CN104570240A - 并行光纤阵列与光电子芯片耦合组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种并行光纤阵列与光电子芯片耦合组件，其包括印刷电路板(6)、设置在印刷电路板(6)上的光电子芯片(8)、头端与光电子芯片(8)的每个象元一一对准的光纤阵列模块(5)，光纤阵列模块(5)设置在基座(7)上，基座(7)与印刷电路板(6)相固定。本发明结构简单，耦合性能好，可靠性高。

Description

并行光纤阵列与光电子芯片耦合组件

技术领域

本发明属于光通讯、并行处理计算机等领域中的光电子器件，特别涉及到光通讯、并行处理计算机等领域中，有源和无源光电子芯片输入、输出并行通道耦合含接口的光纤阵列组件。

背景技术

近年来，由于光通信和计算机领域中机群、网络运算系统的迅猛发展，通信容量激增，在此状况下，大容量不再是唯一追求的目标，通信的速度问题越来越受到人们的关注，特别是在一些要求高速的系统中，并行光通信的需求也越来越大。在强大的市场驱动下，用于信息领域中各种新型主动器件和被动器件大量涌现。用于宽带高速领域的面发射激光阵列VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直腔表面发射激光器)芯片、光接收PIN(光电二极管)芯片、各种用途的复用、解复用、分束器等平面波导芯片、微光机电开关MEMS(微机电系统)芯片等相继研制成功。上述芯片要封装制作成使用器件时，必须要有极高精度的光纤阵列组件作为芯片的输入和输出耦合接口，将上述芯片中的每一条光通路，和光纤阵列组件中相应的每一条光纤严格准确的对准，才能将光信号输入、输出，制作成长期稳定实用器件。上述器件的封装技术是确保器件的优良光学特性的关键技术，同时，也是最耗费人力的工序，它是器件成本中最高部分之一。特别是面发射激光阵列VCSEL芯片、光接收PIN芯片要研制成并行发射和接收模块，需要有较高耦合效率的并行光纤阵列耦合组件。

新型的面发射激光阵列VCSEL芯片近几年开始大量实用化，该激光芯片中每一个象元发光直径仅1～2um，腔长约3um，它是一种阈值低、调制速率快、发散角小、圆形光斑、可与多模光纤直接耦合、无需严格温控、可研制成一维和二维阵列芯片、成本低等许多优点的通讯光源。目前850波长VCSEL/PIN并行收发模块已广泛应用于宽带、高速数据通讯和并行处理计算机领域。由大规模集成光电子工艺研制而成的并行发射激光阵列VCSEL芯片，象元之间的标准间距为250um，位置精度误差约0.2um。需要极高精度的一维光纤阵列，采用特殊的耦合结构，才能将一维并行发射激光阵列VCSEL芯片中每一个象元发射的激光束，一对一均匀地耦合到一维光纤阵列中每一条光纤输出。

目前，面发射激光阵列VCSEL芯片、光接收PIN芯片与光纤阵列耦合主要途径是有两种，一种是将一维光纤阵列端部加工成相对于光纤轴线45°光学平面，将加工后的一维光纤阵列的每一条纤芯与并行垂直腔面发射激光阵列芯片VCSEL每一对象或者光接收阵列探测器PIN或GaAs芯片每一象元一对一对准进行直接耦合，见中国专利03128028.5。另一种是在激光阵列和光纤阵列之间加上透镜阵列，利用透镜阵列的汇聚的特点来将激光阵列和光纤阵列分别对准，这样进行耦合，并有较高的耦合效率。但是通过加工光纤阵列的每根光纤端面，使端面相对于光纤轴线45°光学平面，加工费的成本较高，且光纤耦合对准的观察不易进行。而通过透镜阵列来进行对准的这种方法因为透镜阵列对准的调整和观察很不方便，并且设备较多比较复杂，不利于进一步地集成。

发明内容

本发明提供一种并行光纤阵列与光电子芯片耦合组件，本发明结构简单，耦合性能好，可靠性高。

本发明所采用的技术方案是：并行光纤阵列与光电子芯片耦合组件，包括印刷电路板、设置在印刷电路板上的光电子芯片、头端与光电子芯片的每个象元一一对准的光纤阵列模块，光纤阵列模块设置在基座上，基座与印刷电路板相固定。

所述的组件，光纤阵列模块包括盖片、基片和光纤阵列，基片的上表面靠近光纤阵列模块的头端一侧设有多个凹槽，凹槽内放置光纤阵列模块的光纤，形成光纤阵列，凹槽上盖有盖片。

所述的组件，盖片不完全覆盖基片，使得基片的前端露出，光纤阵列的前端伸出基片的前端。

所述的组件，基座呈凸形，基座的凸出部上表面与印刷电路板平行，凸出部上表面与基座的前端面相接处呈弧形；光纤阵列模块的头端设置在基座的前端面，中端设置在基座的弧形部分，尾端设置在基座的凸出部上表面。

所述的组件，基座的两凹端分别设有多个直深到印刷电路板的注胶孔，注胶孔内注入瞬干胶。

所述的组件，基座的凸出部设有凹槽，凹槽内放置瞬干胶，光纤阵列模块通过瞬干胶固定在基座的凹槽内。

所述的组件，光纤阵列中单根光纤之间的间距和每个凹槽之间的间距均为250um。

所述的组件，光纤阵列的前端与基片前端之间的距离为0.2～0.3mm，光纤阵列的前端距离盖片的前端距离为0.8～1.0mm。

所述的组件，光纤阵列的前端与光电子芯片的象元间距为5～20um。

所述的组件，凹槽通过其内放置的无影胶与光纤相固定。

本发明的优点：本发明采用并行光纤切割器直接切割的高精度光纤阵列，每一条光纤间的间距为250um，定位精度可达到0.2um，其精度完全与光电子芯片(如VCSEL阵列芯片)中的每一个象元的位置精度完全匹配，所以，可以完全用于与发射激光阵列VCSEL芯片的直接耦合。同样，光电子芯片中的并行阵列探测器PIN或GaAs芯片象元之间标准间距亦为250um，可以与直接切割的光纤阵列直接耦合或接受。本发明通过向基座两边的5～10个小孔注胶来实现基座与PCB电路板的固定，使得固定容易，可靠性高，它是一种极为简单而紧凑的耦合结构。由于光纤阵列端口不需碾磨加工，只需通过并行光纤切割器直接切割，降低了成本；而且基座盖片跟光纤阵列端口顶端处的距离的设置，使得光纤端面各个角度都能被直接观察，保证光纤阵列与并行发射激光阵列VCSEL容易耦合和对准，从而可以大大提高耦合效率，提高光电子器件的光学性能。

附图说明

图1是本发明中光纤阵列带模块的示意图。

图2是本发明中光纤阵列带模块前端的主视图。

图3是本发明中光纤阵列带模块前端右视图。

图4是本发明中光纤阵列模块整体仰视图。

图5是本发明的光纤耦合结构的示意图。

图6是本发明的光纤耦合结构的主视图。

图7是本发明的光纤耦合结构的左视图。

图8是本发明的光纤耦合结构的俯视图。

图中，1：盖片；2：基片；3：光纤阵列；4：凹槽；5：光纤阵列模块；6：印刷电路板；7：基座；8：光电子芯片；9：注胶孔；

11：相邻的单根光纤之间的距离；12：光纤端面距离盖片前端的距离；13：光纤端面距离基片前端的距离；14：光纤端面与光电子芯片的距离。

具体实施方式

本发明是并行光纤阵列与面发射激光阵列VCSEL芯片或者阵列探测器PIN芯片直接耦合的结构。本发明的并行光纤阵列的耦合组件，包括基座、光纤阵列和PCB电路板，其要点有：(1)所述电路板还包括并行发射激光阵列VCSEL芯片或者阵列探测器PIN或GaAs芯片，(2)所述并行光纤阵列端部裸露纤芯通过并行光纤切割器直接切割，光纤阵列的每一条纤芯与并行发射激光阵列VCSEL芯片每一象元或者阵列探测器PIN或GaAs芯片每一象元一对一对准。

所述的并行光线阵列耦合组件，其要点还有：(3)被并行光纤切割器直接切割的并行光纤阵列和对应并行发射激光阵列VCSEL芯片象元或者并行阵列探测器PIN或者GaAs芯片象元距离5～20um；(4)并行光纤阵列的每根光纤的光纤端面距离基片前沿为0.2-0.3mm，距离盖片前沿为0.8-1.0mm，使光纤露出一部分，便于观察和调整。(5)基座与PCB电路板的固定是通过向基座两边的各5～10个小孔注胶来实现。(6)基座侧面有凹槽用来固定光纤阵列。(7)基座与PCB电路板和光纤阵列成为一个整体的结构。(8)基座的上表面是一个圆弧。(9)光纤阵列的光纤带是贴着基座上表面，平行于PCB板平面引出。(10)基片上两个相邻凹槽间的距离是250um。

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并且不用于限定此发明。

本发明提供一种新型的并行光纤阵列耦合组件，是并行光纤阵列与光电子芯片直接耦合的结构。

首先采用OM3(50μm万兆光纤)的多通道的多模光纤阵列模块5，其示意图如图1所示，它是由盖片1、基片2和光纤阵列3组成。多模光纤阵列模块5前端的主视图如图2所示，其中光纤阵列3用光纤带切割刀对其直接进行切割，用显微镜进行观察并进行清洗，保证切割的光纤阵列3整齐并且平整。其中基片2采用高精度石英玻璃基片，凹槽4间距为250um，误差小于0.2um，然后将前面处理好的光纤阵列3放入基片2的凹槽4中，然后用同样材料的石英玻璃盖片1来压住光纤阵列3。其中单根光纤与相邻的单根光纤之间的距离11也是250um，误差小于0.2um，同基片上的凹槽4间距是一致的。多模光纤阵列模块前端右视图如图3所示，光纤端面距离基片2前端的距离13为0.2mm，而光纤端面距离盖片1前端的距离12为0.8mm。如图6、7所示，这种结构保证光纤阵列3每条光纤与光电子芯片8每个象元从各个角度都能被观察到，以便于光纤阵列每条光纤与光电子芯片每个象元能一一对准，实现快速高精度的耦合。然后向凹槽4中注入UV(无影)胶，用紫外光机进行照射并对其进行固化。

光纤耦合结构的示意图如图5所示，它是由前面处理好的光纤阵列模块5、PCB(印刷电路板)板6、含有注胶孔9的基座7和光电子芯片8组成。首先基座7按照示意图来做成，然后再在基座7两边分别打数个注胶孔9，再贴上包括光电子芯片8的PCB板6，在注胶孔9中注入瞬干胶，使基座7和PCB板6能够紧密结合和固定，再加热溶胶，固化。完成之后再将前面制作好的光纤阵列模块5放入在基座7中的凹槽中，同样用瞬干胶固定，同时光纤阵列3引出的光纤带的部分紧贴着基座7的上表面引出，使得光纤中的光能够旋转90°，最后使引出的光纤带能够与PCB板6平行，使光纤阵列3中的光的损耗尽可能的小。如光纤耦合结构的侧视图7所示，光纤端面与光电子芯片8的距离14为5-20um，通过观察和调整，使光纤阵列3的单根光纤与光电子芯片8的接收象元能够一一对准，并且具有较高的耦合效率，同时又控制了制作成本。光纤耦合结构的俯视图如图8所示，在基座7两边都有注胶孔9，该耦合装置操作方便，通用性强，耦合效率高。

Claims (10)

1.并行光纤阵列与光电子芯片耦合组件，其特征在于：包括印刷电路板(6)、设置在印刷电路板(6)上的光电子芯片(8)、头端与光电子芯片(8)的每个象元一一对准的光纤阵列模块(5)，光纤阵列模块(5)设置在基座(7)上，基座(7)与印刷电路板(6)相固定。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：光纤阵列模块(5)包括盖片(1)、基片(2)和光纤阵列(3)，基片(2)的上表面靠近光纤阵列模块(5)的头端一侧设有多个凹槽(4)，凹槽(4)内放置光纤阵列模块(5)的光纤，形成光纤阵列(3)，凹槽(4)上盖有盖片(1)。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于：盖片(1)不完全覆盖基片(2)，使得基片(2)的前端露出，光纤阵列(3)的前端伸出基片(2)的前端。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：基座(7)呈凸形，基座(7)的凸出部上表面与印刷电路板(6)平行，凸出部上表面与基座(7)的前端面相接处呈弧形；光纤阵列模块(5)的头端设置在基座(7)的前端面，中端设置在基座(7)的弧形部分，尾端设置在基座(7)的凸出部上表面。

5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于：基座(7)的两凹端分别设有多个直深到印刷电路板(6)的注胶孔(9)，注胶孔(9)内注入瞬干胶。

6.根据权利要求4所述的组件，其特征在于：基座(7)的凸出部设有凹槽，凹槽内放置瞬干胶，光纤阵列模块(5)通过瞬干胶固定在基座(7)的凹槽内。

7.根据权利要求2或3所述的组件，其特征在于：光纤阵列(3)中单根光纤之间的间距(11)和每个凹槽(4)之间的间距均为250um。

8.根据权利要求2或3所述的组件，其特征在于：光纤阵列(3)的前端与基片(2)前端之间的距离(13)为0.2～0.3mm，光纤阵列(3)的前端距离盖片(1)的前端距离(12)为0.8～1.0mm。

9.根据权利要求2或3所述的组件，其特征在于：光纤阵列(3)的前端与光电子芯片(8)的象元间距(14)为5～20um。

10.根据权利要求2或3所述的组件，其特征在于：凹槽(4)通过其内放置的无影胶与光纤相固定。