CN111404609A - 多通道光接收模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多通道光接收模块，包括依次设置的入射准直器、分光组件、光路转换组件以及光电芯片阵列，分光组件包括内反射器和多个滤光片，滤光片分别设置于内反射器的输出端；光电芯片阵列中光电芯片的通道间隔小于相邻滤光片的通道间隔；光路转换组件包括多个出射准直器及与每一出射准直器连接的光纤，分光组件输出的多路光信号经多个出射准直器后分别耦合至对应的光纤内，多路光信号由多个光纤的输出端输出后耦合至光电芯片阵列。该光接收模块使光路元器件从滤光片的大通道间隔转换为光电芯片的小通道间隔，解决了滤光片与光电芯片的通道间隔难以匹配的问题，降低光电芯片成本的同时也降低了滤光片的装配难度。

Description

多通道光接收模块
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种多通道光接收模块。
背景技术
光发射模块和光接收模块是光通信系统中的关键元器件。随着光通信系统容量的不断增大，光收发模块的速率也在增加。跨阻放大器TIA、光电芯片与分光组件是光接收模块三个主要的核心部分。为了便于批量封装，三个核心组件一般采用相同的通道间隔。一般TIA与光电芯片的通道间隔有750μm、500μm与250μm等尺寸。TIA与光电芯片的通道间隔越小，光电芯片的面积就相应减少，相同大小的晶元就可以产出更多的光电芯片，其价格也会相应大幅降低。但是目前批量使用的滤光片分光组件的通道间隔一般为750μm，分光组件的通道间隔越小，滤光片的尺寸也会相应减小，其贴装精度就会要求更高，难以批量生产。TIA与光电芯片之间的间隔可以减小，但分光组件的滤光片之间的通道间隔难以减小，两者之间的矛盾成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道光接收模块，以解决现有技术中分光组件中滤光片的大通道间隔与光电芯片的小通道间隔难以匹配的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种多通道光接收模块，包括依次设置的入射准直器、分光组件、光路转换组件以及光电芯片阵列，外部光信号经所述入射准直器转换为准直光后进入所述分光组件，所述分光组件输出多路光信号并经所述光路转换组件分别耦合至所述光电芯片阵列内转换为电信号；所述分光组件包括内反射器和多个滤光片，所述滤光片分别设置于所述内反射器的输出端；所述光电芯片阵列中光电芯片的通道间隔小于相邻所述滤光片的通道间隔；所述光路转换组件包括多个出射准直器及与每一所述出射准直器连接的光纤，所述分光组件输出的多路光信号经多个所述出射准直器后分别耦合至对应的所述光纤内，多路光信号由多个所述光纤的输出端输出后耦合至所述光电芯片阵列。
进一步地，所述光纤上远离所述出射准直器的一端形成斜反射面以将光信号耦合至所述光电芯片阵列。
进一步地，所述斜反射面与所述光纤内光路方向的夹角为45°。
进一步地，所述光纤远离所述出射准直器的一端的端面与所述光纤内光路方向垂直，所述光路转换组件还包括第一棱镜，所述第一棱镜设置于所述光纤远离所述出射准直器的一端；光信号由所述光纤的输出端进入所述第一棱镜并经所述第一棱镜反射后耦合至所述光电芯片阵列。
进一步地，光信号经所述第一棱镜反射后转向90°进入所述光电芯片阵列。
进一步地，所述光路转换组件包括第一基板，所述第一基板上形成有多个凹槽，所述凹槽分别与所述光纤对应设置；多个所述光纤分别设置于所述凹槽内使所述光纤分别与所述光电芯片阵列对应设置。
进一步地，所述出射准直器的数量与所述滤波片的数量相等，且所述出射准直器与所述滤波片对应设置。
进一步地，所述多通道光接收模块还包括第二棱镜，所述第二棱镜设置于所述分光组件上远离所述滤光片的一侧以使所述入射准直器输出的准直光反射至所述内反射器的入射区域。
进一步地，所述多通道光接收模块还包括管壳、第二基板、光口插针、跨阻放大器阵列和柔性电路板，所述第二基板设置于所述管壳内，所述分光组件、所述光路转换组件均设置于所述第二基板上；所述光口插针的一端伸入所述管壳，另一端与外部光路连接；所述光电芯片阵列与所述跨阻放大器阵列均设置于所述管壳内，所述跨阻放大器阵列与所述光电芯片阵列电连接；所述跨阻放大器阵列与所述柔性电路板连接并由所述柔性电路板输出电信号。
进一步地，所述入射准直器设置于所述光口插针内。
本发明提供的多通道光接收模块，分光组件的相邻滤光片的通道间隔大于光电芯片阵列中相邻光电芯片的通道间隔；多个出射准直器接收由分光组件的滤光片输出的多路光信号，并将多路光信号分别耦合至与出射准直器对应设置的光纤内，然后多路光信号由光纤分别输出后能够耦合至对应设置的光电芯片内。上述多通道光接收模块，利用多个出射准直器、与出射准直器对应设置的光纤组成的光路转换组件，使光路元器件从滤光片的大通道间隔转换为光电芯片的小通道间隔，解决了分光组件滤光片的大通道间隔与光电芯片阵列光电芯片的小通道间隔之间难以匹配的问题，降低光电芯片成本的同时也降低了滤光片的装配难度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多通道光接收模块的结构示意图；
图2为本发明一实施例中光路转换组件的结构示意图；
图3为图2中所示光纤与第一基板配合的剖视图；
图4为本发明另一实施例中光路转换组件的剖视图；
图5为本发明另一实施例中多通道光接收模块的剖视图。
附图标记说明：
10、光口插针；11、入射准直器；20、第二棱镜；
30、分光组件；31、内反射器；32、滤光片；
40、光路转换组件；41、出射准直器；42、光纤；43、第一棱镜；44、第一基板；44a、凹槽；
50、光电芯片阵列；60、跨阻放大器阵列；70、柔性电路板；80、管壳。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。在本发明中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
参照图1至图5，本申请实施例提供了一种多通道光接收模块，包括依次设置的入射准直器11、分光组件30、光路转换组件40以及光电芯片阵列50，外部光信号经入射准直器11转换为准直光后进入分光组件30，分光组件30输出多路光信号并经光路转换组件40分别耦合至光电芯片阵列50内转换为电信号。分光组件30包括内反射器31和多个滤光片32，滤光片32分别设置于内反射器31的输出端；光电芯片阵列50中光电芯片的通道间隔小于相邻滤光片32的通道间隔。
本申请实施例中，参照图1，光路转换组件40包括多个出射准直器41及与每一出射准直器41连接的光纤42，分光组件30输出的多路光信号经多个出射准直器41后分别耦合至对应的光纤42内，多路光信号由多个光纤42的输出端输出后耦合至光电芯片阵列50。
可以理解地，参照图1，内反射器31包括相对设置的两个端面，两个端面平行布设。其中一个端面靠近入射准直器11。内反射器31具有入射区域和反射区域，内反射器31的入射区域镀有目标波长的增透膜，反射区域镀反射膜，入射准直器11输出的准直光由内反射器31的入射区域进入内反射器31。其中另一端面位于内反射器31上远离入射准直器11的一端，其上布设多个滤光片32，且滤光片32在端面上依次排列。每个滤光片32的通道能够透射其目标波长的光信号并反射其余波长的光信号。相邻滤光片32的通道间隔大小决定了滤光片32的宽度，滤光片32宽度越大则其通光孔径越大，贴装滤光片32时精度要求就会越低。本申请实施例中，相邻滤光片32的通道间隔设置为750μm或者500μm。具体地，滤光片32的数量为4个，相邻的两块滤光片32邻接，充分利用端面的空间。分光组件30将准直光按波长分为多路光信号输出。
本申请实施例中，参照图2，光路转换组件40设置多个出射准直器41，出射准直器41分别与滤光片32对应设置，使从分光组件30的滤光片32输出的多路光信号分别进入对应的出射准直器41中。进一步地，出射准直器41的数量与滤波片的数量相等，且出射准直器41与滤波片对应设置。可以理解地，出射准直器41与滤波片的对应设置，能够保证分光组件30输出端的多路光信号能够输入至出射准直器41，减小光信号差损。具体地，出射准直器41可以为准直透镜。光路转换组件40还设置有与出射准直器41分别连接的光纤42，进入出射准直器41中的光信号分别耦合至对应的光纤42内。
本申请实施例中，光电芯片阵列50中光电芯片的通道间隔设置为小于分光组件30中滤光片32的通道间隔。具体地，相邻光电芯片的通道间隔设置为500μm或250μm。光纤42远离出射准直器41的一端输出的光信号能够耦合至光电芯片阵列50中对应的光电芯片的感光区域，也就是说，光纤42远离出射准直器41的一端分别与光电芯片对应设置。多路光信号的光路间距通过光路转换组件40之后减小，使其能够与光电芯片阵列50匹配。
本申请实施例的多通道光接收模块，分光组件30的相邻滤光片32的通道间隔大于光电芯片阵列50中相邻光电芯片的通道间隔；多个出射准直器41接收由分光组件30的滤光片32输出的多路光信号，并将多路光信号分别耦合至与出射准直器41对应设置的光纤42内，然后多路光信号由光纤42分别输出后能够耦合至对应设置的光电芯片内。上述多通道光接收模块，利用多个出射准直器41、与出射准直器41对应设置的光纤42组成的光路转换组件40，使光路元器件从滤光片32的大通道间隔转换为光电芯片的小通道间隔，解决了分光组件30滤光片32的大通道间隔与光电芯片阵列50光电芯片的小通道间隔之间难以匹配的问题，降低光电芯片成本的同时也降低了滤光片32的装配难度。
在一些实施例中，光纤42上远离出射准直器41的一端形成斜反射面以将光信号耦合至光电芯片阵列50。通过将光纤42的信号输出端设置为斜反射面，能够比较方便的使得从光纤42出射的光信号与外部的光电芯片阵列50进行光路耦合，从而能够更加准确的获取光信号的参数信息。具体地，斜反射面与光纤42内光路方向的夹角为45°。多通道光接收模块中各元件都沿着光路的方向设置，便于光路的畅通及各元件的安装。斜反射面与光路方向夹角45°能够使光信号经斜反射面反射后光路转向90°进入光电芯片阵列50的感光区域，能够更加准确的获取光信号的参数信息。
在一些实施例中，参照图4、图5，光纤42远离出射准直器41的一端的端面与光纤42内光路方向垂直，光路转换组件40还包括第一棱镜43，第一棱镜43设置于光纤42远离出射准直器41的一端；光信号由光纤42的输出端进入第一棱镜43并经第一棱镜43反射后耦合至光电芯片阵列50。也就是说，光纤42的信号输出端为非斜反射面，而是出射端面与光纤42内的光路方向垂直设置，因而光纤42输出端的光信号不会发生转向。在光纤42的信号输出端设置第一棱镜43，通过第一棱镜43对光信号进行反射使光信号转向，从而与外部的光电芯片阵列50进行光路耦合，能够更加准确的获取光信号的参数信息。具体地，光信号经第一棱镜43反射后转向90°进入光电芯片阵列50。第一棱镜43可以粘贴在第一基板44上，且位于光纤42输出端与光电芯片阵列50之间。第一棱镜43为直角转折棱镜，其主截面为等腰直角三角形。
在一些实施例中，参照图3，光路转换组件40包括第一基板44，第一基板44上形成有多个凹槽44a，凹槽44a分别与光纤42对应设置；多个光纤42分别设置于凹槽44a内使光纤42分别与光电芯片阵列50对应设置。也就是说，多个光纤42放置于相对应的凹槽44a内，此时，光纤42能够分别与光电芯片阵列50中光电芯片的相对应。可以理解地，第一基板44的多个凹槽44a用于分别对多个光纤42进行定位，以更加精确地使光路转换组件40的输出端的光信号耦合至光电芯片阵列50的感光区域。相邻凹槽44a之间的中心距离与光电芯片阵列50中光电芯片的通道间距相同，能够保证放置于凹槽44a内的光纤42分别与光电芯片精确匹配，便于更加准确地获取光信号的参数信息。具体地，凹槽44a可以设置为V型槽，V型槽通过在第一基板44上刻蚀得到，光纤42分别通过胶粘的方式固定在V型槽内。
在一些实施例中，多通道光接收模块还包括第二棱镜20，第二棱镜20设置于分光组件30上远离滤光片32的一侧以使入射准直器11输出的准直光反射至内反射器31的入射区域。可以理解地，第二棱镜20设置于入射准直器11与内反射器31之间，即第二棱镜20位于内反射器31的输入端，它能够改变光信号在内反射器31上的入射方向，以便于光信号的入射方向与内反射器31的入射通道相匹配，减小光信号差损。其中，准直光的光斑直径需要小于分光组件30的有效通光孔径。
在一些实施例中，多通道光接收模块还包括管壳80、第二基板、光口插针10、跨阻放大器阵列60和柔性电路板70，第二基板设置于管壳80内，分光组件30、光路转换组件40均设置于第二基板上。光口插针10的一端伸入管壳80，另一端与外部光路连接；光电芯片阵列50与跨阻放大器阵列60均设置于管壳80内，跨阻放大器阵列60与光电芯片阵列50电连接；跨阻放大器阵列60与柔性电路板70连接并由柔性电路板70输出电信号。
可以理解地，本申请实施例中，多通道光接收模块的各元器件均设置于管壳80内，参照图1，按照光路结构依次布置，且分光组件30、光路转换组件40均设置于管壳80内的第二基板上，以保证模块中多路光信号的传输路径更加稳定可靠。光口插针10位于多通道光接收模块的输入端，用于输入外部的光信号，且使光信号经过入射准直器11转换为准直光。本申请实施例中，入射准直器11设置于光口插针10内。柔性电路板70位于多通道光接收模块的输出端，用于给光接收模块提供直流电源并输出光接收监控电流及差分电压信号。管壳80将输入输出部分连接起来。跨阻放大器阵列60用于将光电芯片阵列50输出的电流信号转换为电压信号，并通过柔性电路板70输出电信号。跨阻放大器阵列60设置于光电芯片阵列50与柔性电路板70之间且分别与光电芯片阵列50、柔性电路板70连接。
本申请实施例中，多通道光接收模块的装配顺序为，先在管壳80内相应的位置贴装跨阻放大器阵列60和光电芯片阵列50，且为了减少成本，采用小通道间隔的跨阻放大器和光电芯片，具体为500μm或250μm。
光路转换组件40与分光组件30先在管壳80外通过有源耦合的方式装配好，耦合装配方式如下：在分光组件30的入射端面入射一束四波长的准直光，在分光组件30的另一端放置一个大面积的光功率计。调整入射的准直光与分光组件30的角度及位置，保证分光组件30的4个滤光片32出射的光信号差损小于0.5dB，差损值通过将入射光强度减去光功率计测试的光强度计算出来。然后，将光路转组件移到分光组件30的输出端，即滤光片32的输出端，将光功率计移到光纤阵列的下方。出射准直器41分别与对应的滤光片32进行耦合，耦合合格的判断标准为每通道入射光功率与光功率计测到的光纤42出射的光功率差值小于1dB。耦合完成后将分光组件30和光路转换组件40分别通过胶粘的方式固定到第二基板上。最后将光纤阵列与光电芯片阵列50耦合固定。
上述有源装配方案具有以下优势：出射准直器41具有较大的接收通光孔径，因此其与滤光片32的耦合装配容差较大，适合批量生产。另外，上述装配方案只需要用到六维调整架与常规的面功率计，相对于利用光束质量分析仪的耦合方案，设备成本大幅降低。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多通道光接收模块，其特征在于：包括依次设置的入射准直器、分光组件、光路转换组件以及光电芯片阵列，外部光信号经所述入射准直器转换为准直光后进入所述分光组件，所述分光组件输出多路光信号并经所述光路转换组件分别耦合至所述光电芯片阵列内转换为电信号；所述分光组件包括内反射器和多个滤光片，所述滤光片分别设置于所述内反射器的输出端；所述光电芯片阵列中光电芯片的通道间隔小于相邻所述滤光片的通道间隔；
所述光路转换组件包括多个出射准直器及与每一所述出射准直器连接的光纤，所述分光组件输出的多路光信号经多个所述出射准直器后分别耦合至对应的所述光纤内，多路光信号由多个所述光纤的输出端输出后耦合至所述光电芯片阵列。
2.根据权利要求1所述的多通道光接收模块，其特征在于，所述光纤上远离所述出射准直器的一端形成斜反射面以将光信号耦合至所述光电芯片阵列。
3.根据权利要求2所述的多通道光接收模块，其特征在于，所述斜反射面与所述光纤内光路方向的夹角为45°。
4.根据权利要求1所述的多通道光接收模块，其特征在于，所述光纤远离所述出射准直器的一端的端面与所述光纤内光路方向垂直，所述光路转换组件还包括第一棱镜，所述第一棱镜设置于所述光纤远离所述出射准直器的一端；
光信号由所述光纤的输出端进入所述第一棱镜并经所述第一棱镜反射后耦合至所述光电芯片阵列。
5.根据权利要求4所述的多通道光接收模块，其特征在于，光信号经所述第一棱镜反射后转向90°进入所述光电芯片阵列。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的多通道光接收模块，其特征在于，所述光路转换组件包括第一基板，所述第一基板上形成有多个凹槽，所述凹槽分别与所述光纤对应设置；多个所述光纤分别设置于所述凹槽内使所述光纤分别与所述光电芯片阵列对应设置。
7.根据权利要求1～5任意一项所述的多通道光接收模块，其特征在于，所述出射准直器的数量与所述滤波片的数量相等，且所述出射准直器与所述滤波片对应设置。
8.根据权利要求1～5任意一项所述的多通道光接收模块，其特征在于，所述多通道光接收模块还包括第二棱镜，所述第二棱镜设置于所述分光组件上远离所述滤光片的一侧以使所述入射准直器输出的准直光反射至所述内反射器的入射区域。
9.根据权利要求1～5任意一项所述的多通道光接收模块，其特征在于，所述多通道光接收模块还包括管壳、第二基板、光口插针、跨阻放大器阵列和柔性电路板，所述第二基板设置于所述管壳内，所述分光组件、所述光路转换组件均设置于所述第二基板上；
所述光口插针的一端伸入所述管壳，另一端与外部光路连接；所述光电芯片阵列与所述跨阻放大器阵列均设置于所述管壳内，所述跨阻放大器阵列与所述光电芯片阵列电连接；所述跨阻放大器阵列与所述柔性电路板连接并由所述柔性电路板输出电信号。
10.根据权利要求9所述的多通道光接收模块，其特征在于，所述入射准直器设置于所述光口插针内。
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