[發明專利]基于VCSEL的自由空間有源光學收發組件

有效

• 申請號: 201811577603.2
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN111355533B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 于光龍;任策;賈旭;汪子航
• 申請（專利權）人: 福州高意光學有限公司
• 主分類號: H04B10/40
• 分類號: H04B10/40;G02B6/42
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 蘇麗云

本發明公開了基于VCSEL的自由空間有源光學收發組件，包括一發射端，所述的發射端包括多個VCSEL、至少一個光電二極管、第一聚焦透鏡陣列（或第一光學系統）和第一印刷電路板，一接收端，所述的接收端包括多個光電二極管、至少一個VCSEL、第二聚焦透鏡陣列（或第二光學系統）和第二印刷電路板，該結構可實現近中距離自由空間（無線）高速光通信信號的發射和接收，單通道收發速率可以達到10G bps以上；其可用于短、中程高清晰度多媒體接口（HDMI）器件中實現自由空間高速信號傳輸功能，另外，本發明方案還具有自由空間連接、傳輸速率高、成本低、尺寸小、易裝配和量產等特點，具有廣闊的市場前景。

技術領域

本發明方案屬于光通訊、激光或顯示器件領域，尤其是基于VCSEL的自由空間有源光學收發組件。

背景技術

在光通信中，幾乎所有光收發器的發射端和接收端都是要通過光纖來連接的，光纖包括單模光纖、多模光纖和塑料光纖等。雖然光纖連接具有損耗低、受外界環境干擾小、傳輸方向可以隨時改變等優點，非常適用于傳統光通信的連接，但是在未來短、中距離的應用場景中，由于光纖存在容易折斷、布線繁瑣和影響美觀等缺點，自由空間光信號傳輸方案正在受到人們越來越多的重視和采用，未來有望在很多短中距離領域取代光纖傳輸，這其中的重要應用場景就包括高清超大屏幕4K和8K 電視、VR和AR等多媒體設備。

發明內容

針對現有技術的情況，本發明的目的在于提供一種成本低、尺寸小、傳輸速率高且可實現中短程HDMI器件中自由空間高速信號傳輸的基于VCSEL的自由空間有源光學收發組件。

為了實現上述的技術目的，本發明采用的技術方案為：

基于VCSEL的自由空間有源光學收發組件，其包括：

一發射端，所述的發射端包括多個VCSEL、至少一個光電二極管、第一聚焦透鏡陣列和第一印刷電路板，所述的多個VCSEL和光電二極管呈陣列布設于第一印刷電路板上，所述的第一聚焦透鏡陣列與多個VCSEL和光電二極管一一相對且用于將發射出的信號光準直或接收到的信號光聚焦；

一接收端，所述的接收端包括多個光電二極管、至少一個VCSEL、第二聚焦透鏡陣列和第二印刷電路板，所述的多個光電二極管和VCSEL呈陣列布設于第二印刷電路板上，所述的第二聚焦透鏡陣列與多個光電二極管和VCSEL一一相對且用于將接收到的信號光聚焦或發射出的信號光準直；

當發射端的多個VCSEL發出的信號光對應射入到第一聚焦透鏡陣列上時，被準直成準直信號光，然后輸入到接收端的第二聚焦透鏡陣列上，繼而被第二聚焦透鏡陣列對應聚焦輸入到接收端對應的多個光電二極管上，接收端上的VCSEL用于發射反饋信號光，且反饋信號光逆向輸入到第二聚焦透鏡陣列上并被準直傳輸至第一聚焦透鏡陣列，然后被第一聚焦透鏡陣列聚焦輸入到發射端的光電二極管上。

進一步，所述發射端的多個VCSEL和至少一個光電二極管為并列布設于第一印刷電路板上，所述接收端的多個光電二極管和至少一個VCSEL為并列布設于第二印刷電路板上。

進一步，所述的發射端具有3～14個VCSEL和至少一個光電二極管；所述的接收端具有3～14個光電二極管和至少一個VCSEL。

進一步，所述的第一聚焦透鏡陣列和第二聚焦透鏡陣列的結構相同，其均包括直角三棱柱和若干第一非球面透鏡，所述直角三棱柱的一直角面為入射面，另一直角面為出射面，斜面為反射面，若干非球面透鏡并列設于其中一直角面上且用于接收發射端傳輸的準直光信號或將發射端的VCSEL輸出的光信號準直，直角三棱柱的另一直角面與發射端上的多個VCSEL、至少一個光電二極管相對或與接收端上的多個光電二極管、至少一個VCSEL相對。

優選的，所述直角三棱柱的另一直角面上對應發射端上的多個VCSEL、至少一個光電二極管或接收端上的多個光電二極管、至少一個VCSEL設有若干第二非球面透鏡。