CN116679385A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种光模块，该光模块包括：电路板，其包括沿轴向相对设置的光口端和电口端；安装部，其设于所述电路板上，且位于所述光口端与电口端之间；收纳部，所述收纳部沿轴向自所述光口端向所述安装部方向延伸，连通所述安装部与所述光口端；光组件，其设于所述安装部内，用于发射和接收光信号；光纤组件，其设于所述收纳部中且部分位于所述安装部中；光学透镜组件，其设于所述安装部，并与所述光纤组件光耦合。通过上述方式，本申请能够将光组件及光纤组件内置于电路板中，实现电路板内部空间的复合使用，有效提高空间利用率，减少光模块的尺寸。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光通信领域，具体地涉及一种光模块。

背景技术

随着大数据、云计算、人工智能等新兴互联网技术应用不断拓展，数据中心成为不可或缺的基础通信设施，为了实现大量数据的高速传输，光通信技术不可或缺，而光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。而数据中心流量的急剧增长，所需求的通信速率也必须提高，从而对光模块的传输速率要求也越来越高。

为实现更高速率(如800Gbps、1.6Tbps)，光模块所应用的光电芯片及配套电路更加复杂，需要的元器件种类、数量显著增加，电路布线密度显著增加，同时光通道数的增加也意味着更多的光学器件，而光模块的封装尺寸有协议限定，在有限的空间内完成模块封装遇到极大挑战。

发明内容

为克服上述缺点，本申请的目的在于：提供一种结构紧凑，能够容纳较多光学器件的光模块。

为了达到以上目的，本申请采用如下技术方案：

一种光模块，其包括：

电路板，其包括沿轴向相对设置的光口端和电口端；

安装部，其设于所述电路板上，且位于所述光口端与电口端之间；

收纳部，所述收纳部沿轴向自所述光口端向所述安装部方向延伸，连通所述安装部与所述光口端；

光组件，其设于所述安装部内，用于发射和接收光信号；

光纤组件，其设于所述收纳部中且部分位于所述安装部中；

光学透镜组件，其设于所述安装部，并与所述光纤组件光耦合。

通过这样的设计，可将光组件容置于电路板的安装部中，光纤组件设于电路板的收纳部中，实现电路板内部空间的复合利用，有效提高空间利用率。在有限的空间内实现更高传输速率(如800Gbps、1.6Tbps)。

在一较佳的实施方式中，所述光组件包括光发射组件和光接收组件，所述光发射组件包括若干激光器，所述激光器靠近所述电口端的一侧设置有激光驱动器，所述激光器与所述激光驱动器电连接；所述光接收组件包括若干光接收器，所述光接收器靠近所述电口端的一侧设置有跨阻放大器，所述光接收器与所述跨阻放大器电连接。通过这样的设计可实现光信号的发射与接收。

在一较佳的实施方式中，所述光纤组件包括光纤组及设于所述光纤组两端的内接头和外接头，所述内接头凸出所述收纳部并部分位于所述安装部内，所述外接头设于所述电路板的光口端外侧。通过这样的设计可对光束进行传播。

在一较佳的实施方式中，所述光纤组件还包括有连接器，所述连接器可插拔的设于所述外接头远离所述光纤组的一端。通过这样的设计可实现光模块与外部设备的连接。

在一较佳的实施方式中，所述光学透镜组件包括透镜本体及设在所述透镜本体靠近所述光口端一侧的连接部。

在一较佳的实施方式中，所述透镜本体靠近所述光组件的底面开设有第一容纳槽，所述第一容纳槽罩设于所述光组件上，所述第一容纳槽靠近所述光组件的一底面设置有第一透镜阵列，所述第一透镜阵列于所述电路板上的投影与所述光接收器和激光器相对应。通过这样的设计可以将光组件密闭设于光学透镜组件与电路板之间，防止外部灰尘或异物进入，造成光组件损坏。

在一较佳的实施方式中，所述连接部靠近所述光口端的一侧面排布设置有第二透镜阵列。通过第一透镜阵列与第二透镜阵列的相互配合，能够改变光束的传播方向。在一较佳的实施方式中，所述连接部靠近光口端的一侧面设置有定位柱，所述光纤组件上配合设置有定位孔，所述定位柱插设于定位孔内。通过这样的设计，有效提高光学透镜组件与光纤组件的装配准确性和稳定性。

在一较佳的实施方式中，所述电路板设置为阶梯状，自所述电口端向所述光口端呈三段式结构，所述电口端位于第一段，所述安装部位于第二段，所述收纳部位于第三段。

在一较佳的实施方式中，所述第三段的厚度大于所述第二段的厚度，所述第二段的厚度大于所述第一段的厚度。通过这样的设计，分段式布局电路板的厚度，有效增加电路板的布局空间，提高空间利用率。

在一较佳的实施方式中，所述第一段、所述第二段和所述第三段的电路板层数不同。

有益效果

本申请提出的光模块，在电路板上设置有安装部和收纳部，安装部设置为槽型结构，将光组件内置于安装部中，同时，光纤组件设置于收纳部中，光纤组内置于电路板中，实现电路板空间的有效复合利用，提高空间利用率；此外利用光学透镜组件的反射板建立光组件与光纤之间的连接，利用两组透镜阵列和反射板改变光束传播方向，减少常规电路板中透镜铺设于电路板上所占用的空间，有效节省内部空间。

附图说明

附图用来提供对本公开技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本申请内容。

图1为本申请实施例光模块的立体示意图；

图2为本申请实施例光模块的爆炸结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大示意图；

图4及图5为本申请实施例光模块的结构示意图；

图6为本申请实施例光模块的光学透镜组件的结构示意图；

图7为图6的另一视角的结构示意图；

图8为本申请实施例光模块的光纤组件的结构示意图；

图9为本申请实施例光模块的数字信号处理芯片与光组件电连接的示意图。

附图标记：

1、壳体；11、第一壳体；12、第二壳体；13、解锁器；131、锁紧臂；132、把手；

2、电路板；21、电口端；211、金手指；22、光口端；23、安装部；24、收纳部；25、第一铜层；26、第二铜层；27、数字信号处理芯片；

3、光组件；31、光发射组件；311、激光器；312、激光驱动器；32、光接收组件；321、光接收器；322、跨阻放大器；

4、光学透镜组件；41、透镜本体；42、连接部；43、第一凹槽；44、第二凹槽；441、反射板；45、第一透镜阵列；46、第二透镜阵列；47、定位柱；

5、光纤组件；51、内接头；511、定位孔；52、光纤组；53、外接头；54、连接器。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

接下来结合附图来描述本申请提出的光模块。

如图1和图2所示，光模块包括壳体1，壳体1包括第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11和第二壳体12相互拼合形成空腔结构，该空腔结构内设置有电路板2、光组件3、光纤组件5及光学透镜组件4等，壳体1的一侧连接解锁器13，通过解锁器13实现光模块与外部通信设备的卡合连接与解锁。

如图1和图2所示，解锁器13包括有把手132，把手132端部设置有两个锁紧臂131，锁紧臂131卡合于壳体1两侧，实现第一壳体11和第二壳体12的连接，操作人员通过拉动把手132，带动解锁器13移动，解除光模块与外部通信设备的锁定状态，将光模块自外部通信设备中拔出。

如图4所示，电路板2的轴向(a方向)的一端设置电口端21，另一端设置光口端22，电口端21和光口端22相对设置，电口端21上设置有金手指211，用于连接外部设备(未图示)进行信号传输。

如图3和图4所示，电路板2的外露面设置有若干电器件，电器件包括各类芯片(如MCU、激光驱动器、跨阻放大器、时钟数据恢复、电源管理芯片、数字信号处理芯片)及电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)。电路板2包括电路走线层，各类芯片和电子元件通过电路走线层实现电连接，从而与光发射组件31和光接收组件32共同实现光电转换和/或电光转换功能。

如图3和图4所示，电路板2上设置有安装部23，安装部23位于电口端21和光口端22之间，该安装部23用于放置光组件3。较佳的，安装部23具有槽状结构，光组件3放置于槽内(如槽底)，这样实现空间结构的复合利用，有效提高空间利用率，节省光模块的内部空间。

如图3和图4所示，光组件3包括光发射组件31和光接收组件32，分别用于发射和接收光信号。较佳的，光发射组件31包括若干激光器311，激光器311靠近电口端21的一侧设有激光驱动器312，激光驱动器312与激光器311电连接并根据电路板2上所提供的电信号驱动激光器311发射出相应的激光信号；光接收组件32包括若干光接收器321，光接收器321靠近电口端21的一侧设有跨阻放大器322，跨阻放大器322与光接收器321电连接并接收来自光接收器321所提供的信号。较佳的，光接收器321与激光器311一一匹配对应。

如图3和图4所示，安装部23靠近电口端21的一侧设置有数字信号处理芯片(也称DSP)27，在本实施例中，该数字信号处理芯片27设于电路板2的上表面且靠近安装部23的边缘处。数字信号处理芯片27与光组件3电连接，能够实现高频信号的处理。具体的，数字信号处理芯片27上设置有输出端引脚焊盘和输入端引脚焊盘(未图示)，其下方设置有内连孔(参见图9)，高频信号线114自输出引脚焊盘穿过该内连孔并延伸至激光驱动器312的边缘附近，通过打金线的方式将发射高频信号线连接至激光驱动器312，数字信号处理芯片27将高频信号传输至激光驱动器312；接收高频信号线自输入引脚焊盘穿过该内连孔并延伸至跨组放大器322的边缘附近，通过打金线的方式将接收高频信号线连接至跨阻放大器322，数字信号处理芯片27接收自跨阻放大器322传输来的高频信号。

如图3-5所示，安装部23的底部设有裸露的第一铜层25，该第一铜层25是电路板的一部分，即电路走线层的一部分，可以为接地铜层，光组件3通过粘胶的方式固定于第一铜层上。相较于将光组件粘贴在电路板表面的绿油上粘结的更牢靠。电路板2背离光组件3的一侧且对应于光组件3位置处设置有第二铜层26，第一铜层25与第二铜层26之间通过铜柱(未图示)相互连接，光发射组件31和光接收组件32产生的热量通过第一铜层25传递至第二铜层26，利用第二铜层26进行辅助散热，防止电路板2和光组件3温度过高，增加散热面积，降低光模块内部温度。即第一铜层25热连接到第二铜层，进行散热。

在一个实施例中，如图2-图7所示，光学透镜组件4罩设于安装部23内，光学透镜组件4为一体式光学透镜阵列，具体包括透镜本体41及透镜本体41靠近光口端22一侧的连接部42，通过连接部42实现光学透镜组件4与光纤组件5的相互连接。透镜本体41靠近光组件3的一底面开设有第一凹槽43，第一凹槽43与电路板2之间形成腔体，激光驱动器312及跨阻放大器322设于该腔体内，通过透镜本体41实现光组件3的密封，防止外部灰尘进入对光组件3造成损害。连接部42靠近光组件3的一底面设置有第一透镜阵列45，第一透镜阵列45于电路板2上的投影与激光器和光接收器重合。连接部靠近光口端的一侧面设置有第二透镜阵列46，透镜本体41背离光组件3的顶面开设有第二凹槽44，第二凹槽44向光组件3方向凹陷，第二凹槽内设置反射板441，该反射板441位于第一透镜阵列45与第二透镜阵列46之间，呈一定角度倾斜设置，用于传输光束并改变光束传输方向。

如图2-7所示，光发射组件31中的激光器311发出的光通过光学透镜组件4传输并反射后进入光纤组52中，来自光纤组52的光通过光学透镜组件4传输并反射后进入光接收器321中，具体为，激光器311发出光进入第一透镜阵列45经反射板441反射后自第二透镜阵列46传输至光纤组52中，光纤组52发出的光进入第二透镜阵列46通过反射板441反射后自第一透镜阵列45传输至光接收器321中。第一透镜阵列45和第二透镜阵列46均对入射的信号光进行聚焦，以提高光信号强度，反射板441使光组件3与光纤组件5之间建立光连接，实现光传输的同时改变光束传输方向。

如图2-图7所示，具体的，第一透镜阵列45包括若干第一透镜，第二透镜阵列46包括若干第二透镜，第一透镜与第二透镜一一对应，第一透镜与第二透镜的个数均大于等于激光器311和光接收器321的数量之和，保证每个激光器311和光接收器321均存在对应的一个第一透镜即可。

如图2-图8所示，电路板2上内置有收纳部24，沿轴向自安装部23向光口端22方向延伸，收纳部24连通安装部23与光口端22外侧。光纤组件5设于收纳部24中，有效节省光模块的内部空间。在本实施例中，收纳部24开设为矩形通孔结构，收纳部24一端通向安装部23，另一端通向电路板2的光口端22外侧。该收纳部24是在电路板2进行层压加工中形成，并非后期通过机加工形成。该收纳部的截面呈圆状、椭圆状或多边形。较佳的，该收纳部的截面呈四方形。

如图2-图8所示，具体的，光纤组件5包括光纤组52，光纤组52包括若干根光纤，光纤数量与第二透镜数量保持一致，每个光纤对应一个第二透镜。光纤组52靠近安装部23的一端连接有内接头51，内接头51至少部分设于安装部23内，光纤组52背离安装部23的一端连接有外接头53，外接头53背离电路板2的一侧可插拔式设置有连接器54，外接头53和连接器54设于电路板2的光口端22外侧。将光纤组52设于收纳部24中，对光纤组52起有效保护作用，防止光纤暴露在外造成损伤，同时，节省光模块内部空间，对电路板2和光纤组件5进行空间复合排布，有效提高空间利用率。

如图2-图8所示，光学透镜组件4与光纤组件5之间光耦合，应当理解地，该光耦合可以是通过物理连接实现，也可以仅是光学路径的耦接，只要保证信号光的有效传输路径即可。在具体实施例中，光学透镜组件4与光纤组件5可通过粘接(或销钉)等方式固定连接。优选的，光学透镜组件4的连接部42上设置有凸起的定位柱47，光纤组件5的内接头51上对应开设有定位孔511，定位柱47插设于定位孔511内，实现光学透镜组件4与内接头51的装配连接，定位柱47与定位孔511的配合使用，能够有效提高光学透镜组件4与光纤组件5的装配稳定性，同时确保第二透镜准确对应至光纤，实现光路耦合。

如图4所示，需要在此说明的是，收纳部24的内壁高度略大于内接头51的厚度(以0.3-0.6mm为宜)，确保组装过程中能够顺利将光纤组件5的内接头51穿过收纳部24并插接至光学透镜组件4上；收纳部24的水平宽度略大于内接头51的宽度(以2-5mm为宜)，使得在进行光路耦合过程中能够实现内接头51随光学透镜组件4的移动而同步移动，耦合完成后，在内接头与光学透镜组件插接处填充光学固化胶。

如图4所示，在本实施例中，电路板2沿轴向设置为阶梯状，其厚度自电口端21向光口端22呈三段式结构，厚度依次递增。电口端21为第一段(电口端侧电路板的厚度H2)，设置有数字信号处理芯片27及安装部23的部分为第二段(安装部侧电路板的厚度H3)，收纳部24及光口端22为第三段(光口端侧电路板的厚度H1)，第一段、第二段、第三段的厚度依次递增，且电路板为多层结构，上述三段的层结构也依次递增。优选的，第一段厚度为1mm，包含有8-10层结构，以满足光模块的多源协议要求，确保其通用性；第二段厚度为2-3mm(不含3mm)，包含有12-14层结构，确保能够容纳光组件3；第三段厚度为3-4mm，包含12-14层结构，以容纳光纤组件5。通过分段式结构，金手指处于第一段，满足光模块多源协议的接口要求，数字信号处理芯片及安装部设于第二段，保证核心的光组件及体积较大的数字信号处理芯片不会与壳体干涉，而第三段的厚度增加既有利于设置收纳部收容光纤组件，同时增加电路布局空间。

在另一个实施例中，光学透镜组件为自由分布式透镜阵列(未图示)，具体可包括多个光学聚焦透镜和一一对应的光隔离器，光纤组件包括发射端光纤组件和接收端光纤组件，发射端光纤组件均包括阵列头和光纤组，光纤组包括若干根光纤，光纤数量与激光器的数量相同，光纤的一端等距分布于阵列头内，激光器发出的信号光通过光学聚焦透镜及光隔离器后进入光纤，应当理解的，本领域技术人员可根据激光器的类型及激光器的位置，在信号光的传输路径上设置其他光学透镜，如转向镜、准直器等。在接收端，光纤组射出的信号光直接投射到光接收器。

需要说明的是以上所述实施例的各技术特征如“壳体”、“电路板”、“光发射组件”、“光接收组件”、“光纤组件”、“光学透镜组件”、“第一透镜阵列”、“第二透镜阵列”、“反射板”等可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡如本申请精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板，其包括沿轴向相对设置的光口端和电口端；

安装部，其设于所述电路板上，且位于所述光口端与电口端之间；

收纳部，所述收纳部沿轴向自所述光口端向所述安装部方向延伸，连通所述安装部与所述光口端；

光组件，其设于所述安装部内，用于发射和接收光信号；

光纤组件，其设于所述收纳部中且部分位于所述安装部中；

光学透镜组件，其设于所述安装部，并与所述光纤组件光耦合。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，

所述光组件包括光发射组件和光接收组件，

所述光发射组件包括若干激光器，所述激光器靠近所述电口端的一侧设置有激光驱动器，所述激光器与所述激光驱动器电连接；

所述光接收组件包括若干光接收器，所述光接收器靠近所述电口端的一侧设置有跨阻放大器，所述光接收器与所述跨阻放大器电连接。

3.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，

所述光纤组件包括光纤组及设于所述光纤组两端的内接头和外接头，所述内接头凸出所述收纳部并部分位于所述安装部内，所述外接头设于所述电路板的光口端外侧。

4.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，

所述光纤组件还包括有连接器，所述连接器可插拔的设于所述外接头远离所述光纤组的一端。

5.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，

所述光学透镜组件包括透镜本体及设在所述透镜本体靠近所述光口端一侧的连接部。

6.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，

所述透镜本体靠近所述光组件的底面开设有第一容纳槽，所述第一容纳槽罩设于所述光组件上，所述第一容纳槽靠近所述光组件的一底面设置有第一透镜阵列，所述第一透镜阵列于所述电路板上的投影与所述光接收器和激光器相对应。

7.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，

所述连接部靠近所述光口端的一侧面排布设置有第二透镜阵列。

8.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，

所述连接部靠近光口端的一侧面设置有定位柱，所述光纤组件上配合设置有定位孔，所述定位柱插设于定位孔内。

9.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，

所述电路板设置为阶梯状，自所述电口端向所述光口端呈三段式结构，所述电口端位于第一段，所述安装部位于第二段，所述收纳部位于第三段。

10.如权利要求9所述的光模块，其特征在于，

所述第三段的厚度大于所述第二段的厚度，所述第二段的厚度大于所述第一段的厚度。

11.如权利要求9所述的光模块，其特征在于，

所述第一段、所述第二段和所述第三段的电路板层数不同。