多面型光学透镜、透镜阵列、光模块及光通信设备的制作方法

本技术涉及光通信，尤其涉及一种多面型光学透镜、透镜阵列、光模块及光通信设备。

背景技术：

1、随着互联网体系的壮大及联网设备的增加，互联产生的数据信息正在呈指数级增长，使得具有更大的传输带宽及传输容量、更低的传输损耗、更强的抗电磁干扰能力和更高的传输质量的光通信技术迅速发展。光通信凭借其优异的性能，已经被广泛应用于数据中心、电信网络、光纤宽带、汽车电子和工业制造等行业中。而‌光学透镜在光通信中具有至关重要的作用，能够通过聚焦和光束整形等技术手段确保光通信的高效、稳定和高质量传输。

2、为了适应现代通信网络的发展需求，提高设备的集成度和降低能耗，对光通信设备的小型化、传输速率和传输质量提出了更高要求。然而，相关技术中，通过光通信设备中的光学透镜传输光信号的过程中，光斑直径较大，光斑的边缘光线的能量密度分散明显，不利于光通信设备的小型化；且当提高光信号的传输速率时，分散的光线容易形成杂散噪声，进而影响光信号的传输质量。

技术实现思路

1、本技术实施例公开了一种多面型光学透镜、透镜阵列、光模块及光通信设备，能够在兼顾光信号的传输质量的情况下，实现小型化设计。

2、为了实现上述目的，第一方面，本技术实施例公开了一种多面型光学透镜，包括：

3、光学有效部，所述光学有效部包括第一区域和环设在所述第一区域外周的第二区域，所述第一区域于近光轴处为凸面，所述第二区域于近光轴处为凹面；以及

4、承靠部，所述承靠部设置于所述光学有效部的外周，所述承靠部包括第三区域，所述第三区域环设在所述第二区域的外周。

5、采用在光学有效部设置第一区域和第二区域的方式，能够在不影响多面型光学透镜聚焦的光斑的中心质量的前提下，通过控制第一区域的尺寸及曲率缩小光斑的直径，以及通过第二区域削弱光斑的边缘杂散噪声，有利于提高多面型光学透镜在较高的光信号的传输速率时的传输质量和缩小多面型光学透镜的尺寸，进而有利于多面型光学透镜的小型化，以及有利于提高多面型光学透镜的光学性能和与激光器适配的良品率。

6、作为一种可选的实施方式，所述凸面为椭球面或球面；

7、和/或，

8、所述凹面为抛物面或双曲面。

9、通过将凸面设置为球面，能够有效聚焦光束，减少聚焦误差；同时，由于球面形状统一，使得多面型光学透镜的制造过程更简单，有利于减少多面型光学透镜的制造时间以及降低多面型光学透镜的制造成本。而将凸面设置为椭球面，使得凸面的曲率半径能够从凸面的中心到边缘随着主光轴的变化而连续变化，从而使得凸面能够更好地校正球差，进而有利于提高多面型光学透镜的光斑质量。

10、由于抛物面对光线具有均匀的发散作用，将凹面设置为抛物面，通过凹面能够有效地分散位于凸面范围外的光束，从而能够有效屏蔽多面型光学透镜的光斑的边缘杂散噪声。而通过将凹面设置为双曲面，能够在实现凹面的弯曲外形的同时最大程度上减小光学透镜的畸变，有利于提高凹面的散射效果，进而有利于提高对多面型光学透镜的光斑的边缘杂散噪声的屏蔽效果。此外，通过双曲面能够降低凹面的弯曲程度，有利于凹面与凸面的平滑连接，避免在凹面与凸面的连接处形成尖角而导致多面型光学透镜在制造时易破碎及影响屏蔽边缘杂散噪声的效果的情况的发生。

11、作为一种可选的实施方式，所述凸面在与所述光学有效部的厚度方向平行且经过所述第一区域的顶点的切平面上的投影满足曲线方程：

12、

13、其中，c为近轴曲率，k为二次曲面常数，k大于-1，并且k小于或等于0，bi为高次项系数。将凸面在切平面上的曲线方程的二次曲面常数k值的范围设置在大于-1且小于或等于0的范围内，能够更好地控制凸面的曲率半径，从而能够实现凸面的面型为球面或者椭球面。

14、作为一种可选的实施方式，所述凹面在与所述光学有效部的厚度方向平行且经过所述第一区域的顶点的切平面上的投影满足曲线方程：

15、

16、其中，c为近轴曲率，k为二次曲面常数，k大于-50，并且k小于或等于-1，bi为高次项系数。将凹面在切平面上的曲线方程的二次曲面常数k值的范围设置在大于-50且小于或等于-1的范围内，能够更好地控制凹面的曲率半径，从而能够实现凹面的面型为抛物面或双曲面。

17、作为一种可选的实施方式，所述第一区域在垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上的投影为圆形；

18、所述第二区域位于垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上的投影为圆环形；

19、所述第二区域位于垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上的投影的外径，与所述第一区域在垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上的投影的直径呈线性关系。

20、采用第二区域的尺寸与第一区域的尺寸呈线性关系设置，也即随着第一区域的尺寸增大，第二区域的尺寸也同步增大，或者，随着第一区域的尺寸缩小，第二区域的尺寸也同步缩小，这样，在通过控制第一区域的尺寸来控制光斑直径的同时，通过同步变化的第二区域的尺寸，使第二区域能够更好地配合第一区域，从而能够更好地控制光斑的边缘杂散噪声。

21、作为一种可选的实施方式，所述第一区域在垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上的投影的直径为50μm-150μm；

22、和/或，

23、所述第二区域位于垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上的投影的外径小于或等于400μm。

24、通过设置第一区域在垂直光学有效部的厚度方向的平面上的圆形投影的直径范围，能够将多面型光学透镜的光斑直径控制在较小的范围内，从而提升多面型光学透镜的光学性能，以及有利于多面型光学透镜的小型化设计。而通过设置第二区域在垂直光学有效部的厚度方向的平面上的圆环形投影的外径范围，能够有效地配合第一区域对光束的控制，从而能够有效地控制多面型光学透镜的光斑的边缘杂散噪声，进而有利于提升多面型光学透镜的光学性能。并且，这样有利于控制多面型光学透镜的尺寸在较小的范围内，从而有利于多面型光学透镜的小型化。

25、作为一种可选的实施方式，所述第一区域在垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上的投影的直径为50μm-80μm；

26、和/或，

27、所述第二区域位于垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上的投影的外径小于或等于150μm。

28、采用上述方式，将第一区域在垂直光学有效部的厚度方向的平面上的圆形投影的直径设置在50μm-80μm，能够更好地控制多面型光学透镜的光斑直径，使得光斑的直径控制在更小的范围内，从而进一步提升多面型光学透镜的光学性能，以适应对控制光斑中心到边缘的能量分布有更高要求的使用情形，以及有利于多面型光学透镜的小型化。

29、同时，通过设置第二区域在垂直光学有效部的厚度方向的平面上的圆环形投影的外径设置在小于或等于150μm，能够更好地配合第一区域对光束的控制，从而能够进一步地控制多面型光学透镜的光斑的边缘杂散噪声，进而有利于进一步地提升多面型光学透镜的光学性能，以适应需要更高的光信号传输速率的使用情形。并且，这样有利于控制多面型光学透镜的尺寸在更小的范围内，从而更有利于多面型光学透镜的小型化。

30、作为一种可选的实施方式，在与所述光学有效部的厚度方向平行且经过所述第一区域的顶点的切平面上，所述第一区域与所述第二区域相交形成第一交点，所述第一区域具有经过所述第一交点的第一切线，所述第二区域具有经过所述第一交点的第二切线，所述第一切线与所述第二切线之间形成开口朝向所述第一区域的第一夹角，所述第一夹角为锐角；

31、和/或，

32、在与所述光学有效部的厚度方向平行且经过所述第一区域的顶点的切平面上，所述第二区域与所述第三区域相交形成第二交点，所述第二区域具有经过所述第二交点的第三切线，所述第三区域具有经过所述第二交点的第四切线，所述第三切线与所述第四切线之间形成开口朝向所述第三区域的第二夹角，所述第二夹角为锐角。

33、相较于第一夹角、第二夹角为直角或钝角的方式，由于第一夹角、第二夹角为直角或钝角时，第一区域与第二区域之间、第二区域与第三区域之间形成的接触角较为尖锐（甚至呈月牙状），在加工制备过程中容易破碎，进而影响多面型光学透镜的质量。并且，直角或钝角的第一夹角、第二夹角在光线通过时，容易产生衍射效应，从而产生边缘杂散光，影响多面型光学透镜对光斑的控制效果。

34、基于此，本技术将第一夹角、第二夹角设置为锐角，能够避免的这一情况的发生，有利于进一步地控制多面型光学透镜的光斑的边缘杂散噪声，进而有利于提升多面型光学透镜的光学性能，以适应需要更高的光信号传输速率的使用情形。

35、作为一种可选的实施方式，所述第一夹角为40°-80°；

36、和/或，

37、所述第二夹角为70°-85°。

38、通过将第一夹角设置在40°-80°，既能够使得第一区域与第二区域具有合适的曲率半径，避免第一区域和第二区域的曲面较为平缓而影响第一区域和第二区域控制光斑的效果，有利于提高多面型光学透镜的光学性能，以适应需要更高的光信号传输速率的使用情形。此外，还能够降低第一夹角过于尖锐而导致在生产加工或者使用的过程中第一夹角处发生破碎的几率。

39、而通过将第二夹角设置在70°-85°，能够进一步降低第二夹角过于尖锐而导致在生产加工或者使用的过程中第一夹角处发生破碎的几率；同时，能够使得第二区域具有合适的曲率半径，有利于提高第二区域对光斑的边缘杂散噪声的屏蔽效果，从而有利于提高多面型光学透镜的光学性能，以适应需要更高的光信号传输速率的使用情形。

40、作为一种可选的实施方式，所述第二区域包括多个子区域，各所述子区域于近光轴处均为凹面，多个所述子区域沿第一方向依次设置；

41、其中，所述第一方向为所述第一区域指向所述第二区域的方向。

42、采用这种方式，能够更好地调整第二区域上设置在各个子区域上的各个凹面的曲率半径和尺寸，使得各个子区域能够对光斑的边缘杂散噪声实现更好的控制，从而有利于提高第二区域对光斑的边缘杂散噪声的整体屏蔽效果，进而有利于提高多面型光学透镜的光学性能，以适应需要更高的光信号传输速率的使用情形。

43、作为一种可选的实施方式，多个所述子区域沿所述第一方向依次间隔设置；

44、所述第二区域还包括多个过渡区，各所述过渡区分别连接于相邻的两个所述子区域之间，且各所述过渡区于近光轴处均为平面。

45、采用过渡区连接相邻的两个子区域的方式，能够使各子区域之间的过渡更为平缓，避免两个子区域之间的连接处形成尖锐的接触角而在加工制备过程中容易破碎，进而影响多面型光学透镜的质量的情况。同时，能够在子区域的曲率半径较小时，避免两个子区域直接相连形成尖锐的接触角而导致在两个子区域的连接处发生光的衍射的情况，有利于更好地控制光斑的边缘杂散噪声，进而有利于提高多面型光学透镜的光学性能。

46、作为一种可选的实施方式，沿平行于所述光学有效部的厚度方向平行且经过所述第一区域的顶点的切平面上，各所述过渡区分别与相邻的所述子区域相交形成第三交点，所述过渡区具有经过对应的所述第三交点的第五切线，所述子区域具有经过对应的所述第三交点的第六切线，经过同一个所述第三交点的所述第五切线和所述第六切线之间形成开口朝向对应的所述子区域的第三夹角，所述第三夹角为锐角。

47、相较于第三夹角为直角或钝角的方式，将第三夹角设置为锐角，能够避免在第二区域与第三区域之间形成较为尖锐（甚至呈月牙状）的接触角，从而能够降低多面型光学透镜在加工制备或者使用的过程中发生破碎的几率，有利于提高多面型光学透镜的质量及使用寿命。并且，通过将第二夹角设置为锐角，能够降低在第二区域与第三区域的连接处发生光学衍射的几率，生，有利于进一步地控制多面型光学透镜的光斑的边缘杂散噪声，进而有利于提升多面型光学透镜的光学性能。

48、作为一种可选的实施方式，所述第二区域上设置有衰减层。采用设置衰减层的方式，能够对照射到第二区域上的光线进行吸收和散射，从而降低光线的强度，有利于削减光斑的边缘杂散噪声，从而有利于提高多面型光学透镜的光学性能，以适应需要更高的光信号传输速率的使用情形。

49、作为一种可选的实施方式，所述第三区域在垂直所述光学有效部的厚度方向的平面上形成投影，所述投影上的距离最远的两个点之间的距离小于或等于600μm；

50、和/或，

51、所述第三区域于近光轴处为平面。

52、通过将第三区域设置成平面，能够避免通过第三区域的光线进行聚焦或者散射，从而能够避免经过第三区域的光线对多面型光学透镜的光斑的影响，有利于提高多面型光学透镜的光学性能。而通过将第三区域的范围限制在600μm内，有利于减小多面型光学透镜的尺寸，从而有利于多面型光学透镜的小型化。

53、作为一种可选的实施方式，所述多面型光学透镜还包括进光面和出光面，所述进光面和/或所述出光面具有所述第一区域、所述第二区域及所述第三区域。这样，通过在进光面、出光面上设置有第一区域、第二区域及第三区域，从而能够在不影响多面型光学透镜聚焦的光斑的中心质量的前提下，通过控制第一区域的尺寸及曲率缩小光斑的直径，以及通过第二区域削弱光斑的边缘杂散噪声，有利于提高多面型光学透镜在较高的光信号的传输速率时的传输质量和缩小多面型光学透镜的尺寸，进而有利于多面型光学透镜的小型化，以及有利于提高多面型光学透镜的光学性能和与激光器适配的良品率。此外，相较于在进光面或出光面上设置第一区域、第二区域及第三区域的方式，在进光面和出光面上设置第一区域、第二区域及第三区域的方式，能够通过进光面对光线进行收集，再由出光面对光线进行聚焦，有利于进一步缩小光斑的直径，以及提高削弱光斑的边缘杂散噪声的效果。

54、作为一种可选的实施方式，所述进光面与所述出光面相互平行；或，

55、所述进光面与所述出光面之间成夹角。

56、通过将进光面与出光面平行设置，能够更好地传递光束，减低光束的能量损失，有利于提高多面型光学透镜的光学性能。而采用进光面与出光面成夹角的方式，能够利用多面型光学透镜对光束进行折射，从而改变光路的方向，使多面型光学透镜能够满足需要改变光路的传递方向的场景，有利于提高多面型光学透镜的适用性。

57、作为一种可选的实施方式，所述多面型光学透镜的形状包括圆柱体或多边体。通过将多面型光学透镜设置成圆柱体或多边体，可以使多面型光学透镜能够适配多种使用场景，有利于提高多面型光学透镜的适用性。

58、作为一种可选的实施方式，所述多面型光学透镜的材质包括聚醚酰亚胺、单晶硅、多晶硅、氧化硅玻璃、硼硅玻璃或亚克力。通过聚醚酰亚胺、单晶硅、多晶硅、氧化硅玻璃、硼硅玻璃或亚克力等材质，使得多面型光学透镜具有高透明性、热稳定性和良好的机械性能，有利于提高多面型光学透镜的整体结构稳定性和实现多面型光学透镜的良好的光学性能。

59、第二方面，本技术实施例还公开了一种透镜阵列，包括多个如上述第一方面所述的多面型光学透镜，多个所述多面型光学透镜阵列式排布。通过阵列式排布的多个多面型光学透镜能够控制多路光束，并且，通过各个多面型光学透镜分别单独控制一路光束，能够在不影响多面型光学透镜聚焦的光斑的中心质量的前提下，缩小光斑的直径以及削弱光斑的边缘杂散噪声，有利于提高透镜阵列的光学性能和适用性。

60、第三方面，本技术实施例还公开了一种光模块，包括如上述第一方面所述的多面型光学透镜或如上述第二方面所述的透镜阵列。具有上述第一方面所述的多面型光学透镜或如上述第二方面所述的透镜阵列的光模块，同样能够在不影响多面型光学透镜聚焦的光斑的中心质量的前提下，缩小光斑的直径以及削弱光斑的边缘杂散噪声，有利于提高光模块的光学性能及适用性。

61、第四方面，本技术实施例还公开了一种光通信设备，包括如上述第三方面所述的光模块。

62、与现有技术相比，本技术的有益效果是：

63、本技术实施例提供的多面型光学透镜、透镜阵列、光模块及光通信设备，该多面型光学透镜由于在光学有效部设置有于近光轴处为凸面的第一区域和环设在第一区域外周且于近光轴处为凹面的第二区域。通过第一区域能够聚焦光束，并通过第二区域能够屏避光束的边缘杂散噪声，从而能够在不影响多面型光学透镜聚焦的光斑的中心质量的前提下，通过控制第一区域的尺寸来实现控制光斑的直径，以及通过第二区域削弱光斑的边缘杂散噪声，有利于提高多面型光学透镜在较高的光信号的传输速率时的传输质量和缩小多面型光学透镜的尺寸，进而有利于提升多面型光学透镜的光学性能，以及有利于多面型光学透镜的小型化。