CN113075770A - 一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电子集成领域、光通信领域，尤其涉及一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构及方法；包括光发射组件和集成光学芯片，还包括用于安装光发射组件和集成光学芯片的底座，以及设置在光发射组件和集成光学芯片之间的隔离器，隔离器与集成光学芯片之间设置有胶粘剂；光发射组件发出的光线以一定角度入射隔离器并以一定角度出射至集成光学芯片；本发明所提供的集成光学芯片封装的隔离器装配结构及方法，降低了集成光学芯片的封装尺寸，减少了集成光学芯片封装过程中使用的光学增透元件，减小了隔离器的通光孔径，从而降低了隔离器的材料成本，同时也降低了隔离器装配的难度，有效的降低集成光学芯片的封装成本。
Description
技术领域
本发明涉及光电子集成领域、光通信领域，尤其涉及一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构及方法。
背景技术
近几年随着光通讯行业的发展，集成光学芯片技术因具有集成度高、成本低和传输性能好的特点得到了很好的发展，集成光学芯片的封装技术作为集成光学芯片技术研究的重要方向之一得到了越来越多的重视，同其他光器件一样，低成本、低装配难度的设计要求也是集成光学芯片封装应该考虑的。光学隔离器作为封装过程中的必备元件也需要以低成本的方式集成到集成光学芯片光路中，以降低封装成本。目前所使用的集成光学芯片封装技术中，集成光学芯片光源的封装尺寸过大，隔离器的材料成本高、装配难度大，使得集成光学芯片封装的成本较高，不利于集成光学芯片封装技术的发展及应用。
发明内容
为了解决上述问题，一方面本发明提供了一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，包括光发射组件和集成光学芯片，还包括用于安装所述光发射组件和集成光学芯片的底座，以及设置在所述光发射组件和所述集成光学芯片之间光路上的隔离器，所述隔离器与所述集成光学芯片之间设置有胶粘剂；所述光发射组件发出的光线以一定角度入射隔离器，且所述隔离器的出射光以一定角度出射至所述集成光学芯片。
较佳地，所述胶粘剂为折射率为1.45～1.5的紫外胶。
隔离器紧邻集成光学芯片设置，由隔离器出光面至集成光学芯片入光面的空隙内填充有胶粘剂进行固定，以减少反射，减小插损，为了达到更好的效果，胶粘剂的折射率接近硅折射率，即可选用折射率为1.45-1.5的紫外胶，可以最大程度的减少反射，减小插损。
较佳地，所述隔离器的入射角度不超过±10°，所述隔离器的出射角度不超过±13°。
光线以一定角度入射隔离器，入射角为M，M的范围是-10°≤M<0°及0°<M≤10°，入射角最大为±10°，不包含O°；光线以一定角度从隔离器出射至集成光学芯片，出射角为N，N的范围是-13°≤N<0°及0°<N≤13°，出射角最大为±13°，不包含0°，为了达到更好的效果，出射角N的范围是-13°≤N≤-3°及3°≤N≤13°。
较佳地，所述光发射组件包括激光二极管、准直透镜及耦合透镜，所述准直透镜和所述耦合透镜分别用于将所述激光二极管发出的光线准直和耦合至所述隔离器。
较佳地，所述光发射组件发出的光线经过所述隔离器后出射至所述集成光学芯片的模斑转换端口。
较佳地，所述光发射组件还包括设置在所述激光二极管与所述底座之间的基板。
较佳地，所述光发射组件还包括L形玻璃板，所述L形玻璃板较低的一端设置有所述准直透镜和所述耦合透镜，所述L形玻璃板较高的一端设置有紧邻集成光学芯片的隔离器。
较佳地，所述隔离器包括沿所述光发射组件到所述集成光学芯片光路上依次设置的起偏器、法拉第片、检偏器及半波片。
较佳地，所述起偏器上附有用于让光线以一定角度入射的膜，所述半波片上附有用于让光线以一定角度出射的膜。
传统的集成光学芯片封装中，还设置有光学增透元件，隔离器与集成光学芯片之间存在一定的间距，且两者之间还可能存在角度调节器，使得光发射组件发出的光线在进入集成光学芯片时进行聚焦，达到光束束腰不超过5.0μm的要求，传统的封装中，隔离器需要距离集成光学芯片一定距离且两者之间还设置有其他电子元件，使得隔离器的通光孔径很大，材料成本高、装配难度大，对集成光学芯片封装也造成一定影响；本发明提供的隔离器装配结构，在起偏器上镀上可以使光线在空气介质中以一定角度入射的膜，光线以一定角度入射至隔离器的起偏器界面，然后经过法拉第片到达检偏器界面，并完成相应的补偿后，经过半波片且其上附有使光线以TE模式带角度出射至集成光学芯片模斑转换端口，光线在经过隔离器时，输入和输出光路不平行，在出射至集成光学芯片时，光线会聚焦，达到光束束腰不超过5.0μm进入集成光学芯片；隔离器可以紧邻集成光学芯片设置，两者之间填充胶粘剂进行固定，隔离器与集成光学芯片之间的间距越近，隔离器的通光孔径越小，可达到0.25mm，远低于一般标准0.5-0.9mm，通光孔径甚至可以做到0，可以减少光学增透元件的使用，也能降低集成光学芯片的封装尺寸，为集成光学芯片封装的成本降低作出贡献。
另一方面本发明提供了一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：将激光二极管安装在具有良好热导性的基板上，高精度对准；
第二步：将集成光学芯片安装在底座上，对位贴装；
第三步：将第一步中的基板贴装在底座上，并使胶层厚度控制在30μm以下，并使其和对应的集成光学芯片入口在两维方向上的差异小于60μm；
第四步：在底座上贴装L形玻璃板；
第五步：在L形玻璃板上贴装准直透镜及耦合透镜；
第六步：在集成光学芯片的一侧贴装隔离器。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)本发明提供的集成光学芯片封装的装配结构，光线由光发射组件发出后，以一定角度入射隔离器并以一定角度出射至集成光学芯片的模斑转换端口，可以无需使用光学增透元件，减小集成光学芯片封装尺寸，降低集成光学芯片封装成本；
2)本发明提供的集成光学芯片封装的装配结构，隔离器可以直接紧邻集成光学芯片设置，节省了激光二极管到集成光学芯片之间的距离，该结构降低了集成光学芯片的封装尺寸，减小了隔离器的通光孔径，从而降低了隔离器的材料成本，同时也降低了隔离器装配的难度，对降低集成光学芯片封装成本有较好的效果；
3)本发明提供的集成光学芯片封装的装配方法，其方法简单易操作，能有效的降低集成光学芯片封装成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明隔离器的结构示意图；
图3为本发明集成光学芯片封装的结构示意图；
图4为现有的光线由隔离器出射至集成光学芯片的光路图；
图5为本发明隔离器的光路结构示意图；
图6为本发明的光线由隔离器出射至集成光学芯片的光路图。
1-光发射组件；101-激光二极管；102-准直透镜；103-耦合透镜；104-基板；105-L形玻璃板；2-集成光学芯片；3-底座；4-隔离器；401-起偏器；402-法拉第片；403-检偏器；404-半波片；5-胶粘剂。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如说明书附图1-3所示，本发明提供一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，包括光发射组件1和集成光学芯片2，还包括用于安装所述光发射组件1和集成光学芯片2的底座3，以及设置在所述光发射组件1和所述集成光学芯片2之间光路上的隔离器4，所述隔离器4与所述集成光学芯片2之间设置有胶粘剂5；隔离器4与集成光学芯片2之间设置胶粘剂5，一是为了将两者进行固定，而来是为了填充于隔离器4出光面与集成光学芯片2入光面所行程的空气间隙内，以减少反射，减小插损，胶粘剂5可以采用紫外胶，为了达到更好的效果，最佳的是采用接近硅折射率的紫外胶进行固定，可以采用折射率为1.45-1.5的紫外胶；所述光发射组件1发出的光线以一定角度入射隔离器4并以一定角度出射至所述集成光学芯片2，所述光发射组件1发出的光线经过所述隔离器4后出射至所述集成光学芯片2的模斑转换端口，可以无需像传统的集成光学芯片封装一样，在模斑转换端口前方设置光学增透元件，避免了光学增透芯片的使用，可以降低集成光学芯片封装尺寸，亦可节约成本，光发射组件1的光线入射隔离器4并出射至集成光学芯片2，光发射组件1的出光面与隔离器4以及集成光学芯片2的入光口尽量维持在同一平面上。
进一步地，光线以一定角度入射隔离器4，入射角为M，M的范围是-10°≤M<0°及0°<M≤10°，入射角最大为±10°，不包含0°；光线以一定角度从隔离器4出射至集成光学芯片2，出射角为N，N的范围是-13°≤N<0°及0°<N≤13°，出射角最大为±13°，不包含0°，为了达到更好的效果，出射角N的范围是-13°≤N≤-3°及3°≤N≤13°；所述隔离器4包括沿所述光发射组件1到所述集成光学芯片2光路上依次设置的起偏器401、法拉第片402、检偏器403及半波片404，所述起偏器401上附有用于让光线以一定角度入射的膜，所述半波片404上附有用于让光线以一定角度出射的膜，光线在入射隔离器4及出射隔离器4时都有一定角度，入射的角度和出射的角度可以不同也可以相同，根据具体的情况而定；实施例中的隔离器装配结构，在起偏器401上镀上可以使光线在空气介质中以一定角度入射的AR膜，光线以一定角度入射至隔离器4的起偏器401界面，然后经过法拉第片402到达检偏器403界面，并完成相应的补偿后，再经过半波片404出射，半波片404上附有使光线以TE模式带角度出射至集成光学芯片2的模斑转换端口的AR膜，光线在经过隔离器4时，输入和输出光路不平行，在出射至集成光学芯片2时，光线会聚焦，达到光束束腰不超过5.0μm，满足进入集成光学芯片2的光束需求。
进一步地，所述光发射组件1包括激光二极管101、准直透镜102及耦合透镜103，所述准直透镜102和所述耦合透镜103分别用于将所述激光二极管101发出的光线准直和耦合至所述隔离器4，激光二极管101、准直透镜102以及耦合透镜103的光线光路尽量维持在同一水平线上，在安装时，通过光学耦合设备进行校准安装位置；所述光发射组件1还包括设置在所述激光二极管101与所述底座3之间的基板104，所述光发射组1还包括L形玻璃板105，所述L形玻璃板105较低的一端设置有所述准直透镜102和所述耦合透镜103，所述L形玻璃板105较高的一端设置有紧邻集成光学芯片2的隔离器4，在进行安装时，L形玻璃板105安装在底座3上，可以使用紫外胶或者是银胶进行固定，此处的紫外胶与隔离器4与集成光学芯片2之间使用的紫外胶要求不同，前者的作用是将L形玻璃板105固定在底座3上，可以采用一般的紫外胶，后者是为了使光线减少反射，减少插损，最好采用折射率接近硅的紫外胶；将集成光学芯片2固定在底座3上时，要保证散热及导电性能，最好使用热导性及电导性良好的银胶，保证集成光学芯片2良好的散热功能。
如说明书附图4-6所示，图4是现有的光线入射隔离器并出射至集成光学芯片的光路图，隔离器与集成光学芯片之间有一定的距离，隔离器与集成光学芯片中保持一定的间距以满足光束能聚焦并束腰至5.0μm，减少发射，光线在输入以及输出隔离器时是平行的；图5和图6是本发明中隔离器与集成光学芯片的光线输入及输出光路图，输入和输出是不平行的，光线在输出隔离器后进行聚焦并至集成光学芯片的模斑转换端口，无需在模斑转换端口前方设置光学增透元件，可以将隔离器与集成光学芯片紧邻设置，可以减小隔离器的通光孔径，降低隔离器的材料费用以及安装难度，降低激光二极管到集成光学芯片之间的间距，从而降低集成光学芯片的封装尺寸及封装成本。
本实施例中的集成光学芯片封装的隔离器装配结构，较传统的集成光学芯片封装而言，减少了集成光学芯片封装过程中光学增透元件的使用，缩短了激光二极管到集成光学芯片之间的距离，降低了集成光学芯片封装尺寸，减小了光学隔离器的通光孔径，继而降低了隔离器的材料成本，同时也降低了隔离器装配的难度，可以有效的降低集成光学芯片的封装成本及封装难度。
实施例2
本发明提供了一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配方法，主要包括如下步骤：
第一步：将激光二极管101安装在具有良好热导性的基板104上，高精度对准；基板的导热性能好，保证激光二极管的散热；
第二步：将集成光学芯片2安装在底座3上，对位贴装，集成光学芯片2安装在底座3上时，最好使用导热性以及导电性都较好的银胶进行固定；
第三步：将第一步中的基板104贴装在底座3上，可使用紫外胶或者银胶进行固定，并使胶层厚度控制在30μm以下，并使其和对应的集成光学芯片2入口在两维方向上的差异小于60μm，保证由激光二极管发出的光线可以入射到集成光学芯片；
第四步：在底座3上贴装L形玻璃板105，最好使用紫外胶固定；
第五步：在L形玻璃板105上贴装准直透镜102及耦合透镜103并用胶水固定，可采用紫外胶或者其他胶水进行固定；
第六步：在集成光学芯片2的一侧贴装隔离器4并填充胶粘剂固定，优先使用紫外胶进行固定，隔离器4与集成光学芯片2之间的紫外胶最好为折射率为1.45-1.5的紫外胶，可最大程度的减少反射及插损。
本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神和范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。
Claims (10)
1.一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，包括光发射组件和集成光学芯片，其特征在于，还包括用于安装所述光发射组件和集成光学芯片的底座，以及设置在所述光发射组件和所述集成光学芯片之间光路上的隔离器，所述隔离器与所述集成光学芯片之间设置有胶粘剂；所述光发射组件发出的光线以一定角度入射隔离器，且所述隔离器的出射光以一定角度出射至所述集成光学芯片。
2.根据权利要求1所述的基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，其特征在于，所述胶粘剂为折射率为1.45～1.5的紫外胶。
3.根据权利要求1所述的基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，其特征在于，所述隔离器的入射角度不超过±10°，所述隔离器的出射角度不超过±13°。
4.根据权利要求1所述的基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，其特征在于，所述光发射组件包括激光二极管、准直透镜及耦合透镜，所述准直透镜和所述耦合透镜分别用于将所述激光二极管发出的光线准直和耦合至所述隔离器。
5.根据权利要求1所述的基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，其特征在于，所述光发射组件发出的光线经过所述隔离器后出射至所述集成光学芯片的模斑转换端口。
6.根据权利要求4所述的基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，其特征在于，所述光发射组件还包括设置在所述激光二极管与所述底座之间的基板。
7.根据权利要求4所述的基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，其特征在于，所述光发射组件还包括L形玻璃板，所述L形玻璃板较低的一端设置有所述准直透镜和所述耦合透镜，所述L形玻璃板较高的一端设置有紧邻集成光学芯片的隔离器。
8.根据权利要求1所述的基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，其特征在于，所述隔离器包括沿所述光发射组件到所述集成光学芯片光路上依次设置的起偏器、法拉第片、检偏器及半波片。
9.根据权利要求8所述的基于集成光学芯片封装的隔离器装配结构，其特征在于，所述起偏器上附有用于让光线以一定角度入射的膜，所述半波片上附有用于让光线以一定角度出射的膜。
10.一种基于集成光学芯片封装的隔离器装配方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：将激光二极管安装在具有良好热导性的基板上，高精度对准；
第二步：将集成光学芯片安装在底座上，对位贴装；
第三步：将第一步中的基板贴装在底座上，并使胶层厚度控制在30μm以下，并使其和对应的集成光学芯片入口在两维方向上的差异小于60μm；
第四步：在底座上贴装L形玻璃板；
第五步：在L形玻璃板上贴装准直透镜及耦合透镜；
第六步：在集成光学芯片的一侧贴装隔离器。
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