CN112241055A - 用来耦接及光学对齐光学透镜阵列的透镜夹及实施其的光次组件模块 - Google Patents

Abstract

本发明大致上涉及一种透镜夹，透镜夹界定出至少一个安装面以及光学透镜槽。至少一个安装面耦接于并支撑光学元件阵列，如激光二极管及相关元件。光学透镜槽用于容纳光学透镜阵列并牢固地将光学透镜阵列相对光学元件定位在预设的位置借以确保额定的光耦合。光学透镜槽包含允许各个光学透镜插入其中并限制沿一个或多个轴活动/位移的尺寸。因此，将光学透镜设置在透镜槽中至少确保了沿两个轴的对齐，例如Z及X轴，且第三轴(如Y轴)沿槽体平行延伸而允许各个光学透镜的水平调整。

Description

用来耦接及光学对齐光学透镜阵列的透镜夹及实施其的光次 组件模块

技术领域

本发明涉及光通信，特别涉及一种透镜夹，其将光学透镜阵列牢固地定位在与相关的光学元件(如激光二极管、阵列波导光栅)对齐的位置，以简化制造过程，并例如减缓于使用紫外光固化(UV-curing)光学胶时发生的退火后偏移(post-annealing shift)的影响。

背景技术

光收发器可用来发出及接收光学信号以适用于但不限于网络数据中心(internetdata center)、线缆电视宽频(cable TV broadband)及光纤到户(fiber to the home，FTTH)等各种应用。举例来说，相较于以铜制成的线缆来传输，以光收发器来传输可在更长的距离下提供更高的速度及频宽。为了在空间较受限的光收发器模块中提供较高的发射/接收速度例如会面临在制造过程中建立及维持光学元件的适当方向及对齐的挑战。

光收发器模块一般包含一个或多个用于发射光信号的光发射次组件(transmitter optical subassembly，TOSA)。光发射次组件能包含用于发射一个或多个频道波长的信号的一个或多个激光器以及相关的被动和/或主动支持元件。这种支持元件例如包含激光二极管驱动器(laser diode driver，LDD)、汇聚透镜及复用装置，复用装置例如为阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)。各个元件可相对彼此牢固地在预设的位置贴附于壳体/基板以组装光发射次组件。举例来说，诸如激光二极管及阵列波导光栅的元件可粘晶(die bonded)于一个或多个激光二极管附近。另一方面，如汇聚透镜的元件可使用如紫外光固化光学胶的粘着剂来贴附。然而，这种粘着剂会造成元件的错位(misalignment)，这也称作退火后偏移并由粘着剂在固化/硬化时的结构改变所导致。并且，在描述多频道光次组件的内容中，能使用多个汇聚透镜。这会需要将各个汇聚透镜保持在能确保额定光功率的相对较小的误差内。在主动的对齐过程中会需要反复改变汇聚透镜的位置/方向并接着重新测试。

发明内容

根据本发明一示例公开有一种用于使用在光次组件中的透镜夹。透镜夹用于将多个光学透镜的阵列安装并对齐于多个相关光学元件。透镜夹包含本体、配合面、安装面。本体具有延伸到第二端的第一端。本体界定出透镜槽，透镜槽延伸于第一端及第二端之间。透镜槽用以容纳至少一部分的光学透镜。配合面由本体界定以将透镜夹耦接于光次组件壳体。安装面由本体界定。安装面沿透镜槽设置并用以耦接于并支撑多个光学元件。透镜槽用以将各个光学透镜光学地对齐于安装在至少一个安装面的相关光学元件。

附图说明

这些及其他的特征与优点将通过阅读以下的详细描述及附图被更透彻地了解。在附图中：

图1为根据本发明的实施例的多频道光收发器的方框图。

图2为根据本发明的多频道光收发器模块的立体图。

图3为图2中根据本发明一实施例的多频道光收发器模块的侧视图。

图4A呈现图2中根据本发明一实施例的多频道光收发器模块的多频道光发射次组件配置的上视图。

图4B为图4A中的多频道光发射次组件配置的局部放大图。

图5呈现图4A中根据本发明一实施例的多频道光发射次组件配置的另一立体图。

图6呈现图4A中根据本发明一实施例的多频道光发射次组件配置的另一立体图。

图7为图4A中根据本发明一实施例的多频道光发射次组件配置的剖面示意图。

图8呈现根据本发明一实施例的示例性透镜夹的立体图。

图9呈现图8中根据本发明一实施例的示例性透镜夹的侧视图。

图10呈现图8中根据本发明一实施例的示例性透镜夹的前视图。

图11呈现图8中根据本发明一实施例的示例性透镜夹的后视图。

图12呈现在根据本发明一实施例中彼此同轴设置的第一及第二透镜夹。

图13呈现图12中根据本发明一实施例的第一及第二透镜夹的另一立体图。

附图标记说明：

光收发器 100

基板 102

多频道光发射次组件配置 104

多频道光接收次组件配置 106

光发射次组件壳体 109

激光配置 110

光收发器架体 111

发射连接电路 112

馈送装置 116

转接线路 117

导体线路 119

输出波导 120

光纤插座 122

解复用装置 124

复用装置 125

频道波长 126

光二极管阵列 128

放大电路 130

接收连接电路 132

接收波导 134

光纤插座 136

光收发器模块 200

基板 202

第一端 203

多频道光发射次组件配置 204

第二端 205

多频道光接收次组件配置 206

壳体 209

中间波导 211

发射光耦合插座 222

解复用装置 224

复用装置 225

光二极管阵列 228

输入端口 229

第一放大芯片 230-1

第二放大芯片 230-2

滤波电容器 231

第一部分 232-1

第二部分 232-2

电性线路 233

总线 235

光耦合插座 236

焊线 238

电性线路 239

热电致冷器 241

激光二极管驱动器芯片 242-1

激光二极管驱动器芯片 242-2

第一安装面 245

第二安装面 246

长轴 250

侧壁 256-1至256-6

空腔 260

第一端 261

第二端 263

激光二极管次安装件 266

第一导热路径 267

第二导热路径 268

馈送装置 270

第一安装面 272-1

第二安装面 272-2

激光配置 274

光隔离器 276

开口 277

输出端口 279

激光二极管次安装件 280-1、280-2

输入区域 282

输出端口 284

空气间隙 285

输入光路径 286

输出光路径 290

光耦合插座 292

中间光纤 294

表面 299

透镜夹 802

第一透镜夹 802-1

第二透镜夹 802-2

本体 804

透镜槽 806、806-1、806-2

安装面 808

配合面 810

第一端 812-1

第二端 812-2

第一部分 814-1

第二部分 814-2

顶面 816

第一侧壁 820-1

第二侧壁 820-2

底面 820-3

第一汇聚透镜阵列 840-1

第二汇聚透镜阵列 840-2

长轴 850

光路径 880

驱动信号 TX_D1至TX_D8

电性数据信号 RX_D1至RX_D8

宽度 D1

偏移距离 D

偏移距离 D2

高度 H1

高度 H2

高度 H3

宽度 W1

频道波长 λ1..λ8

具体实施方式

制造多频道光发射次组件的本方法包含在光发射次组件中独立地耦接各个激光二极管及相关的光学元件，例如透镜、监控光二极管等，并基本上根据每个频道执行功率量测及反复进行重新对齐(也称为主动对齐)。由于光发射次组件尺寸缩小(scale)并包含比以往都还要高的频道密度，这种每频道的主动对齐会有相当的复杂度、每单元花费相当的时间，且最终会降低合格率。光发射次组件模块持续进行的尺寸缩小及快速发展至少部分取决于简化激光二极管及相关元件的光学对齐以及增加它们之间的对齐的公差。

本发明大致上涉及一种透镜夹，透镜夹界定出至少一个安装面以及光学透镜槽。至少一个安装面耦接于并支撑光学元件阵列，如激光二极管及相关元件。光学透镜槽用于容纳光学透镜阵列，如汇聚透镜，并牢固地将光学透镜阵列相对光学元件定位在预设的位置借以确保额定的光耦合。光学透镜槽包含允许各个光学透镜插入其中并限制沿一个或多个轴活动/位移的尺寸。因此，将光学透镜设置在透镜槽中至少确保了沿两个轴的对齐，例如借由沿Z及X轴固定光学透镜，且第三轴(如Y轴)沿槽体平行延伸而允许各个光学透镜的水平调整。因此，如光发射次组件的光学次组件的组装会包含将如激光组件的光学元件安装在透镜夹的安装面并接着为了对齐而在将透镜夹插设到光发射次组件壳体的空腔中之前或之后将各个汇聚透镜插设到透镜槽中。

因此，相较其他基于每频道个别地将各个激光器及汇聚透镜耦接及对齐的方法，根据本发明的透镜夹能显著地降低制造复杂度、每单元的制造时间、错位误差并增加主动对齐公差。此外，各个透镜夹能包含例如能耦接于四个或更多个汇聚透镜的透镜槽。因此，在各个汇聚透镜及激光二极管耦接在一起且通过透镜夹对齐之后，能仅借由沿X或Y轴平移透镜夹而不是个别地调整各个独立的激光器及透镜的位置而达成与光发射次组件壳体中如光复用器的其他光学元件的对齐。同样地，两个或更多个透镜夹及相关的透镜及激光二极管能至少部分地在光发射次组件壳体外组装，且接着被设置在光发射次组件壳体中而用于安装及光学对齐于一个或多个复用器、一个或多个发射光纤等。因此，两个或更多个透镜夹能用来将频道数量增加到八个(8)或更多，且至少部分的透镜夹及相关元件的组装选择性地被执行于空间相对较限制的光发射次组件壳体外，以例如有利于降低产生对齐误差及元件受损的风险。

因此，根据本发明具有透镜夹的多频道光发射次组件能以使多个激光二极管及相关的二极管以两组或更多组的形式光学对齐的方式组装有4、8、16、24、32或N个频道(这是根据透镜槽尺寸、所需的频道数量等等)，这有利于避免需要为各个个别的激光器及相关元件执行主动测试及反复进行重新对齐的必要。

此外，本发明已证实由透明材料(例如允许至少50至80％的入射波长，较佳为90至100％的入射紫外光波长通过)形成透镜夹显著地提升通过使用紫外光固化环氧树脂将汇聚透镜贴附于透镜夹达成的结构整合性(structural integrity)及可靠度。尤其，光学透镜能以“最底点(bottoms out)”(例如直接地接触界定透镜槽的底面)的方式设置，而使得环氧树脂设置于相邻的光学透镜之间和/或设置于光学透镜与相邻的透镜槽的侧壁之间的间隙空间中，同时阻止/防止所有或至少大部分的环氧树脂流动于各个透镜的下面。因此，固化过程中沿Z轴的垂直活动/位移借由避免环氧树脂溢出(well)到光学透镜下面而被抑止(negated)，且沿X及Y轴的退火后偏移基本上由于紫外光固化环氧树脂于各个汇聚透镜附近均匀量的扩张及收缩的缘故而被无效化(nullified)。这确保退火后偏移受到减缓或者最小化以维持光学对齐，进而维持额定的光功率。

虽然以下的公开包含具体涉及透镜夹被使用于光发射次组件配置中的示例及情况，但本发明并不以此为限。举例来说，根据本发明的透镜夹也可被用来对齐及安装于光接收次组件配置中的光学透镜。

于此，“频道波长(channel wavelength)”指与光学频道相关的波长，且可包含中心波长附近的特定波长带。于一示例中，频道波长可由国际电信(InternationalTelecommunication，ITU)标准定义，例如ITU-T高密度波长分波复用(dense wavelengthdivision multiplexing，DWDM)网格(grid)。本发明同样地可应用于低密度分波复用(coarse wavelength division multiplexing，CWDM)。于特定的示例中，频道波长根据区域网络(local area network，LAN)波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)实施，而区域网络波分复用也可称为LWDM。

用语“耦合”于此是指任何连接、耦接、连结或相似的关系，且“光学地耦合”是指光从一个元件传递(impart)到另一个元件的耦合关系。这种“耦合”装置并不需要直接彼此连接，且可由中间元件或能操控或修改这样的信号的装置分隔开。另一方面，用语“直接光学耦合”指两个元件之间通过光路径的光学耦合没有包含这种中间元件或装置或是没有包含沿这两个元件之间的光路径的弯曲/弯折，其中中间元件例如为面镜、波导等等。

用语“实质上”于此一般性地使用并指可接受的误差范围内的精准程度，其中可接受的误差范围视为并反映因制造过程中的材料组成、材料缺陷和/或限制/特性(peculiarity)所产生的次要真实世界变化(minor real-world variation)。这种变化可因此被描述为大致地(largely)，但不需完全地达成所述的特性。为了提供一种非限制性的示例来量化“实质上”，除非另有说明，否则次要变化可造成的误差小于或等于特定描述的数量/特性的正负5％。

于此，“气密的”及“气密地密封”等用词可交替使用并指壳体最多释放约5*10^-8立方厘米/秒的填充气体。填充气体可包含惰性气体，例如氮、氦、氩、氪、氙或是其混合物，可包含氮氦混合物、氖氦混合物、氪氦混合物或氙氦混合物。

请参阅相关图式，其中图1呈现及描述根据本发明实施例之光收发器100。为了清楚及方便描述而非为了限制，光收发器100以高度简化的方式呈现。于本实施例中，光收发器100包含耦接于一基板102的一多频道光接收次组件(receiver optical subassembly，ROSA)配置106及一多频道光发射次组件(transmitter optical subassembly，TOSA)配置104，其中基板102也可称为光学模块基板。基板102例如可包含印刷电路板(printedcircuit board，PCB)或印刷电路板组件(PCBA)。基板102可为了插设于光收发器架体111中而用以为“可插拔的(pluggable)”。

在所呈现的实施例中，光收发器100分别通过多频道光发射次组件配置104及多频道光接收次组件配置106以八个不同的频道波长λ1..λ8发射及接收八个(8)频道的信号，且可具有每频道至少约25Gbps的传输速率，较佳地为每频道50Gbps。光收发器100也可具有2公里到至少约10公里的传输距离。光收发器100例如可用于网络数据中心应用或光纤到户(fiber to the home，FTTH)应用。虽然以下的示例及实施例呈现并描述八频道的光收发器，但本发明并不以此为限。举例来说，本发明也同样地可应用于2、4、6频道的示例。

详细来说，多频道光发射次组件配置104包含光发射次组件壳体109，光发射次组件壳体109具有界定出空腔的多个侧壁。空腔包含设置于其中的多个激光配置110、复用装置125及馈送装置116。多频道光发射次组件配置104可作为图2至图7中的多频道光发射次组件配置204实施，且至少一个激光二极管驱动器(laser diode driver，LDD)设置/安装于馈送装置116，这将于以下详述。于任何情况中，各个激光配置110能用以发射具有不同的相关频道波长的光信号。各个激光配置能包含被动和/或主动光学元件，如激光二极管(laserdiode，LD)、光隔离器、汇聚透镜、监控光二极管(monitor photodiode，MPD)等等。

为了驱动这些激光配置110，光收发器100包含发射连接电路112以提供电性连接给光发射次组件壳体109中的这些激光配置110。发射连接电路112可用以例如从光收发器架体111中的电路接收驱动信号(如驱动信号TX_D1至TX_D8)。光发射次组件壳体109可被气密地密封以防止如灰尘及碎屑等异物(foreign material)进入。因此，可将多个转接(transit，TX)线路117(或电性导体路径)图案化于基板102的至少一个表面上并电性耦接于光发射次组件壳体109的馈送装置116，借以使发射连接电路112电性连通于这些激光配置110，进而将发射连接电路112与多频道光发射次组件配置104电性互连。馈送装置116例如可包含陶瓷、金属或任何其他合适的材料。

于运行过程中，多频道光发射次组件配置104可接着接收驱动信号(如驱动信号TX_D1至TX_D8)，并响应于此而产生并发送经复用的频道波长至如发射光纤的输出波导120。所产生的经复用的频道波长可根据复用装置125来结合，其中复用装置125例如为阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)，且阵列波导光栅用于接收从这些激光配置110发出的频道波长126并通过光纤插座122将带有经复用的频道波长的信号输出到输出波导120。

接着，多频道光接收次组件配置106包含解复用装置124(例如阵列波导光栅)、光二极管(photodiode，PD)阵列128及放大电路130，如跨阻抗放大器(transimpedanceamplifier，TIA)。解复用装置124的输入端口可通过光纤插座136光学地耦接于接收波导134，例如光纤。解复用装置124的输出端口可用于将分离的频道波长输出到光二极管阵列128。光二极管阵列128可接着将成比例的电信号输出至放大电路130，此电信号接着可被放大或者是调节(conditioned)。光二极管阵列128及放大电路130感测光信号并将光信号转换成电性数据信号RX_D1至RX_D8，其中电性数据信号RX_D1至RX_D8通过接收连接电路132输出。于运行过程中，光二极管阵列128可接着通过导体线路119(可称为导体路径)将带有所接收的频道波长的表征(representation)的电信号输出至接收连接电路132。

请参阅图2至图7，呈现有根据本发明一实施例的示例性光收发器模块200。示例性光收发器模块200可作为图1中的光收发器100实施。如图式所示，光收发器模块200例如为了提供高达及超过400Gb/s的传输速度而包含发送及接收八个(8)不同的频道波长的示例。然而，其他的频道示例也属于本发明的范围且图2至图7中的实施例并不旨于限定本发明。

详细来说，光收发器模块200包含基板202、多频道光发射次组件配置204及多频道光接收次组件配置206。尤其，基板202包含沿长轴250延伸至第二端205的第一端203。第一安装面245及第二安装面246彼此背对设置并沿长轴250平行延伸且界定至少部分的基板202。基板202例如可包含印刷电路板组件(PCBA)或其他合适的基板材料。多频道光接收次组件配置206于靠近基板202的第一端203的位置耦接并受支撑于第一安装面245。多频道光接收次组件配置206能包含板上/集成示例，这详述于共同审查中的美国专利，此美国专利申请号为16/142,466，申请日为2018年9月28且标题为“Receiver Optical Subassembly(ROSA)Integrated On Printed Circuit Board Assembly,”，该美国专利的整体于此供参考。

如图2所示，多频道光接收次组件配置206包含解复用装置224，如阵列波导光栅，且具有通过中间波导211(如光纤)耦接至光耦合插座236的输入端口229。解复用装置224还包含对齐于光二极管(photodiode，PD)阵列228的输出区域。光二极管阵列228电性耦接于第一放大芯片230-1及第二放大芯片230-2，例如为跨阻抗放大器。于运行过程中，通过光耦合插座236接收的经复用的光信号会由解复用装置224解复用。解复用装置224接着将分离的频道波长输出到相对应的光二极管阵列228。接着，光二极管阵列228将电流输出到第一放大芯片230-1及第二放大芯片230-2，其代表接收且分离的频道波长。第一放大芯片230-1及第二放大芯片230-2接着将来自光二极管阵列228的电流放大并通过接收连接电路132(如图1所示)将信号例如输出至数据总线。

如以下所详述，多频道光发射次组件配置204耦接于基板202的第一端203且包含用于输出多个频道波长的光连接器及多个激光配置。如图式所示，多频道光发射次组件配置204可边缘安装(edge mounted)于基板202，但其他合适的方法也属于本发明的范围。

请特别参阅图4A中呈现的实施例，多频道光发射次组件配置204包含壳体209，壳体209也可称为光发射次组件壳体。壳体209由多个侧壁256-1至256-6所界定且侧壁256-1至256-6之间界定出空腔260。这些侧壁256-1至256-6沿长轴250从第一端261延伸到第二端263(如图2所示)。然而，壳体209可具有其他的形状及示例且所提供的示例并非用于限定。

如图4A中的实施例所进一步呈现，请额外参照图6，多频道光发射次组件配置204包含馈送装置270、多个激光配置274、复用装置225、光隔离器276及输出端口279。馈送装置270邻设于壳体209的第一端261且至少部分地延伸到空腔260中。尤其，馈送装置270的第一部分232-1至少部分地延伸到空腔260中且第二部分232-2可从空腔260朝基板202延伸而用于耦合(如图6所示)。因此，馈送装置270至少界定出部分的空腔260。

馈送装置270例如可包含具有适度刚性的非金属材料，例如无机材料，无机材料例如为结晶氧化物(crystalline oxide)、氮化物或碳化物材料，其一般可称为陶瓷。诸如碳或硅的某些元素也可视为陶瓷且也属于本发明的范围。

接续于馈送装置270，多个激光配置274至少部分地设置于激光二极管(laserdiode，LD)次安装件280-1、280-2。各个激光配置274包含激光二极管、监控光二极管及汇聚透镜。各个激光配置也包含安装于馈送装置270的相对应的激光二极管驱动器芯片(激光二极管驱动器芯片242-1或激光二极管驱动器芯片242-2)。举例来说，如图4B中的局部放大区域所示，各个激光配置274能包含激光二极管，且激光二极管以实质上均匀的宽度D1间隔设置于相关的激光二极管驱动器芯片，例如激光二极管驱动器芯片242-1。图4B中的实施例也呈现出各个激光配置274及相关的激光二极管驱动器芯片，如激光二极管驱动器芯片242-1，可用使它们直接朝上延伸至它们各自相应的安装面的方式安装。为此，各个激光配置274及相关的激光二极管驱动器芯片242-1及激光二极管驱动器芯片242-2间仅以相对较小的空气间隙285(也具有整体宽度D1)分离。如上所详述，各个激光二极管芯片及相关的激光二极管驱动芯片之间的靠近会显著地缩短介于它们之间的互连装置的长度，其中互连装置例如为焊线(wire bond)。此外，空气间隙285有利于提供热隔离。

接续于这些激光配置274，复用装置225在空腔260中设置于中点(midpoint)。尤其，复用装置225包含输入区域282，输入区域282面对壳体209的第一端261，更具体来说是这些激光配置274。输入区域282包含多个输入端口，输入端口被对齐以沿相关的光路径从激光二极管接收频道波长。各个激光配置274可接着将相关的频道波长发射到多个输入光路径286中与输入区域282交会的相对应的一个，这更清楚地呈现于图5中。各个输入光路径286因此从相关的激光二极管的发射面延伸而通过汇聚透镜，且接着最终地延伸到输入区域282。

复用装置225还包含输出端口284，输出端口284相对输入区域282设置而使得输出端口284面对壳体209的第二端。输出端口284沿输出光路径290将经复用的信号输出。靠近壳体209的第二端263的光隔离器276包含开口277，且输出光路径290延伸通过开口277。接续于光隔离器276，壳体209包含用于耦接于光耦合插座292的开孔/开口。光耦合插座292通过中间光纤294光学地耦接于发射光耦合插座222。因此，复用装置225输出经复用的光信号而用于通过输出光路径290传输。

请参阅图6，呈现有根据本发明的馈送装置270的额外示例。如图式所示，馈送装置270可至少由第一安装面272-1及第二安装面272-2所界定。虽然以“第一”及“第二”表示，但这种表示方式仅为了清楚描述并仅用来辨认第一安装面272-1及第二安装面272-2。为此，任一安装面可称为“第一”或“第二”表面。于任何情况中，第一安装面272-1及第二安装面272-2可与馈送装置270一体地形成为单件式结构，而例如使元件能直接耦接于馈送装置270。然，于某些情况中，第一安装面272-1及第二安装面272-2可由一个或多个次安装件提供。在任一情况中，馈送装置270有利于提供能促进元件的这种直接或间接的安装及支撑的安装区域。

接着，如图式所示，第一安装面272-1及第二安装面272-2可实质上为平面的，但第一安装面272-1及第二安装面272-2并不以此为限，其他的实施例也属于本发明的范围。第一安装面272-1及第二安装面272-2相对彼此平行延伸但偏移一偏移距离D(如图7所示)以提供阶梯状的结构或轮廓。为此，第一安装面272-1及第二安装面272-2的配置方式可共同地提供“阶梯状”或多阶梯状的安装轮廓而使得第一及第二安装面各自依附(adjoin)于实质上横向延伸于它们的表面299并提供偏移距离D。偏移距离D可介于10微米(micron)至130微米之间，较佳地为100微米，但其他的距离也属于本发明的范围。

根据所需的示例，第一安装面272-1可实质上与基板202的第一安装面245共平面或不共平面。这可有利于使设置/图案化于第一安装面272-1的电性线路233能通过诸如总线(bus bar)235的互连装置电性耦接于基板202。电力及射频信号可接着被提供到光发射次组件配置，且更具体来说提供到设置在壳体209的空腔260中的光学元件。因此，第一安装面272-1也可至少因其导体部而被称为馈送安装面，其中导体部例如为图案化于其上的导体线路且从壳体209的空腔260延伸出来。第一安装面272-1包含安装于其上的多个滤波电容器231。举例来说，滤波电容器231可于驱动这些激光配置时借由如减少杂讯、稳定DC信号而被用来维持信号整合性(signal integrity)。

另一方面，第二安装面272-2设置于壳体209的空腔260中且设置于以偏移距离D偏移第一安装面272-1的位置。第二安装面272-2可精准地称为内安装面或凹向安装面，而使第二安装面272-2完全地位于壳体209的空腔260中且位于第一安装面272-1之下。此外，第二安装面272-2垂直地偏移于激光二极管(LD)次安装件280-1、280-2而使得激光二极管次安装件280-1、280-2位于从第二安装面272-2延伸的水平面之下(请参阅图7)。于其他实施例中，第二安装面272-2可实质上共平面并邻近于激光二极管次安装件280-1、280-2。

接着参照图6，举例来说，焊线238将激光二极管驱动器芯片242-1、242-2电性耦接于这些激光配置274的激光二极管且相对地为短的而有利于减缓如飞行时间(time offlight，TOF)及阻抗失配(impedance mismatch)的问题。除了焊线以外也可使用电性互连器，且图6中的示例性实施例并非为限制性的。

激光二极管驱动器芯片242-1、242-2例如能通过焊线电性耦接于这些滤波电容器231，但其他类型的互连器也属于本发明的范围。此外，这些激光配置274电性耦接于第二安装面272-2的电性线路239。电性线路239接着耦接于第一安装面272-1的电性线路233，且最终地耦接于基板202的电路，以完成用于射频及电力信号的电性电路。

图7中的剖面示意图呈现根据一实施例的多频道光发射次组件配置204的额外示例。如图式所示，复用装置225及这些激光配置274由热电致冷器(thermoelectric cooler，TEC)241支撑。为此，热电致冷器241能提供一个或多个安装面以耦接于主动和/或被动光学元件。如图式所示，根据所需的示例，这些激光配置274通过激光二极管次安装件266安装/耦接于热电致冷器241，或者能直接地安装于热电致冷器241。

如图式所进一步呈现，激光二极管驱动器芯片242-1、242-2耦接并受支撑于第二安装面272-2。激光二极管驱动器芯片242-1、242-2因此通过馈送装置270热连通于壳体209而用于散热。如图7中的实施例所示，空气间隙285将激光二极管驱动器芯片242-1、242-2分离于这些激光配置274。因此，这些激光配置274通过第一导热路径267热连通于壳体209和/或热电致冷器241借以逸散热量。另一方面，激光二极管驱动器芯片242-1、242-2通过第二导热路径268热连通于壳体209以逸散热量，其中第二导热路径268至少部分由馈送装置270提供且馈送装置270从第一安装面272-1及第二安装面272-2延伸到金属的壳体209。第一导热路径267及第二导热路径268彼此分离且独立，这提供它们彼此之间以及多频道光发射次组件配置204的其他元件的热隔离。因此，基于馈送装置270逸散连通自第一及第二激光二极管驱动器芯片和/或滤波电容器231的热量，热电致冷器241可消耗较少的能量以确保多频道光发射次组件配置204的额定效能。

于运行过程中，多频道光发射次组件配置204从基板202接收射频驱动信号及电力。具体来说，如这些激光配置274的光学元件通过电性线路233、239接收射频驱动信号及电力。响应于此，这些激光配置274接着根据接收到的射频驱动信号调变并发射频道波长。频道波长接着于复用装置225的输入区域282被接收。复用装置225接着将接收到的频道波长复用并通过输出端口284及中间光纤294将经复用的信号输出至发射光耦合插座222。

请参阅图8至图11，呈现有根据本发明一实施例的透镜夹802。透镜夹802包含本体804(或称为基座)、透镜槽806、至少一个安装面808及至少一个配合面810。详细来说，本体804沿长轴850从第一端812-1延伸至第二端812-2。如以下所详述，透镜槽806沿本体804长轴地(length-wise)延伸且能牢固地将多个光学透镜定位在相对相关的光学元件对齐的位置。

透镜夹802的本体804例如可包含金属、金属合金、或任何其他合适的刚性材料。较佳地，透镜夹802的本体804为至少部分透明(例如允许至少80％的入射波长通过)，这例如是为了使用紫外光固化环氧树脂(UV-curing epoxy)来将汇聚透镜牢固地贴附至透镜槽806中。本体804可根据所需的示例形成为单件式一体结构(single monolithic piece)的材料或形成为多件式结构。

透镜夹802的本体804至少包含第一部分814-1及第二部分814-2。第一部分814-1实质上平行于长轴850延伸且提供从第一端812-1到第二端812-2的阶梯/层架(shelf)，其中阶梯/层架至少部分由至少一个安装面808所界定。第一部分814-1包含高度H1，高度H1提供阶梯/层架给至少一个安装面808而使得沿着界定至少一个安装面808的表面延伸绘示的假想线偏移于第二部分814-2所界定的顶面816(如图9所示)。这有利于避免第二部分814-2阻挡安装在至少一个安装面808的如激光二极管的光学元件的光路径。于一实施例中，第一部分814-1的高度H1约为1毫米(millimeter，mm)，且较佳地为0.69mm，但其他的高度也属于本发明的范围。

本体804的第二部分814-2也实质上平行长轴850及第一部分814-1延伸。第二部分814-2界定出肩部(shoulder)/阶梯，肩部/阶梯从第一端812-1延伸至第二端812-2且具有高度H2。如上所述，于图9中的实施例中，第二部分814-2之高度H2低于第一部分814-1之高度H1以提供偏移距离D2。如图式所进一步呈现，界定出透镜槽806的底部且延伸于第一部分814-1及第二部分814-2之间的部分的高度H3小于高度H1、H2。

如图式所进一步呈现，第一部分814-1及第二部分814-2共同界定出透镜槽806。尤其，第一部分814-1所提供的第一侧壁820-1相对第二部分814-2所提供的一第二侧壁820-2设置。第一侧壁820-1及第二侧壁820-2实质上平行于彼此延伸且有一间隙延伸于它们之间，此间隙具有宽度W1以提供透镜槽806。底面820-3实质上相对第一侧壁820-1及第二侧壁820-2横向延伸并依附于它们两个。因此，如图9所示，透镜槽806能具有U形轮廓以大致上对应于汇聚透镜的轮廓。然而，透镜槽806的其他形状/轮廓也属于本发明的范围。

如图式所示，至少一个配合面810能实质上为平坦的以耦接于次组件壳体的侧壁。至少一个配合面810也可热耦接于散热器，例如次组件壳体，以促进安装在至少一个安装面808的光学元件及散热器之间的热连通。同样地，至少一个安装面808能实质上为平坦的以耦接于并支撑如激光配置的光学元件(如图12所示)。

请参阅图12至图13，呈现有根据一实施例的多个透镜夹。尤其，第一透镜夹802-1及第二透镜夹802-2彼此同轴地设置而使得共用的长轴850延伸通过它们。如以下所详述，这种同轴的配置特别适用于多频道光发射次组件中。

接着请参阅图12至图13，第一透镜夹802-1及第二透镜夹802-2分别包含第一汇聚透镜阵列840-1及第二汇聚透镜阵列840-2。第一汇聚透镜阵列840-1及第二汇聚透镜阵列840-2分别通过透镜槽806-1、806-2耦接于它们相对应的透镜夹。尤其，各个透镜至少有部分插设于相关的透镜槽中以牢固地相对相关的光学元件将其定位。举例来说，如图12所示，激光配置274对齐于相关的汇聚透镜而使得当其插设于透镜槽806-1中时，光路径880会从激光配置274的激光二极管的发射面延伸而通过相关的汇聚透镜。因此，接合于第一透镜夹802-1及第二透镜夹802-2的各个激光配置能通过透镜槽相对第一透镜夹802-1及第二透镜夹802-2中支撑激光配置的安装面的尺寸及位置提供沿X、Y及Z轴的机械对齐(mechanicalalignment)，而光学地对齐于相应的汇聚透镜。如图式所示，这会使得各个激光配置具有从其延伸且实质上彼此平行的光路径。同样地，于一实施例中，透镜槽用于牢固地将各个容纳的光学透镜定位及维持在共线性(collinear)的方向，而使得各个光学透镜的光轴实质上彼此平行地延伸。

此外且简短地再次参照图7，第一透镜夹802-1及第二透镜夹802-2可作为激光二极管次安装件280-1、280-2实施。因此，技术人员能选择性地将汇聚透镜及激光配置耦合至各个透镜夹中并对与光发射次组件壳体分离且分开的它们两个进行对齐。技术人员能接着以至少部分完成(partially-completed)的形式将各个透镜夹插设至壳体中，而仅借由将各个透镜夹设置在预设的位置，例如于热电致冷器或其他的次安装件，而建立激光配置与复用装置225的输入区域之间的光学对齐，并量测最终的输出功率。因为能以单个单元的形式沿X及Y轴调整各个透镜夹直到量测到所需的输出功率，所以这会允许更大的公差。因此，根据本发明的多频道光发射次组件能以使多个激光二极管及相关的二极管以两组或更多组的形式光学对齐的方式组装有4、8、16、24、32或N个频道(这是根据透镜槽尺寸、所需的频道数量等等)。

根据本发明一示例公开有一种用于在光次组件中使用的透镜夹。透镜夹用于将多个光学透镜的阵列安装并对齐于多个相关光学元件。透镜夹包含本体、配合面、安装面。本体具有延伸到第二端的第一端。本体界定出透镜槽，透镜槽延伸于第一端及第二端之间。透镜槽用以容纳光学透镜的至少一部分。配合面由本体界定以将透镜夹耦接于光次组件壳体。安装面由本体界定。安装面沿透镜槽设置并用以耦接于并支撑多个光学元件。透镜槽用以将各个光学透镜光学地对齐于安装在至少一个安装面的相关光学元件。

根据本发明另一示例公开有一种光发射次组件配置。光发射次组件配置包含壳体、第一透镜夹、汇聚透镜的第一阵列以及第一组激光配置。壳体具有多个侧壁，侧壁之间界定出空腔。第一透镜夹设置于空腔中。第一透镜夹界定出配合面以及透镜槽，配合面用于耦接于壳体，透镜槽用于容纳并耦接于多个汇聚透镜。汇聚透镜的第一阵列设置于透镜槽中。第一组激光配置设置于第一透镜夹的表面。第一组激光配置中的各个激光配置具有光学地对齐于汇聚透镜的第一阵列中的相关汇聚透镜的激光二极管。

根据本发明另一示例公开有一种用于组装光次组件的方法。此方法包含将多个激光组件安装到由透镜夹提供的安装面，将多个光学透镜插设至由透镜夹界定的透镜槽中，并将各个光学透镜对齐于激光组件中的相关激光组件，将透镜夹安装于光发射次组件壳体的空腔中，以及将透镜夹对齐于光发射次组件壳体中的阵列波导光栅。

虽然本发明的原理已于此描述，但是可以理解的是，本领域技术人员可理解这些叙述仅为示例性的而不用于限定本发明的范围。除了于此描述及呈现的示例性实施例之外，其他的实施例也位于本发明的范围内。本领域技术人员当可进行一些修改及替换，且这些修改及替换也位于本发明的范围内并仅以下述的权利要求书为限。

Claims (25)

1.一种透镜夹，其特征在于，用于在光次组件中使用以将多个光学透镜的阵列安装并对齐于多个相关光学元件，所述透镜夹包含：

本体，具有延伸到第二端的第一端，所述本体界定出透镜槽，所述透镜槽在所述第一端与所述第二端之间延伸，且其中所述透镜槽用以容纳各个所述光学透镜的至少一部分；

配合面，由所述本体界定以将所述透镜夹耦接于光次组件壳体；

安装面，由所述本体界定，所述安装面沿所述透镜槽设置并用以耦接于并支撑多个光学元件；以及

其中，所述透镜槽用以将各个所述光学透镜光学地对齐于安装在所述安装面的所述相关光学元件。

2.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，所述本体由透明材料形成，所述透明材料允许至少50％的入射光通过而进入所述透镜槽。

3.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，所述透镜槽用以容纳并耦接于至少两个所述光学透镜。

4.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，所述多个光学元件耦接于所述安装面并包含多个激光二极管以输出多个频道波长，且其中相对所述多个激光二极管中相对应的一个在所述安装面的位置来说，所述透镜槽用以根据各个所述光学透镜在所述透镜槽中的位置，而将各个所述光学透镜光学地对齐于所述多个激光二极管中所述相对应的一个。

5.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，所述透镜槽用以将各个被容纳的所述光学透镜定位于共线性的方向，而使得所述光学透镜的光轴实质上彼此平行地延伸。

6.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，所述透镜槽至少部分由第一侧壁和第二侧壁界定，所述第一侧壁和所述第二侧壁彼此平行地延伸，所述第一侧壁及所述第二侧壁由所述本体的第一部分和第二部分提供。

7.根据权利要求6所述的透镜夹，其特征在于，所述第一侧壁延伸至第一高度H1且所述第二侧壁延伸至第二高度H2，所述第一高度H1高于所述第二高度H2。

8.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，所述透镜槽延伸而通过所述本体而使得所述透镜槽在所述本体的所述第一端和所述第二端形成开孔。

9.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，所述本体由单件式一体结构的材料形成。

10.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，所述多个光学透镜的所述阵列设置于所述透镜槽中，所述多个光学元件设置于所述安装面，所述阵列中的各个所述光学透镜的位置通过所述透镜槽而沿第一轴和第二轴为固定的且沿第三轴为可活动的，所述第三轴实质上平行于所述透镜槽和所述透镜夹的长轴延伸。

11.根据权利要求1所述的透镜夹，其特征在于，还包含紫外光固化环氧树脂层，所述紫外光固化环氧树脂层设置于所述透镜槽中并介于相邻的所述光学透镜之间和/或设置于所述透镜槽的多个侧壁与各个所述光学透镜的多个侧之间的多个间隙空间中，且其中各个所述光学透镜的底面直接地接触所述透镜槽的底面以实质上防止所述紫外光固化环氧树脂层流动于各个所述光学透镜的所述底面与所述透镜槽的所述侧壁之间。

12.一种光发射次组件配置，其特征在于，包含：

壳体，具有多个侧壁，所述多个侧壁之间界定出空腔；

第一透镜夹，设置于所述空腔中，所述第一透镜夹界定出配合面以及透镜槽，所述配合面用于耦接于所述壳体，所述透镜槽用于容纳并耦接于多个汇聚透镜；

所述汇聚透镜的第一阵列，设置于所述透镜槽中；以及

第一组激光配置，设置于所述第一透镜夹的表面，所述第一组激光配置中的各个激光配置具有光学地对齐于所述汇聚透镜的所述第一阵列中的相关汇聚透镜的激光二极管。

13.根据权利要求12所述的光发射次组件配置，其特征在于，所述汇聚透镜的所述第一阵列通过紫外光固化环氧树脂层耦接于所述透镜槽。

14.根据权利要求12所述的光发射次组件配置，其特征在于，所述第一组激光配置中的各个所述激光二极管沿实质上平行的多个光路径发出多个频道波长。

15.根据权利要求12所述的光发射次组件配置，还包含设置于所述壳体中的第二透镜夹。

16.根据权利要求15所述的光发射次组件配置，其特征在于，所述第二透镜夹界定出配合面及透镜槽，所述第二透镜夹的所述配合面用于耦接于所述壳体，且所述第二透镜夹的所述透镜槽用于容纳并耦接于第二组光学透镜。

17.根据权利要求16所述的光发射次组件配置，其特征在于，所述第一透镜夹及所述第二透镜夹耦接并支撑于所述壳体的相同表面。

18.根据权利要求15所述的光发射次组件配置，其特征在于，所述第一透镜夹及所述第二透镜夹具有共用长轴。

19.根据权利要求12所述的光发射次组件配置，其特征在于，还包含复用装置，所述复用装置设置于所述空腔中，所述复用装置具有输入区域，所述输入区域对齐于光路径，所述光路径从所述第一群激光配置中的各个所述激光二极管延伸。

20.一种用于组装一光次组件的方法，其特征在于，所述方法包含：

将多个激光组件安装到由透镜夹提供的安装面；

将多个光学透镜插设至由所述透镜夹界定的透镜槽中，并将各个所述光学透镜对齐于所述多个激光组件中的相关激光组件；

将所述透镜夹安装于光发射次组件壳体的空腔中；以及

将所述透镜夹对齐于所述光发射次组件壳体中的阵列波导光栅。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包含在将所述多个光学透镜插设至所述透镜槽中之后将紫外光固化环氧树脂层设置在所述透镜槽中，并发出通过所述透镜夹的部分的紫外光波长以使至少部分的所述紫外光固化环氧树脂层固化。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包含在将所述多个激光组件安装到所述安装面和/或将所述多个光学透镜插设至所述透镜槽中之后将所述透镜夹安装于所述光发射次组件壳体的所述空腔中。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包含将第二透镜夹设置于所述光发射次组件壳体的所述空腔中。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包含将所述第一透镜夹及所述第二透镜夹对齐于所述阵列波导光栅的输入区域，而使得各个所述第一透镜夹及所述第二透镜夹包含至少一个激光配置，所述至少一个激光配置具有延伸而通过相关光学透镜并交会于所述阵列波导光栅的所述输入区域的光路径。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包含将所述第一透镜夹及所述第二透镜夹对齐为共线性的方向，而使得所述第一透镜夹及所述第二透镜夹共享共用长轴。

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