CN103197383A

CN103197383A - 阵列定向光耦合装置

Info

Publication number: CN103197383A
Application number: CN2013101090640A
Authority: CN
Inventors: 祝宁华; 陈伟; 刘建国; 刘宇; 袁海庆
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明提供了一种阵列定向光耦合装置。该阵列定向光耦合装置包括：管壳及刚性固定于管壳内的第一芯片支架、第一光学透镜组、共用光隔离器、第二光学透镜组和第二芯片支架；共用光隔离器为片状，其纵切面与固定于第一芯片支架的第一光电子阵列芯片出射光区域相匹配；其中，第一光电子阵列芯片中的各光器件单元输出的多束发散光经过第一光学透镜组后分别转变为平行光；该平行光经过共用光隔离器后，进入第二光学透镜组；经过第二光学透镜组聚焦后，耦合至固定于第二芯片支架的第二光电子阵列芯片的各光器件单元。本发明阵列定向光耦合装置简化了封装工艺，提高了封装器件的可靠性。

Description

阵列定向光耦合装置

技术领域

本发明涉及光电子器件的耦合封装领域，尤其涉及一种阵列定向光耦合装置。

背景技术

光子集成技术是未来更高速率、更大容量光网络所必须依赖的技术。单片集成多波长激光器阵列集成芯片是实现高速率数据传输的核心。其中阵列激光器的定向光耦合是实现多波长光输出的关键。

对于单个半导体激光器的耦合封装，一般在激光器的出光处加入光学透镜，透镜之后再加入光隔离器。光隔离器可以在很大程度上减少外光路的光反馈对激光器的发光特性，如光功率、光波长、光谱线宽及高频响应特性等产生不良影响。此外，在高速直接调制、直接检测光纤通信系统中，反馈光会产生附加噪声，使系统的性能劣化，采用光隔离器也可以消除光反馈的影响。

对于激光器阵列芯片或者阵列光波导多通道光耦合，由于激光器阵列或者光波导间隔在250微米以下，而单个光隔离器的直径在毫米量级，目前没有带光隔离器的激光器阵列芯片和阵列光波导耦合技术。目前采用外置光隔离器的技术，即先利用阵列光纤耦合，然后分别接入分立的光纤耦合型光隔离器进行反馈光的隔离。但是这种方式仍然无法消除光纤阵列耦合结构引起的光反馈和交叉串扰。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种阵列定向光耦合装置。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种阵列定向光耦合装置。该阵列定向光耦合装置包括：管壳及刚性固定于管壳内的第一芯片支架、第一光学透镜组、共用光隔离器、第二光学透镜组和第二芯片支架；共用光隔离器为片状，其纵切面与固定于第一芯片支架的第一光电子阵列芯片出射光区域相匹配；其中，第一光电子阵列芯片中的各光器件单元输出的多束发散光经过第一光学透镜组后分别转变为平行光；该平行光经过共用光隔离器后，进入第二光学透镜组；经过第二光学透镜组聚焦后，耦合至固定于第二芯片支架的第二光电子阵列芯片的各光器件单元。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明阵列定向光耦合装置中，由于阵列中各元件共用同一个隔离器，简化了封装工艺，提高了封装器件的可靠性，能够有效消除光纤阵列耦合结构引起的光反馈和交叉串扰。

附图说明

图1是本发明一种阵列定向光耦合装置的结构示意图；

图2是本发明中三种不同类型的阵列聚光透镜示意图，其中：

(a)为分立透镜阵列侧面的示意图；

(b)为条形透镜的示意图；

(c)为有多个条形透镜组成的集成透镜阵列侧面的示意图。

【主要元件】

1-金属管壳； 2-第一芯片支架；

3-第一光学透镜组； 4-共用光隔离器；

5-第二芯片支架； 6-阵列半导体激光器芯片

7-第二光学透镜组； 8-阵列光纤。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

本发明提出一种基于条形共用光隔离器的阵列定向耦合装置，实现对激光器阵列，多通道光波导输出光的定向耦合。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种阵列定向光耦合装置。图1为本发明实施例阵列定向光耦合装置的结构示意图。如图1所示，该阵列定向光耦合装置包括：金属管壳1，第一芯片支架2，第一光学透镜组3，共用光隔离器4，第二光学透镜组7，第二芯片支架5。第一芯片支架2、第一光学透镜组3、共用光隔离器4、第二光学透镜组7和第二芯片支架5均固定在金属管壳1中。其中，共用光隔离器形状为片状，其纵切面与固定于所述第一芯片支架的第一光电子阵列芯片出射光区域相匹配。

如图1所示，待封装的阵列半导体激光器芯片6压焊在第一芯片支架2上，待封装阵列光纤8被固定在第二芯片支架5上。阵列激光器芯片输出光进入第一光学透镜组3，激光器发散光经透镜成为平行光，平行光经过共用光隔离器后，进入第二光学透镜组7，经过第二光学透镜组7后，平行光聚焦，耦合到阵列光纤8中输出。光学透镜组为分立的透镜组成的透镜阵列，如图2中(a)所示。整套装置实现了阵列集成多波长激光器芯片的定向耦合输出。

至此，本发明第一实施例阵列定向光耦合装置介绍完毕。

本发明中，共用光隔离器可以是法拉第类型或其他类型的光隔离器。

在本发明其他实施例中，阵列半导体芯片为一维阵列，该光学透镜组还可以为一整体结构的轴向延伸的条形透镜，其横截面为弧形，如图2中(b)所示，该条形透镜能兼顾所有的激光器。基于上述的条形透镜，在阵列半导体芯片为二维结构时，该光学透镜组还可以为由多个条形透镜组成的集成透镜阵列，该集成透镜阵列中的一条形透镜对应阵列半导体芯片中一行或者一列的半导体激光器。该类型的光学透镜组适用的范围更广，能够达到更优的聚光性能。

此外，在本发明其他实施例中，第一芯片支架上2固定的光电子集成芯片除了阵列半导体激光器芯片，也可以是光波导阵列芯片或光调制器阵列芯片等。第二芯片支架上固定的光电子集成芯片可以是光波导阵列芯片、探测器阵列芯片、阵列光波导光栅、阵列光纤等等。其中，该阵列光纤可以是普通单模阵列光纤，也可以是多模阵列光纤，还可以是偏振保持阵列光纤。

至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明阵列定向光耦合装置有了清楚的认识。

此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如，管壳的材料还可以为塑料或复合有机材料等。

综上所述，本发明提供一种阵列定向光耦合装置。该装置中的多束激光共用同一隔离器，通过光学透镜组和该隔离器的聚光和定向耦合作用有效减少光信道间的串扰，减少发射光对光源的影响，从而稳定激光器的静态和高频动态工作特性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种阵列定向光耦合装置，其特征在于，包括：管壳及刚性固定于所述管壳内的第一芯片支架、第一光学透镜组、共用光隔离器、第二光学透镜组和第二芯片支架；所述共用光隔离器为片状，其纵切面与固定于所述第一芯片支架的第一光电子阵列芯片出射光区域相匹配；

其中，所述第一光电子阵列芯片中的各光器件单元输出的多束发散光经过第一光学透镜组后分别转变为平行光；该平行光经过所述共用光隔离器后进入第二光学透镜组，经过第二光学透镜组聚焦后，耦合至固定于所述第二芯片支架的第二光电子阵列芯片的各光器件单元。

2.根据权利要求1所述的阵列定向光耦合装置，其特征在于，所述第一光电子阵列芯片和第二光电子阵列芯片为二维阵列；

所述第一透镜组和第二透镜组为透镜阵列，所述第一光电子阵列芯片和第二光电子芯片中的光器件单元与该透镜阵列中的一透镜单元相对应。

3.根据权利要求1所述的阵列定向光耦合装置，其特征在于：所述第一光电子阵列芯片和第二光电子阵列芯片为一维阵列；

所述第一透镜组和第二透镜组为一轴向延伸的条形透镜，该条形透镜的横截面呈圆弧形。

4.根据权利要求1所述的阵列定向光耦合装置，其特征在于，所述第一光电子阵列芯片和第二光电子阵列芯片为二维阵列；

所述第一透镜组和第二透镜组为由多个轴向延伸的条形透镜组成的集成透镜阵列，该集成透镜阵列中的一条形透镜对应所述第一光电子阵列芯片和第二光电子阵列芯片中一行或者一列的光器件单元。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阵列定向光耦合装置，其特征在于：所述管壳的材质为金属或者塑料。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的阵列定向光耦合装置，其特征在于：

所述第一光电子阵列芯片为：阵列半导体激光器芯片、光波导阵列芯片或光调制器阵列芯片；

所述第二光电子阵列芯片为：光波导阵列芯片、探测器阵列芯片、阵列光波导光栅、阵列光纤。