光路控制系统及光模块的制作方法

本申请涉及光通信元件制造技术领域，尤其涉及一种光路控制系统及光模块。

背景技术：

在光通讯中，由于相互对接的光通讯设备的信道间距不同，往往需要将光路间距调整到合适的范围之后再进行耦合传输。另外，由于光电探测器口径较小，发散的光束难以全部耦合进光电探测器内，导致信号损失。

如图1所示，在传统的多路平行光路系统中，通过光路控制系统1来调整光路间距，改变光路的间距及聚焦的方法需要使用到多个物镜2及多个棱镜3，物镜2与棱镜3之间的间距以及多个棱镜3之间的间距较大，导致整个光路控制系统1的体积庞大，不利于光模块的小型化；另外，光路控制系统1包括多个部件，部件之间的相对位置需要精确调控，组装工艺较为复杂。

技术实现要素：

本申请一实施例提供一光路控制系统，其可以减小整个光路控制系统的体积，提高光路控制精度，所述光路控制系统包括聚焦透镜及光路作用组件，所述聚焦透镜用于将透过所述聚焦透镜的光束进行会聚，所述光路作用组件用于控制透过所述光路作用组件的光束的传播方向，当若干入射光束依次经过所述光路作用组件及所述聚焦透镜时，所述光路作用组件将所述若干入射光束进行会聚，所述聚焦透镜将每束入射光束会聚成一个光点。

一实施例中，所述光路作用组件包括若干楔形块，当光束透过所述若干楔形块时，所述光束改变传播方向。

一实施例中，所述若干楔形块相互结合在一起，且为一体成型结构。

一实施例中，当若干光束射向所述光路作用组件时，所述若干光束会聚于所述光路作用组件与所述聚焦透镜之间。

一实施例中，射向所述光路作用组件的所述若干光束之间相互平行。

一实施例中，所述若干光束中的每束光束内的光线相互平行。

一实施例中，所述若干光束会聚于所述聚焦透镜的焦点处。

一实施例中，所述聚焦透镜将若干光束会聚成若干光点，所述若干光点不重叠。

本申请一实施例提供一种光模块，包括壳体、与外部设备相对接的光收发接口、位于壳体内的光发射组件和/或光接收组件，其特征在于，还包括位于所述光发射组件和/或光接收组件与所述光收发接口之间的光路控制系统，所述光路控制系统为上述的光路控制系统。

一实施例中，所述光收发接口和所述光路控制系统之间还设有波分复用器，所述波分复用器用于将光路控制系统传来的多路光合成一路光传输至光收发接口及/或所述波分复用器用于将光收发接口传送的一路光分成多路光传输至所述光路控制系统。

与现有技术相比，本申请的技术方案通过光路作用组件及聚焦透镜的作用实现入射光束间距的调整，结构简单，减少了光路器件个数，大大减小了整个光路控制系统的体积，从而缩小整个光模块的尺寸，降低成本；聚焦透镜及光路作用组件之间的相对位置容易固定，提高了聚焦位置的相对精度；光路作用组件可以独立设计以实现对入射光束的独立控制，每一入射光束的传播方向及聚焦点都可独立控制，调控自由度更高。

附图说明

图1是现有技术光路控制系统结构示意图；

图2是本申请一实施方式的光模块剖视图；

图3是本申请一实施方式的光电接收器件结构示意图；

图4是本申请第一实施方式的光路控制系统结构示意图；

图5是本申请第二实施方式的光路控制系统结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

参图2和图3，介绍本申请光模块100的一具体实施方式。在本实施方式中，该光模块100包括壳体10、与外部设备相对接的光收发接口11、光学组件、用于承载光学组件的承载板20、电路板30以及连接承载板20及电路板30的电性连接器件40。

光学组件封装在壳体10内，光学组件可为光发射组件或光接收组件，壳体10可为金属壳体。这里，需要说明的是，本申请中所提到的光模块100可以例如是：发射机osa（tosa），此时，所述的光学组件一般包括半导体激光二极管（ld）；接收机osa（rosa），此时，所述的光学组件一般包括光电探测器（pd）；又或者是同时具有发送和接收功能，此时，所述的光学组件一般同时包括半导体激光二极管和光电探测器。光模块100能够适合于以各种不同的每秒数据速率进行光信号的发送的接收，所述每秒数据速率包括但不限于：1千兆每秒（gbit）、2gbit、4gbit、8gbit、10gbit、20gbit、100gbit或其它带宽的光纤链路。此外，其它类型和配置的光模块或具有在一些方面与在此示出和描述不同的元件的光模块，也可受益于在此所揭示的原理。

光模块100可以从主机装置接收携带数据的电信号，以携带数据的光信号的形式传输到光纤（图中未示）上，所述主体装置可以是能够与光模块100通信的任何系统。

光模块100还可包括波分复用器件50、光路控制系统60，光路控制系统60位于光学组件与所述光收发接口11之间，当光学组件为光发射组件时，光发射组件发出的光线传输至光路控制系统60，所述波分复用器50用于将光路控制系统60传来的多路光合成一路光传输至光收发接口11，当光学组件为光接收组件时，所述波分复用器50用于将光收发接口11传送的一路光分成多路光传输至所述光路控制系统60，而后光路控制系统60将光传输至光接收组件。

结合图3，以光学组件为光接收组件为例，光接收组件包括若干光电接收器件70，若干光电接收器件70呈阵列排布，由于光电接收器件70之间的间距是确定的，为了让由光路控制系统60传播的光束分别耦合进若干光电接收器件70内，必须控制入射至光电接收器件70处的光束之间的最终间距与若干光电接收器件70之间的间距一致。由于波分复用器件50发出的若干光束之间的初始间距与所需的最终间距之间存在差异，故需要借助位于波分复用器件50及光电接收器件70之间的光路控制系统60来调整光束的间距，使光束进入若干光电接收器件70内。另外，由于光电接收器件70的口径较小，发散的光束难以全部耦合进光电接收器件70内，因此，光路控制系统60还需辅助每一光束实现会聚。需要说明的是，根据光路可逆原理，当光学组件为光发射组件时，也可参考上述说明。

如图4所示，所述光路控制系统60包括聚焦透镜61及光路作用组件62，所述聚焦透镜61用于将透过所述聚焦透镜61的光束进行会聚，所述光路作用组件62用于控制透过所述光路作用组件62的光束的传播方向，当若干入射光束（a、b、c、d）依次经过所述光路作用组件62及所述聚焦透镜61时，所述光路作用组件62将所述若干入射光束（a、b、c、d）进行会聚，所述聚焦透镜61将每束入射光束会聚成一个光点。

本申请通过光路作用组件62及聚焦透镜61的作用实现入射光束间距的调整，一方面，结构简单，减少了光路器件个数，大大减小了整个光路控制系统60的体积，从而缩小整个光模块100的尺寸，降低成本；另一方面，聚焦透镜61及光路作用组件62之间的相对位置固定，提高了聚焦位置的相对精度；再一方面，光路作用组件62可以独立设计以实现对入射光束的独立控制，每一入射光束的传播方向及聚焦点都可独立控制，调控自由度更高。本申请的光路作用组件62通过改变光束传播方向而预先将若干入射光束（a、b、c、d）进行会聚，减小光束传播空间，减小了整个光路控制系统60的体积。

在本实施方式中，所述若干入射光束（a、b、c、d）分别会聚成若干光点(a、b、c、d)，所述若干光点(a、b、c、d)不重叠，若干光点(a、b、c、d)对应若干光电接收器件70，形成的若干光点(a、b、c、d)位于同一直线上，聚焦透镜61还可将点光源发出的发散光转换为准直光。

在本实施方式中，聚焦透镜61及光路作用组件62可以共同安装在同一支撑座（未标示）上，以固定聚焦透镜61及光路作用组件62的相对位置，当然，在其他实施例中，聚焦透镜61及光路作用组件62可以一体成型，聚焦透镜61及光路作用组件62之间可留有间隙或填充介质。

如图4所示，在本申请第一实施方式中，光路控制系统60的光路作用组件62包括相互分离的若干楔形块621，当光束透过所述若干楔形块621时，所述光束改变传播方向，具体的，所述若干入射光束（a、b、c、d）于所述若干楔形块621处发生折射而改变传播方向。在本实施方式中，若干楔形块621与入射光束一一对应，当然，在其他实施方式中，若干楔形块621与入射光束之间可以不是一一对应关系，例如，其中部分入射光束不经过楔形块621而直接到达聚焦透镜61，又或是多束入射光束入射至同一楔形块621处。

在本实施方式中，所述楔形块621实质为透射型楔形块，所述楔形块621包括入射面6211及出射面6212，所述入射光束于所述楔形块621处产生透射及折射。通过控制楔形块621的要素设计、入射光束与楔形块621的相对关系以及楔形块621与聚焦透镜61的相对关系，可以实现所述若干入射光束（a、b、c、d）分别会聚成若干不重叠的光点(a、b、c、d)。

具体的，楔形块621的设计要素包括：楔形块621的入射面6211及出射面6212的倾斜角度、楔形块621的位置、若干个楔形块621之间的相对位置关系、楔形块621与波分复用器50之间的间距等等；入射光束与楔形块621的相对关系包括：入射光束于楔形块621入射面6211上的入射位置、入射光束的入射角度等等；楔形块621与聚焦透镜61的相对关系包括：楔形块621与聚焦透镜61之间的间距、楔形块621与聚焦透镜61的大小关系、楔形块621与聚焦透镜61于上下前后方向上的相对位置关系等等。每一楔形块621的设计要素都可以独立设计，每一入射光束与对应的楔形块621入射面6211的相对关系也可独立设计，且每一楔形块621与聚焦透镜61的相对关系也可独立设计，通过上述设计，可以有效控制每一入射光束对应的光点位置。如此，无论入射光束是何种光束或者入射光束与楔形块621入射面6211的关系如何，都可以通过各个部件的独立设计有效控制光点与光电接收器件70的相对位置，使得若干不重叠的光点分别耦合进对应的光电接收器件70。

在本实施方式中，以四束相互平行的入射光束（a、b、c、d）为例，四束平行入射光束（a、b、c、d）分别对应四个并列排布的楔形块621，每一楔形块621的入射面6211及出射面6212均倾斜设置，即入射面6211、出射面6212与入射光束的夹角不等于90°，当然，在其他实施例中，入射面6211可以不倾斜（或者出射面6212不倾斜）。相邻两条入射光束之间的初始间距为l，四条平行入射光束分别入射至对应的楔形块621入射面6211上，通过楔形块621入射面6211及出射面6212的折射作用后，若干光束会聚于所述光路作用组件62与所述聚焦透镜61之间，而后继续传播，这里，以若干光束于所述聚焦透镜61的焦点f处会聚为例，光束经过所述聚焦透镜61而形成四束平行出射光束，四束平行出射光束于聚焦透镜61的出射端会聚成四个光点(a、b、c、d)。相邻两个光点之间的间距为l，即光束之间的最终间距为l，该最终间距l与若干光电接收器件70之间的间距对应，如此，光束可顺利耦合进入光电接收器件70内。相邻两条入射光束之间的初始间距可以不都为l，光束之间的最终间距也可不都为l，可据实际情况而定。这里，由于出射光束为平行光束，四束平行出射光束垂直入射至光电接收器件70上，如此，可以达到最佳耦合效率。需要说明的是，为了达到最佳传输耦合效果，可将四个楔形块621组成的整体的中线与聚焦透镜61的主光轴对准。

在本实施方式中，每一入射光束内的光线相互平行。如此，每一入射光束的光斑大小不会随着光束的传播而逐渐变大，即于聚焦透镜61的入射面处的光束光斑大小与入射光束初始光斑大小相等，光束中的光线可以全部透过聚焦透镜61而实现会聚，避免因为光束光斑变大而占用过多聚焦透镜61入射面面积。这里，由于楔形块621的光路导向作用，可以使得入射光线通过楔形块621后实现聚拢，所述楔形块621的入射面尺寸大于所述聚焦透镜61的入射面尺寸，可以进一步减小光路控制系统60的尺寸，楔形块621的入射面尺寸定义为四个楔形块621的入射面连接起来的总体尺寸。

需要说明的是，在其他实施方式中，入射光束（a、b、c、d）不一定相互平行，例如入射光束（a、b、c、d）为发散光束或会聚光束。

如图5所示，为本申请第二实施方式示意图，第二实施方式与第一实施方式中相同部件采用相同的标号。

在本申请第二实施方式中，若干楔形块相互结合在一起，且为一体成型结构，即此时光路作用组件62为整体型楔形片621a，所述若干入射光束（a、b、c、d）于所述楔形片621a处发生折射而改变传播方向。在本实施方式中，楔形片621a实质为透射型楔形片，所述楔形片621a包括入射面6211a及出射面6212a，出射面6212a包括若干相互连接的斜面6212a’，当然，入射面6211a也可以包含若干相互连接的斜面。所述入射光束于所述楔形片621a处产生透射及折射，通过控制楔形片621a的要素设计、入射光束与楔形片621a的相对关系以及楔形片621a与聚焦透镜61的相对关系，可以实现所述若干入射光束（a、b、c、d）分别会聚成若干不重叠的光点(a、b、c、d)。

具体的，楔形片621a的设计要素包括：楔形片621a出射面6212a上若干斜面6212a’的倾斜角度（或者入射面6211a上若干斜面的倾斜角度）、若干斜面6212a’的相对关系、楔形片621a的位置、楔形片621a与波分复用器50之间的间距等等；入射光束与楔形片621a的相对关系包括：入射光束于楔形片621a入射面6211a上的入射位置、入射光束的入射角度等等；楔形片621a与聚焦透镜61的相对关系包括：楔形片621a与聚焦透镜61之间的间距、楔形片621a与聚焦透镜61的大小关系、楔形片621a与聚焦透镜61于上下前后方向上的相对位置关系等等。楔形片621a的各个设计要素都可以独立设计，每一入射光束与楔形片621a入射面6211a的相对关系也可独立设计，且621a与聚焦透镜61的相对关系也可有选择地设计，通过上述设计，可以有效控制每一入射光束对应的光点位置。如此，无论入射光束是何种光束或者入射光束与楔形片621a入射面6211a的关系如何，都可以通过各个部件的独立设计有效控制光点与光电接收器件70的相对位置，使得若干不重叠的光点分别耦合进对应的光电接收器件70。

在本实施方式中，以四束相互平行的入射光束（a、b、c、d）为例，楔形片621a的入射面6211a为平面，四束平行入射光束垂直入射至入射面6211a，楔形片621a的出射面6212a包括四个斜面6212a’，且四个斜面6212a’不共面。相邻两束入射光束之间的初始间距为l，通过楔形片621a出射面6212a的折射作用后，若干光束会聚于所述楔形片621a与所述聚焦透镜61之间，而后继续传播，这里，以若干光束于所述聚焦透镜61的焦点f处会聚为例，光束经过所述聚焦透镜61而形成四束平行出射光束，四束平行出射光束于聚焦透镜61的出射端会聚成四个光点(a、b、c、d)。相邻两个光点之间的间距为l，即光束之间的最终间距为l，该最终间距l与若干光电接收器件70之间的间距对应，如此，光束可顺利耦合进入光电接收器件70内。相邻两束入射光束之间的初始间距可以不都为l，光束之间的最终间距也可不都为l，可据实际情况而定。这里，由于出射光束为平行光束，四束平行出射光束垂直入射至光电接收器件70上，如此，可以达到最佳耦合效率。需要说明的是，为了达到最佳传输耦合效果，可将楔形片621a的中线与聚焦透镜61的主光轴对准。

在本实施方式中，每一入射光束内的光线相互平行。如此，每一入射光束的光斑大小不会随着光束的传播而逐渐变大，即于聚焦透镜61的入射面处的光束光斑大小与入射光束初始光斑大小相等，光束中的光线可以全部透过聚焦透镜61而实现会聚，避免因为光束光斑变大而占用过多聚焦透镜61入射面面积。这里，由于楔形片621a的光路导向作用，可以使得入射光线通过楔形片621a后实现聚拢，所述楔形片621a的入射面尺寸大于所述聚焦透镜61的入射面尺寸，可以进一步减小光路控制系统60的尺寸。

需要说明的是，在其他实施方式中，入射光束（a、b、c、d）不一定相互平行，例如入射光束（a、b、c、d）为发散光束或会聚光束。

综上所述，本申请通过光路作用组件62的导向作用以及聚焦透镜61的会聚作用实现入射光束耦合进入光电接收器件70，如此，光路控制系统可以同时实现光束会聚及光束方向、间距控制，整合性能较佳；其次，本申请仅需提供光路作用组件62及聚焦透镜61，且两者之间的间距无需太大，结构简单，减少了光路器件个数，大大减小了整个光路控制系统60的体积，从而缩小整个光模块100的尺寸，降低成本；再者，聚焦透镜61及光路作用组件62之间的相对位置固定，提高了聚焦位置的相对精度；然后，光路作用组件62可以独立设计以实现对入射光束的独立控制，每一入射光束的传播方向及聚焦点都可独立控制，调控自由度更高；另外，最终的出射光束垂直入射至光电接收器件70上，可以达到最佳耦合效率。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。