CN111856649B - 光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光模块，包括线路板、连接至所述线路板的光发射组件与光子集成芯片，所述光模块可沿第一方向与外部光纤相对接；所述光模块还包括用以安装所述光发射组件与光子集成芯片的基座，所述基座固定在所述线路板对应于外部光纤的一端；所述基座具有贴设在所述线路板一侧的固定部、自所述固定部向外延伸超出所述线路板的承载部、位于所述承载部旁侧的安装部，所述光子集成芯片固定在所述承载部上，所述光发射组件固定安装于所述安装部。本发明光模块通过所述基座实现所述光发射组件与光子集成芯片的耦合装配，结构稳定，降低空间位置的限制，提高耦合容差与耦合效率。

Description

光模块
技术领域
本发明涉及通信器件领域，尤其涉及一种光模块。
背景技术
光通信技术具有大带宽、低损耗等优势，用于实现光/电转换的光模块是光通信的核心器件。近年来，以硅材料为基底的硅基光电子器件与集成技术因具有低功耗、高速率、体积小等突出优势而备受业内关注，但因硅材料为间接带隙材料，较难直接发光。目前主要是采用混合集成的片上光源或外部光源两种方法实现光信号输入，外部光源方案尤其是芯片外部光源由于制备工艺简单、成本较低而备受青睐。
然而，采用外部光源进行调制的过程插损较大，对光源功率及耦合效率要求较高，如何实现外部光源与硅基调制器芯片的高效耦合是目前急需解决的问题。除此，光模块的设计生产过程中还需考量外部光源、芯片的安装空间、稳定性及散热需求等，需要对现有光模块进行结构改进与优化，提升产品性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光模块，能够方便装配，结构稳定，提高光发射组件与光子集成芯片的耦合效率。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种光模块，包括线路板、连接至所述线路板的光发射组件与光子集成芯片，所述光模块可沿第一方向与外部光纤相对接；所述光模块还包括用以安装所述光发射组件与光子集成芯片的基座，所述基座固定在所述线路板对应于外部光纤的一端；所述基座具有贴设在所述线路板一侧的固定部、自所述固定部向外延伸超出所述线路板的承载部、位于所述承载部旁侧的安装部，所述光子集成芯片固定在所述承载部上，所述光发射组件固定安装于所述安装部。
作为本发明的进一步改进，所述光发射组件的光线出射方向偏离所述第一方向。
作为本发明的进一步改进，所述光发射组件设置为至少两个，至少两个所述光发射组件沿垂直于第一方向的第二方向设置在所述光子集成芯片的同一侧或两侧。
作为本发明的进一步改进，所述光发射组件包括激光器与耦合透镜，所述激光器电性连接至线路板，所述耦合透镜用以将所述激光器发出的光线耦合至所述光子集成芯片。
作为本发明的进一步改进，所述光模块还包括沿第一方向固定在所述光子集成芯片侧边且与所述光子集成芯片耦合连接的光纤阵列。
作为本发明的进一步改进，所述基座还形成有位于所述承载部背离所述线路板一侧且用以配合安装所述光纤阵列的连接部。
作为本发明的进一步改进，所述光子集成芯片设置呈矩形，所述线路板具有与所述光子集成芯片的两条相邻侧边邻接设置的第一边缘与第二边缘。
作为本发明的进一步改进，所述安装部设置呈平板状且所述安装部所在平面垂直于所述线路板的上表面所在平面。
作为本发明的进一步改进，所述光发射组件、光子集成芯片分设于所述安装部的两侧，所述安装部开设有出射孔，所述光发射组件发出的光线经所述出射孔耦合至所述光子集成芯片。
作为本发明的进一步改进，所述光模块还包括设置在所述光发射组件与光子集成芯片之间的隔离器及角度定位机构，所述角度定位机构用以实现所述隔离器沿所述光线出射方向的旋转调节。
作为本发明的进一步改进，所述光模块还包括与所述线路板电性连接的光接收组件。
本发明的有益效果是：所述光模块通过所述基座实现所述光发射组件与光子集成芯片的耦合装配，结构稳定，降低空间位置的限制，提高耦合容差与耦合效率。
附图说明
图1是本发明光模块的整体结构示意图；
图2是图1中光模块的部分结构示意图；
图3是图2中光模块的A区域的放大示意图；
图4是图2中光模块的部分结构另一角度的结构示意图；
图5是本发明光模块的基座的结构示意图；
图6是本发明光模块中光发射组件的分解结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。其中，“第一”、“第二”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参图1至图4所示，本申请一个实施例提供的光模块100包括壳体10、设置在所述壳体10内的线路板20、光发射组件30与光子集成芯片40。所述光发射组件30与光子集成芯片40连接至所述线路板20。
所述光模块100可沿第一方向与外部光纤相对接，所述光模块100还包括固定在所述线路板20对应于外部光纤一端的基座50。所述基座50用以安装所述光发射组件30与光子集成芯片40，且所述基座50采用柯伐(Kovar)合金制得。所述线路板20背离所述基座50的一端还设置有用以与外部电性相接的金手指(未图示)。
所述壳体10包括相互扣接并形成有相应的容置空间的第一壳体11与第二壳体12。所述第一壳体11与第二壳体12由导热性较好的金属材料制得。所述壳体10一端还设置有拉柄13，所述拉柄13对应设置在所述光模块100与外部光纤相对接的一端，也即光口端。
所述光发射组件30的光线出射方向偏离所述第一方向且与所述光子集成芯片40的输入端相对应，此处，所述光发射组件30沿垂直于第一方向的第二方向设置在所述光子集成芯片40的一侧。当然，所述光发射组件30根据既定需求可以设置为一个、两个或多个，且当所述光发射组件30的数目设置为至少两个时，至少两个所述光发射组件30可沿所述第二方向设置在所述光子集成芯片40的两侧，即至少两个所述光发射组件30分设在沿第一方向延伸的轴线的两侧，该轴线可理解为穿过所述光子集成芯片40的中间轴；或者至少两个所述光发射组件30设置在上述轴线的同侧，此时，至少两个光发射组件30可以沿着第一方向并排设置。所述光发射组件30通过柔性线路板21电性连接至所述线路板20，并可在所述线路板20所发射的电信号的驱动下向所述光子集成芯片40发出既定光束。所述光子集成芯片40与所述线路板20采用金丝键合的方式实现电性连接，所述光子集成芯片40上通常设置有若干波导及用以对光信号进行调制/解调、分波/合波处理的光电器件。
结合图5所示，所述基座50具有贴设在所述线路板20一侧表面的固定部51、自所述固定部51向外延伸并用以承载所述光子集成芯片40的承载部52、位于所述承载部52旁侧并用以安装所述光发射组件30的安装部53。所述光模块100还包括光纤阵列60；所述基座50还形成有位于所述承载部52远离所述线路板20一侧并用以配合安装所述光纤阵列60的连接部54。所述光纤阵列60配设有相应的固定构件61，以将所述光纤阵列60沿所述第一方向固定在所述连接部54上，并与所述光子集成芯片40的输出端位置相对应，以实现两者的耦合连接。除此，所述光模块100还可设置与所述线路板20电性连接的光吸收组件(未图示)，所述光吸收组件对应设置在所述光子集成芯片40的旁侧且偏离所述光纤阵列60设置。
所述固定部51、承载部52及连接部54一体设置呈板状且与所述线路板20相平行。所述固定部51可采用粘结胶直接粘结固定在所述线路板20的表面，抑或通过其它固定方式实现所述固定部51与线路板20的固定。所述承载部52朝向所述线路板20的一侧形成有与所述光子集成芯片40相适配的支撑平台521，也就是说，所述支撑平台521的大小与所述光子集成芯片40的尺寸大致相同。并且，所述支撑平台521紧邻所述线路板20的边缘设置以便于所述基座50贴设过程中的定位，通过所述支撑平台521与所述线路板20边缘相抵接亦可增强所述基座50与线路板20的固定结合强度。所述光子集成芯片40贴设在所述支撑平台521表面，所述光子集成芯片40的至少一条侧边与所述线路板20的边缘相邻设置。当然，所述支撑平台521沿垂直于所述线路板20的方向的设置高度可根据所述光发射组件30、光子集成芯片40的器件需求进行设计。
本实施例中，所述光子集成芯片40设置呈矩形，所述线路板20具有与所述光子集成芯片40的两条相邻侧边邻接设置的第一边缘22与第二边缘23。所述线路板20与所述光子集成芯片40相互连接的引脚分别位于两者相互邻近的区域，以便于所述线路板20与光子集成芯片40的键合连接。所述线路板20还具有连接所述第一边缘22与第二边缘23的过渡边缘24，所述过渡边缘24对应设置于所述两条相邻侧边所形成的边角位置，所述过渡边缘23可缓释所述第一边缘22与第二边缘23交汇处的应力，避免线路板20破损。
此处，所述基座50沿所述光纤阵列60的延伸方向即所述第一方向的投影设置呈L型，所述安装部53同样设置呈平板状且所述安装部53所述在平面垂直于所述线路板20所在的平面。所述安装部53朝向所述线路板20的侧边与所述线路板20的边缘相抵接，所述安装部53开设有出射孔531，所述光发射组件30、光子集成芯片40分设于所述安装部53的两侧，所述光发射组件30发出的光线经所述出射孔531耦合至所述光子集成芯片40的输入端。此处，所述出射孔531呈圆形，显然地，所述出射孔531亦可根据产品设计需求设置呈矩形或其它几何形状。
所述光模块100还包括设置在所述光发射组件30与光子集成芯片40之间的隔离器70及角度定位机构80，所述光发射组件30所发出的光线的偏振态经过所述隔离器70的过滤调节后可与所述光子集成芯片相匹配，所述角度定位机构80用以实现所述隔离器70沿所述光线出射方向的旋转调节。所述隔离器70及角度定位机构80设置在所述出射孔531内，所述角度定位机构80及所述出射孔531的周边还可设置相应的角度标记以便于现场操作。
所述光模块100还包括套筒90，所述光发射组件30的至少部分探伸并固定在所述套筒90内，所述套筒90背离所述光发射组件30的一端固定在所述安装部53上。换言之，通过所述套筒90实现所述光发射组件30与基座50的转接固定。所述套筒90采用柯伐合金制得，并可采用激光焊接技术实现所述光发射组件30与套筒90的固定；通过主动带电光学耦合的方式找到所述光发射组件30在所述安装部53上的最佳固定位置，进而通过激光焊接的方式进行固定。
结合图6所示，所述光发射组件30包括安装底座31、激光器32及用以调节所述激光器32所发出光线的耦合透镜33。所述安装底座31可设置呈圆形或其他形状，所述安装底座31使用钨、铜等高散热金属嵌入柯伐等材料的技术，兼顾所述光发射组件30的散热需求与热膨胀性能，在满足产品需求的前提下，亦可采用不锈钢等材质进行加工制备。所述激光器32靠近所述安装底座31上的前述高散热金属部分设置；所述耦合透镜33还配设有与所述安装底座31相固定的耦合透镜座34。所述耦合透镜33和耦合透镜座34设置呈一个整体，再通过所述安装底座31上的定位点或定位圈进行定位参考，进而相互焊接固定，具体地，可采用激光焊接或热阻焊。
所述耦合透镜33的结构规格基于所述激光器32所发出的光束与所述光子集成芯片40的入射光束要求而确定。所述耦合透镜座34的制备材料优选与所述安装底座31的成型材料相匹配，换言之，所述耦合透镜座34与安装底座31两者的热膨胀系数接近以便于两者的焊接固定。
所述光发射组件30还包括陶瓷块35、导热座36及用以实现所述激光器32与外部电性连接的端子37。陶瓷块35上设有导电线路。所述端子37贯穿所述导热座36及安装底座31，并电性连接至所述线路板20；所述端子37与所述导热座36之间还设有由玻璃等材质制得的绝缘套38。前述激光器的电极采用高导热导电胶无源贴装到陶瓷块35上并形成电连接，所述陶瓷块35再通过打线与端子37相连接。所述导热座36与陶瓷块35两者既可设置为一个整体，也可以是通过高导热胶相互粘结的两个部件。所述导热座36可采用与所述陶瓷块35同样的陶瓷材质制得，抑可采用导热系数高的金属/合金材料制得；所述导热座36与安装底座31通过钎焊的方式相互固定。
此处，所述光发射组件30根据既定需求将所述激光器32与耦合透镜33组装为一个整体，再使用激光穿透焊工艺对光发射组件30与套筒90进行光线出射方向的固定，继而采用搭接焊接技术对所述套筒90与基座50的安装部53进行垂直光线出射方向的固定。使用焊点对称的焊接工艺可以减小垂直光线出射方向的应力差，提高位置稳定性和封装可靠性。所述激光器32发出的光线经过所述耦合透镜33及隔离器70后可直接与所述光子集成芯片40耦合；相较于现有技术中先进行前述激光器32及光子集成芯片40的固定，再通过主动耦合贴装耦合透镜33的方案，能够更有效地降低光路位移风险，提高耦合容差与耦合效率。
在其它实施例中，所述光发射组件30的激光器32与耦合透镜33还可分别固定在所述基座50上。所述激光器32与线路板20通过金线连接，且所述激光器32发出的光经过耦合透镜33耦合后入射至光子集成芯片40，并在所述光子集成芯片40中经过处理后出射至光纤阵列60。此处，所述激光器32入射至光子集成芯片40的光线和从所述光子集成芯片40出射的光线具有一定的夹角，此夹角可以是90度。所述基座50上可以固定设置不止一个前述激光器32与耦合透镜33，并将其排列设置在所述光子集成芯片40旁侧。当然，所述光子集成芯片40相对的两个侧边均可布设光发射组件；所述光子集成芯片40与耦合透镜33之间也可以放置其它光电元件。
综上所述，所述光模块100结构设计更为紧凑合理，通过设置在线路板20一端的基座50实现光发射组件30与光子集成芯片40的定位装配，结构稳定，降低空间位置的限制，提高耦合效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光模块，包括线路板、连接至所述线路板的光发射组件与光子集成芯片，所述光模块可沿第一方向与外部光纤相对接，其特征在于：所述光模块还包括用以安装所述光发射组件与光子集成芯片的基座，所述基座固定在所述线路板对应于外部光纤的一端；所述基座具有贴设在所述线路板一侧的固定部、自所述固定部向外延伸超出所述线路板的承载部、位于所述承载部旁侧的安装部，所述光子集成芯片固定在所述承载部上，所述光发射组件固定安装于所述安装部，其中，所述承载部朝向所述线路板的一侧形成有与所述光子集成芯片相适配的支撑平台，所述支撑平台紧邻所述线路板的边缘设置，所述安装部设置呈平板状且所述安装部所在平面垂直于所述线路板的上表面所在平面，所述光发射组件沿垂直于第一方向的第二方向设置在所述光子集成芯片的一侧。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光发射组件的光线出射方向偏离所述第一方向。
3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于：所述光发射组件设置为至少两个，至少两个所述光发射组件沿垂直于第一方向的第二方向设置在所述光子集成芯片的同一侧或两侧。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光发射组件包括激光器与耦合透镜，所述激光器电性连接至线路板，所述耦合透镜用以将所述激光器发出的光线耦合至所述光子集成芯片。
5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光模块还包括沿第一方向固定在所述光子集成芯片侧边且与所述光子集成芯片耦合连接的光纤阵列。
6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于：所述基座还形成有位于所述承载部背离所述线路板一侧且用以配合安装所述光纤阵列的连接部。
7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光子集成芯片设置呈矩形，所述线路板具有与所述光子集成芯片的两条相邻侧边邻接设置的第一边缘与第二边缘。
8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光发射组件、光子集成芯片分设于所述安装部的两侧，所述安装部开设有出射孔，所述光发射组件发出的光线经所述出射孔耦合至所述光子集成芯片。
9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于：所述光模块还包括设置在所述光发射组件与光子集成芯片之间的隔离器及角度定位机构，所述角度定位机构用以实现所述隔离器沿光线出射方向的旋转调节。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光模块，其特征在于：所述光模块还包括与所述线路板电性连接的光接收组件。
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