集成透鏡和具有該透鏡的光收發(fā)器、以及制造和使用方法
【專利說明】集成透鏡和具有該透鏡的光收發(fā)器、以及制造和使用方法
相關申請
[0001 ] 本申請是對美國申請US 14/426,326(申請日:2015/3/5，事務所文件編號SP-340-L)某種程度的延續(xù)。該美國申請為PCT/CN2015/072957(申請日:2015/2/12)的國家階段。PCT和美國申請都在此一并作為參考。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及光通信領域，尤其是多模光或光電通信光模塊。
技術背景
[0003]目前，光通信已是高速化和小型化。由于光模塊在促進光通信業(yè)發(fā)展和現(xiàn)代化中扮演了重要角色，更小，更快的光模塊始終是我們追求的目標。小型化使有限器件空間內集成了越來越多的功能模塊和/或結構，因此光模塊和通信系統(tǒng)間的連接和/或接口變得更加復雜。
[0004]光模塊中光信號傳輸和轉換是光通信的基礎。為此，光模塊中設置了大量光發(fā)射器，接收器和光電探測器。由于印刷電路板的使用，光發(fā)射器，接收器和光電探測器都設置在光模塊中PCB某些位置上。PCB上的電路用于將器件正確地連接起來。這樣，光模塊的生產(chǎn)成本顯著降低，同時器件結構變得更加緊湊。
[0005]—個光耦合和/或連接器件通常用于將來自光模塊中PCB上光發(fā)射器的光信號發(fā)送，或將來自外部光器件(比如，客戶端)的入射光信號引導至光模塊中PCB上的光電探測器。但是，傳統(tǒng)光耦合和/或連接器件的成本和復雜性較高。許多傳統(tǒng)光耦合和/或連接器件采用了多個獨立光學透鏡來匯聚，改變或引導光信號的光路，且此類獨立透鏡的安裝和生產(chǎn)可能異常復雜，高成本和/或低效。
[0006]該“技術背景”僅用于提供背景資料。該“技術背景”的陳述不承認在“技術背景”中的主題披露對現(xiàn)有披露構成現(xiàn)有技術，以及該“技術背景”不可用作承認該申請的任何一部分，包括該“技術背景”部分，對現(xiàn)有披露構成現(xiàn)有技術。
發(fā)明概述
[0007]本發(fā)明目的在于克服本技術領域的一個或多個不足，并提供了一種帶一個或多個透鏡和如反射鏡的其他光學表面的集成透鏡(比如，光親合和/或連接器件)。光路親合和鏈接可利用一個或多個透鏡在光模塊中的發(fā)射器或接收器中實現(xiàn)。
[0008]為了實現(xiàn)本目的，一方面，本發(fā)明涉及一種帶多重光學結構和/或表面的集成透鏡，包括第一腔室(比如，用于一個或多個光電器件的外殼或空間)，第二腔室(比如，第二個腔室)，和光纖適配器。第一腔室在集成透鏡的第一面，而第二腔室在集成透鏡的第二面。光纖適配器和集成透鏡的第一光學表面(比如，反射鏡或其他反射表面)沿光纖適配器和第一光學表面間的光路光軸面對面設置，且光纖適配器的中軸與集成透鏡的底部平行。光耦合器具有延伸入第一腔室的第一集成透鏡。第一透鏡通常為凸透鏡，且設置在光電發(fā)射或接收器件上方，比如激光二極管或光電二極管。第二腔室通常構成了第一光學表面并可構成可選的第二光學表面，比如反射鏡(比如，在發(fā)射器實施例中)。第一和第二光學表面為平面鏡，且在某些實施例中，互相以160-175°相交。光纖適配器包括延伸進入集成透鏡的第二透鏡。第二透鏡可以是凸透鏡或凹透鏡。
[0009]此外，在與光電發(fā)射器適用集成透鏡相關的實施例中，第一腔室還可包含構成第三光學表面(例如，反射鏡或其他反射表面)的子腔室，且所述第三光學表面通常為平面且相對于第一腔室一個或多個平坦表面呈預定角度傾斜。所述子腔室一般鄰近或接近光纖適配器(例如，在第一透鏡和光纖適配器之間)。
[0010]第三光學表面與第一腔室平坦表面間夾角為第一預定角，其中所述第一腔室平坦表面與集成透鏡最上和最下平坦表面平行。以此平坦表面作為參照平面，在某些實施例中，第一預定角為101° ±x°，其中X為< 15(例如，101° ±7° ,101° ±3°，等)的正數(shù)。相反地，該角度為79° ±x°。在此類實施例中，第三光學表面的光接收表面面向第三光學表面的光反射表面。在其他實施例中，第三光學表面相對第一腔室的平坦表面呈第二預定角，其中所述第一腔室平坦表面與集成透鏡最上和最下平坦表面平行。以此平坦表面作為參照平面，在某些實施例中，第二預定角為60° 土y°，其中y為< 15(例如，60° ±5° ,60° ±3°，等)的獨立地正數(shù)。所述子腔室結構簡單，對于集成透鏡制造可采用低成本注塑一次成型。
[0011]這樣，當?shù)诙鈱W表面的反射光信號入射到第三光學表面，入射角的總和就大于總的反射臨界角。即，利用第三光學表面以最小損失將光信號反射至光監(jiān)控探測器(比如，光電二極管[PD]或雪崩光電二極管[APD])。在與光發(fā)射器相關的實施例中，所述監(jiān)控探測器位于第一腔室，在第三光學表面下方。這種結構相對簡單，且實現(xiàn)了更高的反射效率。
[0012]在其他與適用于光電發(fā)射器的集成透鏡相關實施例中，第一腔室還可包含第三透鏡。第三透鏡為凸透鏡，且位于第一透鏡和第三光學表面之間(例如，在光監(jiān)控探測器上方)，鄰近或接近第三光學表面與第一腔室平坦表面相交位置，與集成透鏡最上和最小平坦表面平行。第三光學表面的光(比如，至少部分的光信號)由第三透鏡匯聚在第三光學表面下方的光學監(jiān)控探測器。相比沒有第三透鏡的情況，通過第三透鏡可更高效地將第三光學表面反射的光信號匯聚在光監(jiān)控探測器上，從而提高反射效率。
[0013]集成透鏡還包含允許空氣或其他氣體自由進出第一腔室的通氣孔。在某些實施列中，所述通氣孔位于集成透鏡與光纖適配器相對的一端或部分，但它的位置不是固定的。所述透氣孔貫穿集成透鏡，有一端外露在集成透鏡外表面且另一端與第一腔室連接。
[0014]集成透鏡最底表面可利用光學膠一類的粘合劑附著在如PCB的基板上。盡管第一腔室含空氣，但第一腔室中空氣可從集成透鏡下方通過通-氣孔排出，與集成透鏡最上表面建立氣態(tài)聯(lián)系。同時，光模塊運行期間PCB上器件(比如激光二極管，光電二極管等)產(chǎn)生的熱量可通過通氣孔消散，以便降低PCB上器件的運行溫度并保證模塊穩(wěn)定運行。
[0015]所述集成透鏡可通過注塑一次成型(即，不需要其他組件)。第一腔室，第二腔室，第一和第二透鏡，第一光學表面，第二光學表面，第三光學表面，第四光學表面，第二透鏡，第三透鏡和通氣孔結構可通過注塑一次性一體成型。因此，制造所述集成透鏡的方法可包括將集成透鏡材料注入具有集成透鏡形狀的模具，然后將注塑材料從模具取出。所述方法還包括在注塑入模具前將集成透鏡材料加熱，然后在將注塑材料從模具取出之前和/或之后，冷卻注塑材料。由于具有操作簡單，成本低，和生產(chǎn)效率高的特點，本方法有益于產(chǎn)品制造。本集成透鏡可包括高透光度，化學和機械性質穩(wěn)定的可注塑成型材料制成或由其制成，諸如玻璃，聚醚酰亞胺(PEI)，聚醚砜(PES)，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚苯乙烯(PS)，或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0016]優(yōu)選地，所述集成透鏡由PEI制成。PEI的玻璃化溫度為216°C WEI具備高絕緣強度，天然阻燃性，和極低的起煙性。PEI具有極好的機械特性(比如高剛度或彈性系數(shù))且可連續(xù)使用，可達到340°F(170°C )。標準，未填充的PEI(比如，來自馬薩諸塞州皮茨菲爾德的沙特基礎工業(yè)公司的ULTEM100商用材料)標準熱導性為0.22W/(m.K) IEI是光學透鏡的良好原材料。
[0017]優(yōu)選地，以集成透鏡的最底表面為參照平面，第二光學表面和集成透鏡最底表面之間的夾角為135° ±15°，而用樣以集成透鏡的最底表面為參照平面，第三光學表面和集成透鏡最底表面之間的夾角為150° ±15°。
[0018]本集成透鏡適用于來自將來自光纖的光信號耦合和/或連接到光接收器，或將來自光發(fā)射器的光信號耦合和/或連接到光纖。此外，在光收發(fā)器中，用于接收器和發(fā)射器的集成透鏡可互相接近和/或平行。
[0019]此外，用于光接收器的集成透鏡(此處簡稱“接收器集成透鏡”)包括第一腔室，其上帶第一光學表面的第二腔室，第一透鏡，和光纖適配器。所述第一光學表面可以是反射鏡。所述接收器集成透鏡還可包括位于光纖適配器最內端的準直透鏡(即，光纖適配器延伸入集成透鏡的那一端)。接收集成透鏡中的光纖適配器連接和/或接收光信號傳輸光纖。
[0020]此外，光接收器或收發(fā)器還包括設置于第一透鏡下方的光電二極管(PD，比如雪崩光電二極管[Aro])。通常，所述ro以照ro和TIA在PCB上的安裝位置(比如，在第一腔室中)與一跨阻放大器(TIA)電連接。
[0021]所述接收器集成透鏡透過光纖適配器最內端的透鏡接收來自光信號傳輸光纖的光信號，所述透鏡可將光信號匯聚到第一光學表面(比如反射鏡)。光信號入射到所述光學表面(比如，用于信號全反射)，然后光信號被反射到第一透鏡(比如，到第一腔室)，所述第一透鏡用于將光信號匯聚到接收器PD。入射到接收器PD的信號將光信號轉換為電信號，由TIA接收。TIA將電信號放大并放大信號提供給與TIA連接的下游器件。
[0022]此外，用于光發(fā)射器的集成透鏡(“發(fā)射器透鏡”