CN106597614A - 单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，包括具有透射功能的壳体、适配器组件和准直透镜；壳体上表面设有第一凹槽和第二凹槽，壳体下表面设有第三凹槽，壳体一端部设有通孔，通孔与第一凹槽相通，准直透镜一端与适配器组件连接，另一端贯穿通孔至第一凹槽，第一凹槽和第二凹槽侧壁上分别设有斜面一和斜面二，斜面二上设有反射膜，第三凹槽上设有多通道的透镜阵列。该单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置通过机械结构对准和有源耦合的方法，极大限度减少并行收发光模块光路上需要精确定位安装的光学元件个数，极大精简了光学对准工序，更易于对应产品光学封装的批量生产实现，降低对应产品的光学封装成本。

Description

单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置及其系统
技术领域
本发明属于光学封装技术领域，具体涉及一种单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置及其系统。
背景技术
伴随着数字化的进程，数据的处理、存储和传输得到了飞速的发展，大数据量的搜索服务和视频业务的迅猛增长，极大地带动了以超级计算机和存储为基础的数据中心的发展。40G/100G QSFP+光模块作为短距离数据中心互联应用的主要产品， 有着广阔的市场应用前景，而数据中心光模块的设计思想是通过更小的体积和更低的成本，提供更高的接入密度，最终提高用户接入容量。
并行收发光模块由于能在更小的空间更低的能耗占用下能提供更大的传输带宽，对应的研究发展开始日益加快。当前数据中心应用的长距离传输光模块，模块内包含的光接收器件主流方案为：包含多层陶瓷电路的BOX，带有标准光接口的适配器，光路准直透镜，光解复用器，光路反射镜，聚焦透镜阵列，PD阵列。在对应的光路上逐一对准耦合，方案涉及到光学封装元件很多，每个元件需要在自由空间内的高精度耦合，且相对位置固定后要求光路位移小。
然而，每个元件需要精确定位安装，保证高耦合效率，这造成光学耦合工序繁杂，工艺控制要求高，不利于批量化大规模生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有并行收发光模块中对应的光学封装元件多，元件的定位精度要求高，固定后要求安装偏差小，工序繁杂，工艺要求高，不利于批量化大规模生产的问题。
为此，本发明提供了一种单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，包括壳体、适配器组件和准直透镜；所述壳体上表面设有第一凹槽和第二凹槽，壳体下表面设有第三凹槽，所述壳体一端部设有通孔，通孔与第一凹槽相通，所述准直透镜一端与适配器组件连接，准直透镜另一端贯穿通孔至第一凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽相邻的侧壁上分别设有斜面一和斜面二，所述斜面二上设有反射膜，所述第三凹槽上设有多通道的透镜阵列。
进一步的，上述壳体的材料采用可注塑成型的光学塑料。
进一步的，上述第一凹槽内设有用于承载光学部件的孤岛凸台。
进一步的，上述孤岛凸台周围设有溢胶槽。
进一步的，上述斜面一与壳体垂直面呈α角度，α为0～15度；所述斜面二与壳体垂直面呈β角度，β=45-α/2+arcsin[(sinα)/n]/2，n为壳体材料的折射率。
进一步的，上述透镜阵列的透镜面型为非球面。
进一步的，上述适配器组件的一端为标准光接口，另一端为插针金属件，插针金属件内设有陶瓷棒，且陶瓷棒一端外漏出插针金属件，与准直透镜对接，准直透镜和陶瓷棒定位在通孔内。
进一步的，上述陶瓷棒与准直透镜通过陶瓷套筒对接对位在一起，且陶瓷棒与准直透镜对接缝隙部位通过折射率匹配胶水填充。
进一步的，上述插针金属件与陶瓷套筒和壳体之间均通过光学胶水填充固定。
另外，本发明还提供了一种单光口多路并行光接收耦合系统，包括单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置、光解复用器、柔性电路、金属散热片、PD芯片阵列和TIA芯片；
所述光解复用器耦合固定在第一凹槽内，所述柔性电路贴装在金属散热片上，所述PD芯片阵列和TIA芯片安装在柔性电路板上，PD芯片阵列和TIA芯片位于第三凹槽中，且PD芯片阵列与第三凹槽的透镜阵列相对应，所述金属散热片固定在壳体的下表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的这种单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置依靠壳体，通过机械结构对准和有源耦合的方法，极大限度的减少并行收发光模块中光路上需要精确定位安装的光学元件个数，极大地精简了光学对准工序，更易于对应产品的光学封装的批量生产实现，降低了对应产品的光学封装成本。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置的整体结构示意图。
图2是本发明中壳体的结构示意图。
图3是本发明中准直透镜与适配器组件的组装示意图。
图4是本发明中适配器组件与壳体的组装示意图。
图5是本发明单光口多路并行光接收耦合系统的结构示意图。
图6是实施例2中光学封装的光路原理示意图。
附图标记说明：1、壳体；2、适配器组件；3、准直透镜；4、光学胶水；5、光解复用器；6、柔性电路；7、金属散热片；8、PD芯片阵列；9、TIA芯片；11、通孔；12、第一凹槽；13、孤岛凸台；14、斜面一；15、斜面二；16、第二凹槽；17、第三凹槽；18、透镜阵列；21、标准光接口；22、插针金属件；23、陶瓷套筒；24、陶瓷棒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，包括壳体1、适配器组件2和准直透镜3；所述壳体1上表面设有第一凹槽12和第二凹槽16，光学部件耦合定位在第一凹槽12中，壳体1下表面设有第三凹槽17，所述壳体1一端设有通孔11，通孔11与第一凹槽12相通，所述准直透镜3一端与适配器组件2连接，准直透镜3另一端贯穿通孔11至第一凹槽12，所述第一凹槽12和第二凹槽16相邻的侧壁上分别设有斜面一14和斜面二15，所述斜面二15上设有反射膜，所述第三凹槽17上设有多通道的透镜阵列18。其中光学部件为光解复用器5，入射光线通过适配器组件2进入准直透镜3进行整形，然后通过第一凹槽12中的光解复用器分解成多路并行光线，该多路并行光线经斜面一14发生θ角度弯折，弯折后的光线经过斜面二14反射至透镜阵列18上进行聚焦。其中斜面一14的设计使入射来的光线发生弯折，避免入射管线向回反射，从而使得全部光线能经斜面二15反射至透镜阵列上。
细化的实施方式，如图2所示，所述壳体1的材料采用可注塑成型的光学塑料。所述第一凹槽12内设有用于承载光学部件的孤岛凸台13，该孤岛凸台13的尺寸与承载的光学部件尺寸相当，优选孤岛凸台13的尺寸略小于光学部件尺寸，孤岛凸台的高度与其承载的光学部件相关，其光学部件通过与准直透镜3耦合在孤岛凸台13上实现定位，并通过光学胶水4对光学部件和孤岛凸台14进行固定；而对光学部件耦合定位时，为了防止光学胶水4漫溢至光学部件的光学平面，阻碍光线传输，在所述孤岛凸台13周围设有溢胶槽。所述斜面一14与壳体1垂直面呈α角度，α为0～15度，优选α为8度；所述斜面二15与壳体1垂直面呈β角度，β=45-α/2+arcsin[(sinα)/n]/2，n为壳体材料的折射率。所述透镜阵列18的面型为非球面，透镜阵列18的横向偏移量的大小亦依赖孤岛凸台13上的光学部件。
如图3所示，所述适配器组件2的一端为标准光接口21，另一端为插针金属件22，插针金属件22内设有陶瓷棒24，且陶瓷棒24一端外漏出插针金属件22，与准直透镜3对接，准直透镜3为圆柱体状，经过研磨，准直透镜3的外径与适配器组件2的陶瓷棒24外径大小相同，准直透镜3与陶瓷棒24的对接端均光学研磨成PC面。而为了使得陶瓷棒24与准直透镜3能更好的定位，所述陶瓷棒24与准直透镜3通过陶瓷套筒23对接对位在一起，该陶瓷套筒23可以选用适配器组件2加工中使用的闭口陶瓷套筒，开口陶瓷套筒，或者经特殊加工的高精度圆筒形部件；另外，所述陶瓷棒24与准直透镜3对接缝隙部位通过折射率匹配胶水填充，胶水固化后，准直透镜3和陶瓷棒24牢固对接。而所述插针金属件22与陶瓷套筒23之间通过光学胶水4填充固定。
如图4所示，为了方便带有准直透镜3的适配器组件2定位，所述壳体1端面上通孔11有多个，且该多个通孔11同轴心沿壳体1由外至内孔径依次减小，本实施例中通孔11为三个，其孔径大小由大到小依次等于插针金属件22的外径、陶瓷套筒23的外径和准直透镜3的外径；将带有准直透镜3的适配器组件2与壳体1通过通孔11进行对接，准直透镜3贯穿通孔11至第一凹槽12内，陶瓷套筒23卡合在中间通孔处，插针金属件22卡合在外端通孔处，且插针金属件22与壳体1之间通过光学胶水4进行填充固定。
实施例2：
本实施例是上述实施例1中的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置在100G高速LAN-WDM光模块接收端的光学封装中的具体应用。如图5所示，将一个LAN-WDM光解复用器5耦合固定在第一凹槽12的孤岛凸台13上，柔性电路6贴装在一金属散热片7上，一个四通道PD芯片阵列8和一个四通道TIA芯片9通过高精度贴片机安装在柔性电路板6上，再通过金丝绑定（Wire Bonding），实现软带和PD芯片及TIA芯片的电气性能连接；贴装有柔性电路板6的金属散热片7通过光学胶水4固定在壳体1的下表面，柔性电路板6上的PD芯片阵列8和四通道TIA芯片9位于第三凹槽17中，且PD芯片阵列8与第三凹槽17的透镜阵列18相对应，本实施例中的透镜阵列18亦为四通道，通过柔性电路板6，LAN-WDM光解复用器5和本发明单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置之间相对位置的耦合调整，实现四通道PD芯片阵列8光敏面与四路透镜阵列18入射光的对准，进而PD芯片阵列8将光信号转换成电信号，完成光器件接收端的光学封装。
如图6所示，本实施例光学封装的光路原理如下：进入适配器组件2的入射光包含四路混合波长λ1、λ2、λ3、λ4，入射光进入准直透镜3后，准直透镜3对光束进行整形，将有一定入射角度的发散光转换为准直光；然后通过耦合调整LAN-WDM光解复用器5的相对位置，将包含四个波长的准直光分解为波长λ1，λ2，λ3，λ4四路的单波长，四路单波长经过斜面一14，光线发生弯折，弯折后的光线经过斜面二15发生反射，然后分别经透镜阵列18的四个通道对应入射至PD芯片阵列8的四个通道上，PD芯片阵列8将光信号转变为电信号，从而实现光电探测功能。
综上所述，本发明提供的这种单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置依靠壳体，通过机械结构对准和有源耦合的方法，极大限度的减少并行收发光模块中光路上需要精确定位安装的光学元件个数，极大地精简了光学对准工序，更易于对应产品的光学封装的批量生产实现，降低了对应产品的光学封装成本。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：包括具有透射功能的壳体(1)、适配器组件(2)和准直透镜(3)；所述壳体(1)上表面设有第一凹槽(12)和第二凹槽(16)，壳体(1)下表面设有第三凹槽(17)，所述壳体(1)一端部设有通孔(11)，通孔(11)与第一凹槽(12)相通，所述准直透镜(3)一端与适配器组件(2)连接，准直透镜(3)另一端贯穿通孔(11)至第一凹槽(12)，所述第一凹槽(12)和第二凹槽(16)相邻的侧壁上分别设有斜面一(14)和斜面二(15)，所述斜面二(15)上设有反射膜，所述第三凹槽(17)上设有多通道的透镜阵列(18)。
2.如权利要求1所述的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：所述壳体(1)的材料采用可注塑成型的光学塑料。
3.如权利要求1所述的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：所述第一凹槽(12)内设有用于承载光学部件的孤岛凸台(13)。
4.如权利要求3所述的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：所述孤岛凸台(13)周围设有溢胶槽。
5.如权利要求1所述的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：所述斜面一(14)与壳体(1)垂直面呈α角度，α为0～15度；所述斜面二(15)与壳体(1)垂直面呈β角度，β=45-α/2+arcsin[(sinα)/n]/2，n为壳体材料的折射率。
6.如权利要求1所述的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：所述透镜阵列(18)的透镜面型为非球面。
7.如权利要求1所述的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：所述适配器组件(2)的一端为标准光接口(21)，另一端为插针金属件(22)，插针金属件(22)内设有陶瓷棒(24)，且陶瓷棒(24)一端外漏出插针金属件(22)，与准直透镜(3)对接，准直透镜(3)和陶瓷棒(24)定位在通孔(11)内。
8.如权利要求7所述的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：所述陶瓷棒(24)与准直透镜(3)通过陶瓷套筒(23)对接对位在一起，且陶瓷棒(24)与准直透镜(3)对接缝隙部位通过折射率匹配胶水填充。
9.如权利要求8所述的单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置，其特征在于：所述插针金属件(22)与陶瓷套筒(23)和壳体(1)之间均通过光学胶水(4)填充固定。
10.一种单光口多路并行光接收耦合系统，其特征在于：包括单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置、光解复用器(5)、柔性电路(6)、金属散热片(7)、PD芯片阵列(8)和TIA芯片(9)；
所述光解复用器(5)耦合固定在第一凹槽(12)内，所述柔性电路(6)贴装在金属散热片(7)上，所述PD芯片阵列(8)和TIA芯片(9)安装在柔性电路板(6)上，PD芯片阵列(8)和TIA芯片(9)位于第三凹槽(17)中，且PD芯片阵列(8)与第三凹槽(17)的透镜阵列(18)相对应，所述金属散热片(7)固定在壳体(1)的下表面。
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