一种发射光器件和光模块的制作方法

1.本实用新型属于光纤通信领域，更具体地，涉及一种发射光器件和光模块。


背景技术：

2.随着当今数据业务量的大增，导致数据中心对光收发模块的传输速率与日俱增，数据中心的光模块速率已经由昔日的40g到100g开始迈入200g、400g，目前800g的光模块标准也已经初步制定，其中双密度四通道小型可插拔光模块的封装由于其高密度和向下兼容低速率的特点，特别受到关注。
3.目前走在前端的800g中长距为2x400g fr4/lr4，相对现在的400g模块器件数量翻了一番，需要在现有的标准光模块里面布局多个光发射器件和光接收器件，同时通道数量的增加也导致电路元件和布线数量也大大增加，这对于小型化的标准光模块内部布局和封装可靠性来说具有很大的挑战。
4.鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种发射光器件和光模块，其目的在于，减小发射器件的尺寸，在不改变光模块尺寸的前提下增加光模块的布局空间，由此解决光模块内部电路元件和布线困难的技术问题。
6.为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种发射光器件，发射光器件1包括激光器组件11、光转换组件12、光波导芯片13、光纤阵列14和基板15，其中：
7.所述激光器组件11、所述光转换组件12和所述光波导芯片13分别固定于所述基板15表面，且各自的光轴之间两两耦合；
8.所述光波导芯片13的端面与所述光纤阵列14的端面光路耦合；
9.所述激光器组件11、所述光转换组件12和所述光纤阵列14位于所述光波导芯片13的同一侧；
10.所述激光器组件11发射的光信号经过所述光转换组件12后输入到所述光波导芯片13中，再由同一侧的所述光纤阵列14输出，所述光纤阵列14通过光纤与发射光器件1的发射端口16相连。
11.优选地，所述光转换组件12包括透镜阵列121和隔离器阵列122，其中：
12.所述透镜阵列121中对应透镜和所述隔离器阵列122中的对应隔离器与所述激光器组件11中的对应激光器相对光轴同轴设置；
13.所述激光器组件11的发射光束经过所述透镜阵列121汇聚，发射光束穿过所述隔离器阵列122输入到所述光波导芯片13的输入波导中；
14.所述隔离器阵列122用于隔离由所述光波导芯片13发出的反射光。
15.优选地，所述光波导芯片13包括合波器131和转向光波导132，所述合波器131的输出端与所述转向光波导132的输入端光路耦合，所述转向光波导132的输出端与所述光纤阵
列14耦合，所述合波器131的输入光波导数量与所述激光器组件11中的激光器数量一致。
16.优选地，所述光波导芯片13在输入波导和输出波导一侧的端面被抛光成6至10度。
17.优选地，所述光波导芯片13在输入波导和输出波导的一侧具体为所述光波导芯片13的第一侧，所述转向光波导132将光传输方向进行了180
°
反转，由位于光波导芯片13第一侧上半部的所述合波器131接收来自所述激光器组件11的光信号，发送给位于所述光波导芯片13第一侧下半部的所述转向光波导132。
18.优选地，所述基板15的材质选用钨铜或氮化铝陶瓷。
19.优选地，所述光纤阵列14中的光纤数量与所述发射端口16的数量一致。
20.按照本实用新型的另一方面，提供了一种光模块，光模块包括第一方面中的所述发射光器件1以及模块管壳2、电路板3和接收光器件4，其中：
21.所述发射光器件1、所述电路板3和接收光器件4安装于所述模块管壳2内；
22.所述发射光器件1的基板15上表面的一端与所述电路板3的下表面固定；
23.所述接收光器件4固定于所述电路板3的下表面；
24.所述发射光器件1的基板15下表面与所述模块管壳2底面通过导热垫片或导热胶紧密接触。
25.优选地，所述发射光器件1的激光器组件11表面通过金丝键合的方式与所述电路板3连接。
26.优选地，所述激光器组件表面11与所述电路板3表面之间的高度之差小于100um。
27.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
28.第一方面，发射光器件将光波导芯片的输入波导和输出波导设置在平面光波导芯片的同侧，实现多个激光器的合波，进而减小了光波导芯片的尺寸，同时实现了光路的折叠，进而减小了整个发射器件的尺寸，结构紧凑。
29.第二方面，在符合标准的小型化封装光模块尺寸前提下，解决光模块内部器件布局和电路布局困难的问题。同时，采用本实用新型提供的发射光器件的光模块中，接收光器件位于电路板背面，远离发射端，可有效降低了光模块在接收和发射之间的信号串扰。
附图说明
30.图1是本实施例一中提供的发射光器件结构示意图；
31.图2是本实施例一中提供的发射光器件中光转换组件结构示意图；
32.图3是本实施例二中提供的光模块结构示意图；
33.图4是本实施例二中提供的接受光器件结构示意图。
34.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
35.1-发射光器件；11-激光器组件；111-第一激光器组件；112-第二激光器组件；12-光转换组件；121-透镜阵列；122-隔离器阵列；13-光波导芯片；131-合波器；132-转向光波导；14-光纤阵列；15-基板；16-发射端口；2-模块管壳；21-模块上管壳；22-模块下管壳；3-电路板；4-接收光器件。
具体实施方式
36.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
37.在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。
38.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.实施例一：
40.本实施例一中提供一种发射光器件，如图1所示，发射光器件1包括激光器组件11、光转换组件12、光波导芯片13、光纤阵列14和基板15，其中：
41.所述激光器组件11、所述光转换组件12和所述光波导芯片13分别固定于所述基板15表面，且各自的光轴之间两两耦合。
42.所述光波导芯片13的端面与所述光纤阵列14的端面光路耦合。
43.所述激光器组件11、所述光转换组件12和所述光纤阵列14位于所述光波导芯片13的同一侧。
44.所述激光器组件11发射的光信号经过所述光转换组件12后输入到所述光波导芯片13中，再由同一侧的所述光纤阵列14输出，所述光纤阵列14通过光纤与发射光器件1的发射端口16相连。
45.激光器组件11发射的光经过光转换组件12的汇聚和耦合之后输入到光波导芯片13的输入波导，光波导芯片13的输出波导由光纤与发射端口相连。
46.本实施例一中，如图3所示，激光器组件1分为第一激光器组件111和第二激光器组件112，第一激光器组件111和第二激光器组件112并排放置在基板15的上表面。
47.为了转化发射光的输入和输出，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图2所示，所述光转换组件12包括透镜阵列121和隔离器阵列122，其中：
48.所述透镜阵列121中对应透镜和所述隔离器阵列122中的对应隔离器与所述激光器组件11中的对应激光器相对光轴同轴设置。
49.所述激光器组件11的发射光束经过所述透镜阵列121汇聚，发射光束穿过所述隔离器阵列122输入到所述光波导芯片13的输入波导中。
50.所述隔离器阵列122用于隔离由所述光波导芯片13发出的反射光。
51.本实施例一中，第一激光器组件111和第二激光器组件112的发射光轴与透镜阵列121中对应的透镜光轴在同一条连线上，透镜阵列121中的透镜光轴与隔离器阵列122中的
隔离器光轴一一对应，对于有对应关系的透镜和隔离器，两者的光轴在同一条连线上。
52.第一激光器组件111和第二激光器组件112的发射光分别与经过透镜阵列121中对应的透镜汇聚，再经过隔离器阵列122中对应的隔离器后，通过合波器131耦合，形成输入波导。
53.为了不影响发射光路的合波效果，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图2所示，所述光波导芯片13包括合波器131和转向光波导132，所述合波器131的输出端与所述转向光波导132的输入端光路耦合，所述转向光波导132的输出端与所述光纤阵列14耦合，所述合波器131的输入光波导数量与所述激光器组件11中的激光器数量一致。
54.本实施例一中，平面光波导芯片13包含两个合波器131和两个转向光波导132，第一激光器组件111和第二激光器组件112分别对应一个合波器131，合波器131的输出端分别对应一个转向光波导132，并且两个合波器131的输入波导和转向光波导132的输出波导均位于平面光波导芯片13的同一侧。
55.为了减少光路反射，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述光波导芯片13在输入波导和输出波导一侧的端面被抛光成6至10度。
56.本实施例一中，激光器组件11、光转换组件12和光纤阵列14位于所述光波导芯片13的同一侧，由于输出光波在光波导芯片13的转向光波导132端输出，出于减少光路反射的考虑，需要抛光光波导芯片13在输入波导和输出波导一侧的端面，常规的光波导芯片13需要抛光两端，工艺更复杂，本实施例一中只需抛光一端，节省了工序。
57.为了缩减光波导芯片13的尺寸，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图2和图3所示，所述光波导芯片13在输入波导和输出波导的一侧具体为所述光波导芯片13的第一侧，所述转向光波导132将光传输方向进行了180
°
反转，由位于光波导芯片13第一侧上半部的所述合波器131接收来自所述激光器组件11的光信号，发送给位于所述光波导芯片13第一侧下半部的所述转向光波导132。
58.本实施例一中，光波导芯片13的输入波导和输出波导设置在同一侧，实现多个发射光器件的合波，进而减小了光波导芯片的尺寸，同时实现了光路的折叠，进而减小了整个发射器件的尺寸，结构紧凑。
59.为了便于传热，需要选择导热系数高的基板，并且和光波导芯片13的热膨胀系数较为一致，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述基板15选用钨铜或氮化铝陶瓷。
60.本实施例一中，基板15选用钨铜或氮化铝陶瓷材质，钨铜或aln陶瓷热膨胀系数和光波导芯片13一致，导热系数高。
61.为了传递光波导芯片13输出的光信号，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图1所示，所述光纤阵列14中的光纤数量与所述发射端口16的数量一致。
62.本实施例一中，发射端口16的数量为2，光纤阵列4中的光纤数量同样为2。
63.为了降低多个发射组件聚集在一起的温度，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述激光器组件11设置半导体制冷器和热敏电阻，半导体制冷器和热敏电阻设置在激光器组件11的表面。
64.本实施例一中，半导体制冷器利用半导体的热-电效应制取冷量，用导体连接两块不同的金属，接通直流电，则一个接点处温度降低，另一个接点处温度升高。热敏电阻的电阻值随着温度的变化而改变。在半导体制冷器和热敏电阻的共同作用下，用于控制激光器组件1的工作温度。
65.实施例二：
66.本实施例二提供一种光模块，光模块包括实施例一中的发射光器件1以及模块管壳2、电路板3和接收光器件4，如图3所示，其中：
67.所述发射光器件1、所述电路板3和接收光器件4安装于所述模块管壳2内。
68.所述发射光器件1的基板15上表面的一端与所述电路板3的下表面固定。
69.所述接收光器件4固定于所述电路板3的下表面。
70.所述发射光器件1的基板15下表面与所述模块管壳2底面通过导热垫片或导热胶紧密接触。
71.本实施例二中，发射光器件1的基板15上表面的一端与所述电路板3的下表面固定，由于发射光器件1和电路板3之间通过金丝键合的方式实现电器连接，因此需要将发射光器件1固定在电路板3表面。模块管壳2包括模块上管壳21和模块下管壳22，发射光器件1、电路板3和接收光器件4安装于模块管壳2内。
72.本实施例二中，如图4所示，接收光器件4位于电路板3背面，远离发射端，可有效降低了光模块在接收和发射之间的信号串扰。
73.为了实现激光器组件11与电路板3之间的连接，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述发射光器件1的激光器组件11表面通过金丝键合的方式与所述电路板3连接。
74.为了降低金丝对于光模块高频性能的影响，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述激光器组件11表面与所述电路板3表面之间的高度之差小于100um。
75.本实施例二中，金丝太长会影响高频性能，金丝两端的高度差距越小越好，一般控制在小于100um内。
76.由于发射光器件中的输入波导和输出波导设置在平面光波导芯片的同侧，实现了光路的折叠，进而减小了整个发射器件的尺寸，因此本实施例二提供的光模块可以在符合标准小型化封装光模块尺寸前提下，解决光模块内部器件布局和电路布局困难的问题。
77.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。