阅读说明：本技术 具有集成透镜的光纤模块 (fiber optic module with integrated lens ) 是由 王怀亮 施沙美 彭华平 张冉冉 安海军 于 2018-03-14 设计创作，主要内容包括：在实施方式中,光电模块包括印刷电路板(PCB)和透镜块。印刷电路板(PCB)包括光发送阵列或光接收阵列中的至少一个。透镜块可以被配置用于直接在光发送阵列或光接收阵列中的一个与光缆中的光纤之间耦合光。一种方法可以包括直接在光发送阵列或光接收阵列中之一与透镜块之间耦合光,以及还包括通过透镜块将光直接耦合至外部耦接至光电模块的光缆的光纤。(In an embodiment, an optoelectronic module includes a Printed Circuit Board (PCB) and a lens block. A Printed Circuit Board (PCB) includes at least one of an optical transmitting array or an optical receiving array. The lens block may be configured to couple light directly between one of the optical transmit array or the optical receive array and an optical fiber in the optical cable. A method may include coupling light directly between one of the optical transmit array or the optical receive array and a lens block, and further including coupling the light directly through the lens block to an optical fiber of an optical cable externally coupled to the optoelectronic module.)

具有集成透镜的光纤模块

相关申请的交叉引用

特此根据35 U.S.C.§219(e)要求申请日为2017年3月14日的名称为“具有集成透镜的光学模块”(’165临时申请)的美国专利临时申请第62/471，165的优先权。’165临时申请的全部公开内容在此并入本文中。

技术领域

一些实施方式通常涉及光电模块。更具体地，示例实施方式涉及用于将光纤通信线缆连接至光电模块的连接器。

背景技术

通信模块(例如电子或光电收发器或应答器模块)越来越多地用于电子和光电通信中。某些模块是可插拔的，从而允许将模块***主机设备(例如主机计算机、交换集线器、网络路由器或开关箱)的机架中或从机架中移除。每个模块通常通过向和/或从主机设备印刷电路板发送和/或接收电数据信号来与主机设备的印刷电路板通信。这些电数据信号也可以由模块在主机设备外部作为光和/或电数据信号发送。有源线缆包括在通信线缆的一端或两端带有通信模块的通信线缆。某些通信模块包括多光纤推入(“MPO”)型阴连接器，用于接收附接到通信线缆的MPO型阳连接器。

某些数据传输涉及光信号到电信号和/或电信号到光信号的转换。在某些应用中，转换发生在电路板上。例如，承载一个或更多个光信号的光缆可以与光电模块(例如，板载光学组件(BOA)(例如光学引擎)或可插拔光电模块(例如XFP、QSFP、SFP+或其他可插拔光电模块))对接。在BOA处，可以使用光接收器将光信号从光信号转换为电信号。然后，可以沿着集成在电路板上的蚀刻铜迹线将电信号传输到目的地。同样，可以沿着蚀刻铜迹线将电信号传输到BOA。在BOA处，可以使用光发送器将电信号转换为光信号。然后可以沿着与光电模块对接的相同或不同的光缆进一步传输光信号。

在一些BOA中，透镜组件可以被配置成接收诸如线缆连接器的光学接口。光学接口通常支持一根或更多根光纤，这些光纤从或向BOA传输光数据。通信模块的缺点之一是它们可能包括许多光学和导电部件以及许多机械部件，这可能需要大量制造过程。

本文所要求保护的主题不限于解决如上描述的任何缺点或仅在如上描述的环境中操作的实施方式。而是，仅提供此背景来说明可实践本文描述的一些实施方式的一个示例性技术领域。

发明内容

提供本发明内容部分是为了以简化的形式介绍构思的选择，将在下面的详细描述中进一步描述该构思。本发明内容部分既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

本文描述的一些示例实施方式通常涉及用于与线缆连接器耦接的光电模块，该线缆连接器可用于光信号的传输。

在示例实施方式中，光电模块包括印刷电路板(PCB)和透镜块。印刷电路板(PCB)可以包括光发送阵列或光接收阵列。透镜块可以被配置成将光从光发送阵列或光接收阵列直接耦合至线缆中的光纤。该线缆还被配置成耦接至光电模块。

在另一示例中，光电模块可以包括印刷电路板(PCB)和透镜块。印刷电路板可以包括光发送阵列或光接收阵列，并且透镜块可以被配置成直接在光电模块外部的光纤与光发送阵列或光接收阵列之间耦合光。

在又一示例中，方法可以包括将来自光发送阵列或光接收阵列的光耦合至透镜块中。然后，可以直接在透镜块和外部耦接至光电模块的线缆的光纤之间传送光。

附图说明

通过使用附图，将以附加的特征和细节来描述和解释本公开的各方面，在附图中：

图1A是示例性光电模块和附接的通信线缆的顶部立体图；

图1B是图1A的示例性光电模块和附接的通信线缆的底部立体图；

图2是图1A的示例性光电模块和附接的通信线缆的分解立体图，示出了示例性修改的MPO型阳连接器和示例性的对准引导件；

图3示出了图1A至图1B和图2中的光电模块的一部分的简化剖视图的截面图；

图4示出了图1A至图1B和图2中的替选的光电模块的一部分的简化剖视图的截面图；

图5至图9示出了根据各种实施方式的光电模块的组件；以及

图10是根据实施方式的用于在光发送或接收设备与透镜块之间耦合光的方法的流程图。

具体实施方式

光学收发器可以与使用套圈耦接至光电模块的光纤交换光。发送器和接收器的有源设备通常通过套圈与光纤对准，有源光学设备中的任何一个被安装在从印刷电路板(PCB)延伸的柔性电路上。可替代地，可以使用壳体内部的中间光纤跳线来耦接光缆和有源设备。在任何一种配置中，都需要一个或更多个中间设备(例如，柔性电路或内部光纤跳线)以将光学有源设备耦接至外部光纤线缆。

本文公开的实施方式不需要中间线，而是使用单个光学透镜块直接在光学有源(例如，发送器或接收器)设备与外部光纤线缆之间耦合光。更具体地，一些示例实施方式涉及用于光电模块的可插拔连接器。例如，可插拔连接器可以固定到光电模块，以将光缆的一根或更多根光纤光学耦接至光电模块的透镜或透镜组件。在一些实施方式中，光电模块可以包括印刷电路板(PCB)和透镜块。印刷电路板(PCB)可以包括光发送阵列或光接收阵列中的一个或更多个。透镜块可以被配置为直接在光发射或接收阵列与光电模块的壳体外部的线缆中的光纤之间耦合光。该线缆还可以被配置为机械地耦接至光电模块。

在其他实施方式中，光电模块可以包括：包括印刷电路板(PCB)和透镜块的光电模块。印刷电路板可以包括光发送阵列或光接收阵列。透镜块可以被配置为直接在光电模块外部的光纤与光发送阵列或光接收阵列之间耦合光。

在又一其他实施方式中，一种方法可以包括将来自光发送阵列或光接收阵列的光耦合至透镜块中。然后，可以通过透镜块直接与耦接至光电模块的线缆的光纤进行光的发送或接收。

现在将参考附图来描述一些实施方式的各个方面。应当理解的是，附图是实施方式的图解和示意表示，并不意味着限制，也不必按比例绘制。在整个附图中，除非另外说明，否则相同的附图标记通常指代相同的结构。

首先参考图1A和图1B，图1A和图1B是示例性光电模块100的顶部和底部立体图，示例性光电模块100用于与网络上的一个或更多个其他设备连接来发送和接收光信号，并通过电信号与主机设备进行通信。如图1A和图1B中所公开的，光电模块100可以固定地附接到通信线缆102，并且因此光电模块100代表“有源线缆”的一端，其包括另一光电模块(未示出)，该另一光电模块也可以附接到通信线缆102的另一端。

然而，应当理解，通信线缆102可以替代地可拆卸地连接至光电模块100，在这种情况下，光电模块100将作为独立模块发挥作用。例如，在通信线缆102是光纤带状线缆的情况下，通信线缆102可以在一端或两端上端接有MPO型阴连接器，并且光电模块100可以包括对应的MPO型阳连接器，该MPO型阳连接器被配置成可插拔地接收MPO型阴连接器。

在一些实施方式中，通信线缆102可以是包括十二(12)根光纤的多通道光纤通信线缆，其中四(4)根光纤可用于在一个方向上传输数据信号，四(4)根光纤可用于在相反方向上传输数据信号，并且其中四(4)根光纤可能目前尚未使用，但可供将来使用。

光电模块100可以被配置成用于以每秒各种数据速率进行光信号的传输和接收，包括但不限于每秒40千兆比特或更高。此外，光电模块100可以被配置成用于各种波长下的光信号传输和接收，包括但不限于850nm、1310nm、1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1590nm、1610nm或更长的波长。而且，光电模块100可以被配置成支持各种通信协议，包括但不限于INFINIBAND、快速以太网、千兆以太网、10千兆以太网、1x、2x、4x、8x和10x光纤通道以及SONET OC-3、OC-12、OC-48、OC-192和OC-768。此外，光电模块100可以被配置成在各种温度范围内操作，包括但不限于0℃至70℃以及-40℃至85℃。另外，尽管示例性光电模块100可以被配置成基本上符合QSFP MSA，但是光电模块100可以替代地被配置成假定与各种收发器和/或应答器MSA基本兼容的各种不同的形式因子，包括但不限于SFF、SFP、XFP、XPAK、X2、XENPAK或CXP。

光电模块100可以包括拉片104，拉片104可操作地连接至释放滑动件106，拉片104和该释放滑动件106可以被共同地用于将光电模块100***到主机设备(未示出)的机架中以及从机架中抽出光电模块100。拉片104和/或释放滑动件106可以由橡胶、塑料、金属片等制成。光电模块100还包括壳体108，该壳体通常包括顶壳110和底壳112。顶壳110和底壳112可以例如由锌形成，具有铜镍涂层。

现在参考图2，公开了光电模块100的其他方面。特别地，图2公开了光电模块100的顶壳110和底壳112被配置成通过紧固件214保持在一起，并且部分地围绕经修改的MPO型插头216，其中阴MT型套圈217附接至通信线缆102。修改的MPO型插头216可以被配置成容纳在修改的MPO型插座中，该插座被称为对准引导件218。对准引导件218设置在底壳112的对准引导件插座112A内。修改的MPO型插头216、通信线缆102、拉片104和释放滑动件106共同形成线缆组件219。

顶壳110和底壳112还通常围绕PCB 220，PCB 220具有露出的边缘连接器222、透镜块240、对准销230、发送器设备或阵列232(例如，垂直腔表面发射激光器(VCSEL))、接收器设备或阵列233(例如，光电二极管)和EMI容纳组件236。

透镜块240包括对准突起238和对准凹口228。对准销230、对准突起238和对准凹口228有利于对准引导件218、EMI容纳组件236和透镜块240的对准。在一个实施方式中，对准销230附接至透镜块240上。此外，对准销可以是透镜块240的组成部分或者形成作为透镜块240的一部分。发送器阵列232或接收器阵列233可以电耦合和物理耦接至PCB 220。透镜块240和EMI容纳组件236可以物理耦合至对准引导件218。然后，可以将附接至EMI容纳组件236并且还附接至透镜块240的对准引导件218附接至PCB 220。然后，具有附接的透镜块240、EMI容纳组件236和对准引导件218的PCB 220可以被耦接至底壳112。

在操作中，输出电数据信号通过边缘连接器222从主机设备(未示出)传递到包括PCB 220的光电模块100中。PCB 220上的发送器电路(未示出)在将这些电数据信号沿着导电迹线(未示出)传递到发送器阵列232的发送器之前，对这些电数据信号进行优化。发送器阵列232的发送器将这些电数据信号转换为光数据信号，然后再将光数据信号传送通过透镜块240、EMI容纳组件236、对准引导件218和改进的MPO型插头216并进入到光纤通信线缆102中。以这种方式，可以将光电模块100放置在其中的主机设备(未示出)可以与远程主机设备(未示出)通信。

发送器阵列232可以是诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)等的光学发送器的阵列。例如，发送器阵列232可以是四(4)通道的VCSEL阵列。在一些实施方式中，在一些实施方式中，发送器阵列232和接收器阵列233二者可以被包括在光电模块100中，使得光电模块100可以成为光发送器和接收器二者。替代地或附加地，光电模块100可以仅包括单个发送器而不是发送器阵列232。

本文描述的各种实施方式包括一种系统和方法，其用于将来自激光设备的光直接耦合至光纤中以及从光纤直接耦合至光电二极管上，而无需使用光纤跳线或柔性电路。该系统和方法将透镜块240和PCB 220延伸到可以接收MPO型插头216的光电模块100的前端或末端。

图3示出了根据一个实施方式的图1A、图1B和图2中的光电模块的局部视图的截面图。如上所述，光信号可以根据沿着电路板220上的迹线从主机设备(未示出)接收到的电信号来产生。PCB 220可以包括一个或更多个光电设备，例如可以被配置成VCSEL阵列的发送器阵列232，用于将电信号转换为光信号。PCB 220可以与壳体108的顶壳110和底壳112中的至少一个(图1A和图1B)基本上平面地定向。由发送器阵列232产生的光信号可以光学耦合至透镜块240。透镜块240可以进一步通过耦合至对准引导件218的MPO型插头216中的阴MT型套圈217将光信号光学耦合至光纤334。

透镜块240可以包括一个或多个聚焦透镜316。聚焦透镜316可以与光纤334的每个端部324相对放置。如参考聚焦透镜316和光纤334所使用的，术语“相对”可以包括被定位成接收离开光纤334中之一的光信号或者被定位成将光信号传送至光纤334中之一。术语“相对”包括从光纤334中之一的端部324沿基本上负的X方向移位。在图3中，仅聚焦透镜316中之一可见。在该实施方式和其他实施方式中，透镜块240可以包括多于一个的聚焦透镜316。在一些实施方式中，聚焦透镜316可以一体地形成到透镜块240。

透镜块240还可以包括倾斜表面320。在一些实施方式中，倾斜表面320可以在X方向上从聚焦透镜316偏移。另外，在这些和其他实施方式中，在聚焦透镜316和倾斜表面320之间，透镜块240可以是实心的。

倾斜表面320可以是反射性的或者至少部分是反射性的。因此，倾斜表面320可以重定向撞击倾斜表面320的光信号。例如，离开光纤334在正X方向上传播的光信号可以进入聚焦透镜316，继续在正X方向上传播，撞击在倾斜表面320上，并在负Y方向上重定向。

透镜块240还可以包括一个或更多个聚焦透镜314。图3中的聚焦透镜314可以在Z方向和X方向上彼此移位。一个或更多个聚焦透镜314可以与每个光学部件(例如，发送器阵列232或接收器阵列233)相对放置。如参考聚焦透镜314和发送器阵列232所使用的，术语“相对”可以包括被定位成接收离开发送器阵列232的发送器的光信号，或者被定位成将光信号传送到接收器阵列233的接收器(例如，光电二极管)。术语“相对”包括从发送器或接收器阵列232/233沿Y方向移位。在图3中，仅聚焦透镜314中之一可见。在该实施方式和其他实施方式中，透镜块240可以包括更多的聚焦透镜314。在一些实施方式中，聚焦透镜314可以一体地形成到透镜块240。

在一些实施方式中，倾斜表面320可以包括多个小面340A-340B(通常是一个或多个小面340)，其将光信号重定向到不同的聚焦透镜314或不同的聚焦透镜316。

透镜块240可以限定腔322。腔322可以被配置成使得包括发送器或接收器阵列232/233的光学部件可以被放置在腔322中并且被安装或以机械方式固定到PCB 220。另外，腔322可以被配置成使得每个光学部件(例如，发送器阵列232或接收器阵列233)可以与聚焦透镜314之一相对放置。

透镜块240还可以包括对准销230(图2)。如所述，对准销230利于使透镜块240经由EMI容纳组件236通过对准引导件218与阴MT型套圈217的对准(图2)。透镜块240还可以包括对准部件350，其可以是凹槽、凹口、狭槽(如图所示)，或者对准部件可以是突起、销、凸片或用于与对准引导件218上的对应的对准部件352对接的其他形状。对准部件350和352在至少Y方向上协同对准透镜块240和对准引导件218。

对准引导件218还包括在对准引导件218上的两个更多的对准部件354A和354B(统称为354)。对准部件354可以是凹槽、凹口、狭槽，或者对准部件可以是突起、销、凸片(如图所示)或者用于与底壳112上的对应的对准部件356A和356B(统称为356)对接的其他形状。当组装在一起时，透镜块240和对准引导件218形成透镜块对准引导组件360。在如下进一步描述的光电模块100的组装期间，可以使用例如粘合剂362将透镜块对准引导组件360安装到PCB 220和底壳112。可以使用一种或更多种粘合剂(例如粘合剂358)将透镜块240附接至PCB 220。还可以考虑替代的安装技术。

图4示出了根据另一实施方式的图1A、图1B和图2的光电模块100的局部视图的截面图。如上所述，可以根据沿着PCB 220上的迹线从主机设备(未示出)接收的电信号来产生光信号。PCB 220可以包括一个或更多个光电装置，例如发送器阵列232或接收器阵列233，发送器阵列232可以被配置为VCSEL阵列，用于将电信号转换为光信号，接收器阵列233可以被配置为光电二极管阵列，用于将光信号转换为电信号。光信号可以与透镜块240′光学耦合。透镜块240′还可以将光信号光学耦合到LC或SC型插头216′中的光纤334，该插头216′被耦合到对准引导件218′。

透镜块240′可以包括一个或更多个聚焦透镜316。聚焦透镜316可以与光纤334的每个端部324相对放置。在图4中，仅聚焦透镜316中之一可见。在该实施方式和其他实施方式中，透镜块240′可以包括多于一个的聚焦透镜316。在一些实施方式中，聚焦透镜316可以一体地形成到透镜块240′。

透镜块240′还可以包括倾斜表面320，如以上参考图3所述。此外，透镜块240′还可以包括一个或更多个聚焦透镜314，如以上参考图3所述。在一些实施方式中，倾斜表面320可以包括多个小面340A-340B(通常是一个或多个小面340)，其将光信号重定向到不同的聚焦透镜314或不同的聚焦透镜316，如以上参考图3所述。

透镜块240′还可以包括对准部件131(图4)。对准部件431可以被配置为“桶”，以利于透镜块240′经由EMI容纳组件236与对准引导件218′的对准。透镜块240′还可以包括对准部件350，如以上参考图3所述。对准部件350和352在至少Y方向上协同对准透镜块240′和对准引导件218′。

对准引导件218还包括更多的对准部件354A和354B(统称为354)，如以上参考图3所述。在如下进一步描述的光电模块100的组装期间，可以使用例如粘合剂362将透镜块对准引导组件360′安装到PCB 220和底壳112。透镜块240′可以使用一种或多种粘合剂(例如粘合剂358)附接至PCB 220。还可以考虑替代的安装技术。

图5至图9示出了根据各种实施方式的光电模块100的组件。在图5中，图3和图4的透镜块对准引导组件360和360′二者可以通过将对准引导件218、EMI容纳组件236和透镜块240连续对准来形成。透镜块240上的对准销230可以穿过孔530以使透镜块240与EMI容纳组件236对准。类似地，对准引导件218的对准部件352可穿过EMI容纳组件236中的孔532以使对准引导件218与EMI容纳组件236对准。串行布置的对准引导件218、EMI容纳组件236和透镜块240导致透镜块对准引导组件360。

在图6中，透镜块对准组件360可以附接至PCB 220。PCB 220可以包括发送器或接收器阵列232/233。可以使用一种或多种粘合剂602、604将透镜块对准组件360附接至PCB220以形成光电组件610。

在图7中，底壳112可具有附于其上的散热垫702和一种或更多种粘合剂704、706，用于分别保持光电组件610的EMI容纳组件236和对准引导件218以形成底壳组件710。

在图8中，光电组件610可以附接至底壳组件710以形成光电底壳组件810。可以使用图7的一种或更多种粘合剂704、706将光电组件610保持到底壳组件710。

图9是由于将顶壳110附接至光电底壳组件810而产生的光电模块100的截面图。在图9中，上述光电模块100的各种元件中的一些被标识以示出各种元件的关系。

图10是根据实施方式的用于在光发送阵列或光接收阵列中之一与透镜块之间耦合光的方法1000的流程图。在步骤1002中，可以在光发送阵列或光接收阵列中之一与透镜块之间耦合光。透镜块可以形成为包括聚焦透镜，用于将来自光发送阵列的光聚焦到透镜块中。

在步骤1004中，当由光发送阵列发送光时，可以通过透镜块直接将光发送至外部耦接至光电模块的线缆的光纤。

在步骤1006中，当在光接收器阵列处接收光时，可以通过透镜块直接从外部耦接到光电模块的线缆的光纤接收光。

透镜块可以形成为包括另一聚焦透镜，用于将来自透镜块的光聚焦到线缆的光纤中。此外，透镜块可以执行以下步骤：在光发送阵列和线缆的光纤之间的透镜块的倾斜表面上反射光。此外，该方法可以包括以下步骤：在使透镜块在至少一个轴线上与被配置为接收线缆的对准引导件对准。另外的步骤可以包括使透镜块在至少一个轴线上与光电模块的壳体的壳对准。

所描述的实施方式在所有方面仅应被认为是说明性的而非限制性的。因此，实施方式的范围由所附的权利要求而不是前面的描述来指示。落入权利要求等同含义和范围内的所有改变均包含在权利要求的范围之内。