一种多通道同轴封装结构的制作方法

本实用新型涉及光纤通信领域，具体涉及一种多通道同轴封装结构。

背景技术：

随着信息技术的高速发展，包括互联网、物联网、云计算、大数据等相关技术的广泛应用，数据量呈爆炸式增长，全球数据中心数量也越来越多，支撑更大网络带宽资源的云计算数据中心已经成为了国家层面上具有战略性意义的重要基础设施。同时，固网和无线网络的普及也使得这方面的网络流量需求不断地快速增长，为了支撑不断增长的流量需求，电信运营商在构建下一代基站架构时需要支持更高的网络带宽。现在需要高速网络的传输速率通常要达到100Gb/s、400GB/s甚至更高。

为了支持高网络带宽，现在通常采用光通信传输的方式，光通信传输主要基于光纤和用于发射和接收光信号的光电子器件，即发射端光电子器件和接收端光电子器件，发射端光电子器件通过光纤连接于接收端光电子器件，发射端光电子器件发射光信号，光信号通过光纤传输至接收端，这种光通信传输方式受限于发射端光电子器件的光信号发射速率和接收端光电子器件的光信号接收速率。目前较为常用的发射端光电子器件和接收端光电子器件，均采用半导体光电子芯片，例如用于光信号发射的半导体激光器和用于光信号接收的半导体探测器芯片，这些半导体芯片对外界环境的水汽、颗粒等较为敏感，为了保证其长期工作的可靠性和稳定性，通常采用气密性同轴结构的封装，即通过采用类似晶体管器件常用的Transistor Outline-Can(TO-CAN)封装技术，通过电连接、光耦合、温控(如果需要)、机械固定及密封(充入氮气等惰性气体)等工艺路线，将半导体芯片封装成为具有一定功能且性能稳定的TO-CAN光电子器件。目前采用TO-CAN封装的光电子器件，其传 输速率最高只能支持到25Gb/s，而现在常用的光通信传输方式受限于光电子器件的传输速率，25Gb/s的传输速率完全无法满足需求。

为了能够利用TO-CAN封装的光电子器件实现光信号的高速率传输，目前常用的方式是将多个光电子器件发射的光信号通过波分复用方法合光至一根光纤内进行传输，例如传输速率为100Gb/s的发射端光电子器件，就是将具有不同波长的4通道通过波分复用方法合光，每个通道为25Gb/s传输速率的光信号，入射到一根光纤里传输；对于接收端光电子器件，传输速率为100Gb/s的光信号通过波分解复用方法，分成具有不同波长的4通道进行并行传输，其中每个通道具有25Gb/s传输速率，值得注意的是，上述波分复用及波分解复用均由波分滤光片来实现。为了能够将多个光电子器件发射的光信号复用至一根光纤内，需要一种多通道同轴封装结构来完成，现有的多通道同轴封装结构中的光路无法调节，而光电子器件发射的光信号经过波分复用后需要与光纤适配器光轴重合，这就严重制约了光电子器件安装的位置区域，进而会影响整个封装结构的设计，导致封装结构设计臃肿，浪费安装空间。同时为了确保光路同轴，光电子器件的安装精度要求较高，对于工艺设备的精度也要求较高，安装后的调试过程也较为复杂，进而造成整个封装过程复杂化，封装成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多通道同轴封装结构，所述多通道同轴封装结构通过一光路调整块调整其多通道光信号光轴与光纤适配器光轴同轴，所述多通道同轴封装结构中的光电子器件能够不受位置限制地紧凑安装，从而使得所述多通道同轴封装结构紧凑，节省安装空间。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种多通道同轴封装结构，包括：

至少一发射部分，所述发射部分包括至少两个发射端光组件，至少两个发射端波分组件，一发射端光路调整块，一发射端准直透镜以及一发射端光 纤适配器，其中所述发射端光组件与所述发射部分可拆卸的连接，所述发射端波分组件与所述发射端光组件数量相同且一一对应的固定安装于所述发射部分内部，所述发射端光路调整块安装于所述发射部分内部，所述发射端光纤适配器安装于所述发射部分，所述发射端准直透镜安装于所述发射端光纤适配器内部且与所述发射端光纤适配器同光轴，其中，所述发射端波分组件接收所述发射端光组件所发出的光信号，并且所述发射端波分组件将光信号合光后入射所述光路调整块，所述光路调整块将合光信号调整至与所述发射端光纤适配器同光轴并入射所述发射端光纤适配器，所述发射端波分组件对发射端光组件所发出的多通道光信号进行波分复用。

优选的，所述多通道同轴封装结构包括：

至少一接收部分，所述接收部分包括至少两个接收端光组件，至少两个接收端波分组件，一接收端光路调整块，一接收端准直透镜以及一接收端光纤适配器，其中所述接收端光组件与所述接收部分可拆卸的连接，所述接收端波分组件与所述接收端光组件数量相同且一一对应的固定安装于所述接收部分内部，所述接收端光路调整块安装于所述接收部分内部，所述接收端光纤适配器安装于所述接收部分，所述接收端准直透镜安装于所述接收端光纤适配器内部且与所述接收端光纤适配器同光轴，其中，所述接收端光纤适配器接收合光信号并入射到所述接收端光路调整块上，合光信号的光轴将被所述接收端光路调整块调整并入射所述接收端波分组件，所述接收端波分组件对合光信号波分解复用。

优选的，所述发射部分包括至少两个接收端光组件，至少两个发射端波分组件，一发射端光路调整块，一发射端准直透镜以及一发射端光纤适配器，其中所述发射端光组件与所述发射部分可拆卸的连接，所述发射端波分组件与所述发射端光组件数量相同且一一对应的固定安装于所述发射部分内部，所述发射端光路调整块安装于所述发射部分内部，所述发射端光纤适配器安装于所述发射部分，所述发射端准直透镜安装于所述发射端光纤适配器内部且与所述发射端光纤适配器同光轴，其中，所述发射端光纤适配器接收合光 信号并入射到所述发射端光路调整块上，合光信号的光轴将被所述发射端光路调整块调整并入射所述发射端波分组件，所述发射端波分组件对合光信号波分解复用。

优选的，所述发射端光路调整块包括一全反射棱镜和一套筒，所述全反射棱镜安装于所述套筒，并且所述全反射棱镜随所述套筒的转动而转动。

优选的，所述发射端光路调整块两个相对的反射面均镀有高反射膜。

优选的，所述发射端波分组件包括一发射端波分滤光片，所述发射端波分滤光片与所述发射端光组件呈一确定角度固定，从所述发射端光组件出射的平行光信号经过所述发射端波分滤光片的反射与其他的平行光信号汇合并同轴。

优选的，所述发射端光组件包括一发射端金属容器，一发射端半导体激光芯片以及一发射端准直透镜，所述发射端半导体激光芯片直接气密封装在所述发射端金属容器内部，所述发射端准直透镜安装于所述发射端金属容器的出射口，所述发射端半导体激光芯片发出的光信号经过所述发射端准直透镜后变为平行光信号出射。

优选的，所述发射端光组件包括一发射端金属容器，一发射端半导体激光芯片以及一发射端平窗管帽，所述发射端半导体激光芯片直接气密封装在所述发射端金属容器内部，所述发射端平窗管帽安装于所述发射端金属容器的出射口，所述发射端半导体激光芯片发出的光信号经过所述发射端平窗管帽出射。

优选的，所述发射端波分组件包括一发射端波分滤光片和一发射端外置准直透镜，所述发射端波分滤光片与所述发射端光组件呈一确定角度固定，所述发射端外置准直透镜位于所述发射端平窗管帽和所述发射端波分滤光片之间，且所述发射端外置准直透镜与所述发射端平窗管帽平行固定。从所述发射端光组件出射的光信号经过所述发射端外置准直透镜后变为平行光信 号，平行光信号经过所述发射端波分滤光片的反射与其他的平行光信号汇合并同轴。

优选的，所述接收端光组件包括一接收端金属容器，一接收端半导体探测芯片以及一接收端准直透镜管帽，所述接收端半导体探测芯片直接气密封装在所述接收端金属容器内部，所述接收端准直透镜管帽安装于所述接收端金属容器的入射口。

优选的，所述接收端波分组件包括一接收端波分滤光片和一接收端反射镜，所述接收端波分滤光片与所述收端光组件呈一确定角度固定，所述接收端反射镜与所述接收端波分滤光片呈一确定角度固定，所述接收端波分滤光片和所述接收端反射镜所呈角度使得入射所述接收端波分组件的合光信号能够被分离并被折射至所述接收端光组件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示为本实用新型的一种多通道同轴封装结构的示意图。

如图2所示为本实用新型的一种多通道同轴封装结构的光路调整块的结构示意图，其中(a)为侧面剖视图，(b)为立体图。

如图3(a)所示为本实用新型的一种多通道同轴封装结构的发射端光组件和发射端波分组件示意图，图3 (b)为发射端光组件和发射端波分组件变体的示意图。

如图4(a)所示为本实用新型的一种多通道同轴封装结构的接收端光组件和接收端波分组件示意图，图4 (b)为接收端光组件和接收端波分组件变体的示意图。

如图5所示为本实用新型的一种多通道同轴封装结构的发射部分示意图。

如图6所示为本实用新型的一种多通道同轴封装结构的封装方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型的一种多通道同轴封装结构，所述多通道同轴封装结构包括一发射部分10，所述发射部分10进一步包括一系列发射端光组件11，所述发射端光组件11与所述发射部分10可拆卸的连接，一系列发射端波分组件12，所述发射端波分组件12与所述发射端光组件11数量相同且一一对应的固定安装于所述发射部分10内部，一发射端光路调整块13，一发射端准直透镜14以及一发射端光纤适配器15。所述发射端光路调整块13安装于所述发射部分10内部，所述发射端光纤适配器15安装于所述发射部分10，所述发射端准直透镜14安装于所述发射端光纤适配器15内部且与所述发射端光纤适配器15同光轴。其中，一系列n个所述发射端光组件11分别发射波长为λ1,……,λn的光信号，各个所述发射端光组件11发出的光信号经过与其对应的所述发射端波分组件12波分复用后形成合光信号，合光信号随后入射所述发射端光路调整块13，经过所述发射端光路调整块13的调整后，合光信号的光轴与所述发射端光纤适配器15的光轴重合，最后所述发射端准直透镜14将合光信号聚焦耦合到所述发射端光纤适配器15形成多通道出射光，从而实现对多通道光信号的波分复用。

所述多通道同轴封装结构还包括一接收部分20，所述接收部分20进一步包括一系列接收端光组件21，所述接收端光组件21与所述接收部分20可拆卸的连接，一系列接收端波分组件22，且所述接收端波分组件22与所述接收端光组件21数量相同，且一一对应的固定安装于所述接收部分20的内部， 一接收端光路调整块23，一接收端准直透镜24以及一接收端光纤适配器25。所述接收端光路调整块23安装于所述接收部分20内部，所述接收端光纤适配器25安装于所述接收部分20，所述接收端准直透镜24安装于所述接收端光纤适配器25内部且与所述接收端光纤适配器25同光轴。合光信号进入到所述接收端光纤适配器25后，通过接收端准直透镜24成为多通道平行光信号并入射到所述接收端光路调整块23上，合光信号的光轴将被调整。当合光信号到达所述接收端波分组件22时，具有特定波长的光信号将滤出并被折射到接收特定波长的所述接收端光组件21，其余的合光信号继续沿着行进，直到所有具有特定波长的光信号均被所述接收端光组件21滤出并折射到接收特定波长的所述接收端光组件21，从而实现对多通道光信号的波分解复用。

值得注意的是，所述发射端波分组件12和所述接收端波分组件22可以采用相同的结构，所述发射端光路调整块13与所述接收端光路调整块23结构相同，所述发射端准直透镜14和所述接收端准直透镜24结构相同，且所述发射端光纤适配器15和所述接收端光纤适配器25结构相同。所述发射部分10与所述接收部分20的不同之处仅在于所述所述发射端光组件11和所述接收端光组件21，同时由于所述发射端光组件11与所述发射部分10可拆卸的连接，所述接收端光组件21与所述接收部分20可拆卸的连接，从而通过对所述发射端光组件11和所述接收端光组件21进行更换，即可将所述发射部分10转换为所述接收部分20或将所述接收部分20转换为所述发射部分10。

所述多通道同轴封装结构可以由单个所述发射部分10组成，可以由单个所述接收部分20组成，可以由一个所述发射部分10和一个所述接收部分20共同组成，还可以由多个所述发射部分10和多个所述接收部分20共同组成，并且在需要改变所述多通道同轴封装结构中所述发射部分10和所述接收部分20数量比例时，可以通过更换所述发射端光组件11或所述接收端光组件21十分方便地实现。所述多通道同轴封装结构灵活多变，能够适用于多种不同的应用场景。

如图2所示为所述发射端光路调整块13的结构示意图，由于所述接收端光路调整块23的结构与所述发射端光路调整块13的结构相同，在此一起进行说明。所述发射端光路调整块13包括一全反射棱镜131和一套筒132，所述全反射棱镜131安装于所述套筒132。图2(a)为所述发射端光路调整块13的侧面剖视图，图2(b)为所述发射端光路调整块13的立体示意图，图中虚线为光路。可以看到，通过旋转所述套筒132，能够改变所述发射端光路调整块13的旋转状态，从而改变光路。所述全反射棱镜131具有两个相对的反射面，且为了防止光信号折射，两个反射面均镀有高反射膜，入射或出射所述全反射棱镜131的光信号，会在两个反射面发生全反射。当旋转所述套筒132使所述发射端光路调整块13处于旋转状态1时，光信号的光轴经过所述全反射棱镜131的调整在垂直方向上产生位移，当旋转所述套筒132使所述发射端光路调整块13处于旋转状态2时，光信号的光轴经过所述全反射棱镜131的调整在水平方向上产生位移。而当旋转所述套筒132进行360°的旋转时，光信号的光轴经过所述全反射棱镜131的调整也可以进行360°的旋转，从而可以灵活地调整光信号的光轴。在所述多通道同轴封装结构中，通过所述发射端光路调整块13可以确保合光光轴与所述发射端光纤适配器15的光轴重合，从而轻松地完成对光操作。

如图3(a)所示为所述发射端光组件11和所述发射端波分组件12的示意图，其中所述发射端波分组件12与所述发射端光组件11呈一确定角度β固定，从所述发射端光组件11出射的平行光信号入射所述发射端波分组件12，反射后与其他的平行光信号汇合并同轴。其中所述发射端光组件11为TO-CAN光组件。所述发射端光组件11包括一发射端金属容器111，一发射端半导体激光芯片112以及一发射端准直透镜113，所述发射端半导体激光芯片112直接气密封装在所述发射端金属容器111内部，所述发射端准直透镜113安装于所述发射端金属容器111的出射口，所述发射端半导体激光芯片112发出的光信号经过所述发射端准直透镜113后变为平行光信号出射。所述发射端波分组件12包括一发射端波分滤光片121，所述发射端波分滤光片121 与所述发射端光组件11呈一确定角度β固定，从所述发射端光组件11出射的平行光信号经过所述发射端波分滤光片121的反射与其他的平行光信号汇合并同轴。由于所述发射端波分组件12发出特定波长的光信号，而与之对应安装的所述发射端波分滤光片121能够将对应的特定波长的光信号反射，当变更所述发射端光组件11为所述接收端光组件12时，所述发射端波分组件12即可作为所述接收端波分组件22而不用进行更换或调整。即可以通过将所述发射端光组件11更换为所述接收端光组件21，将所述发射部分10转换为所述接收部分20。

如图3(b)所示为所述发射端光组件11和所述发射端波分组件12的变体：一发射端光组件11A和一发射端波分组件12A。其中所述发射端波分组件12A与所述发射端光组件11A呈一确定角度β固定，从所述发射端波分组件11A出射的平行光信号入射所述发射端波分组件12A，反射后与其他的平行光信号汇合并同轴。其中所述发射端光组件11A为TO-CAN光组件。所述发射端光组件11A包括一发射端金属容器111A，一发射端半导体激光芯片112A以及一发射端平窗管帽113A，所述发射端半导体激光芯片112A直接气密封装在所述发射端金属容器111A内部，所述发射端平窗管帽113A安装于所述发射端金属容器111A的出射口，所述发射端半导体激光芯片112A发出的光信号经过所述发射端平窗管帽113A出射。所述发射端波分组件12A包括一发射端波分滤光片121A和一发射端外置准直透镜122A，所述发射端波分滤光片121A与所述发射端光组件11A呈一确定角度β固定，所述发射端外置准直透镜122A位于所述发射端平窗管帽113A和所述发射端波分滤光片121A之间，且所述发射端外置准直透镜122A与所述发射端平窗管帽113A平行固定。从所述发射端光组件11A出射的光信号经过所述发射端外置准直透镜122A后变为平行光信号，平行光信号经过所述发射端波分滤光片121A的反射与其他的平行光信号汇合并同轴。需要注意的是，所述发射端光组件11和所述发射端波分组件12的变体并不限于所述发射端光组件11A和所述发射端波分组件12A。

如图4(a)所示为所述接收端光组件21和所述发射端波分组件22的示意图，其中所述接收端波分组件22与所述接收端光组件21呈一确定角度β固定，合光信号入射所述接收端波分组件22后，特定波长的光信号被反射，其余波长的光信号继续沿原光路传输，特定波长的光信号被所述接收端波分组件22反射后入射所述接收端光组件21。其中所述接收端光组件21为TO-CAN光组件。所述接收端光组件21包括一接收端金属容器211，一接收端半导体探测芯片212以及一接收端准直透镜管帽213，所述接收端半导体探测芯片212直接气密封装在所述接收端金属容器211内部，所述接收端准直透镜管帽213安装于所述接收端金属容器211的入射口。所述接收端波分组件22包括一接收端波分滤光片221，所述接收端波分滤光片221与所述接收端光组件21呈一确定角度β固定，合光信号入射所述接收端波分滤光片221后，特定波长的光信号被反射，其余波长的光信号继续沿原光路传输，特定波长的光信号被所述接收端波分滤光片221反射后入射所述接收端准直透镜管帽213，经过所述接收端准直透镜管帽213后入射所述接收端半导体探测芯片212。由于所述接收端光组件21接收特定波长的光信号，而与之对应安装的所述接收端波分滤光片221能够将对应的特定波长的光信号反射，当变更所述接收端光组件21为所述发射端光组件11时，所述接收端波分组件22即可作为所述发射端波分组件12而不用进行更换或调整。即可以通过将所述接收端光组件21更换为所述发射端光组件11，将所述接收部分20转换为所述发射部分10。

如图4(b)所示为所述接收端光组件21和所述接收端波分组件22的变体：一接收端光组件21A和一接收端波分组件22A，并且采用所述接收端光组件21A和所述接收端波分组件22A可以有效提高不同通道之间的光隔离度。其中所述接收端波分组件22A与所述接收端光组件21A呈一确定角度固定，合光信号入射所述接收端波分组件22A后，特定波长的光信号被反射，其余波长的光信号继续沿原光路传输，特定波长的光信号被所述接收端波分组件22A反射后入射所述接收端光组件21A。其中所述接收端光组件21A为TO-CAN光组件。所述接收端光组件21A与所述接收端光组件21结构相同， 包括一接收端金属容器211A，一接收端半导体探测芯片212A以及一接收端准直透镜管帽213A，所述接收端半导体探测芯片212A直接气密封装在所述接收端金属容器211A内部，所述接收端准直透镜管帽213A安装于所述接收端金属容器211A的入射口。所述接收端波分组件22A包括一接收端波分滤光片221A和一接收端反射镜222A，所述接收端波分滤光片221A与所述收端光组件21A呈一确定角度θ固定，所述接收端反射镜222A与所述接收端波分滤光片221A呈一确定角度固定，所述接收端波分滤光片221A和所述接收端反射镜222A所呈角度使得入射所述接收端波分组件22A的合光信号能够被分离并被折射至所述接收端光组件21A。合光信号入射所述接收端波分滤光片221A之后，特定波长的光信号被所述接收端波分滤光片221A反射到所述接收端反射镜222A，再由所述接收端反射镜222A反射后入射所述接收端准直透镜管帽213A，经过所述接收端准直透镜管帽213A后入射所述接收端半导体探测芯片212A。由于所述接收端光组件21A接收特定波长的光信号，而与之对应安装的所述接收端波分滤光片221A能够将对应的特定波长的光信号反射，当变更所述接收端光组件21A为所述发射端光组件11时，所述接收端波分组件22A即可作为所述发射端波分组件12而不用进行更换或调整。即可以通过将所述接收端光组件21A更换为所述发射端光组件11，将所述接收部分20转换为所述发射部分10。需要注意的是，所述接收端光组件21和所述接收端波分组件22的变体并不限于所述接收端光组件21A和所述接收端波分组件22A。

如图5所示为所述发射部分10的示意图，以安装有四个所述发射端光组件11的所述发射部分10为例。四个所述发射端光组件11分别发出具有不同波长的平行光信号，四种平行光信号分别入射所述发射端波分组件12，经过所述发射端波分组件12的反射后依次进行波分复用处理，形成合光信号，合光信号随后入射所述发射端光路调整块13，经过所述光路调整块13的反射后，合光信号的光轴与所述发射端光纤适配器15的光轴重合，合光信号经过所述发射端准直透镜14最后聚焦耦合到所述发射端光纤适配器15上。指的注意 的是，所述发射端准直透镜14和所述发射端光纤适配器15是一体的。所述接收部分20的结构与所述发射部分10的结构类似，并且可以通过更换所述发射端光组件11和所述接收端光组件21来进行转换。

如图6所示为本实用新型的一种多通道同轴封装结构的封装方法流程图，以包括一个所述发射部分10和一个所述接收部分20的所述多通道同轴封装结构为例。首先把准直透镜安装并固定在所述发射端光纤适配器15和所述接收端光纤适配器25中。无需光耦合对准，可直接把带有准直透镜的所述发射端光纤适配器15和所述接收端光纤适配器25，采用业界标准的激光焊机直接焊接在光电子器件的壳体上。同样无需光耦合对准，依次用胶粘的方式安装并固定所述发射端波分滤光片121和所述接收端波分滤光片221。然后在所述发射端光纤适配器15和所述接收端光纤适配器25中打入一束红光，通过调节所述发射端光路调整块13和所述接收端光路调整块23，确定入射到距离最近的所述发射端波分滤光片121和所述接收端波分滤光片221的光路分别与所述发射端光纤适配器15和所述接收端光纤适配器25的光路对准后，固定所述发射端光路调整块13和所述接收端光路调整块23。

安装所述发射端光组件11时，首先安装邻近所述发射端光纤适配器15的所述发射端光组件11，对其加电发光，监控所述发射端光纤适配器15出射光的光功率，通过调节所述发射端光组件11的位置直至获得最大的输出光功率，再采用标准激光焊机将其焊接固定。依次类推，将其余通道的所述发射端光组件11调节并焊接固定。

安装所述接收端光组件21时，同样是首先安装邻近所述接收端光纤适配器25的所述接收端光组件21，从所述接收端光纤适配器25入射对应波长的光，监控相应所述接收端光组件21的光电流，通过调节所述接收端光组件21的位置，直至获得最大的光电流，然后采用标准激光焊机将其焊接固定或者通过胶粘的方式固定。同样，采用类似的方法将其余通道的所述接收端光组件21调节并固定。工艺制成完成后，对单个通道一一测试，然后对全部多通道进行合光或分光的测试，确保其性能指标合格。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。