一种单纤双向多模波分复用光电转换装置及制作方法与流程

1.本发明属于信息传输技术领域，具体涉及一种单纤双向多模波分复用光电转换装置及制作方法。


背景技术：

2.随着通讯领域传输容量的日益增长，传统的传输技术已很难满足传输容量及传输速度的要求。目前，数据中心、商业应用和家庭对带宽的要求越来越高，而且应用多样化。光电转换装置是设备实现光通讯的主要组件，在一些应用场合，希望能够用一根光纤实现相同的功能，比如在数据中心布线不变的情况下增加带宽，那么波分复用技术就是一种有效的解决方案。
3.薄膜滤波器技术是在波分复用商用以来最早得到应用的波分复用技术，与其他技术相比，薄膜滤波器的主要优点是它在小尺寸设备中应用时有极高的准确性。
4.图1示出了现有的基于薄膜滤波器(tft)的波分复用装置的结构示意简图。参照附图图1，以玻璃载体111作为基础，在玻璃载体的两个表面下依次设置有若干副具有不同分离波长的镀膜113，每一副镀膜113只允许特定波长范围的光信号透过，其余波长的光信号会直接在镀层113上反射；结合图示示意结构，基于光反射时的入射角和出射角的关系布置每一副镀层113的位置，使入射光能够依次经过每一副镀层。相应的，于每一副镀层的远离玻璃载体111的一侧上设置有用于接收光信号的光电转换接收器112，通过该实施方式能够对光中每一个波长范围的信号进行读取，从而获取到相对应的信息。
5.而在针对单纤双向多模波分复用方向，图1所示结构的tft波分复用装置存在一个最大的问题在于光电转换接收器112和光电转换发射器之间的位置干涉问题，结合附图图1示意结构，由于位置的限制，光电转换接收器112和光电转换发射器不能够较为紧凑的设置在一起，因此，为了实现单纤双向波分复用，则需要设置两个tft波分复用装置分别用于信号的接收和信号的发射，在体积上不能够满足微小型器件的需求；此外，两个tft波分复用装置所用到的零部件数量较多，不利于降低tft波分复用装置的制造成本。


技术实现要素：

6.为了满足微小型器件的单纤双向多模波分复用的需求，本发明提供了一种单纤双向多模波分复用光电转换装置，基于tft构造的新型光电双向转换结构，能够在较为紧凑的体积内实现双向波分复用功能。
7.相应的，本发明提供了一种单纤双向多模波分复用光电转换装置，包括pcba、光纤连接器和电连接器，所述pcba包括电路板、分光器、介质薄膜滤波器、激光器和光电二极管，所述电连接器和光纤连接器分别设置在所述电路板上，每一个所述激光器与每一个所述光电二极管分别通过所述电路板与所述电连接器电性连接；所述介质薄膜滤波器的数量为n个，所述激光器的数量为n个，所述光电二极管的数量为n个，n为大于2的正整数；所述电路板上设置有转换区，所述转换区的区域形状为具
有n+1条边的等边多边形，根据第一转向依次连接所述等边多边形的n+1条边的中点得到辅助多边形，所述辅助多边形具有n个非空角和一个空角；所述辅助多边形的每一个非空角上分别设置有一个所述介质薄膜滤波器，且每一个所述介质薄膜滤波器的正面朝向所述辅助多边形的中心；所述辅助多边形上每一条边线的两端分别向外延长形成若干条辅助延长线；对于所述n个介质薄膜滤波器中的任一个介质薄膜滤波器，一个所述激光器和一个光电二极管分别沿所述第一转向依次设置在穿过所述介质薄膜滤波器的两条辅助延长线上；所述分光器设置在所述空角上，所述分光器具有两个输出端和一个输入端，所述输入端与所述光纤连接器连通，所述两个输出端分别位于所述空角的两条边线上，或所述两个输出端分别位于所述空角的两条边线的辅助延长线上。
8.可选的实施方式，所述pcba包括转动结构件，所述转动结构件包括圆筒主体和分别位于所述圆筒主体两端的两个限位片；所述电路板上开有与所述圆筒主体配合的通孔，所述圆筒主体配合在所述通孔中，所述两个限位片分别贴合在所述电路板的相对的两个表面上；所述分光器、n个介质薄膜滤波器、n个激光器和n个光电二极管分别设置在所述转动结构件上；在所述限位片朝向所述电路板一侧的表面上设置有若干组触点组。
9.可选的实施方式，所述介质薄膜滤波器包括刚性透镜和加工在所述刚性透镜表面上的镀膜；所述刚性透镜固定在所述转动结构件上。
10.可选的实施方式，所述触点组的数量为两组以上，每一组触点组具有对应于所述n个激光器和所述n个光电二极管的数量的连接触点；每一组触点组中的连接触点基于预设结构的连接线路与所述n个激光器和所述n个光电二极管电性连接。
11.可选的实施方式，所述分光器包括主体和两根立柱；所述分光器内设有光导流道，所述光导流道的其中一端为所述分光器的输入端，所述光导流道的另一端分岔为两个导出端；每一根所述立柱为圆筒结构，每一根所述立柱的底部固定在所述转动结构件上，两个所述导出端分别与两根立柱的顶部相正对；每一根所述立柱表面设置有工作面，所述工作面为所述分光器的输出端；所述立柱于内部设置有与所述工作面相正对的反射镜。
12.可选的实施方式，于每一根所述立柱的顶部设置有光学透镜。
13.可选的实施方式，所述光学透镜螺纹配合在对应的立柱的内壁上。
14.可选的实施方式，所述电连接器为hdmi接口。
15.可选的实施方式，还包括辅助供电接口，所述辅助供电接口设置在所述电路板上。
16.相应的，本发明提供了一种单纤双向多模波分复用光电转换装置的制作方法，用于所述的单纤双向多模波分复用光电转换装置。
17.综上，本发明实施例提供了一种单纤双向多模波分复用光电转换装置及制作方法，该单纤双向多模波分复用光电转换装置具有特殊设置的介质薄膜滤波器结构，避免了
光信号接收设备和光信号发射设备之间的布局干涉，能够在同一套介质薄膜滤波器中实现光信号的接收功能和发送功能，对于微小器件具有良好的实施便利性；通过介质薄膜滤波器的复用，减少的介质薄膜滤波器的设置量，可避免误差的叠加产生的产品不良问题以及降低了装置的制造成本；转动结构件的设置，可提高产品中涉及到光路传输部分的结构的稳定性，避免了装配导致的装配误差，可提高产品的加工良率；此外，转动结构件上不同的连接线路的设置，可以解决信号传输的同步率问题，对于采用波分复用方式传输不同信号线的同一个电连接器的实施方式而言具有重要的调节优化意义。
附图说明
18.下面的所附附图是本技术的说明书的一部分，其示出了本技术的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本技术的原理。
19.图1为现有的基于薄膜滤波器(tft)的波分复用装置的结构示意简图。
20.图2为本发明实施例的单纤双向多模波分复用光电转换装置的三维结构示意图。
21.图3为本发明实施例的转动结构件三维结构示意图。
22.图4为本发明实施例的转动结构件俯视透视结构示意图。
23.图5为本发明实施例的电路板三维结构示意图。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本技术所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本技术内容的实施例后，当可由本技术内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本技术内容的精神与范围。
25.本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，但并不作为对本技术的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
26.关于本文中所使用的“第一”、“第二”、
…
等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本技术，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
27.关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
28.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
29.关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
30.关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
31.关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20%，在部分实施例中可为10%，在部分实施例中可为5%或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
32.某些用以描述本技术的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本技术的描述上额外的引导。
33.图2示出了本发明实施例的单纤双向多模波分复用光电转换装置的三维结构示意图。
34.本发明实施例提供了一种单纤双向多模波分复用光电转换装置，包括pcba、光纤连接器4和电连接器1。
35.具体的，pcba是电路板7与其上部分元器件构成的整体的总称。在本发明实施例中，所述pcba包括电路板7、分光器51、n个介质薄膜滤波器56、n个激光器57和n个光电二极管58，n为大于2的正整数。
36.其中，所述电连接器1和光纤连接器4分别设置在所述电路板7上，具体的，这里所指的电路板7上是指所述电连接器1和光纤连接器4是需要通过电路板7作为载体进行固定，具体的，电连接器1和光纤连接器4可直接设置在所述电路板7上，也可以通过相应的连接结构设置在所述电路板7上。
37.所述电路板7上设置有转换区；所述转换区是电路板7上一个区域的命名，所述转换区不具有实体存在的边界。
38.具体的，所述n个激光器57和所述n个光电二极管58分别通过所述电路板7与所述电连接器1电性连接；具体的，激光器57的作用是用于将电连接器1传输的电信号转换为光信号输出，光电二极管58的作用是用于将来源于外部的光信号转换为电信号传输给电连接器1。
39.具体的，所述转换区的区域形状为具有n+1条边的等边多边形71，转换区的轮廓在附图中以实体轮廓线示意。
40.根据第一转向（即顺时针方向或逆时针方向，本发明实施例为顺时针方向）依次连接所述等边多边形71的n+1条边的中点得到辅助多边形72，所述辅助多边形72的轮廓在附图中以实体轮廓线示意。
41.具体的，所述辅助多边形具有n个非空角和一个空角。
42.所述辅助多边形72的每一个非空角上分别设置有一个所述介质薄膜滤波器56，且每一个所述介质薄膜滤波器56的正面朝向所述辅助多边形72的中心；具体的，介质薄膜滤波器56的正面即为介质薄膜滤波器56的工作面，介质薄膜滤波器56在正面上设置有特殊结构的镀膜，能够透过特定波长段的光线并反射其余波长段的光线。
43.具体的，所述辅助多边形72上每一条边线的两端分别向外延长形成若干条辅助延长线73，辅助延长线73在附图图3中以点线示出。
44.具体的，对于所述n个介质薄膜滤波器56中的任一个介质薄膜滤波器56，一个所述激光器57和一个光电二极管58分别沿所述第一转向依次设置在穿过所述介质薄膜滤波器56的两条辅助延长线73上；根据第一转向，第一条辅助延长线73上设置有一个所述激光器57，第二条辅助延长线73上设置有一个光电二极管58。
45.具体的，所述辅助多边形72具有一个空余的角，即空角。所述分光器51设置在所述辅助多边形72没有设置所述介质薄膜滤波器56的空角角上。
46.具体的，所述分光器51具有两个输出端和一个输入端69，所述输入端与所述光纤连接器4连通，两个输出端分别位于所述空角的两条边线上，或两个输出端分别位于所述空
角的两条边线的辅助延长线73上。需要说明的是，关于输出端和输入端的命名不表示恒定为光信号的输入和输出端，输出端和输入端的命名仅表示在分光器51结构中，分光器51具有三个连接端，本质上，三个连接端是相互导通的。在本发明实施例中，所述分光器51的两个输出端一个为光信号回传端，一个为光信号输出端，所述分光器51的输入端为输入输出复用端。
47.具体的，在本发明实施例所提供的单纤双向多模波分复用光电转换装置中，辅助多边形72可理解为该单纤双向多模波分复用光电转换装置内部的光信号传输路径，通过将介质薄膜滤波器56设置在正多边形的角上并空余正多边形的一个角供分光器51设置，利用光路的可逆性，可实现光信号的发射和接收；另外，关于元器件的空间布局，每一个介质薄膜滤波器56所对应的一组激光器57和光电二极管58之间的夹角至少在60度以上，从空间布局上能够避免激光器57和光电二极管58的位置干涉问题，从而实现复用介质薄膜滤波器56的功能，达到双向多模波分复用通信的目的，节省了装置的体积。
48.图3示出了本发明实施例的转动结构件5三维结构示意图，图4示出了本发明实施例的转动结构件5俯视透视结构示意图。
49.进一步的，所述pcba包括转动结构件5，所述转动结构件5包括圆筒主体59和分别位于所述圆筒主体59两端的两个限位片60；所述电路板7上开有与所述圆筒主体59配合的通孔。
50.所述圆筒主体59配合在所述通孔中，所述两个限位片60分别贴合在所述电路板7的相对的两个表面上，即转动结构件5是可转动地卡设在所述电路板7上。
51.所述分光器51、n个介质薄膜滤波器56、n个激光器57和n个光电二极管58分别设置在所述转动结构件5上。
52.在所述限位片60朝向所述电路板7一侧的表面上设置有若干组触点组61，所述n个激光器57和n个光电二极管58分别基于所述触点组61电性连接在电路板7上。
53.具体的，转动结构件5的设置目的主要在于，可将涉及到光路传输的分光器51和n个介质薄膜滤波器56设置在转动结构件5，具体实施中，分光器51、介质薄膜滤波器56的支架结构、转动结构件5可一体注塑成型，满足结构精度的要求，保证光路传输所涉及的零部件的位置准确性。
54.此外，转动结构件5的转动结构还有利于光纤线3的接入。
55.进一步的，所述介质薄膜滤波器56包括刚性透镜55和加工在所述刚性透镜55表面上的镀膜；所述刚性透镜55固定在所述转动结构件5上。在加工时，可先将刚性透镜55固定在所述转动结构件5上后，再通过镀膜的方式对其进行加工，可保证镀膜的加工位于最后步骤，而不是转移的步骤位于最后步骤，有利于保护镀膜，避免镀膜的损坏。
56.进一步的，所述触点组61的数量为两组以上，每一组触点组61具有对应于所述n个激光器57和所述n个光电二极管58的数量的连接触点；每一组触点组61中的连接触点基于预设结构的连接线路与所述n个激光器57和所述n个光电二极管58电性连接。
57.具体的，所述n个激光器57和所述n个光电二极管58分别电性连接至触点组61的连接触点上，由于光信号是沿第一转向逐级传递的，相应的，光信号的收发具有一定的时间差异性，此外，不同激光器57的个体之间和不同光电二极管58的个体之间都具有差异性，因此，本发明实施例通过不同连接线路的设计差异性缩小上述原因所导致的信号传输速度差
异性，以获得最为良好的信号传输效果。
58.具体的，不同连接线路对于不同的一根线路走线具有不同长度的走线长度，具体实施中，通过转动转动结构件5的方式，可以使不同的触点组61与电路板7的相应的电连接结构81进行连接。
59.图5示出了本发明实施例的电路板7三维结构示意图，结合附图图3示意，在附图图3中，由于虚线区域52对立柱结构进行了遮挡，故将虚线区域52进行隐藏，实际实施中，立柱是被包裹在分光器51的主体中的，仅有其工作面正对区域与外界连通。
60.相应的，为了对转动结构件5的运动进行一定的限位，防止电连接结构的脱离，在电路板7上设置有卡位凹槽80，转动结构件5可以设置相应的凸起结构进行卡位，从而对电连接结构实现定位。
61.进一步的，所述分光器51包括主体和两根立柱；所述分光器51内设有光导流道70，所述光导流道的其中一端为所述分光器51的输入端，所述光导流道的另一端分岔为两个导出端；每一根所述立柱为圆筒结构，每一根所述立柱的底部固定在所述转动结构件5上，两个所述导出端分别与两根立柱的顶部相正对；每一根所述立柱表面设置有工作面，所述工作面为所述分光器51的输出端；所述立柱于内部设置有与所述工作面相正对的反射镜。具体的，反射镜的作用用于将光信号转折90度，以供光信号的收发。
62.进一步的，为了保证光信号的传输质量，于每一根所述立柱的顶部设置有光学透镜55，所述光学透镜55的作用用于供光信号的聚焦，以使信号在传递过程中的集中性更强。为了置入透镜55，可在立柱的正上方的主体上进行贯穿孔的设计，在透镜55安装后再对贯穿孔进行封闭。
63.进一步逇，所述立柱的内部可设置有螺纹结构，透镜55可通过螺纹配合设置的方式安装在立柱内，从而便于透镜55的位置的调整。
64.进一步的，所述电连接器1为hdmi接口。需要特殊说明的是，具体的，针对于波分复用的技术应用，目前技术领域常用的手段是将波分复用应用于多个设备上，即多种设备通过波长范围区分信号特征以达到波分复用的目的，而在本发明实施例中，是通过波分复用的方式处理同一个接口的不同信号线的传输问题，因此，本发明实施例需要更关注信号的传输同步性问题。
65.进一步的，针对于不具有电力结构的电连接器1，所述单纤双向多模波分复用光电转换装置还包括辅助供电接口6，所述辅助供电接口6设置在所述电路板7上，用于为电路板7中的用电元器件和用电模块进行供电。
66.相应的，本发明实施例还提供了一种单纤双向多模波分复用光电转换装置的制作方法，用于制作所述的单纤双向多模波分复用光电转换装置。
67.具体的，在本发明实施例所述单纤双向多模波分复用光电转换装置的制作方法中，需要强调的加工步骤包括：基于一体成型的方式制备所述转动结构件5以及所述转动结构件5上的介质薄膜滤波器56的支架结构、转动结构件5、分光器51的支架结构，实际实施中，所述转动结构件5还应该设置有激光器57和光电二极管58的定位结构；介质薄膜滤波器56的加工方式为先将刚性玻璃固定在转动结构件5上再进行镀膜作业；
分光器51的支架结构成型后，需要在内部的通道结构中镀铜。
68.在立柱的正上方的主体上进行贯穿孔的设计，在透镜55安装后再对贯穿孔进行封闭。
69.综上，首先需要说明的是，每一个介质薄膜滤波器56对应的激光器57和光电二极管58分别沿所述第一转向依次设置，因此，按照第一转向，两根立柱依次分别为光信号发射立柱54和光信号接收立柱53；本发明实施例的单纤双向多模波分复用光电转换装置在接收光信号时，光纤3经过光纤3连接件接入至主体51上，光信号经过透镜55聚焦后聚焦在光信号发射立柱54的反射镜上后并经过工作面出射，按照第一转向的传递顺序，不同波长范围的信号依次被不同的介质薄膜滤波器56的后方的光电二极管58所接收并转换为电信号后传输至hdmi接口；本发明实施例的单纤双向多模波分复用光电转换装置在对外传输时，激光器57在接收到来自于hdmi接口的传输信号后，通过若干层介质薄膜滤波器56的反射后或直接被光信号接收立柱53的工作面接收，然后通过光纤3传输至外部；在装置的上述工作过程中，辅助供电接口6通过供电线2对相关设备进行供电。
70.与现有技术的实施差异在于，现有技术为了实现单纤双向波分复用，需要设置两个tft波分复用装置分别用于信号的接收和信号的发射，一方面，在体积上不能够满足微小型器件的需求，另一方面，所使用的零部件数量较多。例如，在现有技术下，假设一个tft波分复用装置针对10种波长的光信号进行处理，则该tft波分复用装置需要用到10层镀膜（等价于10个介质薄膜滤波器），信号的发射和接收需要用到两个tft波分复用装置，即需要20层镀膜（等价于20个介质薄膜滤波器）；而在本发明实施例中，基于光路的可逆性出发，利用介质薄膜滤波器的信号处理特性，一个介质薄膜滤波器同时实现光信号的接收分离和发送汇聚的功能，仅需要10个介质薄膜滤波器即可完成现有技术下20个介质薄膜滤波器才能实现的功能，起到了节省零部件数量的作用；另外，用于信号发送和接收的两个tft波分复用装置整合为一个波分复用光电转换装置，相较于现有技术能够满足微小型器件的需求。
71.综上，本发明实施例提供了一种单纤双向多模波分复用光电转换装置及制作方法，该单纤双向多模波分复用光电转换装置具有特殊设置的介质薄膜滤波器56结构，避免了光信号接收设备和光信号发射设备之间的布局干涉，能够在同一套介质薄膜滤波器56中实现光信号的接收功能和发送功能，对于微小器件具有良好的实施便利性；通过介质薄膜滤波器56的复用，减少的介质薄膜滤波器56的设置量，可避免误差的叠加产生的产品不良问题以及降低了装置的制造成本；转动结构件5的设置，可提高产品中涉及到光路传输部分的结构的稳定性，避免了装配导致的装配误差，可提高产品的加工良率；此外，转动结构件5上不同的连接线路的设置，可以解决信号传输的同步率问题，对于采用波分复用方式传输不同信号线的同一个电连接器1的实施方式而言具有重要的调节优化意义。
72.上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。