一种光模块的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。


背景技术：

2.在光通信领域的密集波分复用应用场景中，需要实现光接收次模块高光谱分辨率的光谱接收通道调谐。以某光接收次模块为例，要求四路光谱通道工作波段分别为1.596μm、1.597μm、1.598μm和1.599μm。
3.为了实现四路光谱通道工作波段分别为1.596μm、1.597μm、1.598μm和1.599μm，传统光接收次模块采用透射光栅实现光谱分离，并利用一次成像系统实现各光谱通道的单独提取。由于采用透射光栅实现光谱分离时，四路光谱通道的聚焦光斑相距较近，一次成像光学系统无法单独提取各光谱通道信号。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种光模块，实现单独提取各光谱通道信号。
5.一种光模块，包括：
6.电路板；
7.光接收次模块，与电路板通过柔性板电连接；
8.光接收次模块内设置有透射光栅、第一聚焦透镜、微机电系统、第二聚焦透镜和光接收芯片；
9.透射光栅，用于实现准直光束的分光，得到间距相等的多个分光束；
10.第一聚焦透镜，位于透射光栅和微机电系统之间，用于将多个分光束聚焦于微机电系统的不同区域内，得到多个第一汇聚光束；
11.微机电系统，位于第一聚焦透镜和第二聚焦透镜之间，位于第一聚焦透镜的焦点位置处，用于控制各个区域内的开关开启或者关闭，以实现聚焦于对应区域内的第一汇聚光束反射；
12.第二聚焦透镜，位于微机电系统和光接收芯片之间，用于将经微机电系统反射的第一汇聚光束汇聚，得到第二汇聚光束；
13.光接收芯片，位于第二聚焦透镜的焦点位置处，用于将第二汇聚光束转换为电流信号。
14.有益效果：本技术提供了一种光模块，包括电路板和与电路板通过柔性板电连接的光接收次模块。光接收次模块内设置有透射光栅、第一聚焦透镜、微机电系统、第二聚焦透镜和光接收芯片。透射光栅，用于实现准直光束的分光，得到间距相等的多个分光束。第一聚焦透镜，位于透射光栅和微机电系统之间，用于将多个分光束聚焦于微机电系统的不同区域内，得到多个第一汇聚光束。微机电系统，位于第一聚焦透镜和第二聚焦透镜之间，位于第一聚焦透镜的焦点位置处，用于控制各个区域内的开关开启或者关闭，以实现聚焦于对应区域内的第一汇聚光束反射。第二聚焦透镜，位于微机电系统和光接收芯片之间，用
于将经微机电系统反射的第一汇聚光束汇聚，得到第二汇聚光束。光接收芯片，位于第二聚焦透镜的焦点位置处，用于将第二汇聚光束转换为电流信号。微机电系统控制微机电系统的各个区域内的开关开启或者关闭，使微机电系统整体作为一个空间光开关。微机电系统作为空间光开关，通过控制各个区域内的反射镜阵列的转动角度，使得某一时刻需要被提取的第一汇聚光束完成反射，某一时刻不需要被提取的第一汇聚光束无法完成反射。即，微机电系统通过控制各个区域内的反射镜阵列实现不同时刻不同光谱通道完成反射。本技术中，微机电系统作为空间开关，可以实现不同时刻不同光谱通道完成反射，使得光接收芯片不同时刻接收到的光谱通道不同，进而可以完成不同光谱通道信号的单独提取。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，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。
16.图1为光通信终端连接关系示意图；
17.图2为光网络单元结构示意图；
18.图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图；
19.图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图；
20.图5为本发明实施例提供的透射光栅模型图；
21.图6为本发明实施例提供的经第一聚焦透镜成像光束汇聚处放大图；
22.图7为本发明实施例提供的经第一聚焦透镜成像光斑足迹图；
23.图8为本发明实施例提供的光接收次模块的内部原理图。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
25.本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
26.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导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使用的是电信号，为了在光纤/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，就需要实现电信号与光信号的相互转换。
28.光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部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、数据信号以及接地等；光模块通过光接口实现与外部光纤的光连接，外部光纤的连接方式有多种，衍生出多种光纤连接器类型；在电接口处使用金手指实现电连接，已经成为光模块行业在的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范；采用光接口与光纤连接器实现的光连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，光纤连接器也形成了多种行业标准，如lc接口、sc接口、mpo接口等，光模块的光接口也针对光纤连接器做了适配性的结构设计，在光接口处设置的光纤适配器因此具有多种类型。
29.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终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；
30.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200的光网络终端100完成。
31.光模块200的光接口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电接口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的双向相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；具体地，来自光纤101的光信号由光模块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的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤101中。
32.光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接(一般为以太网协议的电信号，与光模块使用的电信号属于不同的协议/类型)；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。
33.常见的本地信息处理设备包括路由器、家用交换机、电子计算机等；常见的光网络终端包括光网络单元onu、光线路终端olt、数据中心服务器、数据中心交换机等。
34.图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端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内部设置有电连接器，用于接入光模块的电接口(如金手指等)；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部。
35.光模块200插入光网络终端中，光模块的电接口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光接口与光纤101连接。
36.笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。
37.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、解锁部件203、电路板300、光发射次模块400和光接收次模块500。
38.上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。
39.两个开口具体可以是位于光模块同一端的两处开口(204、205)，也可以是在光模块不同端的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光发射次模块400和光接收次模块500；电路板300、光发射次模块400和光接收次模块500等光电器件位于包裹腔体中。
40.采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、光发射次模块400和光接收次模块500等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。
41.解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。
42.解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件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，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。
43.电路板300上设置有电路走线、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。
44.电路板通过电路走线将光模块中的用电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电功能。
45.电路板一般为硬性电路板，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；当光收发器件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，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。
46.部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；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。
47.光发射次模块400，与电路板300通过柔性板电连接，用于发射发散光束。
48.光接收次模块500，一端与外部光纤连接，另一端与电路板300也通过柔性板电连接，用于接收外部光纤传输来的发散光束。
49.在光通信领域的密集波分复用应用场景中，需要实现光接收次模块高光谱分辨率的光谱通道调谐。以某光接收次模块为例，要求四路光谱通道工作波段分别为1.596μm、1.597μm、1.598μm和1.599μm。由于外部光纤射入光接收次模块内的光束为复合光束，该复合光束包括多个工作波段。为了实现四路光谱通道工作波段分别为1.596μm、1.597μm、1.598μm和1.599μm，就需要将外部光纤射入的复合光束分解为多个工作波段的分光束，方便光接收次模块500于不同时刻获取对应工作波段的分光束。
50.图5为本发明实施例提供的透射光栅模型图。图6为本发明实施例提供的经第一聚焦透镜成像光束汇聚处放大图。图7为本发明实施例提供的经第一聚焦透镜成像光斑足迹图。图8为本技术实施例提供的光接收次模块的内部原理图。如图5-8所示，本技术实施例中，将外部光纤射入的复合光束分解为多个工作波段的分光束的结构为透射光栅501、第一聚焦透镜502、微机电系统503、第二聚焦透镜504和光接收芯片505。其中，透射光栅501、第一聚焦透镜502、微机电系统503、第二聚焦透镜504和光接收芯片505均位于光接收次模块500内。具体的，
51.透射光栅501为衍射光栅的一种。透射光栅501是在透明玻璃上刻制很多相互平行、等距、等宽的狭缝，利用多缝衍射原理，使复合光发生色散的光学元件。
52.透射光栅501，用于实现准直光束的分光，得到间距相等的多个分光束。具体的，由于透射光栅501的光栅槽密度为940lp/mm，光模块的工作波段为1.596～1.599μm，φ500μm准直光束(复合光)以48.64
°
入射透射光栅501后，分成间距为1nm的多个分光束。多个分光束的工作波段分别为1.596μm、1.597μm、1.598μm和1.599μm。其中，工作波段为a的光谱通道允许工作波段为a的分光束通过，a可以为1.596μm、1.597μm、1.598μm和1.599μm中的任意一个。
53.如图5所示，本技术实施例中，φ500μm准直光束(复合光)以48.64
°
入射透射光栅501后，分成间距为1nm的多个分光束。由于相邻光谱通道相隔1nm，相邻光谱通道分光后的光栅衍射角相距较近。
54.第一聚焦透镜502，位于透射光栅501和微机电系统503之间，用于将多个分光束聚焦于微机电系统503的不同区域内，得到多个第一汇聚光束。具体的，每个分光束分别通过第一聚焦透镜502聚焦于微机电系统503对应的区域内，得到对应的第一汇聚光束。例如，工作波段为1.596μm的第一分光束通过第一聚焦透镜502聚焦于微机电系统503的第一区域，得到第一区域内的第一汇聚光束a1；工作波段为1.597μm的第一分光束通过第一聚焦透镜502聚焦于微机电系统503的第二区域，得到第二区域内的第一汇聚光束a2；工作波段为1.598μm的第一分光束通过第一聚焦透镜502聚焦于微机电系统503的第三区域，得到第三区域内的第一汇聚光束a3；工作波段为1.599μm的第一分光束通过第一聚焦透镜502聚焦于微机电系统503的第四区域，得到第四区域内的第一汇聚光束a4。
55.如图6和7所示，本技术实施例中，透射光栅501将包括工作波段1.596～1.599μm的复合光束分解为多个分光束，分光束的工作波段具体为1.596μm、1.597μm、1.598μm和1.599μm。不同工作波段的多个分光束经第一聚焦透镜502聚焦。多个分光束经第一聚焦透镜汇聚后的第一汇聚光束的聚焦斑点位于不同位置，但是相邻工作波段的第一汇聚光束的聚焦斑点相距较近。此时，多个分光束很难单独完成提取。为了实现多个分光束的单独提取，本技术实施例中，提出了微机电系统503和第二聚焦透镜504。
56.微机电系统503(mems，micro-electro-mechanical system)，也叫做微机电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。微机电系统503其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。微机电系统503主要由传感器、动作器(执行器)和微能源三大部分组成。
57.微机电系统503的表面设置有多个不同区域，每个区域内均设置有一个开关和反射镜阵列，其中，每个反射镜阵列包括多个反射镜。其中，每个区域内的开关和反射镜阵列之间的关系如下：当开关处于“on”状态时，反射镜阵列处于第一角度，射入反射镜阵列的光束可以完成反射；当开关处于“off”状态时，反射镜阵列处于第二角度，射入反射镜阵列的光束无法完成反射。例如，当第一区域内的开关处于“on”状态时，第一区域内的反射镜阵列的多个反射镜转到第一角度，使射入该区域的光束经该区域内的反射镜阵列完成反射。当第一区域内的开关处于“off”状态时，第一区域内的反射镜阵列的多个反射镜转到第二角度，使射入该区域的光束经该区域内的反射镜阵列无法完成反射。
58.微机电系统503，位于第一聚焦透镜502和第二聚焦透镜504之间，位于第一聚焦透镜502的焦点位置处，用于控制各个区域内的开关开启或者关闭，以实现聚焦于对应区域内的第一汇聚光束反射。具体的，由于微机电系统503位于第一聚焦透镜502的焦点位置处，每个第一聚焦光束均聚焦于微机系统503的表面；又由于微机电系统503表面设置有四个不同区域，则每个区域内的开关控制聚焦于对应区域内的第一汇聚光束反射。例如，当需要提取工作波段为1.596μm的第一分光束时，微机电系统控制第一区域内的开关处于“on”状态，即转动第一区域内的反射镜阵列的角度使其处于第一角度；微机电系统控制第二、三和四区域内的开关均处于“off”状态，即转动第二、三、四区域内的反射镜阵列的角度使其均处于第二角度，则通过第一区域内的第一聚焦光束a1经该区域内的反射阵列完成反射。当需要提取工作波段为1.597μm的第二分光束时，微机电系统控制第二区域内的开关处于“on”状态，即转动第二区域内的反射镜阵列的角度使其处于第一角度；微机电系统控制第一、三和四区域内的开关均处于“off”状态，即转动第一、三和四区域内的反射镜阵列的角度使其均处于第二角度，则通过第二区域内的第一聚焦光束a2经该区域内的反射阵列完成反射。当需要提取工作波段为1.598μm的第三分光束时，微机电系统控制第三区域内的开关处于“on”状态，即转动第三区域内的反射镜阵列的角度使其处于第一角度；微机电系统控制第一、二和四区域内的开关均处于“off”状态，即转动第一、二和四区域内的反射镜阵列的角度使其均处于第二角度；则通过第三区域内的第一聚焦光束a3完成反射。当需要提取工作波段为1.5998μm的第四分光束时，微机电系统控制第四区域内的开关处于“on”状态，即转动第四区域内的反射镜阵列的角度使其处于第一角度；微机电系统控制第一、二和三区域内的开关均处于“off”状态，即转动第一、二和三区域内的反射镜阵列的角度使其均处于第二角度；则通过第四区域内的第一聚焦光束a4完成反射。
59.微机系统503控制微机电系统503的各个区域内的开关开启或者关闭，使微机电系统503作为一个空间光开关。微机电系统503作为空间光开关，通过控制各个区域内的反射镜阵列的转动角度，使得某一时刻需要被提取的第一汇聚光束完成反射，某一时刻不需要被提取的第一汇聚光束无法完成反射。即，微机电系统503通过控制各个区域内的反射镜阵列实现不同时刻不同光谱通道完成反射。
60.第二聚焦透镜504，位于微机电系统503和光接收芯片505之间，用于将经微机电系
统503反射的第一汇聚光束汇聚，得到第二汇聚光束。具体的，每个经微机电系统503反射的第一汇聚光束经第二聚焦透镜504汇聚，于不同时刻得到对应的第二汇聚光束。例如，第一区域内的第一汇聚光束a1经第二聚焦透镜504汇聚，t1时刻得到对应的第二汇聚光束b1；第二区域内的第一汇聚光束a2经第二聚焦透镜504汇聚，t2时刻得到对应的第二汇聚光束b2；第三区域内的第一汇聚光束a3经第二聚焦透镜504汇聚，t3时刻得到对应的第二汇聚光束b3；第四区域内的第一汇聚光束a4经第二聚焦透镜504汇聚，t4时刻得到对应的第二汇聚光束b4。
61.光接收芯片505，位于第二聚焦透镜504的焦点位置处，用于将第二汇聚光束转换为电流信号。具体的，光接收芯片505包括光敏面。由于每个经微机电系统503反射的第一汇聚光束经第二聚焦透镜504汇聚，于不同时刻得到对应的第二汇聚光束。光接收芯片505的光敏面可以分时段接收多个第二汇聚光束，并将第二汇聚光束转换为对应的电流信号。例如，t1时刻，光接收芯片505的光敏面接收第二汇聚光束b1；t2时刻，光接收芯片505的光敏面接收第二汇聚光束b2；t3时刻，光接收芯片505的光敏面接收第二汇聚光束b3；t4时刻，光接收芯片505的光敏面接收第二汇聚光束b4。
62.光接收芯片505分时段接收多个第二汇聚光束，方便不同工作波段的光谱通道信号的单独提取。
63.由于微机电系统503可以实现不同时刻不同光谱通道完成反射，光接收芯片505不同时刻接收到的光谱通道不同，进而可以完成不同光谱通道信号的单独提取。
64.由于外部光纤射入光接收次模块500的光束为复合光束，且该复合光束为发散光束。光接收次模块500的透射光栅501接收的光束需要为准直光束。为了方便光接收次模块500的透射光栅501接收该复合光束，需要将发散的复合光束进行准直。本技术实施例中，本技术实施例中，光接收次模块500还包括准直透镜506。具体的，
65.准直透镜506，置于光接收次模块500内，位于外部光纤与透射光栅501之间，用于将外部光纤传输来的发散光束准直，得到准直光束。该准直光束为复合光束。其中，该准直光束也为复合光束，该复合光束的光谱通道工作波段在1.596-1.599μm。
66.本技术实施例中，光接收次模块500还包括跨阻放大器。具体的，
67.跨阻放大器，置于光接收次模块500内，与光接收芯片505电连接，用于将光接收芯片505发出的电流信号转换为电压信号。
68.本技术实施例中，光模块200还包括限幅放大器。具体的，
69.限幅放大器，设置于电路板300上，与跨阻放大器电连接，用于根据电压信号输出sd信号。
70.本技术提供了一种光模块，包括电路板和与电路板通过柔性板电连接的光接收次模块。光接收次模块内设置有透射光栅、第一聚焦透镜、微机电系统、第二聚焦透镜和光接收芯片。透射光栅，用于实现准直光束的分光，得到间距相等的多个分光束。第一聚焦透镜，位于透射光栅和微机电系统之间，用于将多个分光束聚焦于微机电系统的不同区域内，得到多个第一汇聚光束。微机电系统，位于第一聚焦透镜和第二聚焦透镜之间，位于第一聚焦透镜的焦点位置处，用于控制各个区域内的开关开启或者关闭，以实现聚焦于对应区域内的第一汇聚光束反射。第二聚焦透镜，位于微机电系统和光接收芯片之间，用于将经微机电系统反射的第一汇聚光束汇聚，得到第二汇聚光束。光接收芯片，位于第二聚焦透镜的焦点
位置处，用于将第二汇聚光束转换为电流信号。微机电系统控制微机电系统的各个区域内的开关开启或者关闭，使微机电系统整体作为一个空间光开关。微机电系统作为空间开关，通过控制各个区域内的反射镜阵列的转动角度，使得某一时刻需要被提取的第一汇聚光束完成反射，某一时刻不需要被提取的第一汇聚光束无法完成反射。即，微机电系统通过控制各个区域内的反射镜阵列实现不同时刻不同光谱通道完成反射。本技术中，微机电系统作为空间开关，可以实现不同时刻不同光谱通道完成反射，使得光接收芯片不同时刻接收到的光谱通道不同，进而可以完成不同光谱通道信号的单独提取。
71.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。