一种并行光模块组件的制作方法

1.本实用新型涉及光通信技术领域，具体为一种并行光模块组件。


背景技术：

2.对于多通道并行光组件，多用于40gpbs以上速率的场景，如40g、100g、 200g以及400g、800g等应用中，在数据中心的应用中，通常是中短距离的数据传输，传输距离为50-2km，使用的是sr、dr、fr等多种产品。通过 400g、800g等高速光模块而言，光纤的色散是制约光模块传输距离的主要因素，eml型激光器以获得窄谱宽、外调制的方法是获得稳定调制并且色散低的技术方案，也是现今市场的主流的选择，如专利cn110764202a。然而应用于400g、800g速率的eml型激光器芯片，属于高端有技术瓶颈的核心芯片，价格昂贵，而并行光组件意味着采用多路eml芯片，所以光组件的物料成本很高。如何降低并行光组件的成本一直是业界努力的方向。专利 cn202120785128.9、cn202110412405.6采用的硅光集成芯片方案，适用于单波长并行传输，光接口处的光纤是多通道类似，并不能适用于诸如cwdm4 等多波长并行传输的情形。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种并行光模块组件，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：一种并行光模块组件，包括硅光集成芯片以及波分复用芯片单元，所述硅光集成芯片内集有用于分光的分路器单元、用于调制光信号的调制器单元以及用于将光信号转换成光电流的监控探测器单元，所述调制器单元和所述监控探测器单元均与所述分路器单元连接，所述波分复用芯片单元包括波分复用芯片，所述波分复用芯片具有波分复用波导区单元，所述波分复用芯片包括八路输入波导、两个波分复用波导区以及两路输出波导，所述调制器单元包括八个波导型调制器，八个所述波导型调制器通过八路输入波导与所述波分复用芯片内集成的八路输出波导一一对应连接。
5.进一步，所述分路器单元包括四个3db分路器、四个97:3比例分路器以及四个3:97比例分路器，每个所述3db分路器接一个所述97:3比例分路器和一个所述3:97比例分路器。
6.进一步，所述硅光集成芯片的外表面集成有高速信号焊盘区以及直流控制信号焊盘区。
7.进一步，还包括dsp芯片，所述硅光集成芯片和所述dsp芯片间隔设置，所述dsp芯片设在pcba上。
8.进一步，所述pcba上具有贯通其上下表面的窗口，所述硅光集成芯片位于所述窗口所在的区域内。
9.进一步，所述窗口所在的区域内还具有激光器组、耦合透镜组、阵列隔离器、阵列透镜、玻璃条、波分复用芯片组件以及热沉，所述阵列透镜、所述阵列隔离器、所述耦合透镜
组以及所述激光器组沿所述dsp芯片至所述硅光集成芯片的方向依次设置，所述波分复用芯片单元设在所述阵列透镜、所述阵列隔离器、所述耦合透镜组以及所述激光器组所组成的结构的一侧。
10.进一步，沿所述dsp芯片至所述硅光集成芯片的方向，所述高速信号焊盘区位于所述窗口靠近所述dsp芯片的一侧，所述直流控制信号焊盘区位于所述窗口正对所述波分复用芯片单元的一侧。
11.进一步，所述阵列透镜的四个通道的透镜中心与所述硅光集成芯片的四个输入波导一一对齐连接。
12.进一步，所述波分复用芯片单元还包括双通道输出元件，所述双通道输出元件一侧连接所述波分复用芯片，另一侧接光纤线缆。
13.进一步，所述硅光集成芯片内还集成有四路输入波导，四路输入波导均接入所述分路器单元，所述硅光集成芯片的四路输入波导和所述硅光集成芯片的八路输出波导所在的硅光集成芯片的端面设置成平面或斜面，当设置成斜面时，倾斜角度在4～8
°
之间。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.1、采用硅光集成芯片，通过集成的分路器单元、调制器单元以及监控探测器单元实现八通道传输，具有性能优良、较低成本、结构简单、可靠性高等优点，输入波分复用芯片单元再将八通道复用为四通道，满足低插入损耗、低回波损耗、低光学串扰的要求。
16.2、通过波分复用芯片单元外置，降低了生产要求，成本相对较低，耦合工序少，是400g、800g以上速率的优势选择之一，可应用于cwdm、lwdm 波长，可封装于qsfpdd、osfp等模块中。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例提供的一种并行光模块组件的硅光集成芯片的示意图；
18.图2为本实用新型实施例提供的一种并行光模块组件的立体图；
19.图3为图2的俯视图；
20.图4为图2的侧视图；
21.图5为图2的局部放大示意图；
22.图6为图5的俯视图；
23.图7为图5的侧视图；
24.图8为本实用新型实施例提供的一种并行光模块组件的波分复用芯片的示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.请参阅图1和图8，本实用新型实施例提供一种并行光模块组件，包括硅光集成芯片203以及波分复用芯片单元209，所述硅光集成芯片203内集有用于分光的分路器单元、用于调制光信号的调制器单元以及用于将光信号转换成光电流的监控探测器单元，所述调制
上方设置97：3比例分路器103-7和3：97比例分路器103-8，其中97：3分路器103-7位于左侧；在97：3比例分路器103-1输出两条波导，其中左侧波导臂分光比例是97％，其上方设置mz波导型调制器104-1，右侧波导臂分光比例是3％，其上方设置监控探测器106-1，同样的，在97：3比例分路器103-3 输出两条波导，其中左侧波导臂分光比例是97％，其上方设置mz波导型调制器104-3，右侧波导臂分光比例是3％，其上方设置监控探测器106-3，在 97：3比例分路器103-5输出两条波导，其中左侧波导臂分光比例是97％，其上方设置mz波导型调制器104-5，右侧波导臂分光比例是3％，其上方设置监控探测器106-5，在97：3比例分路器103-7输出两条波导，其中左侧波导臂分光比例是97％，其上方设置mz波导型调制器104-7，右侧波导臂分光比例是3％，其上方设置监控探测器106-7，同样的，在3：97比例分路器103-2 输出两条波导，其中左侧波导臂分光比例是3％，其上方设置监控探测器 106-2，右侧波导臂分光比例是97％，其上方设置mz波导型调制器104-2，在3：97比例分路器103-4输出两条波导，其中左侧波导臂分光比例是3％，其上方设置监控探测器106-4，右侧波导臂分光比例是97％，其上方设置mz 波导型调制器104-4，在3：97比例分路器103-6输出两条波导，其中左侧波导臂分光比例是3％，其上方设置监控探测器106-6，右侧波导臂分光比例是 97％，其上方设置mz波导型调制器104-6，在3：97比例分路器103-8输出两条波导，其中左侧波导臂分光比例是3％，其上方设置监控探测器106-8，右侧波导臂分光比例是97％，其上方设置mz波导型调制器104-8。3：97比例分路器和97：3比例分路器只是一个优选比例，分光比不限，可根据功率需要调整，调整范围95：5～99.5：0.5之间或0.5：99.5～5：95均可。八个mz 波导型调制器从左到右依次是104-1、104-2、104-3、104-4、104-5、104-6、 104-7、104-8，八个mz波导型调制器通过波导依次连接八个发射输出波导 105-8、105-7、105-6、105-5、105-4、105-3、105-2、105-1。在八个mz波导型调制器区域的左侧是直流控制信号焊盘区108，上方是高速信号焊盘区107。
30.进一步优化上述方案，请参阅图1，高速信号焊盘区107位于硅光集成芯片203的长边界的一侧，并平行于长边界，直流控制信号焊盘区108位于硅光集成芯片203的短边界的一侧，并平行于短边界。
31.进一步优化上述方案，请参阅图1，所述硅光集成芯片203的四路输入波导101-1、101-2、101-3、101-4经过特殊设计的稳模波导，长度大于1毫米，具有约1db的插入损耗，使得从外界输入的任意光束通过硅光集成芯片203 的四路输入波导101-1、101-2、101-3、101-4之后具有稳定的单模场，任意光束包括倾斜入射的光束、超过或小于波导理论单模口径的光束、不均匀的光束、多横模场的光束、强度多峰的光束等等。由于硅光集成芯片203的四路输入波导101-1、101-2、101-3、101-4是稳模波导，所以输入到3db分路器的光波是均匀的单模场，3db分路器的分光比例非常稳定，从而也确保了四个97：3比例分路器、四个3：97比例分路器、八个mz调制器以及八个监控探测器的输入模场的稳定性。
32.进一步优化上述方案，请参阅图1，硅光集成芯片203的四路输入波导101-1、101-2、101-3、101-4以及硅光集成芯片203的八路输出波导105-1、 105-2、105-3、105-4、105-5、105-6、105-7、105-8所在的硅光集成芯片203 的端面设置成平面或者倾斜角度的方式，当设置成倾斜角度时，倾斜角优选 4-8
°
。硅光集成芯片203的材质不限于硅基材料、薄膜铌酸锂材料。
33.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图2、图3和图4，并行光模块组件还包
括pcba201、lc/xmd型光接口202-1、lc/xmd型光接口202-2、硅光集成芯片203、激光器组204、耦合透镜组205、阵列隔离器206、阵列透镜207、玻璃条208、波分复用芯片单元209、光纤线缆210-1、光纤线缆 210-2、dsp芯片211、热尘501以及支撑板401。所述硅光集成芯片203和所述dsp芯片211间隔设置，所述dsp芯片211设在pcba201上。在pcba201 的上表面中部设置dsp芯片211，在上表面右侧约3/4设置窗口212，窗口212 完全贯通pcba211。硅光集成芯片203、激光器组204、耦合透镜组205、阵列隔离器206、阵列透镜207、玻璃条208、波分复用芯片单元209以及热尘 501全部位于窗口212的区域之内。支撑板401有两层台阶，一个高层台阶 502和一低层台阶，其中低层台阶位于窗口212的下方，并且完全覆盖窗口 212，紧贴pcba201，通过结构胶固化粘接在pcba201的下方。支撑板401 的高层台阶502完全设置在窗口212内部。支撑板401呈现长方形，四周与窗口212之间预留0.05-0.15毫米的间隙。在支撑板401高层台阶502上，通过高导热胶固定硅光集成芯片203，在支撑板401低层台阶的上方、窗口212 的内部设置热尘501，热尘501通过高导热胶粘接在支撑板401低层台阶的上方。在热尘501上方设置有激光器组204、耦合透镜组205、阵列隔离器206 以及阵列透镜207。硅光集成芯片203完全覆盖支撑板401的高层台阶502，在高度上硅光集成芯片203的上表面平行或者略高于pcba201的上表面，约 0-0.15mm。
34.进一步优化上述方案，请参阅图3，硅光集成芯片203的设置方向满足：高速信号焊盘区107位于左侧，靠近窗口212的左侧边界，直流控制信号焊盘区108位于下方，靠近窗口212的下方边界。按此方式，硅光集成芯片203 的12条输入/输出波导波导全部位于右侧。pcba201根据不同的电芯片方案，可以采用dsp芯片211直接驱动硅光集成芯片203，也可以采用采用分级式驱动，即采用driver芯片驱动硅光集成芯片203，采用dsp(数字信号处理) 芯片211驱动driver芯片。本实施例采用第一种方案。按此方案，在pcba 靠近窗口215的左侧边界处，设置高频走线以及引脚焊盘，引脚焊盘与硅光集成芯片203的高速信号焊盘区107直接进行金丝键合，在pcba靠近窗口 212的下侧边界处，设置控制信号走线以及引脚焊盘，引脚焊盘与硅光集成芯片203的直流控制信号焊盘区108直接进行金丝键合。
35.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图3和图4，整个并行光模块组件包含两大部分，第一部分是pcba201，其余部分均为光路部分。光路部分又包含输入与输出两组元件，其中输入元件包含硅光集成芯片203、激光器组204、耦合透镜组205、阵列隔离器206和阵列透镜207，输出元件包含波分复用芯片单元209、光纤线缆210-1、光纤线缆210-2和lc/xmd型光接口 202-1、lc/xmd型光接口202-2。输入元件的激光器组204、耦合透镜组205、阵列隔离器206和阵列透镜207的通道数相同，本实施例中采用四通道，即激光器组204包含四个激光器芯片，波长优选cwdm4的四个波长，比如 1271nm、1291nm、1311nm和1331nm，每个激光器芯片均设置在一个由高导热材料制成的载体上，呈等间距分布，在高导热材料制成的载体上表面、激光器芯片的侧边设置一个电容，用于滤波。激光器芯片是直流型大功率激光器芯片，芯片本身不需要加高频信号，仅供直流电流。在激光器组204的侧边、热尘501的上表面设置热敏电阻(图中未画)，用于监控激光器芯片的温度。耦合透镜组205、阵列隔离器206和阵列透镜207各自的四个通道的物理参数相同，各通道呈等间距分布，间距与激光器的间距相同。激光器芯片的出光方向朝向左侧，即朝向硅光集成芯片方向，激光器芯片的出光方向、耦合透镜组205和阵列隔离器206均平行于硅光集成芯片的短边界，并且激光器芯片的出光方向与耦合透镜组205同轴设置，所以激光器芯片出射的光束经过耦合透镜组
205、阵列隔离器206之后仍平行于硅光集成芯片203的短边界。
36.作为本实用新型实施例的优化方案，请参阅图5、图6和图7，阵列透镜 207设置在硅光集成芯片203的右侧，在光学上，阵列透镜207的四个通道的透镜中心与硅光集成芯片的四个输入波导101-1、101-2、101-3、101-4是一一对齐的。阵列透镜207通过高精度自动贴片机贴装在热尘501上，并通过胶水固定。在阵列透镜207的右侧是阵列隔离器206，是常规的磁光型隔离器，由四个磁光晶体和磁块组成，磁光晶体的中心与阵列透镜207的四个透镜的中心一一对齐。在阵列隔离器206的右侧是耦合透镜组205，耦合透镜组205 是四个单独的透镜，通过高精度耦合机耦合之后，再由紫外双固化胶直接固定在热尘501上。在耦合透镜组205的右侧是激光器组204，激光器组204位于热尘401的右端。
37.进一步优化上述方案，对于输出元件，其包含波分复用芯片单元209、光纤线缆210-1、光纤线缆210-2和lc/xmd型光接口202-1、lc/xmd型光接口202-2。波分复用芯片单元209包含一个波分复用芯片504和双通道输出元件503。如图8所示，波分复用芯片504包含八路输入波导，在图中的标号分别是801-1、801-2、801-3、801-4、801-5、801-6、801-7、801-8、其还包括波分复用波导区802-1、波分复用波导区802-2和两路输出波导在图中的标号分别是803-1、803-2，其中输入波导801-1、输入波导801-2、输入波导801-3、输入波导801-4、波分复用波导区802-1和输入波导803-1是一组波分复用元件，输入波导801-5、输入波导801-6、输入波导801-7、输入波导801-8、波分复用波导区802-2和输入波导803-2是一组波分复用元件。输入波导801-1、输入波导801-2、输入波导801-3、输入波导801-4、输入波导801-5、输入波导801-6、输入波导801-7、输入波导801-8与硅光集成芯片203的输出波导 105-1、输出波导105-2、输出波导105-3、输出波导105-4、输出波导105-5、输出波导105-6、输出波导105-7、输出波导105-8一一对齐。波分复用波导区802-1、802-2的光学结构不限，可以是awg型、mz干涉型、刻蚀光栅型等，作用是将输入波导801的四个波长合波到输出波导803，并实现低插入损耗、低回波损耗、低光学串扰的要求。双通道输出元件503结构不限，优选fa型组件或毛细管组件类型。双通道输出元件503中有两根光纤，两根光纤与波分复用芯片504的输出波导803-1、输出波导803-2一一对齐。波分复用芯片单元209、光纤线缆210和lc/xmd型光接口202-1、lc/xmd型光接口 202-2组成一个半成品组件，方便整个光组件的耦合与封装，其中光纤线缆 210-1、光纤线缆210-2的左端设置在双通道输出元件503的内部，通过胶水固定。波分复用芯片单元209与硅光集成芯片203是通过高精度耦合机实现精准定位的，经过高精度耦合后，在波分复用芯片单元209与硅光集成芯片 203之间涂折射率匹配胶，并设置一个玻璃条208，玻璃条208的作用是加强波分复用芯片单元209与硅光集成芯片203之间的结合力。
38.进一步优化上述方案，如图7所示，波分复用芯片单元209与热尘401 并没有直接接触，而是悬空在热尘401的上方。波分复用芯片单元209与光纤线缆210是一体的，光纤线缆210悬空在pcba201的上方，光纤线缆210 的端部连接lc/xmd型光接口202-1、lc/xmd型光接口202-2，lc/xmd型光接口202-1、lc/xmd型光接口202-2是满足国际标准的光接口。
39.至此，本并行光模块组件的光路传输路径为：激光器芯片发射直流光波，经过耦合透镜组205、阵列隔离器206、阵列透镜207之后进入硅光集成芯片 203的输入波导101，之后通过3db分路器102、97：3比例分路器/3：97比例分路器之后，主要光波进入mz调制器104，少量光波进入监控探测器108，通过监控探测器108的能量值，通过反馈的方式可控制激光器
芯片的能量输出。进入mz调制器104的光波通过mz调制器104的高频调制后变成交流的高频信号光束，但是光束的横模场仍满足单模条件，高频信号光束之后通过波导传输到输出波导105，之后进入波分复用芯片单元209，之后进入输入波导801，之后通过波分复用元件802合波后传输到输出波导803，之后经过光纤线缆210进入lc/xmd型光接口202-1、lc/xmd型光接口202-2。光模块组件工作时lc/xmd型光接口处外接标准的光纤跳线。采用集成的硅光集成芯片，采用4路直流激光器组，光接口采用业界成熟的lc/xmd型光接口，具有工艺成熟，集成程序高，成本相对较低，耦合工序少等优点，是400g、 800g以上速率的优势选择之一。
40.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。