404转换为电信号。为此，光发射器件403、光接收器件404与光纤适配器402均需固定在壳体上。

壳体401为长方体结构，一侧设置有电路板插孔4011，方便电路板300与内部结构的电连接。电路板300设置引脚301与光发射器件405电连接。

电路板插孔4011的对侧设置适配器插孔4012，用于固定光纤适配器402，实现与光模块外部光纤连接。壳体401的另一侧面设置TO通孔4013，用于固定光接收器件404。本申请实施例中光接收器件404为TO器件。

图8为本申请实施例提供的一种光收发组件截面示意图。如图8所示，壳体401的底部设置第一承载台4014和第二承载台4015，为实现光轴一致，第二承载台4015比第一承载台4014向壳体401的内部凸起。第一承载台4014用于固定光发射器件405。第二承载台4015用于固定透镜组件403。

图9为本申请实施例提供的一种光发射器件结构示意图。如图8和图9所示，在一些实施例中，光发射器件405包括：激光器透镜4051、TEC4052和COC结构4053。TEC4052设置于第一承载台4014上，其上设置有COC结构4053和激光器透镜4051。COC结构40453用于根据电信号发射光信号，因此COC结构4053与电路板的引脚301电连接。激光器透镜4051设置于COC结构40453发出的光路上，用于将COC结构40453发出的光信号进行会聚形成平行光。

在一些实施例中，COC(chip on chip)结构4053包括：衬底11；衬底11的表面设有一电器件12；该电器件12与电路板300电连接；电器件12表面上设有激光器40531和监控光探测器40532等光电器件和若干导电片13。导电片与电路板300的引脚电连接，激光器40531、监控光探测器40532通过打线与相应的导电片实现连接。其中，激光器在工作时会发出两束光，一束射向激光器透镜4051，通过透镜会聚或准置以完成耦合，另一束射向监控光探测器40532，以实现光功率监控功能。

激光器透镜4051设置于激光器40531前出光口的出光光路上。激光器40531前出光口发出的光为发散光，激光器透镜4051将激光器40531前出光口发出的光会聚成平行光。监控光探测器40532设置于激光器40531后出光口的出光光路上，用于对激光器40531发出的光进行监测。

在一些实施例中，为实现激光器透镜4051的安装，保持激光器透镜4051光轴的水平，光发射器件405还包括：第一透镜衬底4054，设置于激光器透镜4051与TEC4052之间。TEC4052(Thermo Electric Cooler，半导体致冷器)用于控制激光器40531与监控光探测器40532的温度。进一步，为实现对光发射器件405的温度控制，还设置有热敏电阻40533，位于衬底11上，与电路板300电连接。电路板300根据热敏电阻40533采集的温度信息，控制TEC4052的工作状态，实现对激光器40531与监控光探测器40532的温度控制。

图9为本申请实施例提供的一种透镜组件结构示意图。如图9所示，在一些实施例中，透镜组件403包括：光纤透镜4031和第一滤波片4032。光纤透镜4031设置于第一滤波片4032之间。经光纤适配器402内的光纤插芯传输进壳体的光信号，首先经过光纤透镜4031由发散光会聚为平行光，再经过第一滤波片4032的反射，进入光接收器件404。为了实现光接收信号与光发射信号由同一光纤的传输，光接收信号与光发射信号光平频率不同，第一滤波片4032对接收的光信号反射，对发射的光信号完全透射。本实施例中为方便光接收器件的安装，第一滤波片4032为45°滤波片。

在一些实施例中，因光接收器件404为同轴封装结构，但因本实施例中各部件位置关系的设置，第一滤波片4032反射的光信号无法位于光接收器件404的中心。为实现光信号的传输，透镜组件403还包括：位移棱镜4034，设置于第一滤波片4032的反射光路上，位于第一滤波片4032与光接收器件404之间，用于将第一滤波片4032反射的光信号位移至光接收器件404的中心。经光纤适配器402内的光纤插芯传输进壳体的光信号，首先经过光纤透镜4031由发散光会聚为平行光。而后经过第一滤波片4032的反射后，再经过位移棱镜4034位移，实现入射光线光轴位置转换，使得入射光的中心轴与光接收器件的中心轴，进入光接收器件404。而由激光器透镜4051发出的光信号，一束射向激光器透镜4051，通过激光器透镜会聚或准置以完成耦合，另一束射向监控光探测器40532，以实现光功率监控功能。

正常情况下，激光器40531按照正常角度实现同轴封装，即激光器40531发出光的光轴与激光器透镜4051的中心轴重合，那么激光器40531发射的光波经激光器透镜4051会聚和第一滤波片4032滤波后，在经光纤透镜4031会聚耦合进光纤插芯时，会聚后的光波进入光纤插芯内的进光轴与光纤插芯的光轴重合。也就是说，激光器40531在按照正常角度安装时，激光器40531、激光器透镜4051、滤波片、光纤透镜4031和光纤插芯之间会形成一条固定的光信号传输路径(原光路)，那么会导致在由光纤插芯向光接收器件404发射光信号时，其中一部分的光信号会沿发射光信号的传输路径可逆的发射回激光器40531中，即该由右至左发射的光信号经过滤波片，沿激光器透镜40351中心轴进入激光器40531发出光的光轴，进而进入激光器40531内，导致激光器40531发光性能变差。

在一些实施例中，为避免激光器透镜4051前出光口发射的光信号发生反射，透镜组件403还包括：光隔离器4033，位于激光器透镜4051与第一滤波片4032之间，光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，仅容许光自激光器透镜4051向第一滤波片4032方向的传输，避免经激光器透镜4051发出的光信号，射向激光器透镜4051后经过第一滤波片4032反射沿发射光路返回。可以降低光模块内反射光再次进入激光器40531中的可能性，进而避免影响激光器40531的发光性能。

进一步，在一些实施例中，为实现第一滤波片4032、位移棱镜4034、光隔离器4033的中心轴在同一水平线上，光纤透镜4031、位移棱镜4034、光隔离器4033的底部设置第一衬底406。光纤透镜4031、位移棱镜4034、光隔离器4033与第一衬底406通过光学胶耦合连接。安装过程中，为方便操作，可先将光纤透镜4031、位移棱镜4034、光隔离器4033与第一衬底406通过光学胶耦合连接，在将第一衬底406与第二承载台4015固定连接。进一步，为避免进入光接收器件404的光线与光接收器件404的光轴存在一定的角度，位移棱镜4034与光接收器件404之间设置有第二滤波片，用于将不与光接收器件404的光轴方向一致的入射光拦截，第二滤波片的设置可提高光接收功率。

图10为本申请实施例提供的光收发组件中光发射光路示意图。如图10所示，监控光探测器40532设置于激光器40531后出光口的出光光路上，用于对激光器40531发出的光进行监测。激光器透镜4051设置于激光器40531前出光口的出光光路上。激光器40531前出光口发出的光为发散光，激光器透镜4051将激光器40531前出光口发出的光会聚成平行光。该平行光经光隔离器4033、第一滤波片4032后进入光纤透镜4031，经光纤透镜4031会聚后输入光纤适配器402内部光纤。为减少损耗，光纤适配器402内部光插芯的端面设置于光纤透镜4031的会聚焦点，由光纤插芯实现耦合光束的射出。

在此过程中，为提供光发射功率，激光器40531、激光器透镜4051、第一滤波片4032、光纤透镜4031及光纤适配器402内部光纤的光轴重合，即整体同轴封装。

图11为本申请实施例提供的光收发组件中光接收光路示意图。如图11所示，经光纤适配器402内的光纤插芯传输进壳体的光信号，首先经过光纤透镜4031由发散光会聚为平行光。而后经过第一滤波片4032的反射后进入位移棱镜4034，经过合理的位移后入射光进入第二滤波片，经第二滤波片滤波后进入光接收器件404，由光接收器件404进行光信号转化为电信号，再通过光接收器件404的管脚与电路板300连接。

由以上实施例可知，本申请提供的光模块，包括：壳体401、光纤适配器402、透镜组件403、光接收器件404和光发射器件405。壳体401实现对光纤适配器402、透镜组件403、光接收器件404和光发射器件405的固定。其中，光纤适配器402、透镜组件403和光发射器件405依次设置于同轴光路上，光接收器件404与光发射器件405设置在相邻的壳体401侧面。

光发射器件405包括：激光器透镜4051、TEC4052和COC结构4053。COC结构4053与电路板的引脚301电连接。激光器透镜4051与COC结构4053设置于TEC4052上，激光器透镜4051设置于COC结构40453发出的光路上，用于将COC结构40453发出的光信号进行会聚形成平行光。透镜组件403包括：光纤透镜4031和第一滤波片4032。光纤透镜4031设置于第一滤波片4032之间。经光纤适配器402内的光纤插芯传输进壳体的光信号，首先经过光纤透镜4031由发散光会聚为平行光，再经过第一滤波片4032的反射，进入光接收器件404。COC结构发出的信号光经第一滤波片4032后，再经光纤透镜4031会聚耦合至光纤适配器402内的光纤插芯，由光纤插芯实现耦合光束的射出。经光纤适配器402内的光纤插芯传输进壳体的光信号，首先经过光纤透镜4031由发散光会聚为平行光，再经过第一滤波片4032的反射，进入光接收器件404。

本申请实施例提供的光发射器件为COC结构，该光发射器件与电路板300的电连接由COC结构的导电片与电路板引脚打线连接，缩短高频线路，避免采用TO封装的光发射器件采用断腿焊接封装或者柔板焊接到电路板上，有利于减少高频损耗，提高光功率。接收端依然采用TO封装，保证APD的气密性。整体光路是双透镜系统，光的耦合效率更好。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。