[发明专利]基于VCSEL的自由空间有源光学收发组件

说明书

本发明公开了基于VCSEL的自由空间有源光学收发组件，包括一发射端，所述的发射端包括多个VCSEL、至少一个光电二极管、第一聚焦透镜阵列（或第一光学系统）和第一印刷电路板，一接收端，所述的接收端包括多个光电二极管、至少一个VCSEL、第二聚焦透镜阵列（或第二光学系统）和第二印刷电路板，该结构可实现近中距离自由空间（无线）高速光通信信号的发射和接收，单通道收发速率可以达到10G bps以上；其可用于短、中程高清晰度多媒体接口（HDMI）器件中实现自由空间高速信号传输功能，另外，本发明方案还具有自由空间连接、传输速率高、成本低、尺寸小、易装配和量产等特点，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明方案属于光通讯、激光或显示器件领域，尤其是基于VCSEL的自由空间有源光学收发组件。

背景技术

在光通信中，几乎所有光收发器的发射端和接收端都是要通过光纤来连接的，光纤包括单模光纤、多模光纤和塑料光纤等。虽然光纤连接具有损耗低、受外界环境干扰小、传输方向可以随时改变等优点，非常适用于传统光通信的连接，但是在未来短、中距离的应用场景中，由于光纤存在容易折断、布线繁琐和影响美观等缺点，自由空间光信号传输方案正在受到人们越来越多的重视和采用，未来有望在很多短中距离领域取代光纤传输，这其中的重要应用场景就包括高清超大屏幕4K和8K 电视、VR和AR等多媒体设备。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种成本低、尺寸小、传输速率高且可实现中短程HDMI器件中自由空间高速信号传输的基于VCSEL的自由空间有源光学收发组件。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

基于VCSEL的自由空间有源光学收发组件，其包括：

一发射端，所述的发射端包括多个VCSEL、至少一个光电二极管、第一聚焦透镜阵列和第一印刷电路板，所述的多个VCSEL和光电二极管呈阵列布设于第一印刷电路板上，所述的第一聚焦透镜阵列与多个VCSEL和光电二极管一一相对且用于将发射出的信号光准直或接收到的信号光聚焦；

一接收端，所述的接收端包括多个光电二极管、至少一个VCSEL、第二聚焦透镜阵列和第二印刷电路板，所述的多个光电二极管和VCSEL呈阵列布设于第二印刷电路板上，所述的第二聚焦透镜阵列与多个光电二极管和VCSEL一一相对且用于将接收到的信号光聚焦或发射出的信号光准直；

当发射端的多个VCSEL发出的信号光对应射入到第一聚焦透镜阵列上时，被准直成准直信号光，然后输入到接收端的第二聚焦透镜阵列上，继而被第二聚焦透镜阵列对应聚焦输入到接收端对应的多个光电二极管上，接收端上的VCSEL用于发射反馈信号光，且反馈信号光逆向输入到第二聚焦透镜阵列上并被准直传输至第一聚焦透镜阵列，然后被第一聚焦透镜阵列聚焦输入到发射端的光电二极管上。

进一步，所述发射端的多个VCSEL和至少一个光电二极管为并列布设于第一印刷电路板上，所述接收端的多个光电二极管和至少一个VCSEL为并列布设于第二印刷电路板上。

进一步，所述的发射端具有3～14个VCSEL和至少一个光电二极管；所述的接收端具有3～14个光电二极管和至少一个VCSEL。

进一步，所述的第一聚焦透镜阵列和第二聚焦透镜阵列的结构相同，其均包括直角三棱柱和若干第一非球面透镜，所述直角三棱柱的一直角面为入射面，另一直角面为出射面，斜面为反射面，若干非球面透镜并列设于其中一直角面上且用于接收发射端传输的准直光信号或将发射端的VCSEL输出的光信号准直，直角三棱柱的另一直角面与发射端上的多个VCSEL、至少一个光电二极管相对或与接收端上的多个光电二极管、至少一个VCSEL相对。

优选的，所述直角三棱柱的另一直角面上对应发射端上的多个VCSEL、至少一个光电二极管或接收端上的多个光电二极管、至少一个VCSEL设有若干第二非球面透镜。