NxN并行收发光模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种NxN并行光模块，该光模块包括：高频电路印制板、激光器驱动控制芯片、激光器芯片、2块自聚焦透镜、滤波片、多模光纤阵列以及PD芯片阵列；在发射端光学链路中，激光器芯片同时发出相同波长的激光，经自聚焦透镜1会聚，透射过波长带通滤波片，激光经过自聚焦透镜2再次聚焦，分别入射到多模光纤阵列的通道中；在接收端光学链路中，从多模光纤阵列中的通道射出相同波长的激光，经过自聚焦透镜2会聚，在波长带阻滤波片表面反射，被反射的激光再次被自聚焦透镜2会聚，最终入射到PD芯片阵列中。本发明利用DFB或FP激光器芯片及自聚焦透镜实现了多通道长距离并行收发，实现了器件小型化，集成化。
【专利说明】NxN并行收发光模块
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤通信领域，尤其涉及并行光收发模块，并行光发模块，并行光收模块。
【背景技术】
[0002]并行光发射和接收技术作为高速大容量光传输的实现方案之一,在技术和成本上占有相当的优势。它利用中高速光电技术，依靠信道的重复来取得高速率、大容量的传输。特别是在短距离的通讯，如大型通讯系统中背板与背板间的互联以及局域网内的数据传输等场合，并行光通讯技术体现出更多的优点:如传输速度快，体积小。重量轻，串扰小等。在无线通信、视频、语音等服务的推动下，要求更加高速，更大容量，更长距离的通信解决方案。
[0003]现有的并行光模块采用的VCSEL激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面发射激光器)作为光源，这种类型的光源由于材料和生产工艺的限制目前只用于850nm波段,这一波段在标准光纤中传输时具有很大的损耗,决定了这类光模块只适用于短距离传输，一般的采用VCSEL的光模块传输距离约为300至500米，远不能满足数据传输和PON(Passive Optical Network无源光纤网络)的应用。
[0004]专利文件CN1665086A在VCSEL激光器阵列与光纤阵列耦合中设计加入了自聚焦透镜阵列，能够实现出射光线被平滑且连续的会聚到光纤阵列的接入点，但文件中使用了自聚焦透镜阵列，该种设计比较复杂，且所设计的并行光模块只是发射端，最终只能应用到300米以内的短距离传输。
[0005]专利文件EP1253450A2中有三根光纤和光学部分，光学部分具体包括自聚焦透镜1+滤波片+自聚焦透镜2，其具体应用为光波的复用，并没有实现光的并行，并且这种光学链路的设计应用较窄。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于解决传统并行光模块传输距离短，应用窄问题，本发明提供了以下的技术方案:
[0007]—种NxN并行收发光模块，该光模块包括:高频电路印制板、激光器驱动控制芯片、激光器芯片、2块自聚焦透镜、滤波片、多模光纤阵列以及ro(photo d1de)芯片阵列；
[0008]一块高频电路印制板作为基底，并在其一端形成信号输入接口，接口采用金手指结构；
[0009]驱动控制芯片，其控制激光器芯片，并直接集成在闻频电路印制板上；
[0010]将2块自聚焦透镜分别位于滤波片的两侧，经有源对准后固定在印制电路板上；
[0011]在发射端光学链路中，激光器芯片经有源对准后倒装焊接在印制电路板上，同时发出相同波长的激光，经第一块自聚焦透镜Grin I会聚，透射过滤波片，此滤波片对激光器发射出的波长表现为带通，N束激光经过第二块自聚焦透镜Grin 2再次聚焦，分别入射到多模光纤阵列的N个通道中；
[0012]在接收端光学链路中，从多模光纤阵列中的四个通道入射出N束相同波长的激光，经过自聚焦透镜Grin 2会聚，在滤波片表面反射，滤波片对从光纤阵列中入射出的波长表现为带阻，被反射的N束激光再次被自聚焦透镜2会聚，最终入射到H)芯片阵列中。
[0013]进一步的，激光器芯片为DFB或FP激光器芯片。
[0014]进一步的，激光器芯片之间的间隔为0.1mm，数值孔径为0.4um，激光器芯片距离第一块自聚焦透镜的距离为0.5mm。
[0015]进一步的，自聚焦透镜为折射率随径向渐变的柱状光学透镜，能将激光器发出的光线平滑的聚焦到多模光纤阵列中。
[0016]进一步的，多模光纤阵列的尺寸结构与ΜΤΡ/ΜΡ0标准连接器接口兼容。
[0017]进一步的，PD芯片阵列为1x4线性阵列，PD的耦合难度相对于LD较低，所以选用阵列的形式。
[0018]进一步的，PD阵列中H)芯片彼此之间间距为0.15mm, PD阵列与光纤阵列的中心间距为0.7臟。
[0019]本发明还公开了一种NxN并行光收模块，该光模块包括:高频电路印制板、驱动控制芯片、I个自聚焦透镜2、滤波片、光纤阵列以及ro芯片阵列；
[0020]一块高频电路印制板作为基底，并在其一端形成信号输入接口，接口采用金手指结构；
[0021]将I个自聚焦透镜和滤波片，经有源对准后固定在印制电路板上；
[0022]从多模光纤阵列中的N个通道入射出N束相同波长的激光，经过自聚焦透镜2会聚，在滤波片表面反射，滤波片对从光纤阵列中入射出的波长表现为带阻，被反射的N束激光再次被自聚焦透镜2会聚，最终入射到ro芯片阵列中。
[0023]本发明还公开了一种NxN并行光发模块，该光模块包括:高频电路印制板、驱动控制芯片、N片激光器芯片、2个自聚焦透镜、滤波片、光纤阵列；
[0024]一块高频电路印制板作为基底，并在其一端形成信号输入接口，接口采用金手指结构；
[0025]将I个自聚焦透镜和滤波片，经有源对准后固定在印制电路板上；
[0026]N片激光器芯片经有源对准后倒装焊接在印制电路板上，同时发出相同波长的激光，经第一块自聚焦透镜I会聚，透射过滤波片，此滤波片对激光器发射出的波长表现为带通，N束激光经过第二块自聚焦透镜2再次聚焦，分别入射到光纤阵列的N个通道中。
[0027]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0028]本发明利用DFB或FP激光器芯片及自聚焦透镜实现了多通道长距离并行收发功能，并实现了器件的小型化和集成化。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1NxN并行收发光模块结构示意图。
[0030]图2NxN并行收发光模块光学链路示意图。
[0031]图3NxN并行光收模块光学链路示意图。
[0032]图4NxN并行光发模块光学链路示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范围。
[0034]本发明中的NxN并行收发光模块，以4x4并行收发光模块的设计方案为例。该4x4并行收发光模块由高频印制电路板、激光器驱动控制芯片，4片DFB激光器芯片、2块自聚焦透镜(Grin lens)、滤波片、多模光纤阵列以及1χ4Η)芯片阵列组成。该光模块可应用在
2.5Git/s, 10Gbit/s以及更高传输速率的应用中。
[0035]高频印制电路板为基底用于承载驱动芯片，激光器芯片，自聚焦透镜等元件。各个元件的位置是精确固定了，以实现设计好的光路。高频印制电路板的一端形成一个信号输入接口，改接口采用金手指结构。
[0036]DFB激光器芯片，DFB (Distributed Feedback Laser),即分布式反馈激光器,其不同之处是内置了布拉格光栅(Bragg Grating)，属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质。DFB激光器光谱特性非常好，可以避免长度传输中色散的影响，所以，广泛的使用在长距离、高速率的应用场合。
[0037]FP(Fabry-Perot)激光器芯片，FP腔为谐振腔，发出多纵模相干光的半导体发光器件。这类器件的特点:输出光功率大、发散角较小、光谱较窄、调制速率高，适合于较长距离通信。
[0038]此设计中有4片激光器芯片，这4片芯片所激射出的激光为同一波长(1310nm)，发散角为25x30°这四片激光器芯片精确的固定在高频印制电路板上。
[0039]自聚焦透镜为折射率随径向渐变的柱状光学透镜，能将激光器发出的光线平滑的聚焦到多模光纤阵列中。本发明采用两组自聚焦透镜，分别位于滤波片的两侧，经有源对准后固定在印制电路板上。自聚焦透镜I尺寸为6mmX4mmX4mm，自聚焦透镜2的尺寸为3mmX4mmX4mm0
[0040]滤波片为波分滤波片，其对发射端激光表现为带通，对于射入光纤阵列中的激光表现为带阻，也就是说，DFB激光器发射的激光记过自聚焦透镜I会聚后直接透过滤波片，而射入光纤阵列的激光经自聚焦透镜2会聚后在滤波片表面反射再次经过自聚焦透镜2。[0041 ] 多模光纤阵列，该光纤阵列的尺寸结构与ΜΤΡ/ΜΡ0标准连接器接口兼容。
[0042]PD芯片阵列为1x4线性阵列，H)的耦合难度相对于LD较低，所以选用阵列的形式。
[0043]本方案中并行收发光模块实施请结合图1。
[0044]实施例1
[0045]本方案中并行收发光模块的具体光学链路原理请结合图2:
[0046]在发射端光学链路中，4片DFB激光器芯片同时发出相同波长λ j的激光,经第一块自聚焦透镜I会聚，透射过波长带通滤波片，4束激光经过第二块自聚焦透镜2再次聚焦，分别入射到光纤阵列的4个通道中。
[0047]在接收端光学链路中，从光纤阵列中的四个通道射出4束相同波长为λ2的激光，经过自聚焦透镜2会聚，在波长带阻滤波片表面反射，被反射的4束激光再次被自聚焦透镜2会聚，最终入射到ro芯片阵列中。
[0048]1.选取一块高频电路印制板作为基底，并在其一端形成信号输入接口，接口采用金手指结构；
[0049]2.将两块自聚焦透镜分别位于滤波片的两侧，经有源对准后固定在印制电路板上；
[0050]3.发射端光学链路中；4片DFB激光器芯片经有源对准后倒装焊接在印制电路板上。DFB激光器之间的间隔为0.1mm，数值孔径为0.4um，激光器距离第一块自聚焦透镜的距离为0.5mm。4片激光器芯片同时发出相同波长λ i的激光，经第一块自聚焦透镜GrinI会聚，透射过滤波片，此滤波片对激光器发射出的波长表现为带通，其透射率高于95%，4束激光经过第二块自聚焦透镜Grin 2再次聚焦，分别入射到光纤阵列的4个通道中。
[0051]4.在接收端光学链路中，从光纤阵列中的四个通道入射出4束相同波长λ2的激光，经过Grin 2会聚，在滤波片表面反射，滤波片对从光纤阵列中入射出的波长表现为带阻，被反射的4束激光再次被Grin 2会聚，最终入射到H)阵列中。H)阵列中H)芯片彼此之间间距为0.15mm, PD阵列与光纤阵列的中心间距为0.7mm。
[0052]实施例2
[0053]本方案中并行光收模块的具体光学链路原理请结合图3:
[0054]并行光发模块:4片DFB激光器芯片同时发出相同波长A1的激光,经第一块自聚焦透镜I会聚，透射过波长带通滤波片，4束激光经过第二块自聚焦透镜2再次聚焦，分别入射到光纤阵列的4个通道中
[0055]实施例3
[0056]本方案中并行光发模块的具体光学链路原理请结合图4:
[0057]并行光收模块:从光纤阵列中的四个通道射出4束相同波长为λ2的激光，经过自聚焦透镜2会聚，在波长带阻滤波片表面反射，被反射的4束激光再次被自聚焦透镜2会聚，最终入射到ro芯片阵列中。
[0058]本发明中有关FP激光器芯片的实施例，如以上实施例所示，只是将DFB激光器芯片变换为FP激光器芯片，有关内容不再赘述。
[0059]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范围。
【权利要求】
1.NxN并行收发光模块，其特征在于，该光模块包括:高频电路印制板、激光器驱动控制芯片、激光器芯片、2块自聚焦透镜、滤波片、多模光纤阵列以及H)芯片阵列； 一块高频电路印制板作为基底，并在其一端形成信号输入接口，接口采用金手指结构； 驱动控制芯片，其控制激光器芯片，并直接集成在高频电路印制板上； 将2块自聚焦透镜分别位于滤波片的两侧，经有源对准后固定在印制电路板上；在发射端光学链路中，激光器芯片经有源对准后倒装焊接在印制电路板上，同时发出相同波长的激光，经第一块自聚焦透镜Grin I会聚，透射过滤波片，此滤波片对激光器发射出的波长表现为带通，N束激光经过第二块自聚焦透镜Grin 2再次聚焦，分别入射到多模光纤阵列的N个通道中； 在接收端光学链路中，从多模光纤阵列中的四个通道入射出N束相同波长的激光，经过自聚焦透镜Grin 2会聚，在滤波片表面反射，滤波片对从光纤阵列中入射出的波长表现为带阻，被反射的N束激光再次被自聚焦透镜2会聚，最终入射到H)芯片阵列中。
2.根据权利要求1所述的NxN并行收发光模块，其特征在于，所述激光器芯片为DFB或FP激光器芯片。
3.根据权利要求1所述的NxN并行收发光模块，其特征在于，所述激光器芯片之间的间隔为0.1mm，数值孔径为0.4um，激光器芯片距离第一块自聚焦透镜的距离为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的NxN并行收发光模块，其特征在于，所述自聚焦透镜为折射率随径向渐变的柱状光学透镜，能将激光器发出的光线平滑的聚焦到多模光纤阵列中。
5.根据权利要求1所述的NxN并行收发光模块,其特征在于,所述多模光纤阵列的尺寸结构与MTP/MPO标准连接器接口兼容。
6.根据权利要求1所述的NxN并行收发光模块，其特征在于，所述H)芯片阵列为IxN线性阵列，PD的耦合难度相对于LD较低，所以选用阵列的形式。
7.根据权利要求6所述的NxN并行收发光模块，其特征在于，所述H)阵列中PD芯片彼此之间间距为0.15mm, PD阵列与光纤阵列的中心间距为0.7mm。
8.NxN并行光收模块，其特征在于，该光模块包括:高频电路印制板、驱动控制芯片、I个自聚焦透镜2、滤波片、光纤阵列以及H)芯片阵列； 一块高频电路印制板作为基底，并在其一端形成信号输入接口，接口采用金手指结构； 将I个自聚焦透镜和滤波片，经有源对准后固定在印制电路板上； 从多模光纤阵列中的N个通道入射出N束相同波长的激光，经过自聚焦透镜2会聚，在滤波片表面反射，滤波片对从光纤阵列中入射出的波长表现为带阻，被反射的N束激光再次被自聚焦透镜2会聚，最终入射到H)芯片阵列中。
9.NxN并行光发模块，其特征在于，该光模块包括:高频电路印制板、驱动控制芯片、N片激光器芯片、2个自聚焦透镜、滤波片、光纤阵列； 一块高频电路印制板作为基底，并在其一端形成信号输入接口，接口采用金手指结构； 将I个自聚焦透镜和滤波片，经有源对准后固定在印制电路板上； N片激光器芯片经有源对准后倒装焊接在印制电路板上，同时发出相同波长的激光，经第一块自聚焦透镜I会聚，透射过滤波片，此滤波片对激光器发射出的波长表现为带通，N束激光经过第二块自聚焦透镜2再次聚焦，分别入射到光纤阵列的N个通道中。
【文档编号】G02B6/43GK104169769SQ201480000771
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】许远忠, 毛晶磊, 王强, 吴葵 申请人:索尔思光电（成都）有限公司