CN117538996A - 光无源模组、光模块以及通信设备 - Google Patents

光无源模组、光模块以及通信设备 Download PDF

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CN117538996A CN202210916914.7A CN202210916914A CN117538996A CN 117538996 A CN117538996 A CN 117538996A CN 202210916914 A CN202210916914 A CN 202210916914A CN 117538996 A CN117538996 A CN 117538996A
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Abstract

本申请实施例提供一种光无源模组、光模块以及通信设备，其中，光无源模组包括：一级透镜组和二级透镜；其中，所述一级透镜组包括涡旋透镜，所述涡旋透镜位于所述光无源模组的进光侧；所述二级透镜设置在所述一级透镜组远离所述涡旋透镜的一面，且所述二级透镜位于所述光无源模组的出光侧。本申请实施例提供的无源模组可以降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。

Description

光无源模组、光模块以及通信设备
技术领域
本申请实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种光无源模组、光模块以及通信设备。
背景技术
光纤通信具有传输效率佳、可抵抗电磁干扰及稳定性高等优点。在短距离光通信***中，存在两种光纤传输通道，即，单模光纤和多模光纤。相对应的光源的形式也存在单模激光光源和多模光源，其中，多模光源直接调制光信号在多模光纤中传输，是目前短距光通信***的主要应用场景。但是目前针对多模光纤场景的光模块在传输速率达到25Gbps及以上时，则会存在传输距离难以提升的困难。
相关技术中，针对短距离传输，一般会采用垂直共振腔表面发射型激光器(Vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)光源或者发光二极管(LightEmitting Diode，LED)，其中，针对25Gbps及以上速率的直接调制激光器，大部分是多横模分布的VCSEL光源，由于多横模分布的VCSEL光源在频域上存在较宽的光谱范围，从而会导致色度色散较大，而多横模分布又会导致模式色散较大，进而导致传输距离难以提升；另外，多模光纤的直径远大于光信号的波长，并且多模光纤的结构尺寸以及加工工艺会导致其折射率分布函数在光纤横截面上存在差异，因而允许不同波长和相位的光信号沿光纤的周壁不停地反射传输，由于多模光纤中传输的模式多达数百个，各个模式的传播常数和群速率不同，使光纤的模式色散较大，从而也会导致传输距离难以提升。当前技术工作者发现，模式色散是目前短距光模块传输距离提升的主要限制因素。
发明内容
本申请实施例提供了一种光无源模组、光模块以及通信设备，其中，该光无源模组可以通过改变光源在光纤中的环通量，来降低光源和光纤中的模式色散，进而提高短距离光通信***中，光源在光纤中的传输距离。
本申请实施例第一方面提供一种光无源模组，包括：一级透镜组和二级透镜；其中，所述一级透镜组包括涡旋透镜，所述涡旋透镜位于所述光无源模组的进光侧；所述二级透镜设置在所述一级透镜组远离所述涡旋透镜的一面，且所述二级透镜位于所述光无源模组的出光侧。
本申请实施例中提供的光无源模组，通过设置一级透镜组，并在一级透镜组上设置涡旋透镜，且涡旋透镜位于光无源模组的进光侧，相对于相关技术中，将涡旋透镜设置在光无源模组的出光侧，这样可以在光无源模组的进光侧对光信号进行整合，经过光无源模组的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％，在19μm半径内能量积分大于90％，避免光强度集中于光纤的中央部位，使环通量从而将大部分能量控制在19μm半径内。这样可以降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。另外，通过控制4.5μm半径内的能量积分以及19μm半径内能量积分，可以提高该光无源模组的普遍适用性，从而可以降低更换光纤设备的成本，减小升级成本。并且，本身实施例中可以将传纤距离从70米提升至200米。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋透镜上设有涡旋面型，所述涡旋面型位于所述光无源模组的进光侧；其中，所述涡旋面型上具有沿所述涡旋面型的径向设置的台阶，所述台阶的一端位于所述涡旋面型的几何中心，另一端位于所述涡旋面型的外周边缘。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋面型上的所述台阶的数量为多个，且所述涡旋面型为中心对称结构。
通过将涡旋面型设置为中心对称结构，以使经过该涡旋面型后的光束可以以涡旋相位的形式射出。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋面型通过纳米压印的方法压印在所述涡旋透镜上；或者，所述涡旋面型通过光刻的方法刻蚀在所述涡旋透镜上；或者，所述涡旋面型通过激光直写的方法设置在所述涡旋透镜上。
其中，纳米压印、光刻以及激光直写的方法均可以提高涡旋面型的尺寸精度。
在一种可能的实现方式中，所述一级透镜组还包括准直透镜；其中，所述准直透镜设置在所述涡旋透镜远离所述涡旋面型的一面，并与所述涡旋透镜固定连接。
通过将一级透镜组设置为包括准直透镜和涡旋透镜的结构，可以使一级透镜组具有准直性，以保证透过一级透镜组的光为准直光，从而可以防止光束在进入到二级透镜之前汇聚到一起，进而延长光束的传输距离。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋透镜和所述准直透镜通过注塑或模压一体成型的方法固定连接；或者，所述准直透镜通过注塑成型，所述涡旋面型通过纳米压印的方法压印在所述涡旋透镜上，所述涡旋透镜和所述准直透镜通过贴装的方式固定连接。
在一种可能的实现方式中，所述光无源模组还包括导光件；其中，所述一级透镜组设置在所述导光件的第一端，所述导光件的第一端位于所述光无源模组的进光侧；所述二级透镜设置在所述导光件的第二端，所述导光件的第二端位于所述光无源模组的出光侧。
在一种可能的实现方式中，所述导光件包括：第一导光部和第二导光部，所述第一导光部和所述第二导光部相连，且所述第一导光部和所述第二导光部位于所述一级透镜组和所述二级透镜之间，所述第一导光部(231)位于所述一级透镜组(210)和所述第二导光部(232)之间；其中，所述第一导光部的中心轴线和所述第二导光部的中心轴线之间呈夹角设置，且在所述第一导光部和所述第二导光部的连接处形成拐角；所述导光件与所述拐角相对的一面为反射面，所述反射面与所述第一导光部的中心轴线的夹角，和所述反射面与所述第二导光部中心轴线的夹角相同。
通过将反射面与第一导光部的中心轴线的夹角，和反射面与第二导光部中心轴线的夹角设置的相同，这样当经过一级透镜组后射出的光束在第一导光部中沿着第一导光部的中心轴线传播至反射面朝向拐角内侧的一面时，可以经过该反射面的反射，在第二导光部内沿着第二导光部的中心轴线传播。进而减小光束在导光件内传播产生的插损。也就是说，通过设置反射面可以使导光件内的光束的光路发生改变，并且使光束沿着导光件的中心轴线传播，进而减小光束的插损。
在一种可能的实现方式中，所述导光件包括连接部；其中，所述连接部位于所述导光件的第二端；所述连接部设置在所述二级透镜的外侧。
通过设置连接部，以便该光无源模组与光纤连接。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋透镜的表面粗糙度为50nm-100nm。
通过将涡旋透镜的表面粗糙度设置为50nm-100nm，这样可以保证更多的光信号可以进入到涡旋透镜中。
在一种可能的实现方式中，所述一级透镜组为实心结构。
通过将一级透镜组为实心结构，相对于相关技术中，将涡旋透镜的中心设置一个孔，这样更加方便加工，可以节约生产成本。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋透镜设有所述涡旋面型的一面的曲率半径大于或等于0.4mm。
在一种可能的实现方式中，所述台阶的高度为：输入光信号的波长和所述台阶数量的整数倍的乘积，与折射率差值的比值，其中，所述折射率差值为光信号进入台阶之前的介质的折射率和台阶的折射率的差值。
通过控制台阶的高度以及涡旋面型的曲率半径，可以避免光强度集中于光纤的中央部位，以使环通量4.5μm半径内的能量积分小于10％。
在一种可能的实现方式中，所述二级透镜远离所述一级透镜组的一面的曲率半径大于或等于0.4mm。
在一种可能的实现方式中，所述二级透镜的通光孔径大于或等于0.3mm。
在一种可能的实现方式中，所述二级透镜为聚焦透镜。
通过将二级透镜设置为聚焦透镜，可以使光信号经过二级透镜后的环通量在19μm半径内能量积分大于90％。进而降低光信号在光纤中的模式色散，进而提高传纤距离。
本申请实施例第二方面提供一种光无源模组，包括一级透镜组和二级透镜，所述一级透镜组位于所述光无源模组的进光侧，所述二级透镜位于所述光无源模组的出光侧；其中，所述一级透镜组包括涡旋相位板，所述涡旋相位板设置在所述二级透镜远离所述出光侧的一面。
通过在一级透镜组上设置涡旋相位板，并将涡旋相位板设置在光无源模组的进光侧，相对于相关技术中，将涡旋透镜设置在光无源模组的出光侧，这样可以在光无源模组的进光侧对光信号进行整合，从而使经过涡旋相位板的光束可以以涡旋相位的形式射出，从而可以防止光强度集中在中心区域，进而使光束经过涡旋相位板后环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％。通过设置二级透镜，以使二级透镜具有汇聚的功能，进而使经过二级透镜后的环通量在19μm半径内能量积分大于90％，从而将大部分能量控制在19μm半径内。这样可以降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。另外，通过控制4.5μm半径内的能量积分以及19μm半径内能量积分，并且，本身实施例中可以将传纤距离从70米提升至200米。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋相位板远离所述二级透镜的一面具有涡旋面型；其中，所述涡旋面型上具有沿所述涡旋面型径向设置的台阶，所述台阶的一端位于所述涡旋面型的几何中心，另一端位于所述涡旋面型的外周边缘。
在一种可能的实现方式中，所述台阶的数量为多个，且所述涡旋面型为中心对称结构。
通过将涡旋面型设置为中心对称结构，以使经过该涡旋面型后的光束可以以涡旋相位的形式射出。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋相位板为实心结构。
通过将一级透镜组为实心结构，相对于相关技术中，将涡旋透镜的中心设置一个孔，这样更加方便加工，可以节约生产成本。
在一种可能的实现方式中，所述台阶的高度为：输入光信号的波长和所述台阶数量的整数倍的乘积，与折射率差值的比值，其中，所述折射率差值为光信号进入台阶之前的介质的折射率和台阶的折射率的差值。
通过控制台阶的高度以及涡旋面型的曲率半径，可以避免光强度集中于光纤的中央部位，以使环通量4.5μm半径内的能量积分小于10％。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋面型通过纳米压印的方法设置在所述涡旋相位板上；或者，所述涡旋面型通过激光直写的方法设置在所述涡旋相位板上。
在一种可能的实现方式中，所述一级透镜组还包括准直透镜；其中，所述准直透镜位于所述涡旋相位板远离所述二级透镜的一面。
通过在一级透镜组上设置准直透镜，可以使进入涡旋相位板的光为准直光，从而可以防止光束在进入到二级透镜之前汇聚到一起，进而延长光束的传输距离。
在一种可能的实现方式中，所述二级透镜为聚焦透镜。
在一种可能的实现方式中，所述二级透镜远离所述涡旋相位板的一面的曲率半径大于或等于0.4mm。
在一种可能的实现方式中，所述二级透镜的通光孔径大于或等于0.3mm。
通过将二级透镜设置为聚焦透镜，可以使光信号经过二级透镜后的环通量在19μm半径内能量积分大于90％。进而降低光信号在光纤中的模式色散，进而提高传纤距离。
本申请实施例第三方面一种光无源模组，包括：一级透镜组和二级透镜，所述一级透镜组位于所述光无源模组的进光侧，所述二级透镜位于所述光无源模组的出光侧；其中，所述一级透镜组包括孔径光阑，所述二级透镜包括锥形透镜，所述锥形透镜的一端与所述孔径光阑连接，另一端向远离所述孔径光阑的方向凸起，所述孔径光阑上设置有遮光区域。
通过将设置孔径光阑和锥形透镜，并且将孔径光阑设置在光无源模组的进光侧，相对于相关技术中，将涡旋透镜设置在光无源模组的出光侧，这样可以在光无源模组的进光侧对光信号进行整合，从而使经过孔径光阑和锥形透镜的光束可以以涡旋相位的形式射出，从而可以防止光强度集中在中心区域，进而使光束经过涡旋相位板后环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％。且经过锥形透镜后的环通量在19μm半径内能量积分大于90％，从而将大部分能量控制在19μm半径内。这样可以降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。另外，通过控制4.5μm半径内的能量积分以及19μm半径内能量积分，并且，本身实施例中可以将传纤距离从70米提升至200米。
在一种可能的实现方式中，所述遮光区域为圆形；其中，所述遮光区域的圆心位于所述孔径光阑的中心轴线上；所述遮光区域的半径至少为4.5μm。
通过在孔径光阑的上设置遮光区域，并将遮光区域的半径设置为4.5μm，以使光源的光束经过孔径光阑后的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％。
在一种可能的实现方式中，所述遮光区域位于所述孔径光阑远离所述锥形透镜的一面；或者，所述遮光区域位于所述孔径光阑与所述锥形透镜连接的一面。
通过设置锥形透镜以使光束经过锥形透镜后可以汇聚，以使环通量在19μm半径内能量积分大于90％；另外，将孔径光阑与锥形透镜连接，可以降低装配时的装配误差，从而提高该光无源模组的精确度。
在一种可能的实现方式中，所述一级透镜组还包括准直透镜，其中，所述准直透镜设置在所述孔径光阑远离所述锥形透镜的一面。
通过在一级透镜组上设置准直透镜，可以使进入涡旋相位板的光为准直光，从而可以防止光束在进入到二级透镜之前汇聚到一起，进而延长光束的传输距离。
本申请实施例第四方面提供一种光无源模组，包括透镜组，其中，所述透镜组包括涡旋透镜，所述涡旋透镜位于所述光无源模组的进光侧；所述透镜组为实心结构。
本申请实施例中提供的光无源模组，通过设置透镜组，并在透镜组上设置涡旋透镜，且涡旋透镜位于光无源模组的进光侧，相对于相关技术中将涡旋透镜设置在光无源模组的出光侧，这样可以在光无源模组的进光侧对光信号进行整合，以使经过光无源模组的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％，在环通量在19μm半径内能量积分大于90％，从而避免光强度集中于光纤的中央部位；从而将大部分能量控制在19μm半径内。这样可以降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。通过将透镜组设置为实心结构，相对于相关技术中，将涡旋透镜的中心设置一个孔，这样更加方便加工，可以节约生产成本。另外，通过控制4.5μm半径内的能量积分以及19μm半径内能量积分，可以提高该光无源模组的普遍适用性，从而可以降低更换光纤设备的成本，减小升级成本。并且，通过只设置透镜组可以简化光无源模组的结构。并且，结构简单，易于生产。本身实施例中可以将传纤距离从70米提升至200米。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋透镜的进光侧具有涡旋面型；其中，所述涡旋面型通过纳米压印的方法压印在所述涡旋透镜上；或者，所述涡旋面型通过光刻的方法刻蚀在所述涡旋透镜上；或者，所述涡旋面型通过激光直写的方法设置在所述涡旋透镜上。
其中，纳米压印、光刻以及激光直写的方法均可以提高涡旋面型的尺寸精度。
在一种可能的实现方式中，所述透镜组还包括聚焦透镜；其中，所述聚焦透镜设置在所述涡旋透镜远离所述涡旋面型的一面，并与所述涡旋透镜固定连接。
通过将透镜组设置为包括聚焦透镜和涡旋透镜的结构，可以使透镜组具有汇聚功能，以使经过光无源模组的环通量在19μm半径内能量积分大于90％。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋透镜和所述聚焦透镜通过注塑或模压一体成型的方法固定连接；或者，所述聚焦透镜通过注塑成型，所述涡旋面型通过纳米压印的方法压印在所述涡旋透镜上，所述涡旋透镜和所述聚焦透镜通过贴装的方式固定连接。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋面型具有沿所述涡旋面型的径向设置的台阶；所述台阶的一端位于所述涡旋面型的几何中心，另一端位于所述涡旋面型的外周边缘。
在一种可能的实现方式中，所述涡旋透镜设置所述涡旋面型的一面的曲率半径小于0.4mm；所述台阶的数量为多个，且所述涡旋面型为中心对称结构。
通过将涡旋透镜设置涡旋面型的一面的曲率半径设置的小于0.4mm，台阶的数量为多个，以使经过该光无源模组的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％。
在一种可能的实现方式中，所述透镜组的表面粗糙度为50nm-100nm。
通过将透镜组的表面粗糙度设置为50nm-100nm，以使透镜组的粗糙度较小，这样可以保证更多的光信号可以进入到透镜组中。
本申请实施例第五方面提供一种光模块，至少包括光源、电路板以及上述的光无源模组；其中，
所述光源设置在所述电路板上，所述光源与所述光无源模组的所述涡旋透镜相对设置；
或者，至少包括光源、电路板以及上述的光无源模组；其中，
所述光源设置在所述电路板上，所述光源位于所述光无源模组的所述涡旋相位板远离所述二级透镜的一面；
或者，至少包括光源、电路板以及上述的光无源模组；其中，
所述光源设置在所述电路板上，所述光源位于所述光无源模组的所述孔径光阑远离所述锥形透镜的一面；
或者，至少包括光源、电路板以及上述的光无源模组；其中，
所述光源设置在所述电路板上，所述光源与所述光无源模组的所述涡旋透镜相对设置。
在一种可能的实现方式中，所述光源为垂直共振腔表面发射型激光器或单纵模激光器。
在一种可能的实现方式中，所述光源与所述光无源模组相对的透镜之间具有间隙；所述间隙的长度为0.43mm-0.8mm。
本申请实施例中的光模块通过设置上述的无源模组，可以使经过该光模块的光在光纤中的传输距离大大提升。
本申请实施例第六方面提供一种通信设备，至少包括第五方面的光模块；
或者，至少包括第一方面的光无源模组；
或者，至少包括第二方面的光无源模组；
或者，至少包括第三方面的光无源模组；
或者，至少包括第四方面的光无源模组。
本申请实施例中的通信设备通过设置上述实施例中的光无源模组或者光模块，可以使该通信设备在应用时提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离，进而方便对通信速率的升级。并且，该通信设备通过设置上述实施例中的光无源模组或光模块，可以提高自身的普遍适用性，即，在对速率进行升级时，只需要将给通信设备与用户现有的光纤设备插接就可以使高速的光信号在光纤中的传输距离得到提高。
附图说明
图1是垂直共振腔表面发射型激光器的近场光强分布示意图；
图2是本申请一实施例提供的一种光模块的结构示意图；
图3是本申请一实施例提供的光无源模组的结构示意图；
图4是本申请一实施例提供的光无源模组的***结构示意图；
图5是本申请一实施例提供的光无源模组的导光件的结构示意图；
图6是本申请一实施例提供的光无源模组的一级透镜的结构示意图；
图7是本申请一实施例提供的光无源模组的二级透镜的结构示意图；
图8是图3中所示的光无源模组的仿真时光束传播示意图；
图9A是图3中所示的光无源模组的仿真时输出的光斑结构示意图；
图9B是COB双透镜组合套管的形式光无源模组仿真时光束在光纤中的光斑示意图；
图10是本申请一实施例提供的光无源模组的涡旋透镜在X和Y方向的位置容差曲线图；
图11是本申请一实施例提供的光无源模组的涡旋透镜在X和Y方向的角度容差曲线图；
图12是EF曲线图；
图13是本申请一实施例提供的光模块的结构示意图；
图14是图13中所示的光模块的光无源模组仿真时输出的光斑结构示意图；
图15是本申请一实施例提供的光模块的光无源模组的涡旋相位板在X和Y方向的位置容差曲线图；
图16是本申请一实施例提供的光模块的光无源模组的涡旋相位板在X和Y方向的角度容差曲线图；
图17是本申请一实施例提供的光模块的结构示意图；
图18是图17中所示光模块的光无源模组仿真时输出的光斑结构示意图；
图19是本申请一实施例提供的光模块的光束传播示意图。
附图标记说明：
100-光模块；110-电路板；120-光源；
200、400、500、600-光无源模组；210、410、510-一级透镜组；610-透镜组；
211、611-涡旋透镜；
2111、4111-涡旋面型；2112-台阶；411-涡旋相位板；
212、412、512-准直透镜；612-聚焦透镜；220、420、520-二级透镜；
230-导光件；230a-导光件的第一端；
230b-导光件的第二端；231-第一导光部；232-第二导光部；
233-反射面；234-拐角；235-连接部；300-光纤；
511-孔径光阑；5111-遮光区域；521-锥形透镜。
具体实施方式
本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。
除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“示例性实施例(exemplary embodiments)”、“示例(example)”或“一些示例(some examples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
此外，本申请中，“前”、“后”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请实施例中，“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在短距离光通信***中，多模光源直接调制光信号在多模光纤中传输，是目前短距光通信***的主要应用场景。然而，在上述短距离通信***的应用场景中的多模光纤以及VCSEL光源均存在模式色散较大的问题，从而导致传输距离难以提升。
需要说明的是，多模光纤的传输性能主要受限于多模光纤中的差分模式延迟(Differential Mode Delay，DMD)现象。多模光纤的差分模式延迟(Differential ModeDelay，DMD)和VCSEL光源的环通量(Encircled Flux，EF)共同决定了VCSEL光源和多模光纤链路的有效模式带宽(Effective Modal Bandwidth，EMB)。其中，EF用于表征千兆以太网(GbE)多模光纤传输***中VCSEL光源在光纤中的填充状态，具体的，VCSEL光源激射的光斑为圆形光斑，其沿多模光纤传播的近场光强呈圆形状分布，光纤纤芯中心的光强接近等于零。
国际电工委员会(International Electro technical Commission，IEC)标准制定了EF模板，规定了以光纤轴线为中心的同心圆环中光强的最大值和最小值。例如：对于10Gbps速率的通信***标准规定EF参数为，小于30％的光能量分布在4.5um半径的圆圈内，大于86％的光能量分布在19um半径的圆圈内。VCSEL光源的近场光强分布如图1所示。需要说明的是，图1与本申请实施例的保护范围无关，仅是为了说明VCSEL光源的近场光强分布情况。
随着速率的升级，25GBASE-SR、50GBASE-SR、100GBASE-SR2和200GBASE-SR4依旧沿用了10Gbps速率的EF标准。但是，传输距离由单波10Gbps速率传纤OM3-300m缩短到了单波25Gbps(NRZ码型)/50Gbps(PAM4码型)速率传纤OM3-70m，其中，OM3指的是一种多模光纤的型号。这是因为有效模式带宽的本质是带宽和传纤距离的乘积，而且带宽越大，数据传输速率越大，因此随着单波传输速率的增加，会导致传纤距离缩短。另外，随着速率的提升，噪声带来的影响逐渐不可忽略。
当前多模光纤传输模块，主要是在光模块上进行不同传输距离误码率筛选，分为70米模块，100米模块等。模块内部设计现有的封装方案为两种：一种是典型板上芯片封装(Chip on Board，COB)，即COB双透镜组合套管的形式，采用一级透镜对光束准直，然后通过二级透镜进行汇聚，从而实现与多模光纤的高效耦合；第二种方案为晶体管(TransistorOutline，TO)封装方案(即，TO封装)，一般选择单透镜形式针对VCSEL光源进行光斑汇聚实现与多模光纤的高效率耦合。上述方案中的单透镜或者双透镜形式的耦合封装方案，均是在光斑大小和耦合效率上进行优化，但是并不能很好的提升传输距离。
为了解决上述问题，本申请实施例提供一种光无源模组200、光模块100以及通信设备，通过重点关注环通量外径的收益对模式色散代价的影响，来降低VCSEL光源以及光纤内的模式色散，以实现对传输距离的提升。
具体的，由于VCSEL光源在多模光纤(例如：OM3光纤)中的模式色散代价太大，以至于VCSEL光源在多模光纤(例如：OM3光纤)中的传输距离难以提升，业界普遍的挑战在于，如何降低VCSEL光源在多模光纤(例如：OM3光纤)中的模式色散。如果将模式色散反推到VCSEL光源的环通量的指标上，则可以表示为：4.5μm半径内的能量积分难以小于10％，19μm半径内能量积分难以大于90％。也就是说，如果可以将4.5μm半径内的能量积分调整到小于10％，并且将19μm半径内能量积分调整到大于90％时，VCSEL光源在多模光纤(例如：OM3光纤)中的模式色散可以大大降低，进而达到提升传纤距离。
而本申请实施例中的光无源模组200、光模块100以及通信设备可以使VCSEL光源的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于第一阈值(例如：10％)，在19μm半径内能量积分大于第二阈值(例如：90％)，进而降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，以提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。其中，第一阈值可以大于或等于10％，小于30％，第二阈值可以大于86％，小于或等于90％。
当然，可以理解的是，提升VCSEL光源在多模光纤中的传输距离，和4.5μm半径内的能量积分以及19μm半径内能量积分有关，本申请实施例中，以4.5μm半径内的能量积分调整到小于10％，且19μm半径内能量积分调整到大于90％为例进行说明。
场景一
图2是本申请一实施例提供的一种光模块100的结构示意图。参照图2所示，一种光模块100可以包括电路板110、光源120以及光无源模组200。其中，示例性的，光源120可以为多模光源或单模光源，多模光源可以为共振腔表面发射型激光器(Vertical cavitysurface emitting laser，VCSEL)光源，在本实施例中简称，VCSEL光源，当然在其他实施例中，该光源120也可以为其它结构，例如：单纵模激光器、发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)或DFB(Distributed Feed Back)型光发射机等。
如图3和图4所示，光无源模组200可以包括一级透镜组210、二级透镜220和导光件230，其中，一级透镜组210包括涡旋透镜211，一级透镜组210位于光无源模组200的进光侧，二级透镜220位于光无源模组200的出光侧，导光件230设置在一级透镜组210和二级透镜220之间，且一级透镜组210固定在导光件的第一端230a，二级透镜220固定在导光件的第二端230b，光束在导光件230内沿着导光件230的中心轴线传播。
在一种可能的实现方式中，光无源模组200还包括导光件230；其中，一级透镜组210设置在导光件的第一端230a，导光件的第一端230a位于光无源模组200的进光侧；二级透镜220设置在导光件的第二端230b，导光件的第二端230b位于光无源模组200的出光侧。
通过将涡旋透镜设置在光无源模组200的进光侧，相对于相关技术中，将涡旋透镜设置在光无源模组的出光侧，这样可以在光无源模组200的进光侧对光信号进行整合，经过光无源模组的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％，在19μm半径内能量积分大于90％，避免光强度集中于光纤的中央部位，使环通量从而将大部分能量控制在19μm半径内。这样可以降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
另外，将涡旋透镜设置在光无源模组的进光侧，更有利于观察光斑的形状，方便通过调节光源和光无源模组的距离来改变光斑的大小，进而方便提高经过该光无源模组后进入光纤中的光信号的传输距离。
示例性的，一级透镜组210和光源120相对设置，并且，一级透镜组210和光源120之间具有间隙h(参见图2所示)，示例性的，该间隙h的长度可以为0.43mm-0.8mm之间的任意值，例如：0.43mm、0.42mm、0.65mm、0.8mm等，具体该间隙h的长度的决定因素包括：光源的发散角、光面大小、透镜曲率、涡旋面型个数等，所以间隙h的长度可以根据具体情况具体设定，在本申请实施例中不作具体限定。
需要说明的是，光无源模组的进光侧为光无源模组200靠近光源120的一侧；光无源模组的出光侧为光无源模组200远离光源120，并与光纤连接的一侧。
示例性的，如图5所示，导光件230可以为组合套管状结构，其中，导光件230可以包括第一导光部231和第二导光部232，第一导光部231和第二导光部232的中心轴线相互垂直，在第一导光部231和第二导光部232的连接处形成一个拐角234，该拐角234可以为九十度拐角234。在导光件230上与拐角234向对的一面为反射面233，该反射面233与第一导光部231的中心轴线的夹角α2，和该反射面233与第二导光部232中心轴线的夹角α1相同，示例性的，该反射面233与第一导光部231的中心轴线的夹角α2为45°，该反射面233与第二导光部232中心轴线的夹角α1为45°，当然，在另外一些实施例中，该反射面233和第一导光部231的中心轴线的夹角α2以及反射面233和第二导光部232中心轴线的夹角α1还可以为其它值，例如：还可以为30°、40°、50°等。只要是该反射面233与第一导光部231的中心轴线的夹角α2，和该反射面233与第二导光部232中心轴线的夹角α1相同即可。
通过将反射面233与第一导光部231的中心轴线的夹角α2，和反射面233与第二导光部232中心轴线的夹角α1设置的相同，这样当经过一级透镜组210后射出的光束在第一导光部231中沿着第一导光部231的中心轴线传播至反射面233朝向拐角234内侧的一面时，可以经过该反射面233的反射，在第二导光部232内沿着第二导光部232的中心轴线传播。进而减小光束在导光件230内传播产生的插损。也就是说，通过设置反射面233可以使导光件230内的光束的光路发生改变，并且使光束沿着导光件230的中心轴线传播，进而减小光束的插损。
示例性的，第一导光部231远离第二导光部232的一端为导光件的第一端230a，一级透镜组210设置在第一导光部231远离第二导光部232的一端；第二导光部232远离第一导光部231的一端为导光件的第二端230b，二级透镜220设置在第二导光部232远离第一导光部231的一端。
示例性的，在导光件的第二端230b还设置有连接部235，其中，该连接部235位于二级透镜220的外侧，该连接部235用于将该光无源模组200与光纤连接。其中，连接部235的具体形状在本实施例中不作具体限定，只要是可以和光纤的接头连接即可。
需要说明的是，第一导光部231和第二导光部232的长度在本实施例中不作具体限定，第一导光部231和第二导光部232的具体长度可以根据光无源模组200的尺寸以及整个光模块100的尺寸来确定，在本申请实施例中不作具体限定。
在本实施例中，导光件230用于供光束的传播，对于导光件230的材质不作具体限定。另外，导光件230的结构包括但不限于图5中所示的形式，在其他实施例中，该导光件230还可以为其它形式的结构，示例性的，导光件230还可以为直线型结构(图中未示出)，这样就可以直接将一级透镜组210和二级透镜220设置在导光件230的两端即可。当然，可以理解的是，导光件230的形状和光源120以及电路板110的设置方向决定，因此，在本式实施例中对于导光件230的具体结构不作具体限定。
在一些实施例中，一级透镜组210和光源120相对设置，其中，一级透镜组210可以包括涡旋透镜211和准直透镜212；涡旋透镜211和准直透镜212的光路相同，光源120发出的光束经过准直透镜212后以准直的平行光的形式射出；并且光束经过涡旋透镜211后的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于第一阈值。
在一些实施例中，涡旋透镜211和准直透镜212可以为一体件，示例性的，涡旋透镜211位于准直透镜212的一面，例如：涡旋透镜211设置在准直透镜212远离导光件230的一面，这样可以使一级透镜组210具有准直的功能，并且表面具有涡旋透镜211的功能，也可以说，一级透镜组210为具有准直功能的涡旋透镜211。
需要说明的是，光束经过涡旋透镜211后会转换成涡旋相位，从而可以避免光强度集中于光纤的中央部分。经过涡旋透镜211后可以使光束在光纤横截面的光斑呈环形，也就是说，涡旋透镜211可以将光斑中心位置的能量转移，从而避免光强度集中于光纤的中央部位。
当然，涡旋透镜211的涡旋面型不同，经过涡旋透镜211后的光束在光纤横截面上的光斑也不同。通过调节涡旋透镜211的面型，可以调节通过涡旋透镜211后在光纤横截面上的光斑的形状。本实施例中，涡旋透镜211上的涡旋面型为涡旋面型2111，可以通过对涡旋面型2111的设计，以使通过一级透镜组210后的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于第一阈值。
其中，第一阈值的具体数值可以为10％，当然，在其他实施例中，第一阈值的数值还可以为其它值，例如：9％、11％等。对于第一阈值的具体数值在本申请实施例中不作具体限定。可以理解的是，第一阈值的数值和VCSEL光源在多模光纤中的传输距离有关，例如：相关技术中的，25Gbps(NRZ码型)/50Gbps(PAM4码型)速率在OM3多模光纤中只能传输70m，如果我们想要将25Gbps(NRZ码型)/50Gbps(PAM4码型)速率在OM3多模光纤中的传输距离提高到100m，则第一阈值的数值可以为一个值，例如：可以为20％；如果想要将传输距离提高至200m，则第一阈值的数值可以为另一个值，例如：可以为10％。因此，对于第一阈值的具体数值，可以根据光束在光纤中的传输距离来确定。本实施例中，以第一阈值为10％进行说明。
当然，第一阈值的数值还需要考虑成本的问题，因为第一阈值的数值越小，可能会导致涡旋面型2111越复杂，从而增加生产成本。
结合图4和图6所示，涡旋透镜211靠近光源120的一面上设置有涡旋面型2111；涡旋面型2111上具有沿涡旋面型2111的径向设置的台阶2112；台阶2112的一端位于涡旋面型2111的几何中心，另一端位于涡旋面型2111的外周边缘(当然，在一些实施例中，台阶2112的另一端也可以位于靠近涡旋面型2111的外周边缘的位置)。示例性的，涡旋透镜211的涡旋面型2111上的台阶2112的数量为4-14个，且涡旋面型2111为中心对称结构。
在一些实施例中，涡旋透镜211的曲率半径r1可以大于或等于0.4mm，例如：可以为0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.7mm，其中，涡旋透镜211的凸起面(即，涡旋面型2111)位于一级透镜组210远离导光件230的一面；涡旋透镜211的直径a1可以大于或等于0.3mm，例如：0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.5mm、0.7mm；涡旋透镜211的步进精度可以为0.1-0.7μm，例如：0.1μm、0.5μm、0.7μm；涡旋透镜211的表面粗糙度可以为50nm-100nm。涡旋透镜211的材料可以为聚醚酰亚胺(Polyetherimide，PEI)，硅(Si)、氧化硅(SiO2)等。对于涡旋透镜211的材料，在本实施例中不作具体限定。
关于数值和数值范围的：这里需要说明的是，本申请实施例涉及的数值和数值范围为近似值，受制造工艺的影响，可能会存在一定范围的误差，这部分误差本领域技术人员可以认为忽略不计。
通过将涡旋透镜211的曲率半径设置的大于或等于0.4mm，并将涡旋透镜211的涡旋面型2111上的台阶2112的数量设置多个，从而使通过一级透镜组210后输出的光束在光纤横截面的光斑的中心位置的能量被转移，以使环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％。从而降低VCSEL光源在多模光纤中传播时的模式色散，进而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
通过将一级透镜组210设置的包括准直透镜212，准直透镜212设置为准直透镜，该一级透镜组210能够将VCSEL光源发射的光束转换成准直的平行光，将涡旋透镜211的步进精度设置在0.1-0.7μm之间；将涡旋透镜211的表面粗糙度设置为50nm-100nm，以保证涡旋透镜211的表面比较光滑，进而可以使更多的光信号进入到一级透镜组210中。
示例性的，涡旋面型2111上的台阶2112可以为4个、6个、8个、13个或14个。当然，台阶2112的数量为整数个，可以为大于等于2的任一值。
其中，涡旋面型2111上的台阶2112将涡旋面型2111分成了多瓣，涡旋面型2111上的台阶2112越多，涡旋面型2111的瓣数越多，其中，涡旋面型2111的瓣数和涡旋面型2111的台阶2112数相同，另外，涡旋面型2111的台阶2112数还可以称之为涡旋面型2111的拓扑荷数。涡旋面型2111的瓣数越多，则通过该涡旋面型2111后的环通量在4.5μm半径内的能量积分就越小。通过降低环通量在4.5μm半径内的能量积分，可以降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
需要说明的是，台阶的高度为：输入光信号的波长和台阶数量的整数倍的乘积，与折射率差值的比值，其中，折射率差值为光信号进入台阶之前的介质的折射率和台阶的折射率的差值。因此，知道台阶的数量、光信号的波长以及折射率差值后，就可以根据需要设定台阶的高度。可以理解的是，在涡旋透镜上，台阶的高度可以和涡旋透镜的曲率半径相关，具体台阶的高度和涡旋透镜的曲率半径的关系在本申请实施例中不作具体限定。
在一些实施例中，涡旋面型2111可以通过纳米压印的方法固定在涡旋透镜211靠近光源120的一面；或者，涡旋面型2111通过光刻技术刻蚀在涡旋透镜211靠近光源120的一面；或者，涡旋面型2111通过激光直写的方法设置在涡旋透镜211靠近光源120的一面。
在一些实施例中，涡旋透镜211和准直透镜212可以为一体件；涡旋透镜211和准直透镜212通过注塑或者模压一体成型的方法成型；或者准直透镜212通过注塑成型，涡旋面型2111通过纳米压印的方法压印在涡旋透镜211上，涡旋透镜211和准直透镜212通过贴装的方式固定连接。
其中，纳米压印、模压一体成型、光刻技术、激光直写等方法，相对于相关技术中的注塑一体成型精度要更高一些，从而使得到的一级透镜组210的精度更高一些，从而可以保证经过一级透镜组210后环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％，进而达到降低VCSEL光源在多模光纤中传播时模式色散，提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离的效果。
另外，在一些实施例中，一级透镜组210可以为实心结构，通过将一级透镜组210为实心结构，相对于相关技术中，将涡旋透镜的中心设置一个孔，这样更加方便加工，可以节约生产成本。
需要说明的是，为了更好的降低VCSEL光源在多模光纤中传播时模式色散，提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离，不仅需要控制环通量在4.5μm半径内的能量积分小于第一阈值，还需要控制环通量在19μm半径内能量积分大于第二阈值。
因为，如果仅仅考虑4.5μm半径内的能量积分小于第一阈值，可能会导致19μm半径内能量积分达不到国际标准，从而无法普遍使用于用户的现有的光纤设备。本申请实施例中，通过控制4.5μm半径内的能量积分以及19μm半径内能量积分，可以提高该光无源模组200的普遍适用性，从而可以降低更换光纤设备的成本，减小升级成本。
或者，如果仅仅考虑4.5μm半径内的能量积分小于第一阈值，可以使19μm半径内能量积分达到了国际标准，但是会导致涡旋面型2111的结构复杂，这样会增加涡旋面型2111的加工难度，进而使光无源模组200的成本增大。
因此，本申请实施例中，通过控制4.5μm半径内的能量积分和19μm半径内能量积分两个参数，来降低VCSEL光源在多模光纤中传播时的模式色散，以保证低成本的前提下，可以提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。并且可以普遍使用于现有的光纤线路。
在本申请实施例中，通过二级透镜220来控制19μm半径内能量积分。
在一种可能的实现方式中，如图7所示，二级透镜220可以为聚焦透镜；其中，聚焦透镜的曲率半径r2可以大于等于0.4mm，例如：0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.7mm；聚焦透镜的通光孔径a2可以大于或等于0.3mm，例如：0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.7mm。
关于数值和数值范围的：这里需要说明的是，本申请实施例涉及的数值和数值范围为近似值，受制造工艺的影响，可能会存在一定范围的误差，这部分误差本领域技术人员可以认为忽略不计。
其中，二级透镜220用于接收经过一级透镜组210后射出的光束，并将经过一级透镜组210后射出的光束汇聚，以使经过二级透镜220后的光束的环通量在19μm半径内能量积分大于第二阈值。
其中，第二阈值的数值可以为90％，当然，在其他实施例中，第二阈值的数值还可以为其它值，例如：89％、91％等。对于第二阈值的具体数值在本申请实施例中不作具体限定。
可以理解的是，第二阈值的数值和VCSEL光源在多模光纤中的传输距离有关，例如：相关技术中的，25Gbps(NRZ码型)/50Gbps(PAM4码型)速率在OM3多模光纤中只能传输70m，如果我们想要将25Gbps(NRZ码型)/50Gbps(PAM4码型)速率在OM3多模光纤中的传输距离提高到100m，则第二阈值的数值可以为一个值，例如：可以为88％；如果想要将传输距离提高至200m，则第二阈值的数值可以为另一个值，例如：可以为90％。也就是说，在保证第一阈值为10％的前提下，可以通过控制第二阈值的具体数值，来控制光束在光纤中的传输距离。本实施例中以第二阈值为90％进行说明。
通过将二级透镜220的曲率半径设置的大于或等于0.4mm；二级透镜220的通光孔径设置的大于或等于0.3mm。从而使二级透镜220具有汇聚的功能，当然，可以理解的是，二级透镜220的凸面位于二级透镜220远离导光件230的一面，这样才能够使二级透镜220具有汇聚的功能。
在一种可能的实现方式中，光无源模组200的一级透镜组210、二级透镜220和导光件230之间可以通过纳米压印的方法固定连接。当然，还可以采用高精度模压一体成型方法、光刻的方法以及激光直写的方法来实现一级透镜组210、二级透镜220和导光件230的连接。
在一种可能的实现方式中，准直透镜和二级透镜可以直接和导光件可以通过一体成型的方式固定连接，然后将涡旋面型通过纳米压印的方法压印在准直透镜远离导光件的一面，以使一级透镜组成为一个具有准直功能的涡旋透镜，在本实施例中，涡旋透镜即为准直透镜。
这样可以先将准直透镜212和二级透镜220以及导光件230的光路确定，从而可以防止准直透镜212和二级透镜220在安装时出现位置偏移，进而防止从二级透镜220中射入光纤的光束出现角度偏差，影响其在光纤中的传播距离。所以通过先将准直透镜212和二级透镜220直接和导光件230通过一体成型，再将涡旋面型2111压印在准直透镜212上的方法可以提高光无源模组200的传输精度。
在一种可能的实现方式中，一级透镜组210中的准直透镜212和二级透镜220直接和导光件230通过一体成型的方式固定连接；然后将涡旋面型2111通过纳米压印的方法压印在涡旋透镜211上，最后涡旋透镜211通过贴装的方式，固定在准直透镜212远离导光件230的一面，以使涡旋透镜211和准直透镜212固定连接。
当然，在另外一些实施例中，光无源模组200的成型方式还可以为其它形式，在本申请实施例中不作具体限定。
光无源模组200和电路板110以及光源120连接时，可以采用贴装的技术连接在一起，以形成光模块100。
当然，在光无源模组200和电路板110贴装时，需要注意光无源模组200的一级透镜组210和电路板110之间的距离，即一级透镜组210和光源120之间的间隙h(如图2所示)，其中该间隙h可以通过贴装胶的高度、一级透镜组210与光源120的焦距、光源120和电路板110之间贴片时的胶装高度、光源120打线的金线高度等参数来调节，具体的调节方法在本实施例中不作具体限定。
下面结合仿真结果对本申请实施例提供的光无源模组200的效果进行说明。
图8是本申请一实施例提供的光无源模组200的仿真时光束传播示意图。为了清楚的显示光束，图中未画出导光件230的结构。如图8所示，经过一级透镜组210后的光束为准直光，并且，该准直光束的中心有一个空心，准直光束经过反射面233的反射后朝向二级透镜220传输，经过二级透镜220后一汇聚光的形式进入光纤300中。
其中，该仿真实验中使用的光无源模组200中的参数为：发端的光源120为VCSEL光源，导光件230的直径为0.55mm，准直透镜212的直径为0.45mm，VCSEL光源到涡旋透镜211的距离为0.43mm；二级透镜220到光纤端面的距离b为0.7mm，涡旋透镜211上的涡旋面型2111的台阶2112数为8，涡旋透镜211上设置涡旋面型2111的一面的曲率半径r1为0.45mm。
针对TX通道的光学容差进行分析，涡旋透镜211位于一级透镜组210上时，VCSEL光源到涡旋透镜211的距离为0.43mm。
如图9A所示，***最终的输出为环形光斑，该环形光斑的内环和外环半径分别为：6μm和19μm，也就是说，光能量集中在半径6μm-19μm之间，即，6μm半径内的能量积分小于10％(接近于零)，也就是说，4.5μm半径内的能量积分也小于10％(接近于零)，19μm半径内的能量积分大于90％(接近于100％)，环通量满足4.5μm半径内的能量积分小于10％，19μm半径内的能量积分大于90％的要求，这样至少可以将传纤距离从70米，提升至200米。
然而，如图9B所示，相关技术中的COB双透镜组合套管仿真时的光斑，能量相对集中在靠近中间的位置，从而导致模式色散较大。
本申请实施例中的光无源模组200，通过设置涡旋透镜211，并设计涡旋面型2111的面型，可以使***最终的输出为环形光斑，从而降低光纤中心位置的环通量，进而有效减小纤芯中心凹陷和折射率分布不均造成的带宽受限的影响，降低模式色散，以提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
仿真得到***的耦合效率为90％，VCSEL光源到涡旋透镜211的距离为0.43mm，涡旋面型2111和准直透镜212在X和Y方向上0.5dB耦合容差分别为15μm和16μm(参见图10所示的曲线m1和m2)，其中，图10中X方向上的位置容差曲线m1和Y方向上的位置容差曲线m2基本重合，当X和Y方向上涡旋面型2111和准直透镜212位于在理想位置时，Z轴方向的耦合容差大于100μm(参见曲线m3)。
仿真得到涡旋面型2111和准直透镜212在X和Y方向的角度容差均为2°(参见图11所示)，其中，图11中X方向上的角度容差曲线n1和Y方向上的角度容差曲线n2基本重合。也就是说，本申请实施例中的光无源模组200，在涡旋透镜211和准直透镜212封装时是可以有一定容差的。
通过上述的仿真结果可知，涡旋面型2111和准直透镜212在X和Y方向上位置容差和角度容差均是在允许的误差范围内的，因此，这部分的位置容差和角度容差不会对整个光无源模组200的性能产生影响。并且***最终的输出的环形光斑的环通量可以满足，4.5μm半径内的能量积分小于10％，19μm半径内的能量积分大于90％的要求，这样可以大大降低VCSEL光源在多模光纤中传播时的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。示例性的，该仿真***的结果显示(图中未示出)，25Gbps(NRZ码型)/50Gbps(PAM4码型)速率在OM3多模光纤中的传输距离可以从70m延长到200米左右。
图12是EF曲线图。图中的L1是COB双透镜组合套管仿真时的EF曲线，L2是本申请实施例中的光无源模组200仿真时的EF曲线。如图12中的L2可以看出，本申请实施例中的光无源模组200的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％，在19μm半径内的能量积分大于90％。
也就是说，本申请实施例中的涡旋透镜211的涡旋面型2111可以使光无源模组200的环通量，满足在4.5μm半径内的能量积分小于10％，在19μm半径内的能量积分大于90％，这样就可以实现减低模式色散的效果，进而提升VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
表1是涡旋透镜的台阶数为8和13时单透镜(只设置一级透镜组)的EF测试结果。
表1
/>
从表1中的数据可以看出，当涡旋透镜211的拓扑何数为8和13时，EF的测试结果在半径4.5μm内的能量积分均可以满足小于10％。
本申请实施例中，通过设置EF指标(环通量在半径4.5μm内的能量积分可以满足小于10％，在半径19μm内的能量积分大于90％)来约束光纤模态能量集中分布在中间，能有效减小纤芯中心凹陷和折射率分布不均造成的带宽受限的影响，进而降低色度色散，提升VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
场景二
图13是本申请一实施例提供的光模块的结构示意图。如图13所示，本申请实施例提供一种光模块100，包括：电路板110、光源120以及光无源模组400，其中，示例性的，光源120可以为多模光源或单模光源，多模光源可以为共振腔表面发射型激光器(Verticalcavity surface emitting laser，VCSEL)光源，在本实施例中简称，VCSEL光源，当然在其他实施例中，该光源120也可以为其它结构，例如：发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)或DFB(Distributed Feed Back)型光发射机。
其中，无源模组400包括：一级透镜组410和二级透镜420，一级透镜组410位于光无源模组400的进光侧，二级透镜420位于光无源模组400的出光侧；其中，一级透镜组410包括涡旋相位板411，涡旋相位板411设置在二级透镜420远离出光侧的一面。
一级透镜组410还包括准直透镜412，准直透镜412位于涡旋相位板411远离二级透镜420的一面，其中，准直透镜412的一面与光源120相对设置，另一面与涡旋相位板411相对设置；涡旋相位板411远离准直透镜412的一面与二级透镜420相对设置。
示例性的，准直透镜412和涡旋相位板411的光路相同，并且准直透镜412和涡旋相位板411间隔设置，其中，准直透镜412和涡旋相位板411之间间隔的距离不构成对本申请实施例保护方位的限制；涡旋相位板411和二级透镜420的光路也相同，且涡旋相位板411和二级透镜420也间隔设置，其中，涡旋相位板411和二级透镜420之间间隔的距离不构成对本申请实施例保护方位的限制。二级透镜420可以为聚焦透镜，二级透镜420远离涡旋相位板411的一面的曲率半径大于或等于0.4mm，例如：可以为0.4mm-0.7mm(具体的尺寸可以参见图3中实施例中的介绍)。
需要说明的是，本申请实施例中的准直透镜412、涡旋相位板411和二级透镜420在封装时，可以通过固定装置固定，对于准直透镜412、涡旋相位板411和二级透镜420在封装时的固定装置在本申请实施例中不作进一步限定。另外，电路板110和光源120也可以通过固定装置进行位置固定，具体的固定电路板110和光源120的固定装置在本实施例中不作进一步限定。
示例性的，涡旋相位板411靠近准直透镜412的一面具有涡旋面型4111；其中，涡旋面型4111上具有沿涡旋面型4111径向设置的台阶(图中未示出，可以参考图6中所示的涡旋面型2111)；台阶的一端位于涡旋面型4111的几何中心，另一端位于涡旋面型4111的外周边缘(当然，在一些实施例中，台阶的另一端也可以位于靠近涡旋面型4111的外周边缘的位置)；台阶的数量为多个，且涡旋面型4111为中心对称结构。例如：涡旋面型4111上的台阶可以为4个、6个、8个、13个、14个或16个。
其中，台阶的高度为：输入光信号的波长和台阶数量的整数倍的乘积，与折射率差值的比值，其中，折射率差值为光信号进入台阶之前的介质的折射率和台阶的折射率的差值。因此，知道台阶的数量、光信号的波长以及折射率差值后，就可以根据需要设定台阶的高度。
面结合仿真结果对本申请实施例提供的光无源模组400的效果进行说明。
如图14所示，在对无源模组400进行仿真时，该***最终的输出为环形光斑，该环形光斑的内环和外环半径分别为：7μm和14μm。也就是说，光能量集中在半径7μm-14μm之间，即，7μm半径内的能量积分小于10％(接近于零)，可以推导出，4.5μm半径内的能量积分也小于10％(接近于零)，14μm半径内的能量积分大于90％(接近于100％)，可以推导出，19μm半径内的能量积分大于90％(接近于100％)，即可以达到环通量4.5μm半径内的能量积分小于10％，19μm半径内的能量积分大于90％的效果。图14中，仿真时涡旋面型4111的台阶数为4。
在本实施例中，针对TX通道的光学容差进行分析，其中，VCSEL光源到准直透镜412的距离为0.43mm。
如图15所示，当VCSEL光源到准直透镜412的距离为0.43mm时，涡旋相位板411在X和Y方向上0.5dB耦合容差均为20μm(参见图10所示)，其中，图15中X方向上的位置容差曲线和Y方向上的位置容差曲线基本重合，当X和Y方向上涡旋相位板411位于在理想位置时，Z轴方向的耦合容差大于100μm。仿真得到涡旋相位板411在X和Y方向的角度容差均为3°(参见图16所示)，其中，图16中X方向上的角度容差曲线和Y方向上的角度容差曲线基本重合。也就是说，本申请实施例中的涡旋相位板411是允许有一部分容差的。
在本实施例中，涡旋相位板411可以为实心结构，且涡旋相位板411上的涡旋面型4111可以通过光刻方法、纳米压印的方法、激光直写的方法进行批量加工，提高精度的同时，可以降低加工成本。相对于相关技术中，通过注塑成型时需要在涡旋相位板中心设置一个脱模孔的技术方案，实心结构的涡旋相位板411的精度更高，且加工起来更加方便。
场景三
图17是本申请一实施例提供的光模块的结构示意图。如图17所示，本申请实施例提供一种光模块100，包括：电路板110、光源120以及光无源模组500，其中，示例性的，光源120可以为多模光源或单模光源，多模光源可以为共振腔表面发射型激光器(Verticalcavity surface emitting laser，VCSEL)光源，在本实施例中简称，VCSEL光源，当然在其他实施例中，该光源120也可以为其它结构，例如：发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)或DFB(Distributed Feed Back)型光发射机。
在本实施例中，光无源模组500可以包括一级透镜组510和二级透镜520，一级透镜组510位于光无源模组500的进光侧，二级透镜520位于光无源模组500的出光侧；其中，一级透镜组510包括孔径光阑511，二级透镜520包括锥形透镜521，锥形透镜521的一端与孔径光阑511连接，另一端向远离孔径光阑511的方向凸起，孔径光阑511上设置有遮光区域5111。
在一些实施例中，一级透镜组510还包括准直透镜512，其中，准直透镜512的一面与光源120相对设置，另一面与孔径光阑511相对设置；孔径光阑511的遮光区域5111用于防止从准直透镜512通过的光束在孔径光阑511上的遮光区域5111处通过。
示例性的，遮光区域5111可以为圆形；其中，遮光区域5111的圆心位于孔径光阑511的轴线上，且遮光区域5111的半径至少为4.5μm；光源120的光束经过孔径光阑511后的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于第一阈值(例如：10％)。示例性的，锥形透镜521的结构使其具有使光汇聚的功能，即锥形透镜521具有聚焦透镜的功能，以使经过锥形透镜521后的光束的环通量在19μm半径内能量积分大于第二阈值(例如：90％)。其中，在本实施例中，第一阈值可以为10％，第二阈值可以为90％。这样可以大大降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
当然，在其他实施例中，第一阈值和第二阈值还可以为其它值，在本实施例中不作进一步限定。
锥形透镜521配合孔径光阑511的方法，可以用于实现输出的光斑为环形光斑的效果，如图18所示。与此同时，通过设置遮光区域5111，孔径光阑511还可以阻挡一部分VCSEL光源输出的低阶模光，从而对RMS谱宽起到优化作用。其中，遮光区域5111可以为铬掩膜形成的遮光区域5111，当然也可以为其它具有遮光效果的膜，在本实施例中，对于遮光区域5111的材料不作进一步限定。
在一些实施例中，孔径光阑511的一面与准直透镜512相对设置，另一面与锥形透镜521连接。孔径光阑511与锥形透镜521可以为一体件，具体可以通过纳米压印、模压一体成型、注塑一体成型、粘接等方式固定连接。
需要说明的是，本申请实施例中的准直透镜512、孔径光阑511和锥形透镜521在封装时，可以通过固定装置固定，对于准直透镜512、孔径光阑511和锥形透镜521在封装时的固定装置在本申请实施例中不作进一步限定。另外，电路板110和光源120也可以通过固定装置进行位置固定，具体的固定电路板110和光源120的固定装置在本实施例中不作进一步限定。
在一些实施例中，遮光区域5111可以位于孔径光阑511靠近准直透镜512的一面；当然在另外一些实施例中，遮光区域5111还可以位于孔径光阑511与锥形透镜521连接的一面。因此对于遮光区域5111的设置位置在本申请实施例中不作具体限定。
表2是孔径光阑511和锥形透镜521组合方案的***耦合效率。其中，LP01、LP11、LP21、LP02代表不同的耦合模式。
表2
LP01 LP11 LP21 LP02
0.47 0.82 0.96 0.72
0.61 0.91 0.98 0.74
0.61 0.91 0.98 0.74
0.57 0.89 0.98 0.73
0.57 0.89 0.98 0.73
通过表2可以知道，在得到LP01的能量从1抑制到0.47，抑制比大于50％，以使光能量有效转移，避免光强度集中在多模光纤的中新位置，以使环通量4.5μm半径内的能量积分可以满足小于10％。
场景四
如图19所示，本申请实施例提供一种光模块100，包括：电路板110、光源120以及光无源模组600，其中，示例性的，光源120可以为多模光源或单模光源，多模光源可以为共振腔表面发射型激光器(Vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)光源，在本实施例中简称，VCSEL光源，当然在其他实施例中，该光源120也可以为其它结构，例如：发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)或DFB(Distributed Feed Back)型光发射机。
光无源模组600可以包括透镜组610，其中，该透镜组610可以包括涡旋透镜611，涡旋透镜611位于光无源模组600的进光侧，该透镜组610为实体结构。通过将涡旋透镜611设置在光无源模组600的进光侧，相对于相关技术中，将涡旋透镜设置在光无源模组的出光侧，这样可以使光无源模组的进光侧对光信号进行整合，以使经过光无源模组的环通量在4.5μm半径内的能量积分小于10％，在环通量在19μm半径内能量积分大于90％，从而避免光强度集中于光纤的中央部位；从而将大部分能量控制在19μm半径内。这样可以降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
透镜组610的一面与光源120相对设置，且透镜组610与光源120相对的一面具有涡旋面型(图中未示出，可参考图6中所示的涡旋面型2111)；其中，涡旋面型具有沿涡旋面型的径向设置的台阶；台阶的一端位于涡旋面型的几何中心，另一端位于涡旋面型的外周边缘(当然，在一些实施例中，台阶的另一端也可以位于靠近涡旋面型的外周边缘的位置)；台阶的数量为多个，且透镜组610设置涡旋面型的一面的曲率半径小于0.4mm，涡旋面型为中心对称结构。
示例性的，例如：台阶的数量为10个时，透镜组610设置涡旋面型的一面的曲率半径可以为0.1mm。在本实施例中对于涡旋面型的台阶的数量，和在一定台阶数的情况下对应的透镜组设置涡旋面型的一面的曲率半径是不限定的。
在一种可能的实现方式中，透镜组610上的涡旋面型可以采用玻璃模压、纳米压抑、激光直接、贴装等方式固定在涡旋透镜611上。
其中，涡旋面型的曲率半径可以为小于0.4mm的任意值；涡旋面型的直径可以为小于0.4mm的任意值；涡旋面型的步进精度可以为0.1-0.7μm；涡旋面型的表面粗糙度可以为50nm-100nm。关于数值和数值范围的：这里需要说明的是，本申请实施例涉及的数值和数值范围为近似值，受制造工艺的影响，可能会存在一定范围的误差，这部分误差本领域技术人员可以认为忽略不计。技术效果可以参见场景一中的描述。
其中，该透镜组610的材料可以为聚醚酰亚胺(Polyetherimide，PEI)，硅(Si)、氧化硅(SiO2)等。对于的材料，在本实施例中不作具体限定。
通过调节透镜组610中的涡旋面型的台阶数，以及涡旋面型的曲率半径，即可使环通量满足在半径4.5μm内的能量积分可以满足小于10％，在半径19μm内的能量积分也大于90％。从而降低VCSEL光源在多模光纤中的模式色散，从而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。通过将透镜组610为实心结构，相对于相关技术中，将涡旋透镜的中心设置一个孔，这样更加方便加工，可以节约生产成本。
在一些实施例中，透镜组610还可以包括聚焦透镜612；其中，聚焦透镜612设置在涡旋透镜611远离涡旋面型的一面，并与涡旋透镜611固定连接。
在一种可能的实现方式中，涡旋透镜611和聚焦透镜612通过注塑或模压一体成型的方法固定连接；或者，聚焦透镜612通过注塑成型，涡旋面型通过纳米压印的方法压印在涡旋透镜611上，涡旋透镜611和聚焦透镜612通过贴装的方式固定连接。
通过将透镜组610设置为包括聚焦透镜612和涡旋透镜611的结构，可以使透镜组610具有汇聚功能，以使经过光无源模组600的环通量在19μm半径内能量积分大于90％。
本申请实施例中的光无源模组600在和电路板110以及光源120封装时，可以采用TO封装的形式，或者，通过工艺刻蚀将涡旋面型直接刻蚀在光纤的接收端面处。当然，在其他实施例中，还可以通过其他方式实现光无源模组600在和电路板110以及光源120的封装，对于光无源模组600在和电路板110以及光源120的封装方式，在本实施例中不作进一步限定。
本申请实施例中，通过设计透镜组610就可以做到环通量4.5μm半径内的能量积分满足小于10％，19μm半径内的能量积分也大于90％，进而降低模式色散，提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离，并且，通过只设置透镜组610可以简化光无源模组600的结构。
场景五
本申请实施例中的光模块100，至少上述实施例中的光无源模组200、无源模组400、无源模组500、无源模组600中的一个，由于光光无源模组200、无源模组400、无源模组500、无源模组600，均可以将环通量4.5μm半径内的能量积分可以满足小于10％，环通量19μm半径内的能量积分也大于90％，从而降低模式色散，进而提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离。
在一种可能的实现方式中，光源120为垂直共振腔表面发射型激光器(VCSEL光源)或单纵模激光器。
在一种可能的实现方式中，光源120与光无源模组之间具有间隙，间隙的长度为0.43mm-0.8mm。示例性的，光源120与光无源模组200之间具有间隙，间隙的长度为0.43mm-0.8mm。光源120与光无源模组400之间具有间隙，间隙的长度为0.43mm-0.8mm。光源120与光无源模组500之间具有间隙，间隙的长度为0.43mm-0.8mm。光源120与光无源模组600之间具有间隙，间隙的长度为0.43mm-0.8mm。
场景六
本申请实施例中还提供一种通信设备，包括上述场景五中的任意一个光模块100；或者，至少上述实施例中的光无源模组200、无源模组400、无源模组500、无源模组600中的一个。本申请实施例中的通信设备通过设置上述实施例中的光无源模组或者光模块，可以使该通信设备在应用时提高VCSEL光源在多模光纤中的传输距离，进而方便对通信速率的升级。并且，该通信设备通过设置上述实施例中的光无源模组或光模块，可以提高自身的普遍适用性，即，在对速率进行升级时，只需要将给通信设备与用户现有的光纤设备插接，就可以使高速的光信号在光纤中的传输距离得到提高。示例性的，例如，本申请实施例中的通信设备与10Gbps速率的OM3光纤插接后，通入可以使25Gbps速率的光信号，可以使VCSEL光源在OM3光纤中的传输距离从70米之间延长至200米左右。
在一些实施例中，通信设备可以为光纤网络交换机、网络存储设备、光纤网络路由器等，示例性的，该通信设备可以应用于服务器、网络防火墙、光纤网卡以及机房内等。对于该通信设备的种类在本申请实施例中不作具体限定，对于该通信设备的应用场景也不作具体限定。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

Claims (34)

1.一种光无源模组，其特征在于，包括：一级透镜组(210)和二级透镜(220)；其中，
所述一级透镜组(210)包括涡旋透镜(211)，所述涡旋透镜(211)位于所述光无源模组(200)的进光侧；
所述二级透镜(220)设置在所述一级透镜组(210)远离所述涡旋透镜(211)的一面，且所述二级透镜(220)位于所述光无源模组(200)的出光侧。
2.根据权利要求1所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋透镜(211)上设有涡旋面型(2111)，所述涡旋面型(2111)位于所述光无源模组(200)的进光侧；其中，
所述涡旋面型(2111)上具有沿所述涡旋面型(2111)的径向设置的台阶(2112)，所述台阶(2112)的一端位于所述涡旋面型(2111)的几何中心，另一端位于所述涡旋面型(2111)的外周边缘。
3.根据权利要求2所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋面型(2111)上的所述台阶(2112)的数量为多个，且所述涡旋面型(2111)为中心对称结构。
4.根据权利要求2或3所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋面型(2111)通过纳米压印的方法压印在所述涡旋透镜(211)上；
或者，所述涡旋面型(2111)通过光刻的方法刻蚀在所述涡旋透镜(211)上；
或者，所述涡旋面型(2111)通过激光直写的方法设置在所述涡旋透镜(211)上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述一级透镜组(210)还包括准直透镜(212)；其中，
所述准直透镜(212)设置在所述涡旋透镜(211)远离所述涡旋面型(2111)的一面，并与所述涡旋透镜(211)固定连接。
6.根据权利要求5所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋透镜(211)和所述准直透镜(212)通过注塑或模压一体成型的方法固定连接；
或者，所述准直透镜(212)通过注塑成型，所述涡旋面型(2111)通过纳米压印的方法压印在所述涡旋透镜(211)上，所述涡旋透镜(211)和所述准直透镜(212)通过贴装的方式固定连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光无源模组，其特征在于，还包括导光件(230)；其中，
所述一级透镜组(210)设置在所述导光件的第一端(230a)，所述导光件的第一端(230a)位于所述光无源模组(200)的进光侧；
所述二级透镜(220)设置在所述导光件的第二端(230b)，所述导光件的第二端(230b)位于所述光无源模组(200)的出光侧。
8.根据权利要求7所述的光无源模组，其特征在于，所述导光件(230)包括：第一导光部(231)和第二导光部(232)，所述第一导光部(231)和所述第二导光部(232)相连，且所述第一导光部(231)和所述第二导光部(232)位于所述一级透镜组(210)和所述二级透镜(220)之间，所述第一导光部(231)位于所述一级透镜组(210)和所述第二导光部(232)之间；其中，
所述第一导光部(231)的中心轴线和所述第二导光部(232)的中心轴线之间呈夹角设置，且在所述第一导光部(231)和所述第二导光部(232)的连接处形成拐角(234)；
所述导光件(230)与所述拐角(234)相对的一面为反射面(233)，所述反射面(233)与所述第一导光部(231)的中心轴线的夹角，与所述反射面(233)与所述第二导光部(232)中心轴线的夹角相同。
9.根据权利要求7或8所述的光无源模组，其特征在于，所述导光件(230)包括连接部(235)；其中，
所述连接部(235)位于所述导光件(230)的第二端(230b)；
所述连接部(235)设置在所述二级透镜(220)的外侧。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋透镜(211)的表面粗糙度为50nm-100nm。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的光无源模组，其特征在于所述二级透镜(220)为聚焦透镜。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述一级透镜组(210)为实心结构。
13.一种光无源模组，其特征在于，包括一级透镜组(410)和二级透镜(420)，所述一级透镜组(410)位于所述光无源模组(400)的进光侧，所述二级透镜(420)位于所述光无源模组(400)的出光侧；其中，
所述一级透镜组(410)包括涡旋相位板(411)，所述涡旋相位板(411)设置在所述二级透镜(420)远离所述出光侧的一面。
14.根据权利要求13所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋相位板(411)远离所述二级透镜(420)的一面具有涡旋面型(4111)；其中，
所述涡旋面型(4111)上具有沿所述涡旋面型(4111)径向设置的台阶，所述台阶的一端位于所述涡旋面型(4111)的几何中心，另一端位于所述涡旋面型(4111)的外周边缘。
15.根据权利要求14所述的光无源模组，其特征在于，所述台阶的数量为多个，且所述涡旋面型(4111)为中心对称结构。
16.根据权利要求14或15所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋相位板(411)为实心结构。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋面型(4111)通过纳米压印的方法设置在所述涡旋相位板(411)上；
或者，所述涡旋面型(4111)通过激光直写的方法设置在所述涡旋相位板(411)上。
18.根据权利要求13-17中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述一级透镜组(410)还包括准直透镜(412)；其中，
所述准直透镜(412)位于所述涡旋相位板(411)远离所述二级透镜(420)的一面。
19.根据权利要求13-18中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述二级透镜(420)为聚焦透镜。
20.一种光无源模组，其特征在于，包括：一级透镜组(510)和二级透镜(520)，所述一级透镜组(510)位于所述光无源模组(500)的进光侧，所述二级透镜(520)位于所述光无源模组(500)的出光侧；其中，
所述一级透镜组(510)包括孔径光阑(511)，所述二级透镜(520)包括锥形透镜(521)，所述锥形透镜(521)的一端与所述孔径光阑(511)连接，另一端向远离所述孔径光阑(511)的方向凸起，所述孔径光阑(511)上设置有遮光区域(5111)。
21.根据权利要求20所述的光无源模组，其特征在于，所述遮光区域(5111)为圆形；其中，
所述遮光区域(5111)的圆心位于所述孔径光阑(511)的中心轴线上；
所述遮光区域(5111)的半径至少为4.5μm。
22.根据权利要求20或21所述的光无源模组，其特征在于，所述遮光区域(5111)位于所述孔径光阑(511)远离所述锥形透镜(521)的一面；
或者，所述遮光区域(5111)位于所述孔径光阑(511)与所述锥形透镜(521)连接的一面。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述一级透镜组(510)还包括准直透镜(512)，其中，
所述准直透镜(512)设置在所述孔径光阑(511)远离所述锥形透镜(521)的一面。
24.一种光无源模组，其特征在于，包括透镜组(610)；其中，
所述透镜组(610)包括涡旋透镜(611)，所述涡旋透镜(611)位于所述光无源模组(600)的进光侧；
所述透镜组(610)为实心结构。
25.根据权利要求24所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋透镜(611)的进光侧具有涡旋面型；其中，
所述涡旋面型通过纳米压印的方法压印在所述涡旋透镜(611)上；
或者，所述涡旋面型通过光刻的方法刻蚀在所述涡旋透镜(611)上；
或者，所述涡旋面型通过激光直写的方法设置在所述涡旋透镜(611)上。
26.根据权利要求24或25所述的光无源模组，其特征在于，所述透镜组(610)还包括聚焦透镜(612)；其中，
所述聚焦透镜(612)设置在所述涡旋透镜(611)远离所述涡旋面型的一面，并与所述涡旋透镜(611)固定连接。
27.根据权利要求26所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋透镜(611)和所述聚焦透镜(612)通过注塑或模压一体成型的方法固定连接；
或者，所述聚焦透镜(612)通过注塑成型，所述涡旋面型通过纳米压印的方法压印在所述涡旋透镜(611)上，所述涡旋透镜(611)和所述聚焦透镜(612)通过贴装的方式固定连接。
28.根据权利要求24-27中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋面型具有沿所述涡旋面型的径向设置的台阶；
所述台阶的一端位于所述涡旋面型的几何中心，另一端位于所述涡旋面型的外周边缘。
29.根据权利要求28所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋透镜(611)设置所述涡旋面型的一面的曲率半径小于0.4mm；
所述台阶的数量为多个，且所述涡旋面型为中心对称结构。
30.根据权利要求24-29中任一项所述的光无源模组，其特征在于，所述涡旋透镜(611)的表面粗糙度为50nm-100nm。
31.一种光模块，其特征在于，至少包括光源(120)、电路板(110)以及权利要求1-12中任一项所述的光无源模组(200)；其中，
所述光源(120)设置在所述电路板(110)上，所述光源(120)与所述光无源模组(200)的所述涡旋透镜(211)相对设置；
或者，至少包括光源(120)、电路板(110)以及权利要求13-19中任一项所述的光无源模组(400)；其中，
所述光源(120)设置在所述电路板(110)上，所述光源(120)位于所述光无源模组(400)的所述涡旋相位板(411)远离所述二级透镜(420)的一面；
或者，至少包括光源(120)、电路板(110)以及权利要求20-23中任一项所述的光无源模组(500)；其中，
所述光源(120)设置在所述电路板(110)上，所述光源(120)位于所述光无源模组(500)的所述孔径光阑(511)远离所述锥形透镜(521)的一面；
或者，至少包括光源(120)、电路板(110)以及权利要求24-30中任一项所述的光无源模组(600)；其中，
所述光源(120)设置在所述电路板(110)上，所述光源(120)与所述光无源模组(600)的所述涡旋透镜(611)相对设置。
32.根据权利要求31所述的光模块，其特征在于，所述光源(120)为垂直共振腔表面发射型激光器或单纵模激光器。
33.根据权利要求31或32所述的光模块，其特征在于，所述光源(120)与所述光无源模组之间具有间隙；
所述间隙的长度为0.43mm-0.8mm。
34.一种通信设备，其特征在于，至少包括权利要求31-33任一所述的光模块(100)；
或者，至少包括权利要求1-12中任一项所述的光无源模组(200)；
或者，至少包括权利要求13-19中任一项所述的光无源模组(400)；
或者，至少包括权利要求20-23中任一项所述的光无源模组(500)；
或者，至少包括权利要求24-30中任一项所述的光无源模组(600)。
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