CN112198600B - 用于光通信的多通道光接收组件及其光路耦合方法 - Google Patents

Abstract

实施例涉及用于光通信的多通道光接收组件及其光路耦合方法。该光接收组件包括热沉；SOA芯片，设置在热沉上以对光信号进行放大；热敏电阻，靠近SOA芯片设置在热沉上以监测SOA芯片的温度；制冷器，设置在热沉下方以基于监测到的温度对热沉进行降温；准直器适配器一体件，设置在SOA芯片前面以将从光纤接收的汇聚光信号转变为准直光信号；前汇聚透镜，设置在准直器适配器一体件与SOA芯片之间以将从准直器适配器一体件接收的准直光信号转变为汇聚光信号，并将汇聚光信号提供给SOA芯片；后准直透镜，设置在SOA芯片后面以将经放大的光信号转变成准直光信号；光分路器、阵列透镜和45度棱镜，依次设置在后准直透镜后面；以及阵列探测器芯片，设置在45度棱镜下方。

Description

用于光通信的多通道光接收组件及其光路耦合方法

技术领域

本公开的实施例总体上涉光通信领域，并且更具体地，涉及一种用于光通信的多通道光接收组件及其光路耦合方法。

背景技术

第五代数字通信（5G）的建设已经全面铺开，目前定义前传、中传和回传的速率分别是25Gbps、50Gbps和100Gbps。中传和回传所需的基站布局距离一般在10km、40km以及80km。目前的光器件水平在10Gbps速率上可以保证80km甚至120km的无中继直驱，但是在25Gbps、50Gbps以及100Gbps的速率上常规的光器件还很难做到80km的传输。引起这一问题的主要原因是用于进行光通信的光纤损耗太大，而光接收组件无法承受这么大的光纤损耗。具体而言，目前100G激光器的波长基本在1310nm附近，按照每公里损耗约为-0.35dB/km的标准光纤损耗，在不考虑链路接头损耗的情况下传输80km的光路损耗就达到了-28dB。然而，目前100G激光器的光发射组件的标准出射光功率为0dBm以上，而100G光接收组件的灵敏度只有-13dBm左右，无法承受这么大的光路损耗，因而无法满足5G通信的要求。

中国专利CN211061739U公布了一种单通道光探测器接收组件，该光探测器接收组件内部放置了半导体光放大器（SOA）。在该光探测器接收组件内部用温度控制器对光放大器及其他部件进行散热，以使它们保持在稳定的工作温度。在该光探测器接收组件内，入射光先进入光放大器中进行放大，然后放大后的光再经过光路设计入射到光接收芯片上，从而把原来功率很低的光进行放大以达到光接收芯片的灵敏度要求，以完成通信。

美国专利US10594405B2公布了一种针对于光接收器中的半导体光放大器的电流的控制方法，具体描述了在探测器工作的过程中半导体光放大器的供电电流调整的方式。

虽然已有部分专利及技术描述了在光接收组件内部放置半导体光放大器可以提高光接收组件的整体灵敏度，但目前并没有关于如何设计光接收组件的内部结构及如何完成光路耦合的技术。对于不包括半导体光放大器的光接收组件而言，内部是不需要半导体制冷器的，因为这样的光接收组件的性能并不会因为外界环境发生变化而产生差异。然而，半导体光放大器是需要制冷器才可以保证稳定的光放大效果的。另一方面，相较于单通道的光接收组件，多通道光接收组件本身器件内部本身就有光分路器、阵列透镜、棱镜等多种复杂的光学元件。如果要在多通道光接收组件内加上半导体光放大器，则需要首先组成半导体光放大器的光路，然后再与多通道光接收组件中的原有部件进行匹配，这使得光接收组件的整体结构变得更加复杂，并且如何完成复杂的光路耦合将成为更大的难点。

发明内容

本公开的实施例提供了一种探测器芯片配合半导体光放大器芯片的多通道光接收组件的结构设计和光路耦合方法，旨在解决在复杂的多通道光接收组件中加入半导体光放大器的工艺实现问题以及其他潜在的问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于光通信的多通道光接收组件，包括：热沉；半导体光放大器（SOA）芯片，设置在热沉上，并且被配置为对光信号进行放大；热敏电阻，靠近半导体光放大器芯片设置在热沉上，以监测半导体光放大器芯片的温度；半导体制冷器，设置在热沉下方，并且被配置为基于由热敏电阻监测到的半导体光放大器芯片的温度对热沉进行降温；准直器适配器一体件，设置在半导体光放大器芯片前面，并且被配置为将从光纤接收的汇聚光信号转变为准直光信号；前汇聚透镜，设置在准直器适配器一体件与半导体光放大器芯片之间，前汇聚透镜被配置为将从准直器适配器一体件接收的准直光信号转变为汇聚光信号，并且将汇聚光信号提供给半导体光放大器芯片，以由半导体光放大器芯片进行放大；后准直透镜，设置在半导体光放大器芯片后面，并且被配置为将由半导体光放大器芯片输出的放大光信号转变成准直光信号；光分路器，设置在后准直透镜后面，并且被配置为将从后准直透镜接收的准直光信号分成多路光信号；阵列透镜，设置在光分路器后面，阵列透镜中的每个透镜被配置为将从光分路器接收的多路光信号中的相应光信号转变成汇聚光信号；45度棱镜，设置在阵列透镜后面，以使从阵列透镜输出的多路汇聚光信号转向；以及阵列探测器芯片，设置在45度棱镜下方，阵列探测器芯片中的每个探测器芯片被配置为将从45度棱镜接收的多路汇聚光信号中的相应汇聚光信号转变成电信号。

在根据本公开的实施例中，通过在多通道光接收组件中设置半导体光放大器芯片对光信号进行放大，能够把原来功率很低的多路光信号放大以满足阵列探测器芯片的灵敏度要求，因而能够实现更长距离的信号传输。此外，通过采用热敏电阻监测半导体光放大器芯片的温度并且采用半导体制冷器基于监测到的温度对热沉进行降温，能够形成针对半导体光放大器芯片的温控回路，从而保证在多通道光接收组件运行期间半导体光放大器芯片的温度基本恒定。此外，利用前汇聚透镜和后准直透镜能够将半导体光放大器芯片的光路与多通道光接收组件中的其他部件的光路进行良好的匹配。此外，利用多通道光接收组件中的各个部件的独特光路设计，能够实现对光信号的准确可靠的接收和转变。此外，多通道光接收组件中的各个部件的布局合理，可以很大程度地降低封装工艺的难度。

在一个实施例中，半导体光放大器芯片与热敏电阻之间的距离小于2mm。在这样的实施例中，通过将热敏电阻设置在距离半导体光放大器芯片小于2mm的位置处，能够保证温度检测的极高的准确性。

在一个实施例中，半导体光放大器芯片通过共晶焊接的方式焊接在热沉上，热敏电阻通过导电银胶粘接在热沉上，热沉通过导电银胶粘接在半导体制冷器上，并且导电银胶的热导率大于20W/K。在这样的实施例中，能够保证热沉与半导体光放大器芯片、热敏电阻以及半导体制冷器的稳固可靠连接，并且能够在热沉与半导体光放大器芯片以及半导体制冷器之间实现良好的热传递。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于根据本公开的第一方面的多通道光接收组件的光路耦合方法，包括：对后准直透镜进行光路耦合的步骤；对准直器适配器一体件和前汇聚透镜进行光路耦合的步骤；以及对光分路器、阵列透镜以及45度棱镜进行光路耦合的步骤。对后准直透镜进行光路耦合的步骤包括：对半导体光放大器芯片进行供电，并且保持半导体制冷器和热敏电阻正常工作，使得半导体光放大器芯片自身发光；移动后准直透镜的位置，并且在移动过程中监测由后准直透镜出射的光路；以及在由后准直透镜出射的光路为准直光时，固定后准直透镜的位置。对准直器适配器一体件和前汇聚透镜进行光路耦合的步骤包括：移动准直器适配器一体件和前汇聚透镜的位置，并且在移动过程中监测进入准直器适配器一体件的光功率以及从后准直透镜出射的光功率；以及在从后准直透镜出射的光功率相对于进入准直器适配器一体件的光功率的增益大于20dB时，固定准直器适配器一体件和前汇聚透镜的位置。

由于光接收组件包括多个通道，其中，针对每个光路通道，来自光分路器的多路信号透过阵列透镜的相应透镜、然后通过45度棱镜耦合至阵列探测器芯片的相应探测器芯片。对于合格的多通道光接收组件而言，每个光路通道上光学器件的耦合性能须满足预定要求。光接收组件属于高精密仪器，例如几十或几微米级别的偏差可能会对性能造成影响。无论是光分路器还是阵列透镜的任意移动，将对通道的耦合性能造成影响。在这种情况下，如何高效率地实现多通道的光路耦合是光接收组件制造过程中的至关重要的环节。

在根据本公开的实施例中，为多通道光接收组件中的众多复杂的光学元件提供了一种易于实现且稳定可靠的光路耦合顺序和技巧，能够很大程度地降低多通道光接收组件的封装工艺的难度，并且大大提高多通道光接收组件的生产效率和良品率，从而为5G光通信往更高速更长距离的方向发展提供了工艺技术可行性基础。

在一个实施例中，在对后准直透镜进行光路耦合的步骤中，采用1310nm波段的CMOS相机对由后准直透镜出射的光路进行监测。在这样的实施例中，能够采用CMOS相机准确地监测后准直透镜出射的光路的变化。

在一个实施例中，对光分路器、阵列透镜以及45度棱镜进行光路耦合的步骤包括：将光分路器和阵列透镜布置在对应的初始位置；确定阵列透镜的姿态；调整阵列透镜的姿态以使得经由45度棱镜的输出光垂直地耦合至阵列探测器芯片的光耦合面；以及调整光分路器的姿态，以使得光分路器所输出的光信号的光路间距与阵列透镜的透镜通道间距对应。在这样的实施例中，通过以特定的顺序来实施光分路器、阵列透镜和45度棱镜的耦合，可显著地提高光分路器和阵列透镜的耦合效率。具体地，在光分路器和阵列透镜初始位置的基础上，先调整阵列透镜的姿态，然后调整光分路器的姿态。由于首先调整阵列透镜，可确保阵列透镜通过45度棱镜与阵列探测器芯片的耦合性能；在此基础上，再调整光分路器的光路间距，以实现光分路器所输出的光信号与透镜的充分耦合。

在一个实施例中，确定阵列透镜的姿态包括：确定多通道光接收组件中的第一通道和第二通道，其中第一通道中的第一探测器芯片和第二通道中的第二探测器芯片响应于光耦合而输出的光电流值大于第一预定阈值；基于第一通道和第二通道，确定第一通道中的第一透镜和第二通道中的第二透镜在空间中的坐标；以及基于坐标，确定阵列透镜的倾角。如前，光接收组件包括多个通道，确定两个通道，基于两个通道可以方便地确定阵列透镜的姿态。

在一个实施例中，确定多通道光接收组件中的第一通道和第二通道包括：调整阵列透镜在空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置，以使得穿过阵列透镜中的第一透镜和第二透镜的光经由45度棱镜与阵列探测器芯片中的相应探测器芯片耦合后所输出的光电流值大于第一预定阈值，其中第一透镜和第二透镜所在光路分别为第一通道和第二通道。

在一个实施例中，调整阵列透镜在空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置包括：调整阵列透镜的Z轴，以使得穿过阵列透镜中的第一透镜和第二透镜的光经由45度棱镜与阵列探测器芯片中的相应探测器芯片耦合后所输出的光电流值大于第二预定阈值；以及调整阵列透镜的X轴、Y轴，以使得穿过阵列透镜中的第一透镜和第二透镜的光经由45度棱镜与阵列探测器芯片中的相应探测器芯片耦合后所输出的光电流值大于第一预定阈值。

在一个实施例中，确定阵列透镜的倾角包括：分别确定第一透镜的坐标和第二透镜的坐标；以及基于第一透镜的坐标和第二透镜的坐标，确定阵列透镜的倾角。

在一个实施例中，调整光分路器的姿态包括：以预定量旋转光分路器；在多通道光接收组件中的第一通道的第一探测器芯片响应于光耦合而输出最大光电流值并且第二通道中的第二探测器芯片响应于光耦合而输出的最大光电流值时，确定第一通道中的第一透镜的坐标和第二通道中第二透镜的坐标；以及基于比较结果，确定光分路器的旋转方向。

在一个实施例中，确定光分路器的旋转方向包括：在第一透镜在预定方向上的坐标比第二透镜在预定方向上的坐标小的情况下，沿第一方向旋转光分路器；以及在第一透镜在预定方向上的坐标比第二透镜在预定方向上的坐标大的情况下，沿与第一方向相反的第二方向旋转光分路器。

在一个实施例中，调整光分路器的姿态包括：响应于第一透镜在预定方向上的坐标和第二透镜在预定方向上的坐标的差值小于或等于第三预定阈值，确定光分路器的位置。

在一个实施例中，光路耦合方法还包括：确定光分路器的位置之后，调整阵列透镜的姿态以使得多通道光接收组件中的所有通道的探测器芯片响应于光耦合而输出的响应光电流值大于预定第四预定阈值。

在一个实施例中，光路耦合方法，还包括：移动阵列透镜并且进行点胶；复位阵列透镜并且利用UV光进行预固化；以及在预定温度下对多通道光接收组件进行二次固化。

提供发明内容部分是为了简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开内容的关键特征或主要特征，也无意限制本公开内容的范围。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例而非限制性的方式示出了本公开的若干实施例。

图1示出了根据本公开的实施例的多通道光接收组件的结构示意图。

图2示出了根据本公开的实施例的多通道光接收组件的光路示意图。

图3示出了根据本公开的实施例的用于多通道光接收组件的光路耦合方法的流程图。

图4示出了对光分路器、阵列透镜以及45度棱镜进行光路耦合的步骤的流程图。

图5示出了根据本公开的实施例的调整光分路器的姿态的方法的流程图。

图6示出了根据本公开的实施例的确定光分路器的旋转方向的方法的流程图。

在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示放置或者位置关系的词汇均基于附图所示的方位或者位置关系，仅为了便于描述本公开的原理，而不是指示或者暗示所指的元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本公开的限制。

如在上文中所描述的，目前并没有关于如何设计光接收组件的内部结构及如何完成光路耦合的技术；如果要在复杂的多通道光接收组件内加上半导体光放大器芯片，则需要首先组成半导体光放大器芯片的光路，然后再与多通道光接收组件中的原有部件进行匹配，这使得光接收组件的整体结构变得更加复杂，并且如何完成复杂的光路耦合将成为更大的难点。本公开的实施例提供了一种探测器芯片配合半导体光放大器芯片的多通道光接收组件的结构设计和光路耦合方法，以解决在复杂的多通道光接收组件中加入半导体光放大器的工艺实现问题以及其他潜在的问题。在下文中将参考附图结合示例性实施例来详细描述本公开的原理。

图1示出了根据本公开的实施例的多通道光接收组件的结构示意图，图2示出了根据本公开的实施例的多通道光接收组件的光路示意图。如图1和图2所示，总体上，在此描述的多通道光接收组件100包括热沉6、半导体光放大器芯片5、热敏电阻7、半导体制冷器4、准直器适配器一体件1、前汇聚透镜2、后准直透镜3、光分路器8、阵列透镜9、45度棱镜10以及阵列探测器芯片11。

半导体光放大器芯片5用于对光信号进行放大。如图1所示，半导体光放大器芯片5设置在热沉6上，以经由热沉6进行散热。在一个实施例中，半导体光放大器芯片5例如可以通过共晶焊接的方式焊接在热沉6上。采用共晶焊接的方式能够保证半导体光放大器芯片5与热沉6之间的可靠稳固的连接以及良好的热传递性能。在其他实施例中，半导体光放大器芯片5可以通过其他方式安装到热沉6上，本公开的范围在此方面不受限制。

热敏电阻7用于监测半导体光放大器芯片5的温度。如图1所示，热敏电阻7靠近半导体光放大器芯片5设置在热沉6上。在一个实施例中，半导体光放大器芯片5与热敏电阻7之间的距离小于2mm。通过将热敏电阻7设置在距离半导体光放大器芯片5小于2mm的位置处，能够保证对半导体光放大器芯片5温度检测的极高的准确性。应当理解，在其他实施例中，半导体光放大器芯片5与热敏电阻7之间的距离可以大于或等于2mm，例如2.5mm、3mm或更大，在这样的距离下同样能够实现对半导体光放大器芯片5的温度的准确检测。

在一个实施例中，热敏电阻7例如可以通过导电银胶粘接在热沉6上。采用导电银胶进行粘接的方式能够保证热敏电阻7与热沉6之间的可靠稳固的连接以及良好的热传递性能。在其他实施例中，热敏电阻7可以通过其他方式安装到热沉6上，本公开的范围在此方面不受限制。

如图1所示，半导体制冷器4设置在热沉6下方并且能够对热沉6进行降温。在根据本公开的实施例中，半导体制冷器4被配置为基于由热敏电阻7监测到的半导体光放大器芯片5的温度对热沉6进行降温。通过采用热敏电阻7监测半导体光放大器芯片5的温度并且采用半导体制冷器4基于监测到的温度对热沉6进行降温，能够形成针对半导体光放大器芯片5的温控回路，从而保证在多通道光接收组件100运行期间半导体光放大器芯片5的温度基本恒定，避免由于温度升高而对半导体光放大器芯片5产生不利影响。

在一个实施例中，热沉6例如可以通过导电银胶粘接在半导体制冷器4上。采用导电银胶进行粘接的方式能够保证热沉6与半导体制冷器4之间的可靠稳固的连接。作为示例，导电银胶的热导率可以大于20W/K，以实现优良的热传递。在其他实施例中，热沉6可以通过其他方式安装到半导体制冷器4上，本公开的范围在此方面不受限制。

如图1所示，准直器适配器一体件1设置在半导体光放大器芯片5前面。准直器适配器一体件1位于多通道光接收组件100的最前端，以用于链接光纤。如图2所示，在根据本公开的实施例中，准直器适配器一体件1被配置为从光纤接收多路合波的汇聚光信号，并且将接收到的汇聚光信号转变为准直光信号。

如图1和图2所示，前汇聚透镜2设置在准直器适配器一体件1与半导体光放大器芯片5之间。前汇聚透镜2被配置为将从准直器适配器一体件1接收的准直光信号转变为汇聚光信号，并且将汇聚光信号提供给半导体光放大器芯片5，以由半导体光放大器芯片5进行放大。通过利用半导体光放大器芯片5对光信号进行放大，能够把原来功率很低的多路光信号放大以满足阵列探测器芯片11的灵敏度要求，因而能够实现更长距离的信号传输。

如图1和图2所示，后准直透镜3设置在半导体光放大器芯片5后面。后准直透镜3被配置为将由半导体光放大器芯片5输出的放大光信号转变成准直光信号，并且将准直光信号提供给光分路器8。利用前汇聚透镜2和后准直透镜3能够将半导体光放大器芯片5的光路与多通道光接收组件100中的其他部件的光路进行良好的匹配。

如图1和图2所示，光分路器8、阵列透镜9和45度棱镜10按顺序依次设置在后准直透镜3后面。光分路器8用于将从后准直透镜3接收的准直光信号分成多路光信号。在一个实施例中，如图所示，光分路器8有5个光口，左边为一个进光口12，右边为4个出光口14。光分路器8可以将四路已经合波的一路准直光通过内部波片的反射转变成四路准直光。应当理解，在其他实施例中，光分路器8可以将已经合波的一路准直光转变成更多或更少路分波的准直光。

如图1和图2所示，阵列透镜9设置在光分路器8后面。阵列透镜9包括多个透镜22，并且其中的每个透镜22被配置为将从光分路器8接收的多路光信号中的相应光信号转变成汇聚光信号。45度棱镜10放置在阵列透镜9的后面，以使从阵列透镜9输出的多路汇聚光信号转向。45度棱镜10的两个直角边（入光侧和出光侧）分别与阵列透镜9和阵列探测器芯片11相对，其中45度棱镜10的入光侧基本上平行于阵列透镜9，并且45度棱镜10的出光侧基本上平行于阵列探测器芯片11。阵列探测器芯片11设置在45度棱镜10下方，以接收经由45度棱镜10转向的多路汇聚光信号。阵列探测器芯片11中的每个探测器芯片被配置为将从45度棱镜10接收的多路汇聚光信号中的相应汇聚光信号转变成电信号。

在一个实施例中，阵列探测器芯片11中的每个探测器芯片可以包括PIN光电二极管。在另一实施例中，阵列探测器芯片11中的每个探测器芯片可以包括雪崩光电二极管。在其他实施例中，阵列探测器芯片11中的每个探测器芯片还可以为其他类型的芯片，本公开的范围在此方面不受限制。

在根据本公开的实施例中，利用多通道光接收组件100中的各个部件的独特光路设计，能够实现对光信号的准确可靠的接收和转变。此外，多通道光接收组件100中的各个部件的布局合理，可以很大程度地降低封装工艺的难度。

图3示出了根据本公开的实施例的用于多通道光接收组件的光路耦合方法的流程图。下面将结合图1至图3来描述根据本公开的实施例的多通道光接收组件100的光路耦合方法300。如图1至图3所示，光路耦合方法300总体上包括对后准直透镜3进行光路耦合的步骤301，对准直器适配器一体件1和前汇聚透镜2进行光路耦合的步骤302，以及对光分路器8、阵列透镜9以及45度棱镜10进行光路耦合的步骤303。

在对后准直透镜3进行光路耦合的步骤301中，首先对半导体光放大器芯片5进行供电，并且保持半导体制冷器4和热敏电阻7正常工作，使得半导体光放大器芯片5自身发光。根据半导体光放大器芯片5的典型工作条件，其供电电流例如可以控制在Ith+30mA，其中Ith是半导体光放大器芯片5的阈值电流。半导体制冷器4的控制温度例如可以设置在40摄氏度。上述工作条件开启后半导体光放大器芯片5本身会发出高斯光束。随后，移动后准直透镜3的位置，并且在移动过程中持续地监测由后准直透镜3出射的光路。在由后准直透镜3出射的光路为准直光时，固定后准直透镜3的位置。所监测到的准直光的光斑大小可以小于600um。

在一些实施例中，在对后准直透镜3进行光路耦合的步骤301中，可以采用1310nm波段的CMOS相机对由后准直透镜3出射的光路进行监测。采用这样的CMOS相机能够准确地监测后准直透镜3出射的光路的变化。在其他实施例中，也可以采用其他手段对由后准直透镜3出射的光路进行监测，本公开的范围在此方面不受限制。

在对准直器适配器一体件1和前汇聚透镜2进行光路耦合的步骤302中，首先移动准直器适配器一体件1和前汇聚透镜2的位置，并且在移动过程中监测进入准直器适配器一体件1的光功率P0以及从后准直透镜3出射的光功率P1。在从后准直透镜3出射的光功率P1相对于进入准直器适配器一体件1的光功率P0的增益大于20dB时，固定准直器适配器一体件1和前汇聚透镜2的位置。

对光分路器8、阵列透镜9以及45度棱镜10进行光路耦合的步骤303可以与常规的多通道光接收组件的耦合方法一致。但是需要注意的是，如果步骤303中的耦合不能达到要求，需要调整步骤301中的后准直透镜3直至步骤303中的耦合合格。

在根据本公开的实施例中，还提供了对光分路器8、阵列透镜9以及45度棱镜10进行光路耦合的步骤303的示例性流程。如图4所示，在401处，将阵列透镜9与45度棱镜10例如通过胶水组合在一起，并且将光分路器8和阵列透镜9布置在对应的初始位置。在一些实施例中，初始位置可根据设计阶段的耦合效率仿真得到。在402处，确定阵列透镜9的姿态。在403处，基于阵列透镜9的姿态，调整阵列透镜9的姿态以使得经由45度棱镜9的输出光垂直地耦合至阵列探测器芯片11的光耦合面。在404处，调整光分路器8的姿态，以使光分路器8所输出的光信号的光路间距与阵列透镜9的透镜通道间距对应。

在本公开的实施例的应用场景中，可利用六维调节台来调节光分路器8和阵列透镜9，六位调节台的精度微调精度可小于1um。作为示例，可用日本骏河的型号为E220B-L的调节台。还可用到光学平台。根据本公开一些实施例，耦合效果是根据响应电流的大小来判定的。

在一些实施例中，确定阵列透镜9的姿态的步骤402可以包括：确定多通道光接收组件中的第一通道和第二通道，其中第一通道中的第一探测器芯片和第二通道中的第二探测器芯片响应于光耦合而输出的光电流值大于第一预定阈值；基于第一通道和第二通道，确定第一通道中的第一透镜和第二通道中的第二透镜在空间中的坐标；以及基于坐标，确定阵列透镜9的倾角。

在一些实施例中，第一通道和第二通道被确定为阵列透镜9上的距离最远的两个透镜所在的光路。由于多个透镜被集成在阵列透镜9的框架上，在第一通道和第二通道被确定为阵列透镜9上的距离最远的两个透镜所在的光路的情况下，可以便于实现耦合。在其他实施例中，第一通道和第二通道被确定为阵列透镜9上的非相邻的两个透镜所在的光路。

假定入射在阵列透镜9上的每路光为0.1mW，调整阵列透镜9的框架以调整阵列透镜9在空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置，使得第一通道中的探测器芯片和第二通道中的探测器芯片响应于光耦合而输出的光电流值大于第一预定阈值，例如可为80uA。第一预定阈值可基于期望的耦合效率来设定。然后，确定第一通道中的透镜22和第二通道中的透镜22的坐标。接着，基于坐标，确定阵列透镜9的倾角。

在一些实施例中，调整阵列透镜9在空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置可包括：调整阵列透镜9的Z轴，以使得穿过阵列透镜9中的第一透镜和第二透镜的光经由45度棱镜9与阵列探测器芯片11中的相应探测器芯片耦合后所输出的光电流值大于第二预定阈值。第二预定阈值可用于指示阵列透镜9与阵列探测器芯片11在Z方向耦合的参数。由此，通过该步骤可实现阵列透镜9与阵列探测器芯片11在Z轴方向的耦合。调整阵列透镜9在空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置还可包括：调整阵列透镜9的X轴、Y轴，以使得穿过阵列透镜9中的第一透镜和第二透镜的光经由45度棱镜9与阵列探测器芯片11中的相应探测器芯片耦合后所输出的光电流值大于第一预定阈值。由此，通过该步骤可实现阵列透镜9与阵列探测器芯片11在X-Y平面的耦合。

在一些实施例中，确定阵列透镜9的倾角可包括：分别确定第一透镜的坐标（x1,y1）和第二透镜的坐标（x2,y2）；以及基于第一透镜的坐标和第二透镜的坐标，确定阵列透镜9的倾角θ=arctg((x1-x2)/(y1-y2))。

在一些实施例中，根据本公开实施例的调整光分路器8的姿态的步骤403可包括以下步骤。如图5所示，在502处，以预定量旋转光分路器8。在504处，在多通道光接收组件中的第一通道的第一探测器芯片响应于光耦合而输出最大光电流值并且第二通道中的第二探测器芯片响应于光耦合而输出的最大光电流值时，确定第一通道中的第一透镜的坐标和第二通道中第二透镜的坐标。在506处，将第一透镜的坐标和第二透镜的坐标进行比较。在508处，基于比较结果，确定光分路器8的旋转方向。预定量可以根据调整精度确定，在一些实施例中，光分路器8每次可旋转0.02°。

在一些实施例中，根据本公开实施例的确定光分路器8的旋转方向的方法600可包括以下步骤。如图6所示，在602处，在第一透镜在预定方向上的坐标比第二透镜在预定方向上的坐标小的情况下，沿第一方向旋转光分路器8。在604处，在第一透镜在预定方向上的坐标比第二透镜在预定方向上的坐标大的情况下，沿与第一方向相反的第二方向旋转光分路器8。第三预定阈值可指示光分路器8的通道的光路间距参数。

作为示例，在阵列透镜9的角度调整之后，例如在图示的实施例中，通过调整光分路器8而调整光路间距与阵列透镜9通道间距相匹配。在一个实施例中，阵列透镜9的透镜通道间距可为750μm。可比较调整第一通道到最大光电流值时坐标（x1,y1）的y1值与调整第二通道到最大光电流时坐标（x2,y2）的y2值。如果y1＞y2，表示光路间距＞750μm，此时逆时针旋转光分路器8；如果y1＜y2表示光路间距＜750μm，此时顺时针旋转光分路器8。每次旋转0.02°，直到光路间距≈750μm，即y1=y2。在一些实施例中，y1与y2的差值小于或等于第三预定阈值，可确定光分路器8的位置。第三预定阈值可指示光接收组件的耦合精度要求。

在一些实施例中，对光分路器8、阵列透镜9以及45度棱镜10进行光路耦合的步骤303还可包括：确定光分路器8的位置之后，微调阵列透镜9的姿态以使得多通道光接收组件中的所有通道的探测器芯片响应于光耦合而输出的响应光电流值大于预定第四预定阈值。第四预定阈值例如可根据光路耦合方法的耦合效率来确定。

在一些实施例中，光路耦合方法300还可包括：移动阵列透镜9并且进行点胶。在一些实施例中，移动阵列透镜9可包括升起阵列透镜9，即仅在一个方向上移动阵列透镜9，由此最大限度减小对阵列透镜9位置的影响。然而对阵列透镜9进行点胶，点胶后复位阵列透镜9并且利用UV光进行预固化。在一些实施例中，还包括将预固化的光接收组件中送入预定温度或温度范围的热烘箱进行二次固化。

值得说明的是，本公开的实施例中所描述X、Y、Z轴的顺序仅仅是示例性的，可基于光分路器8、阵列透镜9、45度透镜10和阵列探测器芯片11的安装方向灵活地调整调节各个轴的相应调节方式。

在根据本公开的实施例中，为多通道光接收组件100中的众多复杂的光学元件提供了一种易于实现且稳定可靠的光路耦合顺序和技巧，能够很大程度地降低多通道光接收组件100的封装工艺的难度，并且大大提高多通道光接收组件100的生产效率和良品率，从而为5G光通信往更高速更长距离的方向发展提供了工艺技术可行性基础。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于光通信的多通道光接收组件的光路耦合方法，所述多通道光接收组件包括：

热沉（6）；

半导体光放大器芯片（5），设置在所述热沉（6）上，并且被配置为对光信号进行放大；

热敏电阻（7），靠近所述半导体光放大器芯片（5）设置在所述热沉（6）上，以监测所述半导体光放大器芯片（5）的温度；

半导体制冷器（4），设置在所述热沉（6）下方，并且被配置为基于由所述热敏电阻（7）监测到的所述半导体光放大器芯片（5）的温度对所述热沉（6）进行降温；

准直器适配器一体件（1），设置在所述半导体光放大器芯片（5）前面，并且被配置为将从光纤接收的汇聚光信号转变为准直光信号；

前汇聚透镜（2），设置在所述准直器适配器一体件（1）与所述半导体光放大器芯片（5）之间，所述前汇聚透镜（2）被配置为将从所述准直器适配器一体件（1）接收的准直光信号转变为汇聚光信号，并且将汇聚光信号提供给所述半导体光放大器芯片（5），以由所述半导体光放大器芯片（5）进行放大；

后准直透镜（3），设置在所述半导体光放大器芯片（5）后面，并且被配置为将由所述半导体光放大器芯片（5）输出的放大光信号转变成准直光信号；

光分路器（8），设置在所述后准直透镜（3）后面，并且被配置为将从所述后准直透镜（3）接收的准直光信号分成多路光信号；

阵列透镜（9），设置在所述光分路器（8）后面，所述阵列透镜（9）中的每个透镜被配置为将从所述光分路器（8）接收的多路光信号中的相应光信号转变成汇聚光信号；

45度棱镜（10），设置在所述阵列透镜（9）后面，以使从所述阵列透镜（9）输出的多路汇聚光信号转向；以及

阵列探测器芯片（11），设置在所述45度棱镜（10）下方，所述阵列探测器芯片（11）中的每个探测器芯片被配置为将从所述45度棱镜（10）接收的多路汇聚光信号中的相应汇聚光信号转变成电信号，

所述方法包括：

对所述后准直透镜（3）进行光路耦合的步骤，其包括：

对所述半导体光放大器芯片（5）进行供电，并且保持所述半导体制冷器（4）和所述热敏电阻（7）正常工作，使得所述半导体光放大器芯片（5）自身发光，

移动所述后准直透镜（3）的位置，并且在移动过程中监测由所述后准直透镜（3）出射的光路，以及

在由所述后准直透镜（3）出射的光路为准直光时，固定所述后准直透镜（3）的位置；

对所述准直器适配器一体件（1）和所述前汇聚透镜（2）进行光路耦合的步骤，其包括：

移动所述准直器适配器一体件（1）和所述前汇聚透镜（2）的位置，并且在移动过程中监测进入所述准直器适配器一体件（1）的光功率（P0）以及从所述后准直透镜（3）出射的光功率（P1），以及

在从所述后准直透镜（3）出射的光功率（P1）相对于进入所述准直器适配器一体件（1）的光功率（P0）的增益大于20dB时，固定所述准直器适配器一体件（1）和所述前汇聚透镜（2）的位置；以及

对所述光分路器（8）、所述阵列透镜（9）以及所述45度棱镜（10）进行光路耦合的步骤，

其中对所述光分路器（8）、所述阵列透镜（9）以及所述45度棱镜（10）进行光路耦合的步骤包括：

将光分路器（8）和阵列透镜（9）布置在对应的初始位置；

确定所述阵列透镜（9）的姿态；

调整所述阵列透镜（9）的姿态以使得经由所述45度棱镜（9）的输出光垂直地耦合至所述阵列探测器芯片（11）的光耦合面；以及

调整所述光分路器（8）的姿态，以使得所述光分路器（8）所输出的光信号的光路间距与所述阵列透镜（9）的透镜通道间距对应，

其中确定所述阵列透镜（9）的姿态包括：

确定所述多通道光接收组件中的第一通道和第二通道，其中所述第一通道中的第一探测器芯片和所述第二通道中的第二探测器芯片响应于光耦合而输出的光电流值大于第一预定阈值；

基于所述第一通道和所述第二通道，确定所述第一通道中的第一透镜和所述第二通道中的第二透镜在空间中的坐标；以及

基于所述坐标，确定所述阵列透镜（9）的倾角，

其中调整所述光分路器（8）的姿态包括：

以预定量旋转所述光分路器（8）；

在所述多通道光接收组件中的第一通道的第一探测器芯片响应于光耦合而输出最大光电流值并且第二通道中的第二探测器芯片响应于光耦合而输出的最大光电流值时，确定所述第一通道中的所述第一透镜的坐标和所述第二通道中所述第二透镜的坐标；

将所述第一透镜的坐标和所述第二透镜的坐标进行比较；以及

基于比较结果，确定所述光分路器（8）的旋转方向。

2.根据权利要求1所述的光路耦合方法，其中在对所述后准直透镜（3）进行光路耦合的步骤中，采用1310nm波段的CMOS相机对由所述后准直透镜（3）出射的光路进行监测。

3.根据权利要求1所述的光路耦合方法，其中确定所述多通道光接收组件中的第一通道和第二通道包括：

调整所述阵列透镜（9）在所述空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置，以使得穿过所述阵列透镜（9）中的第一透镜和第二透镜的光经由所述45度棱镜（10）与所述阵列探测器芯片（11）中的相应探测器芯片耦合后所输出的光电流值大于所述第一预定阈值，其中所述第一透镜和所述第二透镜所在光路分别为所述第一通道和所述第二通道。

4.根据权利要求3所述的光路耦合方法，其中调整所述阵列透镜（9）在所述空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置包括：

调整所述阵列透镜（9）的Z轴，以使得穿过所述阵列透镜（9）中的第一透镜和第二透镜的光经由所述45度棱镜（10）与所述阵列探测器芯片（11）中的相应探测器芯片耦合后所输出的光电流值大于第二预定阈值；以及

调整所述阵列透镜（9）的X轴、Y轴，以使得穿过所述阵列透镜（9）中的第一透镜和第二透镜的光经由所述45度棱镜（10）与所述阵列探测器芯片（11）中的相应探测器芯片耦合后所输出的光电流值大于所述第一预定阈值。

5.根据权利要求1所述的光路耦合方法，其中确定所述光分路器（8）的旋转方向包括：

在所述第一透镜在预定方向上的坐标比所述第二透镜在所述预定方向上的坐标小的情况下，沿第一方向旋转所述光分路器（8）；以及

在所述第一透镜在所述预定方向上的坐标比所述第二透镜在所述预定方向上的坐标大的情况下，沿与所述第一方向相反的第二方向旋转所述光分路器（8）。

6.根据权利要求5所述的光路耦合方法，其中调整所述光分路器（8）的姿态包括：

响应于所述第一透镜在所述预定方向上的坐标和所述第二透镜在所述预定方向上的坐标的差值小于或等于第三预定阈值，确定所述光分路器（8）的位置。

7.根据权利要求6所述的光路耦合方法，还包括：

确定所述光分路器（8）的位置之后，调整所述阵列透镜（9）的姿态以使得所述多通道光接收组件中的所有通道的探测器芯片响应于光耦合而输出的响应光电流值大于预定第四预定阈值。

8.根据权利要求1所述的光路耦合方法，还包括：

移动所述阵列透镜（9）并且进行点胶；

复位所述阵列透镜（9）并且利用UV光进行预固化；以及

在预定温度下对所述多通道光接收组件进行二次固化。

9.根据权利要求1所述的光路耦合方法，其中所述半导体光放大器芯片（5）与所述热敏电阻（7）之间的距离小于2mm。

10.根据权利要求1所述的光路耦合方法，其中所述半导体光放大器芯片（5）通过共晶焊接的方式焊接在所述热沉（6）上，

其中所述热敏电阻（7）通过导电银胶粘接在所述热沉（6）上，

其中所述热沉（6）通过导电银胶粘接在所述半导体制冷器（4）上，并且

其中所述导电银胶的热导率大于20W/K。

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