一种光模块及模场匹配器的制作方法

1.本技术涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块及模场匹配器。


背景技术：

2.随着云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式发展，光通信技术的发展进步变的愈加重要。而在光通信技术中，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。
3.在一些光模块中，为便于光模块与外部光纤进行光连接，光模块的光口处设置光纤适配器，进而光模块通过光纤适配器连接外部光纤。光纤适配器中设置光纤插芯，光模块产生的光信号通过光纤适配器的光纤插芯耦合进入外部光纤，光模块待接收的光信号通过外部光纤耦合进入光纤适配器的光纤插芯。
4.存在光纤适配器中光纤插芯的光纤直径与外部光纤的光纤直径差距相对比较大的情况，进而模场差距大，造成光信号在光纤插芯与外部光纤之间传输的损耗比较大。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种光模块及模场匹配器，降低光纤适配器与外部光纤之间光耦合的损耗。
6.第一方面，本技术提供的一种光模块，包括：
7.光收发器件；
8.光纤适配器，一端光连接所述光收发器件，包括光纤适配器本体和设置在所述光纤适配器本体内的光纤插芯，用于传输光信号；
9.模场匹配器，连接所述光纤适配器的另一端，用于模场匹配所述光纤插芯和外部光纤；
10.其中，所述模场匹配器包括：
11.模场匹配器本体，配合连接所述光纤适配器本体；
12.光纤芯，嵌设在所述模场匹配器本体内，包括光纤芯本体和位于所述光纤芯本体一端的锥形部，所述锥形部用于所述光纤芯本体到所述光纤芯端部直径的缩小，以使所述锥形部的端面与所述光纤插芯的端面匹配，所述光纤芯本体的另一端用于与外部光纤匹配。
13.第二方面，本技术提供的一种模场匹配器，用于光模块，包括：
14.模场匹配器本体；
15.光纤芯，嵌设在所述模场匹配器本体内，包括光纤芯本体和位于所述光纤芯本体一端的锥形部，所述锥形部用于所述光纤芯本体到所述光纤芯端部直径的缩小，所述锥形部的端面用于与光纤适配器中光纤插芯的端面匹配，所述光纤芯本体的另一端用于与外部光纤匹配。
16.本技术提供的光模块和模场匹配器中，光模块包括光收发器件、光纤适配器和模
场匹配器，光纤适配器的一端光连接光收发器件、另一端嵌设连接模场匹配器，进而光模块通过模场匹配器实现与外部光纤的光连接。模场匹配器包括模场匹配器本体和光纤芯，光纤芯嵌设在模场匹配器本体内，光纤芯包括光纤芯本体和位于光纤芯本体一端的锥形部，锥形部用于光纤芯本体到光纤芯端部直径的缩小，锥形部的端部与光纤适配器中光纤插芯的端面匹配。因此本技术提供的光模块，通过模场匹配器中的光纤芯实现外部光纤与光纤适配器的光连接，同时利用光纤芯上锥形部，实现外部光纤直径到光纤插芯的光纤直径的过渡，进而解决因为光纤适配器中光纤插芯的光纤直径与外部光纤的光纤直径差距相对比较大造成光信号光纤插芯与外部光纤之间的损耗比较大的问题，降低光纤适配器与外部光纤之间光耦合的损耗。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
18.图1为根据一些实施例的光通信终端连接关系示意图；
19.图2为根据一些实施例的光网络单元结构示意图；
20.图3为根据一些实施例提供的一种光模块结构示意图；
21.图4为根据一些实施例提供的光模块分解结构示意图；
22.图5为根据一些实施例提供的一种光发射次模块的立体图；
23.图6为根据一些实施例提供的一种光纤适配器的剖视图；
24.图7为根据一些实施例提供的一种光纤适配器的使用状态图；
25.图8为根据一些实施例提供的一种光纤适配器的使用状态剖视图；
26.图9为根据一些实施例提供的一种光纤适配器与模场匹配器的装配结构示意图；
27.图10为根据一些实施例提供的一种光纤适配器与模场匹配器的装配结构分解图；
28.图11为根据一些实施例提供的一种模场匹配器的结构示意图；
29.图12为根据一些实施例提供的一种模场匹配器本体的剖视图；
30.图13为根据一些实施例提供的一种模场匹配器的剖视图；
31.图14为根据一些实施例提供的一种模场匹配器的使用状态剖视图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本公开中的技术方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。
33.光通信技术中使用光携带待传输的信息，并使携带有信息的光信号通过光纤或光波导等信息传输设备传输至计算机等信息处理设备，以完成信息的传输。由于光信号通过光纤或光波导中传输时具有无源传输特性，因此可以实现低成本、低损耗的信息传输。此
外，光纤或光波导等信息传输设备传输的信号是光信号，而计算机等信息处理设备能够识别和处理的信号是电信号，因此为了在光纤或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，需要实现电信号与光信号的相互转换。
34.光模块在光纤通信技术领域中实现上述光信号与电信号的相互转换功能。光模块包括光口和电口，光模块通过光口实现与光纤或光波导等信息传输设备的光通信，通过电口实现与光网络终端(例如，光猫)之间的电连接，电连接主要用于实现供电、i2c信号传输、数据信号传输以及接地等；光网络终端通过网线或无线保真技术(wi-fi)将电信号传输给计算机等信息处理设备。
35.图1为根据一些实施例的光通信系统连接关系图。如图1所示，光通信系统主要包括远端服务器1000、本地信息处理设备2000、光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103；
36.光纤101的一端连接远端服务器1000，另一端通过光模块200与光网络终端100连接。光纤本身可支持远距离信号传输，例如数千米(6千米至8千米)的信号传输，在此基础上如果使用中继器，则理论上可以实现超长距离传输。因此在通常的光通信系统中，远端服务器1000与光网络终端100之间的距离通常可达到数千米、数十千米或数百千米。
37.网线103的一端连接本地信息处理设备2000，另一端连接光网络终端100。本地信息处理设备2000可以为以下设备中的任一种或几种：路由器、交换机、计算机、手机、平板电脑、电视机等。
38.远端服务器1000与光网络终端100之间的物理距离大于本地信息处理设备2000与光网络终端100之间的物理距离。本地信息处理设备2000与远端服务器1000的连接由光纤101与网线103完成；而光纤101与网线103之间的连接由光模块200和光网络终端100完成。
39.光模块200包括光口和电口。光口被配置为与光纤101连接，从而使得光模块200与光纤101建立双向的光信号连接；电口被配置为接入光网络终端100中，从而使得光模块200与光网络终端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，从而使得光纤101与光网络终端100之间建立连接。示例的，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终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块200转换为光信号输入至光纤101中。
40.光网络终端100包括大致呈长方体的壳体(housing)，以及设置在壳体上的光模块接口102和网线接口104。光模块接口102被配置为接入光模块200，从而使得光网络终端100与光模块200建立双向的电信号连接；网线接口104被配置为接入网线103，从而使得光网络终端100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。示例的，光网络终端100将来自光模块200的电信号传递给网线103，将来自网线103的信号传递给光模块200，因此光网络终端100作为光模块200的上位机，可以监控光模块200的工作。光模块200的上位机除光网络终端100之外还可以包括光线路终端(optical line terminal，olt)等。
41.远端服务器1000通过光纤101、光模块200、光网络终端100及网线103，与本地信息处理设备2000之间建立了双向的信号传递通道。
42.图2为根据一些实施例的光网络终端结构图，为了清楚地显示光模块200与光网络终端100的连接关系，图2仅示出了光网络终端100的与光模块200相关的结构。如图2所示，
光网络终端100中还包括设置于壳体内的pcb电路板105，设置在pcb电路板105的表面的笼子106，以及设置在笼子106内部的电连接器。电连接器被配置为接入光模块200的电口；散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。
43.光模块200插入光网络终端100的笼子106中，由笼子106固定光模块200，光模块200产生的热量传导给笼子106，然后通过散热器107进行扩散。光模块200插入笼子106中后，光模块200的电口与笼子106内部的电连接器连接，从而光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。此外，光模块200的光口与光纤101连接，从而光模块200与光纤101建立双向的光信号连接。
44.图3为根据一些实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为为根据一些实施例提供的光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，光模块200包括壳体、设置于壳体中的电路板206及光收发器件。
45.壳体包括上壳体201和下壳体202，上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口204和205的上述壳体；壳体的外轮廓一般呈现方形体。
46.壳体包括上壳体201和下壳体202，上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口204和205的上述壳体；壳体的外轮廓一般呈现方形体。
47.在一些实施例中，下壳体202包括底板以及位于底板两侧、与底板垂直设置的两个下侧板；上壳体201包括盖板，以及位于盖板两侧与盖板垂直设置的两个上侧板，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。
48.两个开口204和205的连线所在方向可以与光模块200的长度方向一致，也可以与光模块200的长度方向不一致。示例地，开口204位于光模块200的端部(图3的左端)，开口205也位于光模块200的端部(图3的右端)。或者，开口204位于光模块200的端部，而开口205则位于光模块200的侧部。其中，开口204为电口，电路板206的金手指从电口204伸出，插入上位机(如光网络终端100)中；开口205为光口，配置为接入外部的光纤101，以使光纤101连接光模块200内部的光收发器件。
49.采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板206、光收发器件等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202可以对这些器件形成封装保护。此外，在装配电路板206等器件时，便于这些器件的定位部件、散热部件以及电磁屏蔽部件的部署，有利于自动化的实施生产。
50.在一些实施例中，上壳体201及下壳体202一般采用金属材料制成，利于实现电磁屏蔽以及散热。
51.在一些实施例中，光模块200还包括位于其壳体外壁的解锁部件203，解锁部件203被配置为实现光模块200与上位机之间的固定连接，或解除光模块200与上位机之间的固定连接。
52.示例地，解锁部件203位于下壳体202的两个下侧板的外壁，包括与上位机的笼子(例如，光网络终端100的笼子106)匹配的卡合部件。当光模块200插入上位机的笼子里，由解锁部件203的卡合部件将光模块200固定在上位机的笼子里；拉动解锁部件203时，解锁部件203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从上位机的笼子里抽出。
53.电路板206包括电路走线、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。
54.电路板206通过电路走线将光模块200中的上述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功能。
55.电路板206一般为硬性电路板，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；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，在本技术公开的某一些实施例中，在硬性电路板的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。
56.部分光模块中也会使用柔性电路板；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器件之间可以采用柔性电路板连接，作为硬性电路板的补充。
57.在一些实施例中，光收发器件包括光发射次模块及光接收次模块。如图4所示，在一些实施例中，光收发器件包括光发射次模块207及光接收次模块208，光发射次模块207及光接收次模块208统称为光学次模块；光发射次模块207及光接收次模块208位于电路板206的边缘，且光发射次模块207及光接收次模块208上下叠放设置。可选的，光发射次模块207较光接收次模块208更靠近上壳体201，但不局限于此，还可以是光接收次模块208较光发射次模块207更靠近上壳体201。图3和4中所展示的光学次模块仅是本技术的一种实例，当然本技术实施例中光收发器件也可为收发一体结构，或是将光发射次模块207及光接收次模块208非上下叠放的方式设置在上、下壳体形成的腔体中。可选的，光学收发器件位于电路板206的端部，光收发器件与电路板206物理分离，光收发器件通过柔性电路板连接电路板206。
58.在本技术实施例中，光发射次模块207及光接收次模块208分别与电路板206物理分离，然后分别通过柔性电路板或电连接器电连接电路板206。
59.在本技术一些实施例中，光模块上还包括光纤适配器，光纤适配器用于光模块与外部光纤连接；光发射次模块用于产生光信号，并将产生的光信号传输至光纤适配器以通过光纤适配器器传输至外部光纤；通过外部光纤传输向光模块的光信号传输至光纤适配器，然后通过光纤适配器传输至光接收次模块。
60.本技术一些实施例中，光发射次模块包括光发射腔体，光发射腔体用于容纳用于产生、传输光信号的器件或组件；光接收次模块包括光接收腔体，光接收腔体用于容纳用于传输、接收光信号的器件或组件。光发射腔体上可直接装配设置有光纤适配器器，光纤适配器连通光发射腔体，当然光发射腔体还可以依次通过光纤接头和光纤连接光纤适配器。光接收腔体上可直接装配设置有光纤适配器器，光纤适配器连通光接收腔体，当然光接收腔体还可以依次通过光纤接头和光纤连接光纤适配器。
61.图5为根据一些实施例提供的一种光发射次模块的立体图。如图5所示，本技术一些实施例中，光模块包括光纤适配器300，光发射次模块207包括光发射腔体2071，光纤适配器300设置在光发射腔体2071上，即光纤适配器300的一端直接连接光发射腔体2071、光纤适配器300连通光发射腔体2071，光发射次模块207产生的光信号直接耦合传输至光纤适配器300，然后通过光纤适配器300传输至与光纤适配器300对接的外部光纤。
62.图6为根据一些实施例提供的一种光纤适配器的剖视图。如图6所示，本技术一些实施例中，光纤适配器300包括光纤适配器本体310以及设置在光纤适配器本体310内的光纤插芯320，光纤插芯320内嵌设光纤321，光纤321用于传导透过光纤适配器300的光信号。
光纤插芯320由一种较硬、可实现高精度加工的材料包裹光纤组成，用于方便光纤的固定以便于光信号传输光路的相对限定。在一些实施例中，光纤插芯可以由陶瓷材料包裹光纤形成，光纤用于传导光信号，陶瓷具有较高的加工精度，可以实现高精度的位置对齐，由光纤与陶瓷组合成光纤插芯，通过对陶瓷的固定实现了对光纤的固定。陶瓷材料限制了光纤在光纤插芯中的固定方向，一般将陶瓷加工成圆柱体，在陶瓷柱体中心设置直线型通孔，将光纤插入陶瓷柱体的通孔中以实现固定，所以光纤笔直的固定在陶瓷体中。
63.图7为根据一些实施例提供的一种光纤适配器的使用状态图，图8为根据一些实施例提供的一种光纤适配器的使用状态剖视图。如图7和8所示，在本技术一些实施例中，光纤101上设置光纤连接器1011，光纤适配器300的另一端匹配连接光纤连接器1011，光纤连接器1011用于改变实现光纤101与光纤适配器300的连接。本技术实施例中的光纤连接器1011不局限于图7和8所示的结构，还可以是其他结构形式的fc型光纤连接器、sc型光纤连接器等。
64.在一些实施例中，如图8所示，光纤连接器1011的一端设置容纳腔，光纤101的端部延伸至光纤连接器1011的容纳腔中，且光纤适配器300的另一端嵌设入光纤连接器1011的容纳腔中，进而通过光纤321输出的光信号可耦合进光纤101中或通过光纤101输出的光信号可耦合进光纤321中。在现有技术中，为满足光模块的标准要求，光纤插芯320中光纤321的光纤直径比较小，而光纤101为满足光信号的传输要求其光纤直径也要满足一定的要求，因此光纤321的光纤直径和光纤101的光纤直径相差比较大，即光纤321和光纤101之间的模场相差比较大。若直接进行光纤321和光纤101之间的光耦合，光信号将在光纤321和光纤101之间产生较大损耗。
65.为减少光信号在光纤321和光纤101之间光耦合损耗，本技术实施例提供的光模块中还包括模场匹配器，模场匹配器嵌设连接光纤适配器300，用于匹配光纤321和光纤101。
66.图9为根据一些实施例提供的一种光纤适配器与模场匹配器的装配结构示意图，图10为根据一些实施例提供的一种光纤适配器与模场匹配器的装配结构分解图。如图9和10所示，本技术一些实施例中，模场匹配器400的外壁与光纤适配器本体310相匹配，使模场匹配器400嵌入光纤适配器本体310中。模场匹配器400包括模场匹配器本体410和光纤芯420，光纤芯420嵌设在模场匹配器本体410中，模场匹配器本体410用于保护和固定光纤芯420。在本技术一些实施例中，模场匹配器本体410可采用陶瓷材料，具有较高的加工精度，可以实现高精度的位置对齐，进而便于将光纤芯420笔直的固定在模场匹配器本体410中。示例地，将陶瓷加工成圆柱体，在陶瓷柱体中心设置通孔，将光纤芯420插入陶瓷柱体中心的通孔中固定。
67.图11为根据一些实施例提供的一种模场匹配器的结构示意图，图12为根据一些实施例提供的一种模场匹配器本体的剖视图，图13为根据一些实施例提供的一种模场匹配器的剖视图。如图11-13所示，本技术一些实施例提供的模场匹配器400的模场匹配器本体410为柱状结构，光纤芯420嵌设在模场匹配器本体410中，模场匹配器本体410包裹光纤芯420的侧壁，光纤芯420的端面裸露，光信号可透过光纤芯420的端面耦合进入光纤芯420内，进而模场匹配器本体410能够包裹固定光纤芯420又不影响光纤芯420的光传导。
68.在本技术一些实施例中，光纤芯420包括光纤芯本体421和锥形部422，锥形部422位于光纤芯本体421的一端，锥形部422用于光纤芯本体421到光纤芯420一端端部直径的缩
小；其中，光纤芯本体421的另一端端面用于匹配连接光纤101，锥形部422的端面用于与光纤插芯320中光纤321的端面匹配。因此，模场匹配器400通过包括锥形部422的光纤芯420，实现光纤101与光纤321之间模场差距的渐变调整，缩小光纤101与光纤321之间的模场差距，进而降低光纤101与光纤321之间光耦合的损耗。
69.在本技术一些实施例中，如图12和13所示，模场匹配器本体410上设置光纤通孔411，光纤通孔411的一端设置锥形孔412，锥形孔412的直径自光纤通孔411的一端向模场匹配器本体410的端部逐渐缩小；光纤芯本体421设置在光纤通孔411内，锥形部422设置在锥形孔412内。在一些实施例中，光纤芯420通过胶水连接固定在光纤通孔411内，光纤芯420与光纤通孔411内壁之间的间隙填充胶水。
70.在本技术一些实施例中，模场匹配器本体410一端的端面上设置引向倒角413，引向倒角413设置在模场匹配器本体410的侧壁上，用于便于模场匹配器400向光纤适配300中的装配，进而方便模场匹配器400与光纤适配器300进行匹配对接。
71.在本技术一些实施例中，光纤芯本体421的直径与光纤101端面直径近似相等，锥形部422一端的端面直径与光纤321的端面近似相等。
72.图14为根据一些实施例提供的一种模场匹配器的使用状态剖视图。如图14所示，模场匹配器400的一端嵌入光纤适配400中、另一端嵌入光纤连接器1011中，进而使光纤芯420的一端与光纤插芯320中的光纤321匹配、光纤芯420的另一端与光纤101匹配，模场匹配器400实现光纤101直径到光纤321之间的过渡，从而能够解决光纤101与光纤321之间因为光纤直径差距相对比较大产生的损耗比较大的问题，降低光纤适配器与外部光纤之间光耦合的损耗。
73.在本技术一些实施例中，根据模场匹配器400需要适配的光纤321和光纤101的直径大小以及光纤芯420的长度，预制加工模场匹配器本体410上的光纤通孔411和锥形孔412，以及在光纤芯本体421的一端预制加工锥形部422，将加工出锥形部422的光纤芯本体421插入光纤通孔411中，使锥形部422与锥形孔412相匹配，使用胶水填充光纤芯420与光纤通孔411内壁之间的间隙并将光纤芯420固定在光纤通孔411中。在一些实施例中，光纤芯420可采用维纳光纤。
74.为使模场匹配器400与光纤适配器300进行匹配对接，将光纤芯420固定在光纤通孔411后，对模场匹配器本体410的两个端面进行研磨，模场匹配器400的端面3d指标参考gr-326-core标准。
75.在本技术一些实施例中，基于本技术提供的模场匹配器400，本技术还提供了一种光纤连接器，光纤连接包括模场匹配器400，模场匹配器400嵌设在光纤连接器中，模场匹配器400的另一端与光纤连接器连接的光纤端面匹配。
76.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。