CN109814201A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块，包括：光波导基底、激光器组件和功率探测器，将激光器组件和功率探测器集成在光波导基底的表面上；且使激光器组件的出光方向和功率探测器的感光面均朝向光波导基底。结合平面光波导技术，光波导基底包括第一反射斜面、主波导、次波导及第二反射斜面，次波导与主波导相连。激光器组件发出垂直光波导基底的光波，照射在第一反射斜面后将光波反射进主波导内，不会出现光波的插损。主波导内的光波分出一部分经次波导传输，照射在第二反射斜面后向上反射进功率探测器内。可见，本发明提供的光模块，结合平面光波导技术和精密贴装耦合技术，可实现较高的集成度，易于组装，并可提高光模块的传输效率，使整体稳定性提高。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

由于光纤通信领域中对通信带宽的要求越来越高，使得全球光通信正处在一个飞速发展时期。而在高速数据通信领域中，为了保障数据能够长距离高速传输，本领域通常采用光模块(光发射模块和光接收模块)实现不同波长光的发射和接收。在光信号传输过程中，光模块将4路不同波长的光信号复用于单模光纤中进行传输，具体的，光发射模块将4路不同波长的光信号复用通过单模光纤传输到光接收模块，光接收模块再解复用出这些个波长。但由于光模块中通常包括激光器、功率探测器等器件，且采用自由空间耦合技术进行封装，工艺比较复杂，导致更大规模的集成非常困难。

为此，现有技术中通常采用薄膜滤波和空间微光学技术，实现多个波长光信号的复用/解复用功能，但是采用这种技术工艺难度高，光路耦合难度大。另外，还可利用用于粗波分解复用的混合集成平面波导探测器芯片，采用级联M-Z干涉结构，通过不同波长光通过不同的光程在M-Z干涉结构中相长或相消的方法，实现多个波长光信号复用/解复用功能。但采用这种方法使得光模块中的激光器与光波导端面耦合，通过统一底板进行支撑，稳定性较差。可见，在保证光信号的高效传输的情况下，现有的光模块存在稳定性差、耦合难度大的问题。

发明内容

本发明提供了一种光模块，以解决现有的光模块存在稳定性差、耦合难度大的问题。

本发明提供了一种光模块，包括：光波导基底、激光器组件和功率探测器；

所述激光器组件和所述功率探测器分别位于所述光波导基底的表面上；

所述光波导基底包括第一反射斜面、主波导、次波导及第二反射斜面，所述次波导与所述主波导相连；

所述激光器组件发出的光经所述光波导基底的表面射向所述第一反射斜面，所述主波导接收来自所述第一反射斜面的反射光，所述次波导将所述主波导的光传导至所述第二反射斜面，所述第二反射斜面将光反射至所述功率探测器。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种光模块，包括：光波导基底、激光器组件和功率探测器，利用精密贴装耦合技术，将激光器组件和功率探测器集成在光波导基底的表面上；且使激光器组件的出光方向和功率探测器的感光面均朝向光波导基底。结合平面光波导技术，使光波导基底包括第一反射斜面、主波导、次波导及第二反射斜面，次波导与主波导相连。激光器组件发出垂直光波导基底的光波，照射在第一反射斜面后将光波反射进主波导内，不会出现光波的插损。主波导内的光波分出一部分经次波导传输，照射在第二反射斜面后向上反射进功率探测器内。可见，本发明提供的光模块，结合平面光波导技术和精密贴装耦合技术，可实现较高的集成度，易于组装，并且可提高光模块的传输效率，使整体稳定性提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的光模块的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光模块的分解结构示意图；

图3为本发明实施例提供的光模块的局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光发射次模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光发射次模块的光路图；

图6为图5中A部分的局部放大图；

图7为图5中B部分的局部放大图；

图8为本发明实施例提供的第二反射斜面的反射光路图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的光模块的结构示意图；图2为本发明实施例提供的光模块的分解结构示意图。

参见图1和图2，本发明实施例提供的一种光模块，包括盖板10、底座20、电路板30、光接收次模块40和光发射次模块50；盖板10扣合在底座20上，形成光模块的壳体。壳体为中空结构，电路板30、光接收次模块40和光发射次模块50均设置在中空的壳体内。光接收次模块40和光发射次模块50均与电路板30电连接，光接收次模块40和光发射次模块50均设置在电路板30长度方向的一端边缘，在电路板30长度方向的另一端边缘设置有用于与光模块外部进行电通信的金手指80。

参见图3，在光纤通信过程中，为保证数据能够进行长距离的高速运输，本实施例采用光接收次模块40和光发射次模块50实现不同波长光的发射和接收。光接收次模块40的一端与第一光纤适配器70电连接，光接收次模块40的另一端与电路板30电连接，光波由第一光纤适配器70进入光接收次模块40，经光接收次模块40将光信号转换为电信号后，将电信号传输进电路板30，实现光信号到电信号的转换。光发射次模块50的一端与第二光纤适配器60连接，光发射次模块50的另一端与电路板30电连接，电路板30向光发射次模块50传输电信号，经光发射次模块50将电信号转换为光信号，得到的光信号由第二光纤适配器60射出，实现电信号到光信号的转换。

为了提高光信号的转换效率和光模块的稳定性，本实施例提供的光模块中的光发射次模块50，基于平面光波导结构形成波分复用的光发射次模块组件。可见，该光发射次模块50结合平面光波导技术和精密贴装耦合技术，实现较高的集成度，使整体稳定性提高。

具体地，光发射次模块50包括：光波导基底51、激光器组件52、功率探测器53和光复用组件54。光波导基底51、激光器组件52、功率探测器53和光复用组件54均封装在光模块的壳体中，其中，壳体由前述实施例中公开的盖板10和底座20构成。

激光器组件52和功率探测器53分别位于光波导基底51的表面511上，光复用组件54设置在光波导基底51内。激光器组件52包括多个激光芯片521，每个激光芯片521均用于发射光波；功率探测器53接收激光芯片521发出的光，并检测激光芯片521发射光的功率；光复用组件54用于接收多个激光芯片521发射的光波，并通过合波处理将多束光合并为一束光，再由第二光纤适配器60射出，进入光纤中。光复用组件54可以是阵列波导光栅AWG(Arrayed Waveguide Grating)或者是马赫曾德MZI(Mach-Zehnder inter-ferometer)结构的元件，可以将多个不同波长的光合并到同一个传输波导里面，最终输出。

具体地，如图4和图5所示，激光器组件52包括激光芯片521和热沉522。激光芯片521是光模块常见的光发射芯片，激光芯片521用于发射激光光波，激光以较好的单波长特性及较佳的波长调谐特性成为光模块乃至光纤传输的首选光源。热沉522与激光芯片521电连接，热沉522可以起到给激光芯片521进行电极延伸和散热的作用。

热沉522设置在光波导基底51的表面511上，热沉522的侧壁设有接地金属层，激光芯片521的阴极设置在接地金属层上。热沉522的底面贴合在光波导基底51的表面511上，且热沉522的侧壁设有接地金属层。激光芯片521的底面为激光芯片521的阴极，激光芯片521的阴极通过接地金属层贴在热沉522的侧壁上，激光芯片521的侧边贴在光波导基底51上。激光芯片521通过侧边发射光波，使得激光芯片521的出光方向朝下，即朝向光波导基底51的表面511。

激光芯片521与光波导基底51之间填充光学匹配胶水，使得激光芯片521的侧边通过光学匹配胶水贴在波导基底51的表面511上。光通过不同折射率介质时会发生折射，折射率相差较大导致较大折射率损耗，通过在激光芯片521与光波导基底51之间填充光学匹配胶水，使得光从激光芯片521射入胶水，然后由胶水射入光波导基底51中，光学匹配胶水减小了激光芯片521与光波导基底51之间的折射率差距，与由空气填充相比，降低了光传输过程中的损耗。

激光芯片521的阳极与电路板30连接，电路板30内设有驱动芯片，驱动芯片与热沉522的上表面电连接。热沉522的上表面设有电路，使得驱动芯片可通过电路向热沉522传递电信号。

为了解决现有的光路耦合难度大的问题，本实施例采用将激光器组件52和功率探测器53均集成到平面光波导结构上的方式，通过直接对准光耦合，形成一个基于平面光波导结构进行波分复用的光发射次模块组件，使得光发射次模块50的稳定性更好，易于组装。为此，需要提供一个用于支撑激光器组件52和功率探测器53，且可实现波导传输光波的基体，即光波导基底51。

光波导基底51位于电路板30的一侧，光波导基底51的另一端与第二光纤适配器60连接，实现光信号的传输。光波导基底51内设有波导结构，用于实现光波的传输。波导结构原理与光纤结构原理相同，波导结构包括波导及包裹介质，波导与包裹介质具有不同的折射率，可使得光在波导内传输。光波导基底51中的主波导55及次波导56都使用了波导结构。光波导基底51的表面511上集成有激光器组件52和功率探测器53，内部集成有光复用组件54，光复用组件54的上表面未突出在光波导基底51的表面511外即可。

为了便于光波导基底51上集成多个元器件，以及激光器组件52发出的光波的高效传输，本实施例中，将激光器组件52设置在光波导基底51的一端边缘处。为了减少光波在传输时的插损，使得激光芯片521发射的光波能够高效率地由光复用组件54进行合波，本实施例中，将激光芯片521的出光方向设置成朝向光波导基底51的形式。

由于激光芯片521的出光方向朝向光波导基底51，使得光波向垂直向下的方向传输，而光复用组件54位于靠近光波导基底51另一端的位置。为使垂直向下的光波能够传输进光复用组件54，本实施例中，光波导基底51的一端侧面形成第一反射斜面512，光波导基底51将原方形体的一侧面研磨成斜面，以形成第一反射斜面。第一反射斜面512位于光波导基底51的设有激光器组件52的一端，使得激光器组件52发出的光经光波导基底51的表面511射向第一反射斜面512，再经过第一反射斜面512的反射，将光反射进主波导55内传输。光的传播路径可参见图6所示的λ1的传输过程。

为避免光波在传输时的损耗，以提高传输效率，本实施例中，第一反射斜面512的倾斜角度α设置成45度左右，具体可设置在40度至50度之间。第一反射斜面512向合波射出的方向倾斜，即向设有第二光纤适配器60所在位置的方向倾斜。激光器芯片521发射垂直光波导基底51的表面511的光波，照射在第一反射斜面512后改变传播方向，由于第一反射斜面512的倾斜角度α为45度，可使得垂直向下的光波经反射可沿水平方向传播，因此，经第一反射斜面512反射后的光波在主波导55内沿水平方向朝向光复用组件54传输，以便于光复用组件54对接收到的光波进行合波处理。

为了实现不同波长光的发射，光模块中可设置多个激光器组件52，参见图4和图5，将多个激光器组件52并排设置在与第一反射斜面512对应的光波导基底51的表面511上，且每一激光器组件52的出光方向均朝向光波导基底51的表面511。

同样的，光波导基底51内设有多个主波导55，每一主波导55对应一个激光器组件52，用于分别实现相应的激光器组件52发射光波的传输。每一主波导55的入光口端设置在对应的激光器组件52的下方，每一主波导55的出光口端均与光复用组件54连通，使得每个激光器组件52发射的光波能够垂直进入对应的主波导55中，并在第一反射斜面512的反射作用下，每一光波均反射进主波导55并在主波导55内沿水平方向传输。

每一主波导55内传输的光波汇聚在光复用组件54内，以利用光复用组件54对每一激光器组件52发射的光波进行合波，因此，将每一主波导55的出光口端与光复用组件54连通，光复用组件54位于光波导基底51的内部，使得位于光波导基底51内的主波导55可在保持水平放置的状态下，将光波传输进光复用组件54，以便于光复用组件54将多个光波合波后输出。

光波导基底51内还设有发射波导57，发射波导57的一端与光复用组件54的出光口端连通，发射波导57的另一端与第二光纤适配器60连通。而为避免出现过多的界面反射和光波的插损，发射波导57也需水平设置。光复用组件54接收每个主波导55传输的光波，将多束光合并成一束光，发射波导57用于将该光波信号输出进第二光纤适配器60内，进而进入光纤中。

如图5和图6所示，以光模块中设置四个激光器组件52为例，第一个激光芯片521发射出垂直于且朝向光波导基底51的光波λ1，经第一反射斜面512反射后进入主波导55内，并在主波导55内沿水平方向传输，最终进入光复用组件54。同理，其余激光芯片521发出的光波λ2、λ3、λ4均以此传输过程进入光复用组件54。光复用组件54对光波λ1、λ2、λ3、λ4进行合波处理，将得到的光波(λ1、λ2、λ3、λ4)经发射波导57输出，通过第二光纤适配器60进入光纤。

在进行光信号传输的过程中，需要对激光芯片521发射的光波进行功率检测，本实施例中，在激光器组件52和光复用组件54之间设置功率探测器53。功率探测器53设置在光波导基底51的表面511上，功率探测器53的设置数量与激光器组件52的数量相同，以利用单独的一个功率探测器53对对应的激光器组件52发射的光波进行功率检测。

在利用多组激光器组件52进行光纤传输时，光复用组件54和每一激光器组件52之间分别对应设有一功率探测器53；每一功率探测器53分别通过次波导56与对应的主波导55连通，使得一个激光器组件52、一个主波导55、一个次波导56和一个功率探测器53形成一条耦合光路。

若想功率探测器53能够对激光芯片521发射的光波进行检测，需要光波导基底51上的功率探测器53和光波导基底51内的主波导55之间建立连通关系，为此，光波导基底51内还包括次波导56。次波导56的一端与主波导55连通，次波导56的另一端与功率探测器53连接，主波导55内传输的光波在主波导55和次波导56连通的位置处产生分支，使得一部分光波继续在主波导55内传输，最终进入光复用组件54内；另一部分光波进入次波导56内传输，最终进入功率探测器53，便于功率探测器53进行功率检测。进入功率探测器53的光功率一般远小于激光芯片521发射的光波总功率，通常设定进入功率探测器53内进行功率检测的功率为总功率的1/10，即进入次波导56内的光波为在主波导55内传输光波的1/10。

为便于光波导基底51内的次波导56传输的光波反射进功率探测器53内，设置功率探测器53的感光面的方向朝向光波导基底51的表面511，且感光面与次波导56的出光口端相对。同时，在光波导基底51的表面511上设置凹槽，将凹槽的底面设置成斜面，以形成第二反射斜面58。第二反射斜面58的倾斜方向朝向激光器组件52所在的位置，且第二反射斜面58的倾斜角度β设置成45度左右，具体可设置在40度至50度之间范围内。

第二反射斜面58设置在功率探测器53的下方，且功率探测器53的感光面与第二反射斜面58相对。为了将次波导56内传输的光波引入到功率探测器53内，设置第二反射斜面58向次波导56的方向倾斜，使得在次波导56出光口水平输出的光波照射在第二反射斜面58上后，经过反射改变传输方向，即向上传输，最终经过感光面进入功率探测器53。光波在第二反射斜面58发生的反射路径可参见图8中所示的光路。

具体地，光波导基底51内设置的凹槽可为楔形槽，如图8所示，楔形槽的纵截面形状呈等腰直角三角形；该楔形槽与次波导56的出光口连通，且位于功率探测器53的下方；楔形槽的两个直角边均为开口结构，第一直角边583朝向光波导基底51的表面511，且与感光面相对；第二直角边582朝向次波导56，且与次波导56的出光口连通；楔形槽的斜边581即为第二反射斜面58，使得斜边581向次波导56倾斜。

光波经次波导56传输，由出光口射出并照射在斜边581上，即第二反射斜面58上，光波在第二反射斜面58上发生反射，并向上改变传输方向，感光面接收到该反射光，使光信号进入功率探测器53内，以进行功率检测。

在进行功率检测时，利用次波导56实现所需光波的传输，而为避免光波在传输过程中的插损，需要次波导56与主波导55为垂直关系，使得激光芯片521发射的光波在主波导55内传输时，其中一部分光波进入次波导56内。而由于次波导56为水平放置状态，可避免光波与次波导56内部发生多界面反射，进而可避免产生损耗。其中一部分光波在次波导56内可全部传输至第二反射斜面58，发生反射，垂直向上进入功率探测器53内，不会出现插损，光波传输效率高。

在其中一种可行的具体实施方式中，次波导56可采用与主波导55相同的直线型结构，但次波导56的长度要短于主波导55的长度。次波导56与主波导55保持垂直状态，主波导55内传输的光波，在主波导55和次波导56的交叉口处，分出一部分光波进入次波导56内，并在次波导56内沿水平方向传输，不发生反射，径直传输至第二反射斜面58上，最后通过第二反射斜面58的反射作用将光波反射进功率探测器53。

在另一种可行的具体实施方式中，如图7所示，次波导56可采用L形结构。次波导56包括相互垂直的第一段波导561和第二段波导562；第一段波导561与主波导55垂直，第二段波导562与主波导55平行，且第二段波导562的出光口位于功率探测器53的下方，且第二段波导562的出光口朝向第二反射斜面58。采用这种形式的次波导56，主波导55内的一部分光波进入次波导56内后，光波需要在次波导56内发生一次反射，反射的位置即为第一段波导561和第二段波导562的连通处，因此需要第一段波导561和第二段波导562相互垂直，以避免光波出现插损，提高光传输的稳定性。

可见，采用本实施例提供的光学次模块，激光器组件52中的激光芯片521发射垂直朝向光波导基底51的光波，经第一反射斜面512反射进主波导55，光波的一部分经主波导55射进光复用组件54，光波的另一部分经次波导56和第二反射斜面58反射进功率探测器53内，进行功率检测；光复用组件55将每个激光器组件52发射的光波进行合波后，经发射波导57传输至第二光纤适配器60，以进入光纤中。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种光模块，包括：光波导基底51、激光器组件52和功率探测器53，利用精密贴装耦合技术，将激光器组件52和功率探测器53集成在光波导基底51的表面511上；且使激光器组件52的出光方向和功率探测器53的感光面均朝向光波导基底51。结合平面光波导技术，使光波导基底51包括第一反射斜面512、主波导55、次波导56及第二反射斜面58，次波导56与主波导55相连。激光器组件52发出垂直光波导基底51的光波，照射在第一反射斜面512后将光波反射进主波导55内，不会出现光波的插损。主波导55内的光波分出一部分经次波导56传输，照射在第二反射斜面58后向上反射进功率探测器53内。可见，本发明提供的光模块，结合平面光波导技术和精密贴装耦合技术，可实现较高的集成度，易于组装，并且可提高光模块的传输效率，使整体稳定性提高。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请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公开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所附的权利要求指出。

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 (8)

1.一种光模块，其特征在于，包括：光波导基底、激光器组件和功率探测器；

所述激光器组件和所述功率探测器分别位于所述光波导基底的表面上；

所述光波导基底包括第一反射斜面、主波导、次波导及第二反射斜面，所述次波导与所述主波导相连；

所述激光器组件发出的光经所述光波导基底的表面射向所述第一反射斜面，所述主波导接收来自所述第一反射斜面的反射光，所述次波导将所述主波导的光传导至所述第二反射斜面，所述第二反射斜面将光反射至所述功率探测器。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光波导基底的一端侧面为斜面，以形成所述第一反射斜面。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光波导基底的表面上设有凹槽，所述凹槽的底面形成所述第二反射斜面。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器组件包括激光芯片和热沉，所述热沉设置在所述光波导基底的表面上，所述热沉的侧壁设有接地金属层，所述激光芯片的阴极设置在所述接地金属层上。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述激光芯片的出光方向朝向所述光波导基底的表面。

6.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述激光芯片与所述光波导基底之间填充光学匹配胶水。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述功率探测器的感光面朝向所述光波导基底的表面。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光波导基底上还设有光复用组件，所述主波导与所述光复用组件连接，所述光复用组件用于将多束光合并为一束光。