一种光模块的制作方法

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术：

在光纤通信领域中，需用到光模块，光模块是一种可实现光电或电光转换的光器件。常用的光模块包括主体元件、激光器芯片和光接口，激光器芯片设置在主体元件的一端，光接口设置在主体元件的另一端，光接口内安装有光纤。在光接口的一侧设置光线汇聚孔，光线汇聚孔一端的主体元件为曲面结构，形成凸透镜。在光的传输过程中，从激光器芯片发射的光为发散光，发散光进入主体元件，经凸透镜汇聚后耦合进光纤。

激光器芯片发出的光在耦合进光纤的过程中，会有一部分经过光纤端面反射回来，反射回来的光会有一部分再次进入到激光器中，导致激光器芯片发光的性能变差。

技术实现要素：

本发明提供了一种光模块，以少反射光对激光器芯片出光的影响。

本发明提供了一种光模块，包括：激光器组件、管体和适配器，激光器组件固定在管体的一端，适配器固定在管体的另一端；激光器组件中具有激光器芯片，激光器组件伸入管体的一端设有透镜，管体内具有位于透镜和适配器之间的阻隔件；阻隔件靠近透镜的一端设有进光口，阻隔件靠近适配器的一端设有出光口，进光口的面积大于出光口的面积；激光器芯片发出的光经透镜汇聚后，经进光口进入阻隔件的内腔，由出光口出射后进入适配器中；阻隔件内腔的截面面积由进光口至出光口逐渐减小。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种光模块，激光器芯片发出的光为发散光，在透镜处发生汇聚，汇聚光束的光斑由大光斑逐渐转变为小光斑；而阻隔件的进光口大于出光口，进光口可以包容大光斑的光束进入，小光斑从出光口射出，阻隔件内腔的截面面积由进光口至出光口逐渐减小，汇聚光束的光斑也在逐渐变小，使得汇聚光束形状的外廓与阻隔件的内腔形状相同，大部分的汇聚光束可以通过阻隔件；而在适配器处产生的反射光，向阻隔件方向传播时呈现发散状态，光斑逐渐变大，而阻隔件位于适配器一端的出光口较小，大部分反射光被阻隔件的外壁阻拦，无法通过阻隔件的出光口回到激光器芯片中，避免反射光对激光器芯片产生影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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性的前提下，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为光网络单元结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光收发器件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的光收发器件的另一结构示意图；

图7为本发明实施例提供的光模块的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的光模块的分解结构示意图；

图9为本发明实施例提供的管体的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的光模块的剖视图；

图11为本发明实施例提供的光模块的另一剖视图；

图12为本发明实施例提供的光模块的剖视正视图；

图13为本发明实施例提供的芯片经过偏心和倾斜后的光路图；

图14(a)为本发明实施例提供的阻隔件的轴向示意图；

图14(b)为本发明实施例提供的阻隔件的另一轴向示意图；

图14(c)为本发明实施例提供的阻隔件的剖视图；

图14(d)为本发明实施例提供的阻隔件的正视图；

图15为本发明实施例提供的芯片射出的光信号经过阻隔件后的光路图；

图16为本发明实施例提供的光信号经光纤插芯端面的反射光的光路图。

具体实施方式

光纤通信的核心环节之一是光电信号的转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导中传输，利用光在光纤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采用的是电信号，这就需要在信号传输过程中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、传输数据信号以及接地等，金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的标准方式，以此为基础，电路板是大部分光模块中必备的技术特征。

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单元100、光模块200、光纤101及网线103；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的光网络单元100完成。

光模块200的光口与光纤101连接，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口接入光网络单元100中，与光网络单元100建立双向的电信号连接；光模块200实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤101与光网络单元100之间建立连接。具体地，来自光纤101的光信号由光模块200转换为电信号后输入至光网络单元100中，来自光网络单元100的电信号由光模块200转换为光信号输入至光纤101中。光模块200是实现光电信号相互转换的工具，不具有处理数据的功能，在上述光电转换过程中，信息并未发生变化。

光网络单元100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；光网络单元100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之间通过光网络单元100建立连接。具体地，光网络单元100将来自光模块200的信号传递给网线103，将来自网线103的信号传递给光模块200，光网络单元100作为光模块200的上位机监控光模块200的工作。

至此，远端服务器通过光纤101、光模块200、光网络单元100及网线103，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；光网络单元100是光模块200的上位机，向光模块200提供数据信号，并接收来自光模块200的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络单元结构示意图。如图2所示，在光网络单元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中设置有电连接器，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结构。

光模块200插入光网络单元100中，具体为光模块200的电口插入笼子106中的电连接器，光模块200的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板105上，将电路板105上的电连接器包裹在笼子106中；光模块200插入笼子106中，由笼子106固定光模块200，光模块200产生的热量通过光模块壳体传导给笼子106，最终通过笼子106上的散热器107进行扩散。

光模块200在上述光通信连接中起到光电转换的关键作用，目前一种硅基光电芯片的封装方式在光模块行业逐渐成熟，其将硅基集成电路技术与光波导技术结合到一起，以芯片生长制作工艺制作出集成光电转换功能及电光转换功能的芯片。然而，由于硅光芯片采用的硅材料不是理想的激光芯片发光材料，不能在硅光芯片制作过程集成发光单元，所以硅光芯片需要由外部光源提供光。

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本发明实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁手柄203、电路板300及光收发器件400；

上壳体201与下壳体202形成具有两个开口的包裹腔体，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，用于插入光网络单元等上位机中，另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接内部光纤，电路板300、光收发器件400及激光盒等光电器件位于包裹腔体中。

上壳体201与下壳体202一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；采用上壳体201与下壳体202结合的装配方式，便于将电路板300等器件安装到壳体中，一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。

解锁手柄203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，拉动解锁手柄203的末端可以在使解锁手柄在外壁表面相对移动；光模块200插入上位机时由解锁手柄203将光模块固定在上位机的笼子106里，通过拉动解锁手柄203以解除光模块200与上位机的卡合关系，从而可以将光模块200从上位机的笼子106里抽出。

图5为本发明实施例提供的光收发器件的结构示意图；图6为本发明实施例提供的光收发器件的另一结构示意图。如图5和图6所示，光模块200中的光收发器件400包括用于实现光信号和电信号转换的光组件，光组件包括：激光器组件1、管体2和适配器4，激光器组件1的一端与电路板300连接，激光器组件1的另一端固定在管体2内，适配器4固定在管体2的另一端，激光器组件1发出的光信号经管体2进入适配器4中的光纤插芯7。

激光器组件1发出的光在耦合进光纤的过程中，会有一部分经过光纤端面反射回来，反射回来的光会有一部分再次进入到激光器中，导致激光器发光的性能变差。为减少反射光对激光器的影响，本发明实施例提供的一种光模块，具有隔离光的作用，可减少反射光再次进入到激光器中。

具体地，图7为本发明实施例提供的光模块的结构示意图；图8为本发明实施例提供的光模块的分解结构示意图。参见图7和图8，本发明实施例提供的一种光模块，包括：激光器组件1、管体2和适配器4。激光器组件1用于实现根据电信号发出光信号，管体2用于实现激光器组件1与适配器4之间的固定衔接，光信号由管体2传输进适配器4，适配器4内安装有光纤插芯7，光纤插芯7是由陶瓷包裹的光纤，由光纤插芯7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，光模块还包括用于实现将光信号转换为电信号的接收器组件9，经适配器4内的光纤插芯7传输进光模块内的光信号，经接收器组件9转换为电信号。管体2内可实现由电信号转换的光信号的传输并由光纤插芯7射出，还可实现由光纤插芯7传输进的光信号发送至接收器组件9，由接收器组件9转换为电信号，为此，激光器组件1、适配器4和接收器组件9均需固定在管体2上。

如图9所示，管体2包括中空的圆管体21和中空的方管体22，圆管体21和方管体22均设有空腔。圆管体21和方管体22可通过焊接组装在一起，而为保证光模块的结构强度，在具体装配过程中，需要在圆管体21和方管体22的连接处涂抹一圈黑胶来固化。

圆管体21固定在方管体22的外侧壁，圆管体21的轴线与方管体22的外侧壁垂直，圆管体21与方管体22连通；圆管体21与激光器组件1嵌套连接，激光器组件1安装在圆管体21内，圆管体21的尺寸可以用于调节激光器组件1与光纤插芯7之间的距离，以满足汇聚光的焦距要求，激光器组件1可发出横向的光波。

激光器组件1固定在管体2的一端，适配器4固定在管体2的另一端，接收器组件9固定在管体2的上端。为实现固定，方管体22的上表面、左侧壁和右侧壁均设有通孔，左侧壁的通孔与圆管体21连通；右侧壁的通孔，即方管体22的与圆管体21相对的一侧设有的通孔，该通孔用于实现方管体22与适配器4的嵌套连接，适配器4内安装有光纤插芯7，使得激光器组件1的出光口和光纤插芯7的接收口相对；上表面的通孔23用于实现接收器组件9的安装。

在由光纤插芯7发射光信号经反射后进入接收器组件9，该过程光程较短，因此，需要接收器组件9直接通过上表面的通孔23固定在管体2上，使得光纤插芯7与接收器组件9相距较近。

为实现由光纤插芯7传输进管体2的光信号再传输进接收器组件9，需在管体2内设置第一滤波片6和第二滤波片8。如图10、图11和图12所示，第一滤波片6位于激光器组件1和光纤插芯7之间，第一滤波片6呈角度安装，第一滤波片6沿由激光器组件1至光纤插芯7的方向倾斜，以使激光器组件1射出的光信号经由第一滤波片6透射后进入光纤插芯7。第二滤波片8位于第一滤波片6与接收器组件9之间，第二滤波片8与光纤插芯7的光轴平行，第二滤波片8与第一滤波片6之间呈45°夹角。

由光纤插芯7传输进的光信号，即在如图10所示的状态下，由右至左射进的光信号，照射在第一滤波片6后产生反射，为使反射后的光信号能够经第二滤波片8进入接收器组件9，本实施例中，优选设置第一滤波片6的倾斜角度为45°。光纤插芯7的光轴呈水平方向，由水平方向发射的光信号在经过45°倾斜的第一滤波片6后产生向上的反射，使得反射后的光信号能够垂直经过第二滤波片8后进入接收器组件9内，以将光信号转换为电信号。

而由激光器组件1射出的光信号，经由第一滤波片6透射后即可进入适配器4内的光纤插芯7中并射出。激光器组件1发出的光在耦合进光纤插芯7的过程中，会有一部分经过光纤插芯7端面反射回来，以及，还会发生漫反射，反射回来的光和漫反射的光会有一部分再次进入到激光器组件1中，导致激光器组件1发光的性能变差。因此，为了保证光模块的耦合效率，需将漫反射的光和反射光隔离掉。

本实施例中，第一滤波片6和第二滤波片8用于实现光信号的过滤，以获得所需波长的光信号。

激光器组件1内安装有激光器芯片(简称芯片)11，用于实现光信号的发射，而激光器芯片11发射的光信号为发散光，因此，需在激光器芯片11的发光口设置透镜3，以实现发散光的汇聚，透镜3位于激光器芯片11和第一滤波片6之间。

针对反射光导致激光器组件1发光的性能变差的情况，现有技术中常采用隔离器来实现反射光的隔离，但因隔离器成本高，且易对光信号产生损耗，为避免影响光信号的耦合效率，本实施例提供的光模块中，去除隔离器。在保证光模块性能的条件下，可消除隔离器本身对光的损耗，也可消除隔离器因在加工时产生的偏振方向的偏差和隔离器安装时的角度偏差带来的光损耗，提高封装时的耦合效率，可减少对激光芯片功率的需求，同时大幅度地降低同轴封装光模块的成本。

为避免去除隔离器后反射光进入激光器组件1，影响激光器组件1的工作性能，本实施例提供的光模块，在激光器芯片11贴片时，进行偏心和倾斜一定角度的处理，使激光器芯片11发出光的光轴与透镜3的中心轴成一定角度出射，以降低反射光进入激光器的可能性。具体地，激光器组件1中倾斜安装有激光器芯片11，以使激光器芯片11发出光的光轴与透镜3的中心轴呈角度。

如图13所示，将激光器芯片11倾斜1°至10°左右，使得激光器芯片11发出光的光轴不与透镜3的中心轴重合，透镜3的中心轴为沿水平方向，使得倾斜后的激光器芯片11发出光的光轴与透镜3的中心轴之间存在夹角。而由于光纤插芯7的光轴为水平方向，使得光纤插芯7的光轴与激光器芯片11发出光的光轴之间也呈角度。倾斜后的激光器芯片11发出光的光轴如图13中左侧箭头指向的虚线部分，透镜3的中心轴如图13中位于中间的箭头指向的实线部分，光纤插芯7的光轴如图13中右侧箭头指向的实线部分。以倾斜后的激光器芯片11发射三条光波为例，三条发散的光波经过透镜3后汇聚射出，三条发散的光波的光轴均不与透镜3的中心轴重合。汇聚后的光波经过第一滤波片6过滤后，符合波段需求的光波耦合进适配器4中的光纤插芯7中，由光纤插芯7实现耦合光束的射出。

如果激光器芯片11按照正常角度实现同轴封装，即激光器芯片11发出光的光轴与透镜3的中心轴重合，那么激光器芯片11发射的光波经透镜3汇聚和第一滤波片6滤波后耦合进光纤插芯7时，汇聚后的光波进入光纤插芯7内的进光轴将与光纤插芯7的光轴重合。也就是说，激光器芯片11在按照正常角度安装时，激光器芯片11、透镜3、第一滤波片6和光纤插芯7之间会形成一条固定的光信号传输路径(原光路)，即由激光器芯片11发出光的光轴射出的光波经过透镜3的中心轴和第一滤波片6后会耦合进光纤插芯7的光轴并射出，那么会导致在由光纤插芯7向接收器组件9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芯片11中，即该由右至左发射的光信号经过第一滤波片6，沿透镜3的中心轴进入激光器芯片11发出光的光轴，进而进入激光器组件1内，导致激光器组件1发光的性能变差。

因此，采用本实施例提供的倾斜的激光器芯片11，其反射的光波不会沿原光路可逆的回到激光器芯片中，在由激光器组件1发射的光波耦合进光纤插芯7时，经过光纤插芯7端面反射回来的光波不会沿原传输路径返回，也就不会通过激光器芯片11发出光的光轴进入激光器组件1内。可见，通过将激光器芯片11进行偏心和倾斜一定角度处理，改变激光器芯片11发出光的光轴方向，可以降低光模块内的反射光再次进入激光器组件1中的可能性，进而避免影响激光器组件1的发光性能。

为进一步阻隔反射光和漫反射等杂散光，本实施例提供的光模块，在透镜3的出光口端设置阻隔件5，如图10、图11和图12所示。阻隔件5的大小可保证激光器芯片11的出射光束通过，不会对激光器芯片11发射的光产生损耗。

具体地，管体2内安装有阻隔件5，阻隔件5位于透镜3和适配器4之间，更进一步，阻隔件5位于透镜3和第一滤波片6之间；激光器芯片11发出的光波，经透镜3汇聚进入阻隔件5，阻隔件5内传输的光经由第一滤波片6后再耦合进光纤插芯7，由光纤插芯7实现耦合光束的射出。

本实施例提供的阻隔件5，采用锥形结构，以阻挡反射光再通过阻隔件5返回激光器组件1中。为此，如图14(a)、图14(b)、图14(c)、图14(d)所示，阻隔件5的靠近透镜3的一端设有进光口51，阻隔件5的靠近适配器4的一端设有出光口52；由进光口51至出光口52，阻隔件5内腔的光通道53的截面面积逐渐减小，使得阻隔件5呈现一头大一头小的结构。光通道53的表面为过度面，使光通道53呈锥形。

如图15所示，阻隔件5通过进光口51与透镜3贴合安装，激光器芯片(简称芯片)11发出的光为发散光，在经过透镜3后发生汇聚，汇聚光束的光斑由大光斑逐渐转变为小光斑；而阻隔件5的进光口51大于出光口52，进光口51可以包容大光斑的光束进入，小光斑从出光口52射出，再由进光口51向出光口52尺寸过度的过程中，汇聚光束的光斑也在逐渐变小，汇聚光束形状的外廓与阻隔件5的内腔内廓形状相同，使得阻隔件5贴合在透镜3上时，透镜3汇聚的光波可大部分通过阻隔件5，不会对光产生损耗。

而为阻挡反射光，如图16所示，阻隔件5的靠近光纤插芯7的一端设计成小尺寸，即出光口52的尺寸小于进光口51的尺寸。光波照射在光纤插芯7的端面的光为汇聚光，而汇聚光反射回来后会变为发散光，即反射光的光斑由小光斑转变为大光斑，以大光斑的形式反射到阻隔件5的出光口52端。而由于出光口52较小，出光口52的直径小于反射光光斑的直径，使得大部分反射光照射在阻隔件5的外壁上，以阻挡一部分光波由出光口52进入阻隔件5内，进而避免通过阻隔件5返回进激光器组件1。

为保证激光器芯片11做偏心和倾斜处理后的耦合效率，本实施例提供的光模块，将适配器4端面的倾斜角度增大。具体地，如图12所示，适配器4的远离激光器组件1的一端设有喇叭形的开口41，开口41呈现一头大一头小的结构，远离光纤插芯7端面的一端尺寸较大，靠近光纤插芯7端面的一端尺寸较小，使开口41的内壁呈现倾斜状态。开口41起到导向作用，便于外部光纤插入。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种光模块，包括激光器组件1、管体2和适配器4，激光器组件1伸入管体2的一端设有透镜3，激光器组件1中倾斜安装有激光器芯片11，对激光器芯片11进行偏心和倾斜处理，使激光器芯片11发出光的光轴与透镜3的中心轴呈角度，以改变发射光的传输路径，进而避免反射光沿原光信号传输路径进入激光器组件1中。适配器4固定在管体2的另一端，适配器4内安装有光纤插芯7，光纤插芯7的光轴与激光器芯片11发出光的光轴呈角度；激光器芯片11发出的光，经透镜3汇聚再耦合进光纤插芯7，进入光纤插芯7的进光轴与光纤插芯7的光轴不重合，可避免反射光沿原固定的光信号传输路径传输，进而不会沿激光器芯片11发出光的光轴进入激光器组件1内。

激光器芯片发出的光为发散光，在透镜处发生汇聚，汇聚光束的光斑由大光斑逐渐转变为小光斑；而阻隔件的进光口大于出光口，进光口可以包容大光斑的光束进入，小光斑从出光口射出，阻隔件内腔的截面面积由进光口至出光口逐渐减小，汇聚光束的光斑也在逐渐变小，使得汇聚光束形状的外廓与阻隔件的内腔形状相同，大部分的汇聚光束可以通过阻隔件；而在适配器处产生的反射光，向阻隔件方向传播时呈现发散状态，光斑较大，而阻隔件位于适配器一段的出光口较小，大部分反射光被阻隔件的外壁阻拦，无法通过阻隔件的出光口回到激光器芯片中，避免反射光对激光器芯片出光产生影响。

阻隔件的形态可以阻拦大部分的反射光回到激光芯片中，结合激光器芯片进行偏心和倾斜处理，使得反射回来的光偏离原光路，进一步使得大部分的反射光反射至阻隔件的外壁上，减少通过阻隔件出光口回到激光器芯片的光。

可见，本实施例提供的光模块，不会对激光器芯片11发射的光产生损耗，并可实现反射光的隔离，降低光模块内的反射光再次进入激光器组件1中的可能性，进而避免影响激光器组件1的发光性能，保证光模块的耦合效率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。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发明的一般性原理并包括本发明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，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。