CN112564791A - 一种无线光传输模块及其组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线光传输模块及其组件，无线光传输模块包括后端敞开的壳体及安装于壳体后端的印制板，壳体内具有设于印制板上的发射端罩体和接收端安装座，印制板上集成有位于发射端罩体内部的激光器以及位于接收端安装座内部的探测器；发射端罩体前端敞开并安装发射端透镜，接收端安装座上设置接收端透镜。本发明集成发射端和接收端为一体，正面布置光收发两个光接口，可同时实现发射和接收无线光信号，利用裸芯片COB封装的方式，将无线光通信模块超薄超小化，以满足下一代机载***应用不仅实现了板间垂直出光互连，还可完成侧面出光模式以实现邻板之间的无线通信，拓宽了板间无线通信的应用思路。

Description

一种无线光传输模块及其组件

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种无线光传输模块及其组件。

背景技术

无线光通信指的是以自由空间作为传输介质，在光域中利用光线进行信息的传输。如图1，自由空间光互连原理是指光信号从发射器射出后在自由空间中传播，经一些光学元器件如透镜、反射镜等改变光路和控制光束后,最终到达接收器的互连方式，具体就是指输入信号经过发射端接口电路接入光发射组件，通过光发射组件的驱动电路驱动光源发光从而将信号调制到光发射源上，通过发射光学***后无线传输到接收端，接收光学***将接收光信号汇聚到探测器上，被探测器解调，还原成数字信号，经接收端接口电路输出，传递给终端设备。

自由空间光互连的优点是可以利用三维空间，构成各种拓扑结构的互连网络，并且理论来说不受I/O引脚限制，可以充分发挥光的宽频带和光波独立传播无干扰的特性，使得数据传输速率、互连数和互连密度上都可大大提高。目前自由空间光通讯有较大应用前景的地方就是板间和水下。其中板见光互连是指在电路板上的芯片之间，用光子作为载体实现信息传递与交换的一种技术。发射器将电信号转化为光信号，在接收端探测器又将光信号转成电信号。板间光互连采用自由空间光互连的耦合结构，光电子器件(激光器以及PD)集成在每个子板(Card)上，子板之间的连接是通过自由光连接的，为了对准自由空间中的光束需要在子板上集成光束对准反射镜。目前无线光通信模块的传输速度有待提高，并且体积较大，不便适用于各种尤其是安装空间较小的环境。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出一种短距离无线光传输模块及其组件，其具备高速率、超薄超小型化、抗电磁辐射干扰、免接触实现信息传输等优势。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种无线光传输模块，包括后端敞开的壳体及安装于壳体后端的印制板，所述壳体内具有设于印制板上的发射端罩体和接收端安装座，印制板上集成有位于发射端罩体内部的激光器以及位于接收端安装座内部的探测器；所述发射端罩体前端敞开并安装发射端透镜，发射端罩体前端伸出于壳体；所述接收端安装座上设置接收端透镜，该接收端透镜前端伸出于壳体。

本发明的目的还采用以下技术措施来进一步实现。

进一步的，所述发射端透镜包括相互平行设置且光学中心重合的发射端汇聚透镜和长焦透镜，发射端汇聚透镜位于激光器与长焦透镜之间。

进一步的，所述接收端透镜为口径4mm的接收端汇聚透镜。

进一步的，激光器和探测器均为芯片式结构并通过裸芯片COB封装的方式贴设在印制板上。

进一步的，所述壳体由铝合金材料制成。

进一步的，所述接收端安装座内壁设有便于定位接收端透镜的台阶。

进一步的，所述台阶包括沿径向延伸并实现接收端透镜轴向限位的第一挡止面以及沿轴向延伸并实现接收端透镜径向限位的第二挡止面。

进一步的，所述印制板底部为LCC贴片焊盘作为电接口，并通过该电接口与光电复合板供电及信号连接。

进一步的，所述印制板底部通过连接一柔性转板与光电复合板电性连接以便于实现光路90°转向，此时壳体侧部通过开设的安装孔固定在光电复合板上。

本发明还提出一种无线光传输模块组件，其包括光电复合板及安装在光电复合板上的无线光传输模块，该无线光传输模块为上述所述的无线光传输模块。

借由上述技术方案，本发明集成发射端和接收端为一体，正面布置光收发两个光接口，可同时实现发射和接收无线光信号，利用裸芯片COB封装的方式，将无线光通信模块超薄超小化，以满足下一代机载***应用；通过发射端两级透镜结构实现了不同板间距离的可用场景，提高了本发明的应用范围和通用性；此外不仅实现了板间垂直出光互连，还可完成侧面出光模式以实现邻板之间的无线通信，拓宽了板间无线通信的应用思路。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是现有技术中自由空间光互连原理图。

图2是本发明一种无线光传输模块的结构示意图。

图3是本发明一种无线光传输模块的剖视示意图。

图4是本发明一种无线光传输模块的电路原理框图。

图5是本发明一种无线光传输模块的光路设计示意图。

图6是本发明一种无线光传输模块实现邻板间无线光通信时的结构图。

图7是本发明具体实施例中无线光传输模块实现单板间垂直出光时的无线光通信应用场景图。

图8是本发明具体实施例中无线光传输模块实现相邻布置的单板间进行侧面出光时以实现无线光通信的应用场景图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例作进一步的详细说明。

一种无线光传输模块的具体实施例，如图1至图6所示，包括壳体1、印制板2，其中壳体1采用铝合金材料一体成型，体积小、重量轻、可替换性好，具备较强的抗电磁辐射干扰能力；壳体1后端敞开并通过印制板2封盖实现壳体内部腔体的密封，印制板可以通过粘接、胶接、焊接、螺钉或卡扣结构等方式固定在壳体后端，壳体1内具有设于印制板上的发射端罩体3和接收端安装座4，发射端罩体3和接收端安装座4均是前后端敞开的柱状结构，用于装配透镜。印制板2上集成有位于发射端罩体3内部的激光器5以及位于接收端安装座4内部的探测器6，激光器/探测器位于对应的发射端罩体/接收端安装座中心；发射端罩体前端敞开且其内部安装发射端透镜7，发射端罩体前端直径小于后端直径并伸出于壳体1，便于出光的情况下保证密封性和装配稳定性。接收端安装座上设置接收端透镜8，该接收端透镜前端伸出于壳体1以接收光信号。印制板2可通过和电路板或光电复合板等连接实现电性装配，与这些安装载体的外部控制接口连接从而接收信号及供电。

本实施例中，激光器5为裸芯片激光器，探测器6为裸芯片探测器，其通过裸芯片COB封装的方式贴设在印制板2上，在高度和体积上节省了空间，使得本发明在结构上进一步实现小型化。

发射端罩体3将激光器5整体罩盖，避免了发射端和接收端之间可能存在相互影响；接收端安装座4内壁设有便于定位接收端透镜的台阶，该台阶具体由沿径向延伸并实现接收端透镜轴向限位的第一挡止面41以及沿轴向延伸并实现接收端透镜径向限位的第二挡止面42构成。

结合图4，无线光传输模块还配套设置有单片机及与单片机输出端连接的激光驱动器和限幅放大器，输入无线光传输模块的电信号转换为光信号是通过激光驱动器和VCSEL激光器来实现，激光驱动器将来自模块外部的差分电压信号转换为电流信号，驱动激光器发光，光功率的强弱变换即代表数字信号的1和0，在与本发明适配光连接的接收印制板上，通过其上的探测器和限幅放大器，将强弱变化的光信号转换为差分电压信号后输出。同时，IIC接口控制发射与接收的寄存器地址，需通过上述单片机来实现对激光驱动器芯片和限幅放大器芯片的控制，及进一步控制收发端工作状态。

本发明无线光传输模块集成发射端和接收端为一体，前端布置光收发两个光接口，T为发射端，R为接收端，可同时实现发射和接收无线光信号；无线光传输模块底部为LCC贴片焊盘作为电接口，通过电接口和外部供电及信号连接，即根据不同的应用场景与电路板或是光电复合板等载体连接。本发明实现无线光互连应用场景如图7所示，结构相同的无线光传输模块和适配无线光传输模块分别位于相对布置的单板9上，无线光传输模块的发射端对应另一单板上适配无线光传输模块的接收端，无线光传输模块的接收端对应另一单板上的适配无线光传输模块的发射端，工作时可以实现单发单收信号传输或同时进行两发两收的板间互连。

结合图5，在光路设计上，发射端透镜由发射端汇聚透镜71和长焦透镜72构成两级透镜，两级透镜的光学中心重合，发射端汇聚透镜位于激光器与长焦透镜之间。发射端使用两级透镜，在本发明与适配无线光传输模块间隔距离50-100mm的位置时，可将光斑控制在0.5mm大小；先通过发射端汇聚透镜将激光器发出的光进行汇聚，然后经过长焦透镜拉长光束的焦距，满足50mm的传输距离，在适配无线光传输模块的接收端汇聚为0.5mm大小的光斑，接收端使用口径4mm的接收端汇聚透镜，耦合到探测器的探测面上。作为进一步拓展，两级透镜之间的距离可以调节，例如在装配两级透镜时根据单板之间间隔的距离适当调整透镜间距从而满足光传输要求，或者是选择不同型号的透镜也可保证光束强度情况下满足不同的无线传输距离。

值得说明的是，本例中的各图仅展示了一收一发的结构设计，但本发明的无线光传输模块不限于一收一发使用场景，可拆分为单独的发射模块和接收模块，同时可拓展应用于多收多发任意组合，比如两收两发或四收四发等。

本实施例中，结合图7，无线光传输模块分别安装在相对设置的单板时，可实现板间垂直出光，完成相对分布单板间的无线通信互连，此时无线光传输模块为板间垂直出光模块100；在另一实施例中，结合图8，单板9为相邻分布，处于同一水平面上，无法采用正常装配方法实现邻板互连，此时在印制板底部需通过连接一个柔性转板21与单板电性连接以便于实现光路90°转向，此时壳体侧部通过开设的安装孔11以放倒的姿态固定在单板(如光电复合板)上，使得邻板间的无线光传输模块收发端相对应设置，实现同一水平面上的单板之间的无线光通信，此装配方式下的无线光传输模块为板间侧面出光模块200。

一种无线光传输模块组件的具体实施例，其包括光电复合板及安装在光电复合板上的无线光传输模块，该无线光传输模块为上述一种无线光传输模块的具体实施例中所述的无线光传输模块，此处不再赘述。无线光传输模块的安装不限于光电复合板，也可以为其它载体电路板。本发明可拓展的组件应用方式，结合图7和图8，根据机载***下一代搭建***需求，在板间配置高速率的无线光通信模块，例如设置相对的子板以及相邻的子板，将各板之间的位置和距离进行设计后平行安装在母板上，可实现多个无线光传输模块组件之间的信息交互。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种无线光传输模块，包括后端敞开的壳体及安装于壳体后端的印制板，其特征在于：所述壳体内具有设于印制板上的发射端罩体和接收端安装座，印制板上集成有位于发射端罩体内部的激光器以及位于接收端安装座内部的探测器；

所述发射端罩体前端敞开并安装发射端透镜，发射端罩体前端伸出于壳体；

所述接收端安装座上设置接收端透镜，该接收端透镜前端伸出于壳体。

2.根据权利要求1所述的一种无线光传输模块，其特征在于：所述发射端透镜包括相互平行设置且光学中心重合的发射端汇聚透镜和长焦透镜，发射端汇聚透镜位于激光器与长焦透镜之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种无线光传输模块，其特征在于：所述接收端透镜为口径4mm的接收端汇聚透镜。

4.根据权利要求1所述的一种无线光传输模块，其特征在于：激光器和探测器均为芯片式结构并通过裸芯片COB封装的方式贴设在印制板上。

5.根据权利要求1所述的一种无线光传输模块，其特征在于：所述壳体由铝合金材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种无线光传输模块，其特征在于：所述接收端安装座内壁设有便于定位接收端透镜的台阶。

7.根据权利要求6所述的一种无线光传输模块，其特征在于：所述台阶包括沿径向延伸并实现接收端透镜轴向限位的第一挡止面以及沿轴向延伸并实现接收端透镜径向限位的第二挡止面。

8.根据权利要求1所述的一种无线光传输模块，其特征在于：所述印制板底部为LCC贴片焊盘作为电接口，并通过该电接口与光电复合板供电及信号连接。

9.根据权利要求8所述的一种无线光传输模块，其特征在于：所述印制板底部通过连接一柔性转板与光电复合板电性连接以便于实现光路90°转向，此时壳体侧部通过开设的安装孔固定在光电复合板上。

10.一种无线光传输模块组件，包括光电复合板及安装在光电复合板上的无线光传输模块，其特征在于：无线光传输模块为权利要求1-9中任一项所述的无线光传输模块。

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