光引擎和多通道并行光模块的制作方法

1.本技术涉及光通信技术领域，特别涉及一种光引擎和多通道并行光模块。


背景技术：

2.随着云计算、超清影视和物联网等新型业务的大规模应用和发展，数据中心对流量和带宽的需求急剧增长，目前，数据中心光通信网络已逐渐开始从100g向400g、800g互联过渡。现有的短距多通道光模块(如400g/800g)等多采用双密度光引擎cob(chip on board，板上芯片)封装，基于25gbps vcsel(vertical cavity surface emitting laser，垂直腔面发射激光器)激光器一维阵列，pei(polyetherimide，聚醚酰亚胺)一体注塑透镜，dsp(digital signal process，数字信号处理)芯片和pam4(pulse amplitude modulation，脉冲幅度调制)调制技术来实现更高速率输出。
3.如图1和图2所示，上述方案的多通道并行光模块900’中，dsp芯片4’采用smt(surface mount technology表面贴装技术)封装在电路板1’表面，dsp芯片4’通过走线连接至连接端子5’(具体如金手指)，光引擎100’通过光纤连接器800’与光纤9’之间进行光信号双向传输；图2中，光引擎100’包含两对前后排布的光电芯片和透镜3’，每一光电芯片包括一发射组件21’和接收组件22’，通过使用dsp技术进行信号调制，将25g信号转换为50g baud pam4信号，这样光引擎100’中的两组发射组件21’和两组接收组件22’实现八发八收的光信号传输，即，可实现400gbps光信号传输。
4.以上方案的缺点在于，两对光电芯片和透镜3’需要进行两次耦合，透镜成本、封装效率和耦合率都有损失，同时，前后跨接的两对光纤有交叉以及与透镜3’相互干涉的风险。另外，受限于透镜3’和光纤9’前后布局的限制，远离金手指的光电芯片需要进行较长距离布线，导致该侧的电信号损失大、信号质量差。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种光引擎，旨在解决现有的光引擎中两组光电芯片、两组透镜前后排布导致的封装良率低、耦合率低，以及其中一组光电芯片电信号质量差的技术问题。
6.本技术实施例是这样实现的，一种光引擎，包括电路板、光电芯片和透镜，所述光电芯片包括多个发射组件和多个接收组件，多个所述发射组件在所述电路板表面沿x方向排列，多个所述接收组件在所述电路板表面沿x方向排列，所述发射组件和所述接收组件在y方向上一一对应；
7.所述透镜包括一体成型的透镜本体，所述透镜本体具有第一侧面、第二侧面和反射面，所述第一侧面用于与所述光电芯片相对，包括与各所述发射组件相对的第一入光面以及与各所述接收组件相对的第一出光面，所述第二侧面包括第二入光面和第二出光面，所述反射面用于将来自所述第一入光面的光线反射至所述第二出光面，以及，将来自所述第二入光面的光线反射至所述第一出光面；
8.x方向和y方向相互垂直。
9.在一个实施例中，所述反射面包括第一反射面和第二反射面，所述第一反射面用于将来自其中一个所述发射组件的光线反射至所述第二出光面，所述第二反射面来自其中另一个所述发射组件的光线反射至所述第二出光面；所述第一反射面和所述第二反射面共面或平行。
10.在一个实施例中，所述第一反射面和第二反射面相互平行，且所述第二反射面位于由其中一个所述发射组件、所述第一反射面至所述第一出光面的连线的一侧。
11.在一个实施例中，所述第二反射面由所述透镜本体的中部部分镂空而成。
12.在一个实施例中，所述第一入光面和所述第一出光面共面或平行，所述第二入光面和所述第二出光面共面或平行；所述反射面与所述第一侧面的夹角为45
°
，和/或，所述反射面与所述第二侧面的夹角为45
°
。
13.在一个实施例中，所述光电芯片中所述发射组件和所述接收组件均为两个，所述光电芯片还包括与两个所述发射组件分别连接的发光驱动器，以及与两个所述接收组件分别连接的跨阻放大器，两个所述发光驱动器位于两个所述发射组件的沿x方向的相对两侧，两个所述跨阻放大器位于两个所述接收组件沿x方向的相对两侧。
14.在一个实施例中，所述透镜还包括：
15.在所述第一入光面和/或所述第二入光面上，并与所述透镜本体一体成型的准直透镜；
16.和/或，在所述第一出光面和/或所述第二出光面上，并与所述透镜本体一体成型的形成的会聚透镜。
17.在一个实施例中，所述透镜还包括：
18.在所述透镜本体的两侧，并与所述透镜本体一体成型的粘接部，所述粘接部在z方向上的高度小于所述透镜本体在z方向上的高度；z方向垂直于x方向和y方向。
19.本技术实施例的另一目的在于提供一种多通道并行光模块，包括上述各实施例所说的光引擎，还包括光纤连接器和光纤；所述光纤连接器的第一端朝向所述第二侧面，所述光纤连接器的第二端连接所述光纤。
20.在一个实施例中，所述光纤连接器的第一端的端面平行于y方向并垂直于x方向；每一所述发射组件包括在y方向上排列的多个发光件，每一所述接收组件包括在y方向上排列的多个光电探测器。
21.本技术实施例提供的光引擎和多通道并行光模块，通过将多组发射组件和多组接收组件分别并排，并使用一体成型的透镜的反射面对光线进行反射，使得透镜与发射组件、接收组件之间仅需要进行单次耦合、封装，能够提高耦合效率、封装效率，且，多个发射组件至dsp芯片的布线长度、多个接收组件至dsp芯片的布线长度分别接近，不会出现其中一侧信号收发损耗大的问题，同时，还避免了光纤与透镜的跨距离耦合所造成的相互干涉问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
23.图1是现有的使用pam4调制技术的光模块结构示意图；
24.图2是图1所示光模块中的双密度光引擎的结构示意图；
25.图3是本技术实施例提供的光模块的立体结构图；
26.图4是本技术实施例提供的光引擎的一种结构示意图；
27.图5是图4所示的光引擎的正视角度示意图；
28.图6是图4所示的光引擎的侧视角度光路图；
29.图7是图4所示的光引擎的俯视角度示意图；
30.图8是本技术实施例提供的光引擎的另一种结构示意图；
31.图9是图8所示光电芯片的侧视角度光路图。
32.图10是本技术实施例提供的光引擎的第一种透镜的一个角度立体结构图；
33.图11是图10所示透镜的另一角度立体结构图；
34.图12是本技术实施例提供的光引擎的第二种透镜的结构示意图；
35.图13是本技术实施例提供的光模块中发射模块阵列间距与准直透镜阵列间距的关系示意图；
36.图14是本技术实施例提供的光模块中光纤连接器的端面结构示意图；
37.图15是本技术实施例提供的光模块的封装流程示意图。
38.图中标记的含义为：
39.900、900
’‑
多通道并行光模块，100、100
’‑
光引擎；
40.1、1
’‑
电路板；
41.2-光电芯片，21、21’、2101、2102-发射组件，210-发光件，211-发光驱动器，22-接收组件，220-光电探测器，221-跨阻放大器；
42.3、3
’‑
透镜，31-透镜本体，311-第一侧面，3111-第一入光面，3112-第一出光面，312-第二侧面，3121-第二出光面，3122-第二入光面，313-反射面，3131-第一反射面，3132-第二反射面，30-镂空区域，32-准直透镜，33-会聚透镜，34-粘接部；
43.4、4
’‑
dsp芯片；5、5
’‑
连接端子；800、800
’‑
光纤连接器，801-光纤跳线；9、9
’‑
光纤。
具体实施方式
44.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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用以解释本技术，并不用于限定本技术。
45.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接固定或设置在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.为了说明本技术所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
47.请参阅图3，本技术实施例首先提供一种多通道并行光模块900，包括光引擎100和光纤连接器800。光引擎100用于将电信号转换为光信号并向光纤连接器800发射该光信号，以及用于接收来自光纤连接器800的光信号并将该光信号转换为电信号，从而实现光通信。
48.请参阅图7，本技术实施还提供一种光引擎100，光引擎100包括电路板1、封装于电路板1上的光电芯片2，以及封装于电路板1上的透镜3(请结合参阅图10和图11所示)。如图4所示，光电芯片2包括多个发射组件21和多个接收组件22，发射组件21包括多个阵列排布的发光件210，如激光二极管，更具体如vcsel激光器，接收组件22包括多个阵列排布的光电探测器220，如光敏二极管，更具体如pin光电二极管；透镜3设置在光纤连接器800和光引擎100之间，用于接收来自发射组件21的光信号并将其传输至光纤连接器800，以及接收来自光纤连接器800的光信号并将其传输至接收组件22。
49.如图3和图8所示，电路板1上还设有相互电性连接的dsp芯片4和连接端子5(具体如金手指)，发射组件21和接收组件22均与dsp芯片4电性连接。用于控制发射组件21发光的控制信号经由连接端子5和dsp芯片4传递至各发光件210，光纤连接器800的一端即与上述的透镜3连接，光纤连接器800的另一端与光纤9连接(请结合参阅图6和图9所示，为图示清楚，图6和图9中省略光纤连接器800)，以与光纤9进行双向光信号传输。
50.为便于下文描述，请参阅图3至图6所示，在空间内定义出相互垂直的x方向、y方向、z方向，其中，x方向、y方向为电路板1的表面上相互平行的两个方向。
51.如图4、图5和图7所示，多个发射组件21在电路板1的表面沿着x方向排列，多个接收组件22在电路板1的表面沿着x方向排布。发射组件21和接收组件22在y方向上一一对应。
52.在一个实施例中，每一发射组件21包括四个发光件210，四个发光件210沿着y方向排列(图4、图7中以方框整体表示四个发光件210)，也即，每一发射组件21为1
×
4阵列；每一接收组件22包括四个光电探测器220，四个光电探测器220沿着y方向排列(图4、图7中以方框整体表示四个光电探测器220)，每一接收组件22为1
×
4阵列。
53.如图4、图6和图7所示，发射组件21还包括与发光件210电连接的发光驱动器211，接收组件22还包括与光电探测器220电连接的跨阻放大器221。
54.在一个实施例中，发射组件21的数量为2，接收组件22的数量为2，且，两个发光驱动器211沿x方向设置在两组发光件210的相对两侧，两个跨阻放大器221沿x方向设置在两组光电探测器220的相对两侧。这样设置的目的在于，两组发光件210可以尽量靠近，两组光电探测器220可以尽量靠近，进而有利于减少透镜3上与之进行光信号传输的表面面积(请结合参阅图7所示)，从而整体上可以有利于降低透镜3的体积，有利于该多通道并行光模块900的整体小型化；且，两组发光件210至dsp芯片4的布线长度、两组光电探测器220至dsp芯片4的布线长度不会相差过大，不会出现其中一侧信号损耗大的问题。
55.其中，上述的多个发射组件21可以为多个独立的组件，也可以其中有至少两个发射组件21集成，例如，参见图8和图9中所示，上述的两个发射组件21的发光件210集成为2
×
4阵列(在x方向上有2个，y方向上有4个)。这样设置的目的在于，发射组件21的整体面积可以更小，进一步有利于降低透镜3的体积和该多通道并行光模块900整体小型化设计，以及提高信号质量。同理，多个接收组件22也可以相应集成和布置。
56.不限于上述所述，在更多可选实施例中，根据具体需要，发射组件21、接收组件22
的数量可以为其他值，其中的发光件210和光电探测器220的数量和排布可以有其他值，发光件210和发光驱动器211、光电探测器220和跨阻放大器221也可以按照其他方式布置。在此不再一一举例和作特别限定。但，以下仍以多个发射组件21为例进行说明。
57.如图10和图11所示，该透镜3包括透镜本体31，透镜本体31为一体成型件，其具有第一侧面311、第二侧面312和反射面313；具体地，第一侧面311用于与上述光电芯片2的多个发射组件21和多个接收组件22相对，其包括第一入光面3111和第一出光面3112，第二侧面312用于与光纤连接器800相对，其包括第二入光面3122和第二出光面3121，反射面313用于将由第一入光面3111折射进入透镜本体31的光线反射至第二出光面3121，使其由第二出光面3121出射后到达光纤连接器800，以及，将由第二入光面3122折射进入透镜本体31的光线反射至第一出光面3112，使其由第一出光面3112出射后到达接收组件22。
58.在本实施例中，借由该透镜3以及多个发射组件21、多个接收组件22的布置，多个发射组件21发出的光线和多组需要由接收组件22接收的光线均通过同一个透镜3进行反射传输，如此，透镜3与发射组件21、接收组件22之间仅需要进行单次耦合、封装，能够提高耦合效率、封装效率，且，多个发射组件21至dsp芯片4的布线长度、多个接收组件22至dsp芯片4的布线长度分别接近，不会出现其中一侧信号收发损耗大的问题，同时，还避免了光纤9与透镜3的跨距离耦合所造成的相互干涉问题。
59.请结合参阅图3、图6和图14，光纤连接器800的端面平行于由y方向和z方向确定的平面。这样设计的目的是，由于两组发射组件21沿x方向排布，则，如图13所示，光纤连接器800上，tx侧的8个光纤跳线801分为两组，沿y方向排列的4个为一组，对应一个发射组件21，用于接收不同组发射组件21的光纤跳线801为沿着z方向排布，同样，图13中rx侧的8个光纤跳线801分为两组，沿y方向排列的4个为一组，对应一个接收组件22，用于向不同组接收组件22传输光线的光纤跳线801为沿着z方向排布。而现有技术中，用于信号发送的光纤9和用于信号接收的光纤9也是沿着y方向排布，因此，采用本技术实施例的光引擎100，仅需对光纤连接器800的端面作适应性尺寸调整即可，光纤9的顺序不需要做调整，这可以提高本技术实施例的光引擎100的适用范围。图14中，该光纤连接器800的用于与该透镜3连接的一侧端面为2
×
12排布，中部的对应8个光纤跳线801的位置根据具体需要可以为实心导针，用于与透镜3对位连接，或者留空(开孔)设置，此时，导针可一体成型在透镜3的第二侧面上。
60.请参阅图10所示，第一入光面3111和第一出光面3112共面，或平行(二者之间的垂直距离大于0)，并均平行于电路板1的表面。可选地，第一入光面3111和第一出光面3112共面。这样设置的目的在于，一，简化透镜3的第一侧面311的结构、降低制造难度和成本，二，发射组件21的发光中心线可以垂直于第一侧面311，有利于控制光线经由第一入光面3111折射进入透镜本体31后的光束范围，也有利于后续光路的控制。
61.同理，第二入光面3122和第二出光面3121共面，或平行(二者之间的垂直距离大于0)，并均垂直于电路板1的表面、平行于光纤连接器800的端面。可选地，第二入光面3122和第二出光面3121共面。这样设置的目的在于，一，简化透镜3的第二侧面312的结构、降低制造难度和成本，二，光纤9的中心线可以垂直于第二侧面312，有利于控制光线经由第二入光面3122折射进入透镜本体31后的光束范围，也有利于后续光路的控制。
62.反射面313可以为平面，也可以包括多个相互平行但不共面的部分，还可以为折面等，具体可以根据光线在透镜本体31上的入射点和出射点的位置关系进行设计。
63.如图6、图9、图11和图12所示，在一个实施例中，反射面313包括第一反射面3131和第二反射面3132，第一反射面3131用于将其中一组发射组件21(参见图6和图12中的发射组件2101)的光线反射至第二出光面3121，并将来自于第二入光面3122的一部分光线反射至其中一组接收组件22，第二反射面3132用于将其中另一组发射组件21(参见图6和图12中的发射组件2102)的光线反射至第二出光面3121，并将来自于第二入光面3122的另一部分光线反射至其中另一组接收组件22。
64.其中，第一反射面3131和第二反射面3132共面或平行。这样设置的目的在于，反射面313对两组收发光路所产生的偏转作用相同，可以尽量减少两组收发光路之间的交叉和影响(图6、图9和图12中虚线为光路)。
65.进一步地，反射面313为平面，也即第一反射面3131和第二反射面3132共面，这样设置的目的同样是可以简化透镜3的反射面313的结构、降低制造难度和成本。
66.如图10和图11所示，在一个可选实施例中，第一入光面3111和第一出光面3112共面，第二入光面3122和第二出光面3121共面，反射面313与第一侧面311的夹角α2、反射面313与第二侧面312的夹角α1均为45
°
。
67.如图6所示，在该实施例中，两个发射组件21在x方向上排列，两路发射光沿z方向入射至反射面313上后，发生90
°
偏转，偏转后有一路反射光与另一路入射光发生了光路上的交叉，但，vcsel激光器发出的光为椭圆偏振光，偏转90
°
后，入射光与反射光的偏振面变为相互垂直，因而实际不会发生显著干涉，不会影响反射光的继续传输。
68.如图6所示，该透镜本体31的侧视图大体为一直角三角形样式。如此，在该光模块中，两个发射组件21之间的距离d1，则，tx侧两组光纤跳线801之间的距离为d1，rx侧两组光纤跳线801之间的距离为d1，两个接收组件22之间的距离为d1，如图4和图14所示。
69.请结合参阅图12所示，在另一个实施例中，第一反射面3131和第二反射面3132相互平行但不共面，且第二反射面3132位于由发射组件2101、第一反射面3131至第二出光面3121的连线的一侧。也即是说，第二反射面3132是形成在透镜本体31的内部，这使得两个发射组件21的发射光路不会产生交叉，两个接收组件22的接收光路也不会产生任何交叉，并且，还能够显著降低透镜本体31在z方向上的高度，进而有利于该光引擎100和多通道并行光模块900的小型化。
70.在一个实施例中，第二反射面3132由透镜本体31的中部部分镂空而成。也即，如图12所示，在透镜本体31中制作出镂空区域30，该镂空区域30的其中一个面作为第二反射面3132。
71.在一个实施例中，为了提高光线的收发效率，第一反射面3131和/或第二反射面3132上设有反射膜(未图示)。可选地，第一反射面3131和第二反射面3132上均设有反射膜。具体可以采用镀膜或贴膜的形式形成该反射膜。其中，当发射组件21的光线以及来自光纤9的光线以45
°
入射角入射至反射面313上时，对于目前通常使用多种材料的透镜本体31而言，该入射角均满足全反射条件，因而，入射光能够全部发生反射，不会从反射面313折射出透镜本体31，此时，可以省略反射膜。因此，在更多实施例中，可以综合考虑反射面313与发射组件21、光纤9之间的夹角关系以及透镜本体31的折射率，根据需要在反射面第一反射面3131和第二反射面3132上设置或者不设置反射膜。
72.在一个实施例中，该透镜3还包括在第一入光面3111上形成的准直透镜32，和/或
在第二入光面3122上形成的准直透镜32，如图10所示。准直透镜32用于将来自发射组件21的发散光准直为平行光。其中，准直透镜32与透镜本体31为一体成型。可选地，准直透镜32形成在第一入光面3111和第二入光面3122上，且，包括与发光件210的数量对应的子透镜。
73.此外，在一个实施例中，该透镜3还包括在第一出光面3112和/或第二出光面3121上形成的会聚透镜33。会聚透镜33用于将透镜本体31内的平行光会聚，以提高光线进入光纤9和到达接收组件22的比例。其中，会聚透镜33与透镜本体31为一体成型。可选地，会聚透镜33形成在第一出光面3112和第二出光面3121上，且，包括与光电探测器220的数量对应的子透镜。
74.请参阅图10和图11所示，在一个实施例中，该透镜3还包括粘接部34，分别设置在透镜本体31的沿x方向的相对两侧。粘接部34大体呈扁平状，其沿z方向的高度小于透镜本体31在z方向上的高度。粘接部34作为该透镜3与电路板1之间的点胶封装区域，其朝向电路板1的一侧表面为点胶表面。可选地，点胶表面与第一侧面311共面。靠近光纤9一侧的粘接部的34还可以用于对光纤连接器800形成支撑，如图3所示。
75.在一个实施例中，透镜3为pei透镜，通过一体注塑成型制得。
76.请结合参阅15所示，本技术提供的多通道并行光模块900的封装流程为：
77.将两组发射组件21和两组接收组件22分别置于电路板1表面，进行cob封装；
78.将两组发射组件21和两组接收组件22与电路板1的焊盘进行焊接；
79.将透镜3置于光电芯片2上，并进行耦合；耦合后将透镜3与电路板1之间进行点胶封装；
80.将光纤连接器800的光纤跳线801与透镜3对准进行组装。
81.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。