CN107045163A - 光学模块及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种光学模块及其制作方法，光学模块包括第一光学组件及第二光学组件，第一光学组件包括固定的光发射元件及第一透镜，光发射元件出光面的中线与第一透镜的第一主光轴对准；第二光学组件包括固定的光接收元件及第二透镜，光接收元件接收面的中线与第二透镜的第二主光轴对准；当第一、第二光学组件焊接时，光线依次经过第一透镜及第二透镜而分别会聚形成第一光点及第二光点，第一光点至第二透镜的光心的第一距离大于第二光点至第二透镜的光心的第二距离。本申请的技术方案采用双透镜系统，焊接误差即为第一光学组件相对第二光学组件的误差，由于第一距离大于第二距离，产生的光点偏移量小于焊接误差，可以降低焊接精度要求。

Description

光学模块及其制作方法

技术领域

本发明涉及光通信元件制造技术领域，尤其涉及一种光学模块及其制作方法。

背景技术

发射器（Transmitter Optical Subassembly ，TOSA）耦合需要包含至少一个透镜的光路系统。当发射器为激光器、接收器为光纤时，由于激光器的发散角较大，光纤发散角相对较小，必须利用透镜来压缩激光器发出的光线的发散角，使得压缩后的发散角与光纤发散角相匹配。

如图1所示，当光路系统采用单个透镜1时，将透镜1、激光器2及光纤3分别焊接，理论上，当激光器2出光面的中线、透镜1的主光轴、光纤3接收面的中线三线对准时耦合效果最佳，激光器2发出的光线通过透镜1而于光纤3接收面的中心位置处会聚形成一光点O1，此时光点O1为最佳耦合光点O1，为了提高耦合效果，必须降低光点偏移量。然而，在焊接过程中，容易产生焊接误差，如图1所示，当透镜1的光心O与激光器2出光面中线之间产生间距为A的焊接误差时，形成的光点将偏离至光点O2的位置，光点O2与最佳耦合光点O1之间的偏移量为B，B=A*M，即此时光点偏移量是焊接误差的的M倍，其中，M为透镜1的放大率，一般情况下，透镜1的放大率M≈4，如此，若要提高耦合效果，一方面，必须提高透镜1的焊接精度以降低光点偏移量，如此焊接精度要求较高，实现困难，另一方面，可以调整光纤3的位置去对接偏移的光点O2，但工艺复杂，且无法避免光纤3对接过程中的误差。

如图2所示，当光路系统采用单个透镜1’且透镜1’与激光器2’预先相互固定成第一组件4’时，可以预先将激光器2’出光面的中线与透镜1’的主光轴对准，如此，激光器2’发出的光线通过透镜1’后于主光轴上会聚形成光点O3，而后将第一组件4’与光纤3’对位，此时，光点O3偏离光纤3’最佳耦合点的偏移量等于光纤3’的焊接误差，即此时光点偏移量是焊接误差的1倍。

发明内容

本申请一实施例提供一光模块，其可以降低焊接精度要求，所述光学模块包括第一光学组件及第二光学组件，第一光学组件包括相对固定的光发射元件及第一透镜，光发射元件出光面的中线与所述第一透镜的第一主光轴对准；第二光学组件包括相对固定的光接收元件及第二透镜，光接收元件接收面的中线与所述第二透镜的第二主光轴对准；其中，当所述第一光学组件与所述第二光学组件相对焊接在一起时，所述光发射元件发出的光线依次经过所述第一透镜及所述第二透镜而分别会聚形成第一光点及第二光点，所述第一光点至所述第二透镜的光心的第一距离大于所述第二光点至所述第二透镜的光心的第二距离。

一实施例中， 所述第一光点位于所述第一透镜及所述第二透镜之间。

一实施例中，所述第一光点位于所述第二透镜远离所述第一透镜的一侧。

一实施例中，所述第一光点位于所述第一透镜远离所述第二透镜的一侧。

一实施例中，所述第一光点位于无穷远处。

一实施例中，形成所述第一光点的光线发散角小于形成所述第二光点的光线发散角。

一实施例中，所述第一透镜的放大率大于所述第二透镜的放大率。

本申请一实施例提供一种光学模块，包括第一光学组件及第二光学组件，第一光学组件包括相对固定的光发射元件及第一透镜，光发射元件出光面的中线与所述第一透镜的第一主光轴对准；第二光学组件包括相对固定的光接收元件及第二透镜，光接收元件接收面的中线与所述第二透镜的第二主光轴对准，所述第二透镜的放大率M取值范围为0≤M<1；其中，当所述第一光学组件与所述第二光学组件相对焊接在一起时，所述光发射元件发出的光线依次经过所述第一透镜及所述第二透镜而聚焦至所述光接收元件。

本申请一实施例提供一种光学模块制作方法，包括以下步骤：

形成第一光学组件，所述第一光学组件包括光发射元件及第一透镜，光发射元件出光面的中线与所述第一透镜的第一主光轴对准；

形成第二光学组件，所述第二光学组件包括光接收元件及第二透镜，光接收元件接收面的中线与所述第二透镜的第二主光轴对准，所述第二透镜的放大率M的取值范围为0≤M<1；

焊接固定所述第一光学组件及所述第二光学组件。

一实施例中，步骤“焊接固定所述第一光学组件及所述第二光学组件”具体包括：

将所述第一光学组件逐渐靠近所述第二光学组件；

检测所述第一透镜及所述第二透镜之间的间距及所述光接收元件出射端的光强度，当所述间距小于第一阈值且所述光强度达到最大值时，焊接固定所述第一光学组件及所述第二光学组件，所述第一阈值为光线透过所述第一透镜会聚形成的第一光点与所述第一透镜的光心之间的距离。

与现有技术相比，本申请的技术方案采用双透镜系统，光发射元件与第一透镜预先固定成第一光学组件，光接收元件及第二透镜预先固定成第二光学组件，此时，系统的焊接误差即为第一光学组件相对第二光学组件的误差，由于本申请第一距离大于第二距离，产生的光点偏移量小于焊接误差，如此，可以降低焊接精度要求。

附图说明

图1是现有技术一实施例的光路系统结构示意图；

图2是现有技术另一实施例的光路系统结构示意图；

图3是本申请第一实施方式的光学模块结构示意图；

图4是本申请第一实施方式的光学模块偏移结构示意图；

图5是本申请第二实施方式的光学模块结构示意图；

图6及图7是本申请其他实施方式的光学模块结构示意图；

图8是本申请一实施方式的光学模块制作方法步骤图。

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。

如图3及图4所示，介绍本申请光学模块100的第一实施方式。所述光学模块100包括第一光学组件10及第二光学组件20，所述第一光学组件10包括相对固定的光发射元件11及第一透镜12，光发射元件出光面111的中线与所述第一透镜12的第一主光轴X1对准；所述第二光学组件20包括相对固定的光接收元件21及第二透镜22，光接收元件接收面211的中线与所述第二透镜22的第二主光轴X2对准；其中，当所述第一光学组件10与所述第二光学组件20相互焊接在一起时，所述光发射元件11发出的光线依次经过所述第一透镜12及所述第二透镜22而分别会聚形成第一光点31及第二光点32，所述第一光点31至所述第二透镜22的光心o2的第一距离a大于所述第二光点32至所述第二透镜22的光心o2的第二距离b。

在本实施方式中，光发射元件11可为激光器，光接收器件可为光纤，但不以此为限。当第一主光轴X1与第二主光轴X2对准时，第一光点31及第二光点32均位于第一主光轴X1上（或者第二主光轴X2），由于第二主光轴X2与光接收元件接收面211的中线对准，此时仅需再调整第二光点32与光接收元件接收面211的距离，当第二光点32位于光接收元件接收面211上时，光接收元件21的耦合效果达到最佳值，此时的第二光点32即为最佳耦合光点33。这里，第一主光轴X1与第二主光轴X2之间的相对关系对最终的出射光强度影响较大，当第一主光轴X1与第二主光轴X2对准时，即使第二光点32与最佳耦合点33之间具有稍许间距，对最终的出射光强度影响也不大。

本实施方式的光学模块100采用了双透镜系统，光发射元件11与第一透镜12预先固定成第一光学组件10，光接收元件21及第二透镜22预先固定成第二光学组件20，此时，第一光学组件10与第二光学组件20焊接时的误差即为整个光学模块100的焊接误差，焊接误差会使第二光点32产生一定的偏移量，使得第二光点32偏离光接收元件接收面211上的最佳耦合点33。由于本实施方式中第一距离a大于第二距离b，第二透镜22的放大率M小于1（M=b/a）,故，通过第二透镜22后产生的第二光点32的偏移量会小于焊接误差，相较于现有技术中光点偏移量至少是焊接误差的1倍，在偏移量的可接受偏移范围一定的情况下，本实施方式可以大大提高光学模块100的可接受焊接误差范围，从而降低焊接精度要求。另外，本实施方式的焊接方式是先形成第一光学组件10及第二光学组件20，再进行两者的焊接，第一光学组件10及第二光学组件20可自由组合适应不同应用场合。

具体的，如图4所示，第二光学组件20偏移至虚线位置，假设此时的焊接误差是第一主光轴X1与第二主光轴X2之间的偏移量s，所述偏离量s使得所述第二光点32与所述光接收元件22的最佳耦合光点33之间产生一位移量s1，根据透镜成像原理，位移量s1为偏移量s与第二透镜22的放大率M的乘积，即s1=s*M，因此，当位移量s1一定时，放大率M越小，焊接误差产生的偏离量s越大，也就是说，当光接收元件22可以接受的光点位移量s1的误差范围一定时，放大率M越小，焊接过程中的可接受焊接误差范围越大，可接受焊接误差范围与所述放大率M成反相关。本实施方式将第二透镜22的放大率M设计成0≤M<1，可以有效提高可接受焊接误差范围，从而降低焊接误差精度要求。需要说明的是，这里的可接受焊接误差范围主要是指第一主光轴X1与第二主光轴X2之间存在间隙，该间隙对最终光接收元件22发出的光强度大小影响较大。

光发射元件11发出发散角为第一发散角41的光线，光线经过第一透镜12后会聚形成第一光点31，第一光点31处形成第二发散角42，当第一光点31位于第一透镜12及第二透镜22之间时，光线于第一光点31处再次发散形成第三发散角43，光线经过第二透镜22后形成第二光点32，第二光点32处形成第四发散角44。这里，由于光接收元件21在最佳耦合状态下的发散角是一定的，即图3中的第四发散角44是一定的，为了光线最佳状态耦合进入光接收元件21，需将第一发散角41最终压缩成为第四发散角44，如此，则需要控制第一透镜12及第二透镜22的放大率、第一透镜12、第二透镜22之间的间距等因素。本实施方式利用第一透镜12先将第一发散角41压缩成为第二发散角42，第二发散角42小于第四发散角44，如此，配合放大率M小于1的第二透镜22，一方面可得到所需的第四发散角44，另一方面可以降低焊接精度要求。这里，当光发散元件11为激光器时，由于激光器的发散角度较大，可将第一透镜12的放大率设定为大于第二透镜22的放大率，从而可将较大的第一发散角41预先压缩成较小的第二发散角42，而后再通过第二透镜22放大至第四发散角44。

如图5所示，为本申请第二实施方式的光学模块100a的示意图，第二实施方式与第一实施方式中相同的部件采用相同的标号，相同部件的描述可参考第一实施方式，在此不再赘述。

在本实施方式中，光线经过第一透镜12后的第一光点31a 为虚像光点，且第一光点31a位于第二透镜22远离第一透镜12的一侧，第一光点31a至所述第二透镜22的光心o2的第一距离c大于所述第二光点32a至所述第二透镜22的光心o2的第二距离d，本实施方式的光学模块100a仍能实现上述第一实施方式的目的。相较于第一实施方式，第二实施方式由于利用了虚像光点，可使得第一透镜12及第二透22靠近设置，如此，大大降低了整个光学模块100a的尺寸。

如图6及图7所示，为虚像光点位置的其他实施方式，该些实施方式也可实现降低焊接精度要求及降低整个光学模块的尺寸的目的。所述光发射元件出光面111及所述光接收元件接收面211之间形成光线传输区域，所述虚像光点位于所述光线传输区域之外。具体的，如图6所示，光线经过第一透镜12后的第一光点31b 为虚像光点，且第一光点31b位于第一透镜12远离第二透镜22的一侧，第一光点31b至所述第二透镜22的光心o2的第一距离e大于所述第二光点32b至所述第二透镜22的光心o2的第二距离f。如图7所示，光线经过第一透镜12后的第一光点为虚像光点，且第一光点位于无穷远处，第一光点至所述第二透镜22的光心o2的第一距离大于所述第二光点32c至所述第二透镜22的光心o2的第二距离g，此时，第二透镜22的放大率M=0。

如图8所示，本申请还提供一种光学模块制作方法，结合上述光学模块100的说明，包括步骤：

形成第一光学组件10，所述第一光学组件10包括光发射元件11及第一透镜12，光发射元件出光面111的中线与所述第一透镜12的第一主光轴X1对准；

形成第二光学组件20，所述第二光学组件20包括光接收元件21及第二透镜22，光接收元件接收面211的中线与所述第二透镜22的第二主光轴X2对准，所述第二透镜22的放大率M的取值范围为0≤M<1；

焊接固定所述第一光学组件10及所述第二光学组件20。

在本实施方式中，当第一主光轴X1与第二主光轴X2对准时，第一光点31及第二光点32均位于第一主光轴X1上（或者第二主光轴X2），由于第二主光轴X2与光接收元件接收面211的中线对准，此时仅需再调整第二光点32与光接收元件接收面211的距离，当第二光点32位于光接收元件接收面211上时，光接收元件21的耦合效果达到最佳值，此时的第二光点32即为最佳耦合光点33。这里，第一主光轴X1与第二主光轴X2之间的相对关系对最终的出射光强度影响较大，当第一主光轴X1与第二主光轴X2对准时，即使第二光点32与最佳耦合点33之间具有稍许间距，对最终的出射光强度影响也不大。

本实施方式的光学模块100制作方法采用了双透镜系统，光发射元件11与第一透镜12预先固定成第一光学组件10，光接收元件21及第二透镜22预先固定成第二光学组件20，此时，第一光学组件10与第二光学组件20焊接时的误差即为整个光学模块100的焊接误差，焊接误差会使第二光点32产生一定的偏移量，使得第二光点32偏离光接收元件接收面211上的最佳耦合点33。由于本实施方式中第一距离a大于第二距离b，第二透镜22的放大率M小于1（M=b/a）,故，通过第二透镜22后产生的第二光点32的偏移量会小于焊接误差，相较于现有技术中光点偏移量至少是焊接误差的1倍，在偏移量的偏移范围一定的情况下，本实施方式可以大大提高光学模块100的可接受焊接误差范围，从而降低焊接精度要求。另外，本实施方式的焊接方式是先形成第一光学组件10及第二光学组件20，再进行两者的焊接，第一光学组件10及第二光学组件20可自由组合适应不同应用场合。

在本实施方式中，于可接受焊接误差范围内焊接固定所述第一光学组件10及所述第二光学组件20，所述可接受焊接误差范围与所述放大率M成反相关。

具体的，可于光接收元件21远离光接收元件接收面211的一端连接光强度探测器（未标示），所述可接受焊接误差范围可由光强度探测器显示的光强度值控制，当探测到的光强度值低于光强度临界值时，即表明此时焊接误差已经超过可接受焊接误差范围。

在本实施方式中，步骤“焊接固定所述第一光学组件10及所述第二光学组件20”具体包括：

将所述第一光学组件10逐渐靠近所述第二光学组件20；

检测所述第一透镜12及所述第二透镜22之间的间距及所述光接收元件出射端的光强度，当所述间距小于第一阈值且所述光强度达到最大值时，焊接固定所述第一光学组件10及所述第二光学组件20，所述第一阈值为光线透过所述第一透镜12会聚形成的第一光点31与所述第一透镜12的光心o1之间的距离。

这里，当所述第一透镜12及所述第二透镜22之间的间距小于第一阈值时，则表明此时所述第一光点31位于第二透镜22远离第一透镜12的一侧且逐渐远离所述第二透镜22，即此时第一光点31为虚像光点，再结合光强度的探测可逐步找到最佳耦合光点，如此，在找到最佳耦合光点的同时可缩小第一透镜12及第二透镜22之间的间距，从而减小整个光学模块100的尺寸。

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。

Claims (10)

1.一种光学模块，其特征在于包括：

第一光学组件，包括相对固定的光发射元件及第一透镜，光发射元件出光面的中线与所述第一透镜的第一主光轴对准；

第二光学组件，包括相对固定的光接收元件及第二透镜，光接收元件接收面的中线与所述第二透镜的第二主光轴对准；

其中，当所述第一光学组件与所述第二光学组件相对焊接在一起时，所述光发射元件发出的光线依次经过所述第一透镜及所述第二透镜而分别会聚形成第一光点及第二光点，所述第一光点至所述第二透镜的光心的第一距离大于所述第二光点至所述第二透镜的光心的第二距离。

2.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于， 所述第一光点位于所述第一透镜及所述第二透镜之间。

3.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述第一光点位于所述第二透镜远离所述第一透镜的一侧。

4.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述第一光点位于所述第一透镜远离所述第二透镜的一侧。

5.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述第一光点位于无穷远处。

6.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，形成所述第一光点的光线发散角小于形成所述第二光点的光线发散角。

7.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述第一透镜的放大率大于所述第二透镜的放大率。

8.一种光学模块，其特征在于包括：

第一光学组件， 包括相对固定的光发射元件及第一透镜，光发射元件出光面的中线与所述第一透镜的第一主光轴对准；

第二光学组件，包括相对固定的光接收元件及第二透镜，光接收元件接收面的中线与所述第二透镜的第二主光轴对准，所述第二透镜的放大率M取值范围为0≤M<1；

其中，当所述第一光学组件与所述第二光学组件相对焊接在一起时，所述光发射元件发出的光线依次经过所述第一透镜及所述第二透镜而聚焦至所述光接收元件。

9.一种光学模块制作方法，其特征在于包括以下步骤：

形成第一光学组件，所述第一光学组件包括光发射元件及第一透镜，光发射元件出光面的中线与所述第一透镜的第一主光轴对准；

形成第二光学组件，所述第二光学组件包括光接收元件及第二透镜，光接收元件接收面的中线与所述第二透镜的第二主光轴对准，所述第二透镜的放大率M的取值范围为0≤M<1；

焊接固定所述第一光学组件及所述第二光学组件。

10.根据权利要求9所述的光学模块制作方法，其特征在于步骤“焊接固定所述第一光学组件及所述第二光学组件”具体包括：

将所述第一光学组件逐渐靠近所述第二光学组件；

检测所述第一透镜及所述第二透镜之间的间距及所述光接收元件出射端的光强度，当所述间距小于第一阈值且所述光强度达到最大值时，焊接固定所述第一光学组件及所述第二光学组件，所述第一阈值为光线透过所述第一透镜会聚形成的第一光点与所述第一透镜的光心之间的距离。