CN107132626A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种光模块，具体通过在光模块中的光复用组件、用于固定光复用组件的底座上设计凸起结构，并将上述凸起作为控制光复用组件贴装后胶水在光复用组件底部的覆盖面积的结构。这样，在光复用组件贴装时，即使使用较大量的胶水，也能很好地控制胶水在光复用组件上的覆盖面积，从而可以有效控制胶水固化后给光复用组件带来的残余应力的大小，确保光模块中的光发射器输出光功率的稳定性。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光收发一体模块，简称光模块，是光通讯领域设备中的一种标准模块。一个标准光模块通常包括光发射器、光接收器、微处理器和激光驱动器等器件；其中，光发射器包括激光器、隔离器、光纤适配器以及将激光器发出的光耦合进光纤适配器的光无源组件，用于将电信号转换成光信号。进一步的，在高速数据通信领域中，为确保数据能够长距离高速传输，目前普遍采用的解决方案是将多路不同波长的光信号复用成一路光信号在单根光纤中进行传输。为实现多个波长光信号复用，通常在光发射器中设置一个基于薄膜滤波片(ThinFilm Filter，TFF)技术的光复用组件。

图1是一种典型的40/100Gbps光发射器的光路图。如图1所示，该光发射器依次包括四个不同波长的激光器70、四个准直透镜60、一个光复用组件50、一个位移棱镜40、一个隔离器30、一个聚焦透镜20和一个适配器10，上述元器件通常采用有源或无源耦合的方式通过胶水直接固定在底座80。图2是光复用组件50的基本结构示意图。如图2所示，该光复用组件50包括一个斜方棱镜501，在斜方棱镜501中靠近准直透镜60的侧壁上设置有四个TFF，在靠近位移棱镜40的侧壁上与TFF1相对的位置镀有增透膜503，其它位置镀有高反膜502。利用该光复用组件50，第一激光器701的光束经第一准直透镜601后，从TFF1处入射进入斜方棱镜501后直接从斜方棱镜501的增透膜503处出来；第二激光器702的光束经第二准直透镜602后，从TFF2处入射进入斜方棱镜501后被高反膜502反射至膜片TFF1，再经膜片TFF1反射后从斜方棱镜501的增透膜503处出来；同理，第三激光器703和第四激光器704的光束在斜方棱镜501中分别经高反膜502的两次和三次折返后从增透膜503处出来。这样，四个波长的光束经过光复用组件50后就汇聚成了一束光，汇聚后的光束经过位移棱镜40改变传输路径至隔离器30，最后经聚焦透镜20和适配器10耦合进入光纤中。

由于隔离器30只允许入射光中偏振方向和其入射方向一致的光通过，所以，为保证隔离器30输出光功率的稳定性，就要求进入隔离器30之前的光具有固定的偏振方向。然而，发明人在实现本发明的过程中发现，由于光复用组件50是通过胶水固定在底座80上的，光复用组件50材料的热膨胀系数与上述胶水的热膨胀系数存在差异，上述热膨胀系数的差异会使贴装光复用组件50用的胶水固化后，给光复用组件50内部带来很大的残余应力。并且，上述残余应力的存在导致通过光复用组件50的光束的偏振方向发生改变，而当光束的偏振方向发生改变后，便会引起光束通过隔离器的光功率就会发生变化，进而导致光发射器输出光功率的变化，影响数据通信质量。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种光模块。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种光模块，该光模块包括底座，固定在底座上的多个激光器，及固定在底座上的将多个激光器所发射的多束激光合成为一束激光的光复用组件，及固定在底座上的接收光复用组件所合成的激光的隔离器，且隔离器的位置设置使得其光入射方向与激光器所发射激光的偏振方向相同；光复用组件的底面上设有凸起，凸起通过胶水与底座粘接。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种光模块，该光模块包括底座，固定在底座上的多个激光器，及固定在底座上的将所述多个激光器所发射的多束激光合成为一束激光的光复用组件，及固定在底座上的接收光复用组件所合成的激光的隔离器，且隔离器的位置设置使得其光入射方向与激光器所发射激光的偏振方向相同；底座上设有凸起，光复用组件底面通过胶水粘接在凸起上，且凸起面积小于光复用组件的底面面积。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种光模块，在底座与光复用组件采用胶水粘接的过程中，多余的胶水会流到凸起外周，不会起到粘接作用，所以即使点胶量很大，也不会影响粘接面积，避免大面积粘接时由于应力分布不均造成光复用组件的微变形；同时由于不需要过份精确的控制点胶量，可以加快粘接工艺的速度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种典型的40/100Gbps光发射器的光路图；

图2为光复用组件的基本结构示意图；

图3为本发明实施例一提供光模块中光复用组件的基本结构示意图；

图3A为本发明实施例一提供光模块中另一种光复用组件的基本结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的光复用组件和底座贴装前、后的基本结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的不同面积的凸起对应光束通过隔离器后光功率的衰减示意图；

图6为本发明实施例一提供的凸起面积为光复用组件的底面面积的60％时，在25℃的测试环境中光束通过隔离器后光功率的衰减示意图；

图7为本发明实施例一提供的凸起面积为光复用组件的底面面积的60％时，在75℃的测试环境中光束通过隔离器后光功率的衰减示意图；

图8为本发明实施例二提供的光模块中光复用组件的基本结构示意图；

图8A为本发明实施例二提供的光模块中另一种光复用组件的基本结构示意图；

图9为本发明实施例三提供的光模块中底座的基本结构示意图

图10为本发明实施例三提供的光模块中另一种底座的基本结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在光模块的封装过程中，基于薄膜滤波片技术的光复用组件是通过胶水直接固定在光模块的底座上，现有技术中，在固定时胶水会覆盖整个光复用组件的底部区域。但是由于光复用组件材料的热膨胀系数与上述胶水的热膨胀系数以及底座材料的热膨胀系数均存在差异，会给光复用组件内部带来很大的残余应力，这个残余应力的存在导致通过光复用组件的光束的偏振方向发生改变，当光束的偏振方向发生改变后，光束通过隔离器后的光功率也就发生变化。因此，通常情况下光复用组件贴装胶水固化后就会出现光功率跌落的情况，有时候跌落后光功率甚至会超过光发射器所容许的范围。

另外，光模块中其它元器件贴装后也需要烘烤，每次烘烤后也会导致光复用组件内的残余应力再次发生变化，由于通过光复用组件的光束偏振方向会随着其内部残余应力的变化而变化，所以，会造成通过隔离器后的光功率，在模块的封装过程中不断的变化。进一步的，在不同的温度下，光复用组件内的残余应力也不相同，例如，光发射器在做高低温测试时，光束的偏振方向会发生不同的变化，这样会导致在高温和低温测得的光发射器输出光功率值也有所不同。

目前光模块设计者知晓到：使用基于薄膜滤波片技术的光复用组件进行合光，存在光发射器输出光功率衰落以及不稳定的问题，但并不知晓该问题是由光复用组件内部残余应力导致其输出的光束的偏振方向不断发生改变所造成的，所以通常会采用其它的成本较高的元器件替代基于薄膜滤波片技术的光复用组件，来解决光发射器输出光功率衰落和不稳定的问题。

针对上述问题，本发明实施例提供了一种光模块中的光复用组件和底座的结构设计，上述结构设计和封装方法的基本原理是：通过控制光复用组件贴装后胶水在光复用组件底部的覆盖面积，来控制胶水固化后给光复用组件带来的残余应力，以保证光功率输出的稳定性。

基于上述原理，以下将结合附图对本发明实施例的光复用组件和底座的结构设计、以及光模块的封装方法进行详细说明。

本发明实施例提供了一种光模块，该光模块包括：底座，固定在底座上的多个激光器，及固定在底座上的将多个激光器所发射的多束激光合成为一束激光的光复用组件，及固定在底座上的接收光复用组件所合成的激光的隔离器，且隔离器的位置设置使得其光入射方向与激光器所发射激光的偏振方向相同，当然，该光模块还可以包括其它元器件。

在上述结构中，光模块中的底座可以是光模块的壳体，也可以是在壳体上铺设的基板或热沉等。

隔离器是光模块领域的常用光学器件，其通过光的偏振原理，仅允许光单方向通过。一般地，隔离器主要包括两个偏振器和一个磁环，偏振器置于磁环前后两侧。入射光的偏振方向与第一个偏振器(又称起偏器)的偏振方向一致，即与隔离器的入射方向一致，然后经过磁环后其偏振面被旋转45度，刚好与第二个偏振器(又称检偏器)的透光轴方向一致，于是光信号全部通过第二个偏振器。由光路引起的反射光先进入第二个偏振器，变成与第一个偏振器透光轴方向成45度夹角的线偏振光，再经过磁环后，偏振方向继续旋转45度，偏振面与第一个偏振器透光轴的夹角为90度，此时光的偏振方向与第一个偏振器的方向是垂直正交的，因而不能通过起偏器，起到了反向隔离的作用。基于隔离器的上述工作原理，本实施例中将隔离器中第一个偏振器的偏振方向称为隔离器的入射方向。

进一步的，光复用组件的底面上设有凸起，凸起通过胶水与底座粘接，图3为本发明实施例一提供的光模块中光复用组件的基本结构示意图。

如图3所示，该光复用组件的底面上设有凸出于其底面的圆形的凸起504，并且该凸起504的面积小于光复用组件底面的面积；

其中，由于光复用组件的材质及加工工艺等因素，在实际生产中凸起504是与光复用组件采用一体成型的结构，当然理论上也可以是分离的结构；

凸起504的形状也不限于本发明实施例提供的圆形，还可以设计为椭圆形、方形、三角形以及不规则形等多种形状。

图3A示出另一种光复用组件结构。如图3A所示，光复用组件的凸起504A为方形。

图4为本发明实施例一提供的光复用组件和底座贴装前、后的基本结构示意图。如图4所示，在光复用组件贴装时，使凸起504对准底座上的胶水，将光复用组件贴装到底座上；也可以在凸起504处涂覆胶水，然后将光复用组件粘接到底座上合适的位置处。

然后，采用合适大小的力压光复用组件，使光复用组件与底座之间的胶水变平整。在压光复用组件过程中，胶水便会在凸起504上扩散开，如果胶水未扩散出凸起504的边缘，光复用组件底面上除凸起504之外的区域便不会与胶水接触；相反，如果底座上胶水量较多，导致多余的部分胶水扩散出凸起504的边缘，由于凸起504是凸出于光复用组件底面的，因此多余的胶水会流到凸起外周，这样光复用组件底面上除凸起504之外的区域便不会与胶水接触。同时，由于凸起504的面积小于光复用组件底面的面积，因此利用上述凸起504结构，便可以有效控制胶水在光复用组件底部的覆盖面积，并阻止胶水流到光复用组件的通光面上。

因此，在底座与光复用组件采用胶水粘接的过程中，多余的胶水会流到凸起外周，不会起到粘接作用，所以即使点胶量很大，也不会影响粘接面积，避免大面积粘接时由于应力分布不均造成光复用组件的微变形；同时由于不需要过份精确的控制点胶量，可以加快粘接工艺的速度。

由于利用凸起504，可以有效控制胶水在光复用组件底部的覆盖面积。根据光复用组件内的残余应力大小，受胶水在光复用组件上覆盖面积大小影响的特点，在光复用组件底部的胶水覆盖面积大小可以被控制的基础上，光复用组件内的残余应力大小也可得到很好的控制。

综上所述，利用上述凸起504结构，使光复用组件内残余应力的大小变得可控，进而可以减小光复用组件内的残余应力，使得通过光复用组件光束的偏振方向的变化大小也变得可控，可以有效防止光发射器输出光功率发生大幅度的衰减的现象，促进光模块中光发射器输出光功率的稳定性。

考虑光复用组件贴装所使用胶水可能粘度大、流动性差或者底座上胶水量过多时，多余的胶水可能会接触到光复用组件底面的问题，本发明实施例将凸起504的高度设计为大于胶水的厚度。其中，在本发明实施中，凸起504的高度是指凸起中用于与底座接触的面与光复用组件底面之间的距离；胶水厚度是指将光复用组件贴装前，在底座上所放置的胶水的厚度。通过上述设计，即使多余的部分胶水扩散出凸起504的边缘，也不会接触到光复用组件的底面。其中，凸起504的高度与胶水的厚度之间的差值可以根据实际工艺所使用的胶水、点胶量等影响因素进行设计，如20μm、50μm等数值，本发明实施例在此不做具体限定。

如图5所示，为本发明实施例一提供的不同凸起面积对应的光束通过隔离器后光功率的衰减示意图。本实施例将凸起504设计为不同的面积，分别为占光复用组件的底面面积的60％、80％以及95％，然后使粘贴光复用组件用的胶水覆盖整个凸起，然后测试胶水固化后，光束通过光复用组件后，通过不同旋转角度的隔离器后，对应输出光功率的衰减值，其中，设定胶水固化前，通过隔离器后光功率时对应的隔离器旋转角度为0°方向。

从图5可以看出，在同型号的光复用组件、胶水以及同样的贴装工艺前提下，凸起504的面积越小，即胶水在光复用组件上的覆盖面积越小，在胶水固化后，光功率衰减越小，通过光复用组件后的光的偏振方向变化最小，即对应光复用组件内部的残余应力越小。并且，在凸起504面积为光复用组件的底面面积的60％时，即胶水覆盖面积为光复用组件底面面积的60％时，光束通过光复用组件后的偏振方向几乎未发生变化。

图6为本发明实施例一提供的凸起面积为光复用组件的底面面积的60％时，在25℃的测试环境中光束通过隔离器后光功率的衰减示意图。图7为本发明实施例一提供的凸起面积为光复用组件的底面面积的60％时，在75℃的测试环境中光束通过隔离器后光功率的衰减示意图。从图6和7可以看出，当凸起面积为光复用组件的底面面积的60％时，在高温(75℃)以及低温(25℃)的测试环境中，通过光复用组件的四个波长的光束偏振方向均没有发生变化，即说明光复用组件内的残余应力对光的极化特性没有影响。因此，在设计凸起504时，可以设计其面积为小于或等于光复用组件的底面面积的60％，这样可以完全解决光发射器的各元器件贴装烘烤后，光功率跌落的问题，提高了光模块的通信质量。

同时，考虑到胶水固化后，光复用组件在底座(或底座)上的粘贴牢固强度的问题，本发明实施例限定将凸起504的面积设计为大于或等于光复用组件的底面面积的20％。

如果将凸起面积设计的较小时，对应光复用组件与底座(或底座)的接触面积就会比较小，所以，考虑在贴装光复用组件时，光复用组件的受力支撑点的面积过小，会导致光复用组件贴歪斜、底部胶水不平整的问题。基于上述问题，在光复用组件的底面设有两个以上凸起，进一步地，两个以上凸起呈点阵状分布。

图8为本发明实施例二提供的光模块中光复用组件的基本结构示意图。如图8所示，本发明实施例包含三个圆形凸起，具体分别为，第一凸起5041、第二凸起5042和第三凸起5043，三个凸起呈点阵状分布。凸起数量的增加并没有改变凸起的总面积。

上述三个凸起之间具有一定的间距，这样在凸起总面积不变的前提下，通过增加凸起的个数来增加受力支撑点的个数，进而达到在贴装光复用组件时，使光复用组件在底座上贴装更平整。同时，考虑到如果凸起在复用组件上分布的越分散会使光复用组件内的应力越大、以及给贴装点胶水工步带来不便的问题，本发明实施例将上述三个凸起集中设置在光复用组件底面的中心区域。

需要说明是，上述凸起的个数并不限于本发明实施例提供的三个，在具体应用时还可以根据凸起的总面积、光复用组件的底面面积等实际需求设计，例如，设计为两个、五个等等。如图8A所示，光复用组件底面上的凸起的个数为2个。

基于上述同样的原理，本发明实施例还提供了在用于固定光复用组件的底座上设计控制光复用组件贴装胶水覆盖面积的结构。

基于上述控制光复用组件贴装胶水覆盖面积的思路，本发明实施例还提供了另一种光模块，该光模块包括底座，固定在底座上的多个激光器，及固定在底座上的将所述多个激光器所发射的多束激光合成为一束激光的光复用组件，及固定在底座上的接收光复用组件所合成的激光的隔离器，且隔离器的位置设置使得其光入射方向与激光器所发射激光的偏振方向相同；底座上设有凸起，光复用组件底面通过胶水粘接在凸起上，且凸起面积小于光复用组件的底面面积。当然，该光模块还可以包括其它元器件。

进一步的，该光复用组件通过覆盖在其底面上的胶水固定，并且胶水的面积为光复用组件底面面积的20％～60％。

图9为本发明实施例三提供的光模块中底座的基本结构示意图。如图9所示，底座中用于粘贴光复用组件的接触区设有凸出于所述接触区的凸起801，并且该凸起801的面积小于所贴装的光复用组件底面的面积。其中，该凸起801可以是与底座底部一体成型的结构，还可以是焊接在底座底部上的结构；凸起801的形状也不限于本发明实施例提供的椭圆形，还可以设计为圆形、方形、三角形以及不规则形等多种形状。

利用上述凸起结构设计，在光复用组件贴装时，将合适体积的胶水置于凸起801上，然后将光复用组件贴装到该凸起801的胶水上。然后，采用合适大小的力压光复用组件，使光复用组件与底座接触区域的胶水变平整。在压光复用组件过程中，胶水便会在凸起801上扩散开，并且多余的部分胶水扩散出凸起801的边缘，由于凸起801凸出于光复用组件的底面，多余的胶水会流到凸起外周，不会起到粘接作用。

同时，由于凸起801的面积小于光复用组件底面的面积，因此利用上述凸起801结构，便可以有效控制胶水在光复用组件底部的覆盖面积。

在底座与光复用组件采用胶水粘接的过程中，多余的胶水会流到凸起外周，不会起到粘接作用，所以即使点胶量很大，也不会影响粘接面积，避免大面积粘接时由于应力分布不均造成光复用组件的微变形；同时由于不需要过份精确的控制点胶量，可以加快粘接工艺的速度。

进一步的，考虑光复用组件贴装所使用胶水可能粘度大、流动性差或者底座上胶水量过多时，多余的胶水可能会接触到光复用组件底面的问题，本发明实施例将凸起801的高度设计为大于胶水的厚度，其中，在本发明实施中，凸起801的高度是指凸起中用于与光复用组件接触的面与底座底面之间的距离，胶水厚度是指将光复用组件贴装前、在底座上所放置的胶水的厚度。通过上述设计，即使多余的部分胶水扩散出凸起801的边缘，也不会接触到光复用组件的底面。其中，凸起801的高度与胶水的厚度之间的差值可以根据实际工艺所使用的胶水、点胶量等影响因素进行设计，如30μm、40μm等数值，本发明实施例在此不做具体限定。

另外，考虑到光复用组件内的残余应力随着胶水的覆盖面积的减小而减小的规律，为使光复用组件的出射光的偏振方向完全摆脱其内部的残余应力影响，使得光发射器的各元器件贴装烘烤后以及光发射器件在不同温度的使用环境中，光发射器的出射光功率不再衰减变化问题；同时，结合现有使用的光复用组件、胶水、底座和底座的热膨胀系数差异规律，以及到胶水固化后光复用组件在底座上的粘贴牢固强度的要求，本发明实施例将凸起801的面积设计为所贴装的光复用组件底面面积的20％～60％。

如果将凸起面积设计的较小时，对应光复用组件与底座的接触面积就会比较小，所以在贴装光复用组件时，光复用组件的受力支撑点的面积过小，导致光复用组件贴歪斜、底部胶水不平整的问题。

基于上述问题，本发明实施例还提供了一种解决方式，对此，可以在底座上设有两个以上凸起，这样在凸起总面积不变的前提下，通过增加凸起的个数来增加受力支撑点的个数，进而达到在贴装光复用组件时，使光复用组件在底座上贴装更平整。同时，考虑到如果凸起在复用组件上分布的越分散会使光复用组件内的应力越大，以及给贴装点胶水工步带来不便的问题，本发明实施例将上述至少两个凸起呈点阵状分布。

图10示出了包含三个圆形凸起的底座结构，且三个圆形凸起之间呈点阵状排布。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于：

包括底座，固定在所述底座上的多个激光器，及

固定在所述底座上的将所述多个激光器所发射的多束激光合成为一束激光的光复用组件，及

固定在所述底座上的接收所述光复用组件所合成的激光的隔离器，且所述隔离器的位置设置使得其光入射方向与所述激光器所发射激光的偏振方向相同；

所述光复用组件的底面上设有凸起，所述凸起通过胶水与所述底座粘接。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述凸起的面积为所述光复用组件的底面面积的20％～60％。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述光复用组件的底面设有两个以上凸起。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述凸起呈点阵状分布。

5.根据权利要求1至4任一所述的光模块，其特征在于，所述凸起的高度大于胶水的厚度。

6.一种光模块，其特征在于：

包括底座，固定在所述底座上的多个激光器，及

固定在所述底座上的将所述多个激光器所发射的多束激光合成为一束激光的光复用组件，及

固定在所述底座上的接收所述光复用组件所合成的激光的隔离器，且所述隔离器的位置设置使得其光入射方向与所述激光器所发射激光的偏振方向相同；

所述底座上设有凸起，所述光复用组件底面通过胶水粘接在所述凸起上，且所述凸起面积小于所述光复用组件的底面面积。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述凸起的面积为所述光复用组件的底面面积的20％～60％。

8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述底座上设有两个以上凸起。

9.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述凸起呈点阵状分布。

10.根据权利要求6至9任一所述的光模块，其特征在于，所述凸起的高度大于胶水的厚度。