CN105005121B - 一种注塑结构的光纤阵列耦合组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，包括印刷电路板，印刷电路板上设有VCSEL激光器和光纤阵列模块，VCSEL激光器的正上方设有与VCSEL激光器平行的注塑条，印刷电路板上VCSEL激光器的两侧分别固定有用于支撑和固定注塑条的支撑结构，光纤阵列模块包括FA头和并行光纤阵列，FA头固定在印刷电路板上，并行光纤阵列从FA头的一侧伸出FA头至注塑条的正上方，且并行光纤阵列位于注塑条上方的一端上表面为倾斜端面。本发明的注塑结构的光纤阵列耦合组件，通过注塑条实现VCSEL激光器与光纤阵列对准并高效耦合，使光高效地耦合进入光纤阵列，从而提高了光纤阵列的耦合效率与光学容差，避免了光纤直接耦合时会碰到激光器的情况，同时降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种注塑结构的光纤阵列耦合组件。
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。
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，见专利申请号为03128028.5“并行光纤阵列耦合组件”中的对准耦合结构。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，这种方式由于使用的是光线柱面的柱面聚焦特性，轴向耦合容差小，增大了耦合难度；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
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种注塑结构的光纤阵列耦合组件。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，包括印刷电路板，所述印刷电路板上设有VCSEL激光器和光纤阵列模块，所述VCSEL激光器的正上方设有与所述VCSEL激光器平行的注塑条，所述印刷电路板上VCSEL激光器的两侧分别固定有用于支撑和固定所述注塑条的支撑结构，所述光纤阵列模块包括FA头和并行光纤阵列，所述FA头固定在所述印刷电路板上，所述并行光纤阵列从所述FA头的一侧伸出所述FA头至所述注塑条的正上方，且所述并行光纤阵列位于所述注塑条正上方的一端上表面为倾斜端面。
本发明的有益效果是：本发明的一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，通过注塑条实现VCSEL激光器与光纤阵列对准并高效耦合，使光高效地耦合进入光纤阵列，从而提高了光纤阵列的耦合效率与光学容差，避免了光纤直接耦合时会碰到激光器的情况，同时降低了成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述注塑条为半圆柱体，且所述注塑条的曲面靠近所述VCSEL激光器设置，所述注塑条的轴向平面水平且靠近所述并行光纤阵列设置。
上述进一步方案的有益效果是：通过半圆柱体注塑条将并行光阵列与激光进行耦合，这样激光器的光通过了塑料条之后从塑料条的垂直方向压缩了激光器的光斑，让更多的光能进入光纤阵列，进而减小了光的损耗，提高了耦合效率。
进一步：两个所述支撑结构平行间隔设置，且两个所述支撑结构之间的距离与所述注塑条的直径相等。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以将所述注塑条固定牢固，使得VCSEL激光器发出的激光和光纤阵列中的每一条光纤严格对准，在耦合过程中不会出现偏差导致耦合效率降低。
进一步：所述并行光纤阵列的倾斜端面的倾斜角为45°
进一步：所述FA头中包括上基板和下基板，所述并行光纤阵列中的多根光纤通过所述上基板和下基板夹置固定。
上述进一步方案的有益效果是：通过上基板和下基板夹置固定，使得并行光阵列中的光纤可以准确固定，并且不会受到外界干扰而发生错位。
进一步：所述并行光纤阵列中多根光纤等间距设置，所述VCSEL激光器中多个激光器等间距设置，且所述并行光纤阵列中相邻光纤之间的距离和所述VCSEL激光器中相邻激光器之间的距离相等。
上述进一步方案的有益效果是：确保VCSEL激光器中的每个激光器发出的激光与所述并行光纤耦合阵列中的光纤一一精准对应，保证高效耦合。
进一步：所述注塑条的长度大于所述VCSEL激光器的长度。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以确保VCSEL激光器中两端的激光器发出的激光不会流失，完全进入所述注塑条中，进一步提高耦合效率。
进一步：所述支撑结构的高度大于所述VCSEL激光器的高度与所述注塑条的半径之和。
上述进一步方案的有益效果是：这样可以有效避免注塑条碰到VCSEL激光器而损坏VCSEL激光器，降低耦合效率和光学容差。
进一步：所述注塑条的轴向平面四角分别设有用于校准所述VCSEL激光器的标记点。
上述进一步方案的有益效果是：在半圆柱形的注塑条上做出标记点，即可作为VCSEL激光器的4个角的参照点，根据这4个角来调整注塑条与VCSEL激光器的相应位置，使注塑条与VCSEL激光器对准。
进一步：所述印刷电路板和注塑条分别涂有UV胶，并通过紫外光机进行照射固化。
附图说明
图1为本发明的一种注塑结构的光纤阵列耦合组件的俯视图；
图2为本发明的一种注塑结构的光纤阵列耦合组件的侧视图；
图3为本发明的一种注塑结构的光纤阵列耦合组件的主视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、印刷电路板，2、VCSEL激光器，3、注塑条，4、支撑结构，6、标记点；
51、FA头，52、并行光纤阵列。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、2、3所示，一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，包括印刷电路板1，所述印刷电路板1上设有VCSEL激光器2和光纤阵列模块，所述VCSEL激光器2的正上方设有与所述VCSEL激光器2平行的注塑条3，所述印刷电路板1上VCSEL激光器2的两侧分别固定有用于支撑和固定所述注塑条3的支撑结构4，所述光纤阵列模块包括FA头51和并行光纤阵列52，所述FA头51固定在所述印刷电路板1上，所述并行光纤阵列52从所述FA头51的一侧伸出所述FA头51至所述注塑条3的正上方，且所述并行光纤阵列52位于所述注塑条3正上方的一端上表面为倾斜端面，这样可以保证从所述VCSEL激光器2发出的激光穿过所述注塑条3后经由所述倾斜端面折射进入所述并行光纤阵列52。
本实施例中，所述注塑条3为半圆柱体，且所述注塑条3的曲面靠近所述VCSEL激光器2设置，所述注塑条3的轴向平面水平且靠近所述并行光纤阵列52设置。通过半圆柱体注塑条将并行光阵列与激光进行耦合，这样激光器的光通过了塑料条之后从塑料条的垂直方向压缩了激光器的光斑，让更多的光能进入光纤阵列，进而减小了光的损耗，提高了耦合效率。
优选地，两个所述支撑结构4平行间隔设置，且两个所述支撑结构4之间的距离与所述注塑条3的直径相等。本实施例中，所述注塑条3的直径a为2mm，两个所述支撑结构4之间的间距也设置为2mm。通过这种方式可以将所述注塑条3固定牢固，使得VCSEL激光器2发出的激光和光纤阵列中的每一条光纤严格对准，在耦合过程中不会出现偏差导致耦合效率降低。
本实施例中，所述并行光纤阵列52的倾斜端面的倾斜角为45°。这里所述倾斜面远离所述FA头51一端低，靠近所述FA头51一端高，从靠近所述FA头51一端向远离所述FA头51一端倾斜。所述光纤阵列52的倾斜端面通过光纤研磨机对其端面进行研磨，用显微镜进行观察并进行清洗，保证研磨的光纤阵列2端面为45°并且整齐光滑。
本实施例中，所述FA头51中包括上基板和下基板，所述并行光纤阵列52中的多根光纤通过所述上基板和下基板夹置固定。通过上基板和下基板夹置固定，使得并行光阵列52中的光纤可以准确固定，并且不会受到外界干扰而发生错位，保证较高的耦合效率。
本实施例中，所述并行光纤阵列52中的多根光纤和所述VCSEL激光器2中的多个激光器在垂直方向上对齐设置。优选地，所述并行光纤阵列52中多根光纤等间距设置，所述VCSEL激光器2中多个激光器等间距设置，且所述并行光纤阵列52中相邻光纤之间的距离与所述VCSEL激光器2中相邻激光器之间的距离相等。这样确保VCSEL激光器2中的每个激光器发出的激光与所述并行光纤耦合阵列中的光纤一一精准对应，保证高效耦合。本实施例中，所述并行光纤阵列52中相邻光纤之间的距离(图3中d)和所述VCSEL激光器2中相邻激光器之间的距离(图中未示出)均设置为250μm，误差小于0.2μm。
优选地，所述注塑条3的长度大于所述VCSEL激光器2的长度。所述注塑条3的长度大于所述VCSEL激光器2的长度均可以根据实际情况调整，比如所述光纤阵列对应不同种类的VCSEL激光器2时，对应调整所述注塑条3的长度，只需保证注塑条3的长度大于所述VCSEL激光器2的长度。本实施例中，所述注塑条3的长度比所述VCSEL激光器2的长度大3mm。
本实施例中，所述支撑结构4的高度(图2中表示为a+b+c)大于所述VCSEL激光器2的高度c与所述注塑条3的半径a之和。这里，我们设定所述支撑结构4与所述VCSEL激光器2的高度差(图2中表示为a+b)为2.25mm，而所述注塑条3的直径(图2中表示为a)设定为2mm，这样注塑条3与VCSEL激光器2之间的距离(图2中表示为b)为0.25mm，避免注塑条碰到VCSEL激光器2而损坏VCSEL激光器，降低耦合效率和光学容差。
优选地，所述注塑条3的轴向平面四角分别设有用于校准所述VCSEL激光器的标记点。在半圆柱形的注塑条3上做出标记点，即可作为VCSEL激光器2的4个角的参照点，根据这4个角来调整注塑条3与VCSEL激光器2的相应位置，使注塑条3与VCSEL激光器2对准。
本实施例中，所述印刷电路板1和注塑条3分别涂有UV胶，并通过紫外光机进行照射固化。
本发明的一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，通过注塑条实现VCSEL激光器与光纤阵列对准并高效耦合，使光高效地耦合进入光纤阵列，从而提高了光纤阵列的耦合效率与光学容差，避免了光纤直接耦合时会碰到激光器的情况，同时降低了成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：包括印刷电路板(1)，所述印刷电路板(1)上设有VCSEL激光器(2)和光纤阵列模块，所述VCSEL激光器(2)的正上方设有与所述VCSEL激光器(2)平行的注塑条(3)，所述印刷电路板(1)上VCSEL激光器(2)的两侧分别固定有用于支撑和固定所述注塑条(3)的支撑结构(4)，所述光纤阵列模块包括FA头(51)和并行光纤阵列(52)，所述FA头(51)固定在所述印刷电路板(1)上，所述并行光纤阵列(52)从所述FA头(51)的一侧伸出所述FA头(51)至所述注塑条(3)的正上方，且所述并行光纤阵列(52)位于所述注塑条(3)正上方的一端上表面为倾斜端面：
所述注塑条(3)为半圆柱体，且所述注塑条(3)的曲面靠近所述VCSEL激光器(2)设置，所述注塑条(3)的轴向平面水平且靠近所述并行光纤阵列(52)设置；
两个所述支撑结构(4)平行间隔设置，且两个所述支撑结构(4)之间的距离与所述注塑条(3)的直径相等。
2.根据权利要求1所述一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述并行光纤阵列(52)的倾斜端面的倾斜角为45°。
3.根据权利要求1所述一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述FA头(51)中包括上基板和下基板，所述并行光纤阵列(52)中的多根光纤通过所述上基板和下基板夹置固定。
4.根据权利要求3所述一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述并行光纤阵列(52)中的多根光纤与所述VCSEL激光器(2)中的多个激光器在垂直方向上对齐设置。
5.根据权利要求4所述一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述并行光纤阵列(52)中多根光纤和所述VCSEL激光器(2)中多个激光器均等间距设置，且所述并行光纤阵列(52)中相邻光纤之间的距离与所述VCSEL激光器(2)中相邻激光器之间的距离相等。
6.根据权利要求1所述一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述注塑条(3)的长度大于所述VCSEL激光器的长度。
7.根据权利要求1所述一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述支撑结构(4)的高度大于所述VCSEL激光器的高度与所述注塑条(3)的半径之和。
8.根据权利要求1所述一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述注塑条(3)的轴向平面四角分别设有用于校准所述VCSEL激光器的标记点(6)。
9.根据权利要求1至8任一项所述一种注塑结构的光纤阵列耦合组件，其特征在于：所述印刷电路板(1)和注塑条(3)分别涂有UV胶，并通过紫外光机进行照射固化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 430000 Hubei city of Wuhan province East Lake hi tech Development Zone No. two Wu Da Yuan Hang domain Technology Park 2 Building 9 layer A1 Applicant after: WUHAN BOSHENG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 430000 Hubei city of Wuhan province East Lake hi tech Development Zone No. two Wu Da Yuan Hang domain Technology Park 2 Building 9 layer A1 Applicant before: Wuhan Powerise Optoelectronical Technology Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Optical fiber array coupling assembly of injection moulding structure Effective date of registration: 20180521 Granted publication date: 20170912 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd Wuhan branch Pledgor: WUHAN BOSHENG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. Registration number: 2018420000021 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20210506 Granted publication date: 20170912 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch Pledgor: WUHAN BOSHENG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2018420000021 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A fiber array coupling module with injection molding structure Effective date of registration: 20210512 Granted publication date: 20170912 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch Pledgor: WUHAN BOSHENG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021420000021 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |