CN112198601B - 用于多通道光接收组件的光路耦合方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于多通道光接收组件的光路耦合方法，光接收组件包括光分路器（10）、阵列透镜（20）以及阵列探测器芯片（30），方法包括：将光分路器（10）和阵列透镜（20）布置在对应的初始位置，确定阵列透镜（20）的姿态；调整阵列透镜（20）的姿态以使得来自阵列透镜（20）的输出光垂直地耦合至阵列探测器芯片（30）的光耦合面；以及调整光分路器（10）的姿态，以使得光分路器（10）所输出的光信号的光路间距与阵列透镜（20）的透镜通道间距对应。根据本公开的光路耦合方法，大幅度提高了多通道光接收组件的光路耦合效率。

Description

用于多通道光接收组件的光路耦合方法

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，涉及一种多通道光接收组件的光路耦合方法。

背景技术

随着5G及物联网的发展，通信网络和数据中心的建设使用量加大，网络对于速率的要求也在逐步的提升。提升速率的方法有两种，一种是直接采用高带宽的单颗芯片，这样的好处是光器件的结构小，功耗也小，但是目前的网络对于速率的需求迫切度远远大于光芯片的发展速度，在高速100G、200G以及400G领域单颗高速芯片并没有达到商用阶段。

针对此，提出了采用多通道光芯片阵列的方案，其中多通道光芯片阵列器件封装在一个器件里面，这样就突破了芯片的瓶颈。然而，如何实现多通道光芯片阵列的耦合以确保多通道光芯片阵列的耦合效率是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本公开的实施例提供了一种用于多通道光接收组件的光路耦合方法，旨在提高多通道光芯片阵列的耦合效率以及其他潜在的问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种多通道光接收组件的光路耦合方法，所述光接收组件包括适于将接收的准直光信号分成多路光信号的光分路器、包括与所述多路光信号分别耦合的多个透镜的阵列透镜以及适于与透过所述多个透镜的多路光信号分别耦合的多个探测器芯片的阵列探测器芯片，所述方法包括：将光分路器和阵列透镜布置在对应的初始位置；确定所述阵列透镜的姿态；调整所述阵列透镜的姿态以使得来自所述阵列透镜的输出光垂直地耦合至所述阵列探测器芯片的光耦合面；以及调整所述光分路器的姿态，以使得所述光分路器所输出的光信号的光路间距与所述阵列透镜的透镜通道间距对应。

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。

本申请的发明人经过大量实验发现，通过以特定的顺序来实施光分路器和阵列透镜的耦合，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。

在根据本公开的实施例中，确定所述阵列透镜的姿态包括：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，确定所述阵列透镜的倾角。如前所述，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。

在根据本公开的实施例中，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中的第一透镜和第二透镜的光与所述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。

在根据本公开的实施例中，调整所述阵列透镜在所述空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置包括：调整所述阵列透镜的Z轴，以使得穿过所述阵列透镜中的第一透镜和第二透镜的光与所述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；以及调整所述阵列透镜的X轴、Y轴，以使得穿过所述阵列透镜中的第一透镜和第二透镜的光与所述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所述第一预定阈值。

在根据本公开的实施例中，确定所述阵列透镜的倾角包括：分别确定所述第一透镜的坐标和所述第二透镜的坐标；以及基于所述第一透镜的坐标和所述第二透镜的坐标，确定所述阵列透镜的倾角。

在根据本公开的实施例中，调整所述光分路器的姿态包括：以预定量旋转所述光分路器；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；以及基于比较结果，确定所述光分路器的旋转方向。

在根据本公开的实施例中，确定所述光分路器的旋转方向包括：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；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。

在根据本公开的实施例中，调整所述光分路器的姿态包括：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，确定所述光分路器的位置。

在根据本公开的实施例中，光路耦合方法还包括：确定所述光分路器的位置之后，调整所述阵列透镜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。

在根据本公开的实施例中，光路耦合方法，还包括：移动所述阵列透镜并且进行点胶；复位所述阵列透镜并且利用UV光进行预固化；以及在预定温度下对所述光接收组件进行二次固化。

在根据本公开的实施例中，提供一种易于实现且稳定可靠的光路耦合顺序，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。

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整体结构示意图。

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结构示意图。

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。

下面结合附图详细说明根据本公开实施例的用于多通道光接收组件的光路耦合方法。

图1示出根据本公开实施例的多通道光接收组件100的整体示意图。如图1所示，多通道光接收组件100包括：适配器40，被配置成接收光；光分路器10；一体的阵列透镜20；以及阵列探测器芯片30。这些部件可容纳在多通道光接收组件100的壳体中。在图示的实施例中，壳体的一部分被去除以示出这些部件。

图2示出本公开实施例的多通道光接收组件的光路示意图。应当理解的是，为了清楚起见，仅示出了多通道光接收组件中与本公开的发明构思相关的特征，省略了与本公开的发明构思无关的非必要的特征。

如图2所示，多通道光接收组件100包括光分路器10、阵列透镜20和阵列探测器芯片30。光分路器10被配置为将接收的准直光信号分成多路光信号。阵列透镜20包括与所述多路光信号分别耦合的多个透镜22。阵列探测器芯片30被配置为与透过多个透镜22的多路光信号分别耦合的多个探测器芯片（图中未示出）。探测器芯片被配置成将光信号转换成电信号。

在图2所示的多通道光接收组件100中，来自光分路器10的多路光信号经由阵列透镜20的相应透镜22耦合至阵列探测器芯片30的相应探测器芯片，其中一个光路构成一个通道。

采用阵列透镜对阵列好的多个芯片进行光耦合在技术上的实现难度很大。原因在于，阵列透镜20是整体移动的，任意调整一个光路都会带来其他光路的耦合值的变化，如果盲目地调节阵列透镜20，将会导致效率低下。

在图示的实施例中，多通道光接收组件100被示出为4通道。光分路器10有5个光口，左边为一个进光口12，右边为4个出光口14，从光分路器10出光口出来的光为平行光。阵列透镜20包括框架，并且4个透镜集成在框架上。从光分路器10出来的4路平行光进入阵列透镜20的4个透镜之后变成汇聚光照射到阵列探测器芯片30的4颗芯片上。应当理解的是，上述4通道的光接收组件100仅仅是光接收组件100的示例性实施例，光接收组件100可以包括3、5、6、7、8、9、10、11、12，甚至几十个通道。在下面的实施例中，将以四通道光接收组件100为例进行说明，应当理解的是这仅仅是出于说明的目的，对于其他数目的通道可以类似地实施根据本公开实施例的光路耦合方法。

图3示出根据本公开实施例的用于多通道光接收组件的光路耦合方法300的示意性框图。图4示出了实施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结构示意图。下面结合图3和图4详细说明根据本公开实施例的用于多通道光接收组件的光路耦合方法300。

如图3所示，在302处，将光分路器10和阵列透镜20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304处，确定阵列透镜20的姿态。在306处，基于阵列透镜20的姿态，调整阵列透镜20的姿态以使得来自阵列透镜20的输出光垂直地耦合至阵列探测器芯片30的光耦合面。在308处，调整光分路器10的姿态，以使光分路器10所输出的光信号的光路间距与所述阵列透镜20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，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20的姿态可包括：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22和第二通道中的第二透镜22在空间中的坐标；以及基于坐标，确定阵列透镜20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20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20的框架上，在第一通道和第二通道被确定为阵列透镜20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20上的非相邻的两个透镜所在的光路。

作为示例，如图4所示，四通道光接收组件100中的距离最远的CH1和CH4被确定为第一通道和第二通道。假定入射光每路为0.1mW，调整阵列透镜20的框架调整阵列透镜20在空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置，使得CH1中的探测器芯片和CH4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CH1中的透镜22和CH4中的透镜22的坐标。接着，基于坐标，确定阵列透镜20的倾角。由此，调整阵列透镜20的框架以使得调整阵列透镜20为图中的竖直位置。在图示的实施例中，阵列透镜20与阵列探测器芯片30平行，由此来自阵列透镜20的输出光垂直地耦合至阵列探测器芯片30的光耦合面。

在一些实施例中，调整阵列透镜20在空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置可包括：调整阵列透镜20的Z轴，以使得穿过阵列透镜20中的第一透镜22和第二透镜22的光与阵列探测器芯片30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20与阵列探测器芯片30在Z方向耦合的参数。由此，在阵列透镜20与阵列探测器芯片30不在相同平面的情况下，通过该步骤可实现阵列透镜20与阵列探测器芯片30在Z轴方向的耦合。调整阵列透镜20在空间中的X轴、Y轴、Z轴的位置还可包括：调整阵列透镜20的X轴、Y轴，以使得穿过阵列透镜20中的第一透镜22和第二透镜22的光与阵列探测器芯片30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20与阵列探测器芯片30在X-Y平面的耦合。

在一些实施例中，确定阵列透镜20的倾角可包括：分别确定第一透镜22的坐标（x1,y1）和第二透镜22的坐标（x2,y2）；以及基于第一透镜22的坐标和第二透镜22的坐标，确定阵列透镜20的倾角θ=arctg((x1-x2)/(y1-y2))。如图所示，θ表示阵列透镜20在水平面内相对于纵轴Y方向的倾角。应当理解的是，这仅仅是示例性的。在一些实施例中，可基于阵列透镜20的相应透镜之间的距离来确定θ。

在一些实施例中，根据本公开实施例的调整光分路器10的姿态的方法500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10。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10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10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10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10。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10。第三预定阈值可指示光分路器10的通道的光路间距参数。

作为示例，在阵列透镜20的角度调整之后，例如在图示的实施例中，阵列透镜20与PD平行后，再通过调整分路器10而调整光路间距与阵列透镜通道间距相匹配。在一个实施例中，阵列透镜20的透镜通道间距可为750μm。可比较调整CH1到最大光电流值时坐标（x1,y1）的y1值与调整CH2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，此时逆时针旋转分路器10；如果y1＜y2表示光路间距＜750μm，此时顺时针旋转分路器10。每次旋转0.02°，直到光路间距≈750μm，即y1=y4。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，光路耦合方法还可包括：确定光分路器10的位置之后，微调阵列透镜20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，光路耦合方法还可包括：移动阵列透镜20并且进行点胶。在一些实施例中，移动阵列透镜20可包括升起阵列透镜20，即仅在一个方向上移动阵列透镜20，由此最大限度减小对阵列透镜20位置的影响。然而对阵列透镜20进行点胶，点胶后复位阵列透镜20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10、阵列透镜20和阵列探测器芯片30的安装方向灵活地调整调节各个轴的相应调节方式。

根据本公开实施例的行用于多通道光接收组件的光路耦合方法不仅可以提高耦合效率；此外，由于采用全面耦合的方法，还可以提升耦合效果，可以避免在操作过程中响应电流合格但实际不是最佳耦合点的情况。

在根据本公开的实施例中，提供一种易于实现且稳定可靠的光路耦合顺序，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 (8)

1.一种用于多通道光接收组件的光路耦合方法，所述光接收组件包括适于将接收的准直光信号分成多路光信号的光分路器（10）、包括与所述多路光信号分别耦合的多个透镜（22）的阵列透镜（20）以及适于与透过所述多个透镜（22）的多路光信号分别耦合的多个探测器芯片的阵列探测器芯片（30），所述方法包括：

将光分路器（10）和阵列透镜（20）布置在对应的初始位置；

确定所述阵列透镜（20）的姿态；

调整所述阵列透镜（20）的姿态以使得来自所述阵列透镜（20）的输出光垂直地耦合至所述阵列探测器芯片（30）的光耦合面；以及

调整所述光分路器（10）的姿态，以使得所述光分路器（10）所输出的光信号的光路间距与所述阵列透镜（20）的透镜通道间距对应；其中确定所述阵列透镜（20）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（20）的倾角。

2.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（20）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（20）中的第一透镜和第二透镜的光与所述阵列探测器芯片（30）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。

3.根据权利要求2所述的光路耦合方法，其中调整所述阵列透镜（20）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（20）的Z轴，以使得穿过所述阵列透镜（20）中的第一透镜和第二透镜的光与所述阵列探测器芯片（30）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（20）的X轴、Y轴，以使得穿过所述阵列透镜（20）中的第一透镜和第二透镜的光与所述阵列探测器芯片（30）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。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光路耦合方法，其中调整所述光分路器（10）的姿态包括：

以预定量旋转所述光分路器（10）；

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（10）的旋转方向。

5.根据权利要求4所述的光路耦合方法，其中确定所述光分路器（10）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（10）；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（10）。

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（10）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（10）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（10）的位置之后，调整所述阵列透镜（20）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1-3和5-7中任一项所述的光路耦合方法，还包括：

移动所述阵列透镜（20）并且进行点胶；

复位所述阵列透镜（20）并且利用UV光进行预固化；以及

在预定温度下对所述光接收组件进行二次固化。

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