CN113311549B

CN113311549B - 一种光模块的光接收次模块的耦合方法

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Publication number: CN113311549B
Application number: CN202110868995.3A
Authority: CN
Inventors: 唐永正; 朱德锋; 李波
Original assignee: Wuhan Inphilight Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan Inphilight Technology Co Ltd
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2041-07-28
Also published as: CN113311549A

Abstract

本发明涉及一种光模块的光接收次模块的耦合方法，包括如下步骤：S1，将TIA、PD、DMUX以及适配器均固定在壳体上；S2，通过壳体的金手指给TIA和PD加电，通过适配器接入光源，且在适配器和DMUX之间设置玻璃块；S3，选择其中一路进行耦合，先固定其中一个第一透镜在该路光传播方向上的位置，然后调整该第一透镜的位置；S4，接着调整并确定所述适配器和所述玻璃块之间的第二透镜的位置；S5，去掉辅助耦合的所述玻璃块，在该玻璃块设第三透镜、SOA以及第四透镜；S6，再依次调整并确定另外几个第一透镜的位置。本发明在耦合的初始阶段采用玻璃块对光路的平移来代替第三透镜、SOA以及第四透镜进行耦合，玻璃块等效第三透镜、SOA以及第四透镜的作用使耦合工艺简化。

Description

一种光模块的光接收次模块的耦合方法

技术领域

本发明涉及耦合技术领域，具体为一种光模块的光接收次模块的耦合方法。

背景技术

随着光通讯行业的发展，需要传送的数据流量越来越大，因此对于光模块的传输速率要求也越来越高。最近几年，将多个波长的光直接在光模块内复用成一路后用应用在长距离光纤传输（如40kM、80kM长距离传输）的光模块应用也越来越广泛。如目前已经大量出货的100G ER4和100G ZR4光模块。这些光模块的光接收次模块普遍存在工艺复杂，耦合难度大的问题，采取什么样的耦光方式将直接决定了耦光的成功率以及产品的良率。

传统耦光方式存在以下缺点：

如图1和图2所示，固定透镜2和透镜4将适配器出来的光准直的时候需要用棱镜将准直光从壳体里面引出来并外接高速镜头或者红外成像仪监控准直光的光斑进行调节，以确定经过透镜4后的光是否准直。这种耦合方式需要外接高速镜头和棱镜，设备结构复杂、成本高，耦合难度大。

传统方式耦合透镜2和透镜4的准直光的位置依赖机台的校准，准确的说依赖于高速镜头的固定位置，如果高速镜头的固定位置存在偏差，那耦合出来的准直光也会存在偏差，从而影响后续透镜3耦合进SOA的和透镜1耦合进PD的光的耦合效率。

传统方式耦合透镜2和透镜4的准直光的位置还依赖于管壳装配在耦合台上的位置，如果壳体装配在耦合台上存在偏差，那最终的准直光路也会存在偏差，从而影响后续透镜3耦合进SOA的和透镜1耦合进PD的光的耦合效率。

传统耦合方式透镜2、透镜3、透镜4耦合好之后再来耦合透镜1，由于此时PD的位置已经固定，PD相对于准直光的位置也已经确定，因此PD跟准直光的相对位置偏差直接影响最终耦合进PD的光的耦合效率。

总的说来，传统耦合方式对于设备的校准、元件的贴装位置精度以及员工的操作要求都非常高，工艺相对较复杂，操作难度高。另外耦合的设备也较复杂，需要耦合准直光（耦合透镜2和透镜4）和耦合透镜1两种设备，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光模块的光接收次模块的耦合方法，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种光模块的光接收次模块的耦合方法，包括如下步骤：

S1，将TIA、PD、DMUX以及适配器均固定在壳体上；

S2，通过壳体的金手指给所述TIA和所述PD加电，通过适配器接入光源，且在所述适配器和所述DMUX之间设置可对光路进行平移的玻璃块；

S3，选择其中一路进行耦合，先固定其中一个第一透镜在该路光传播方向上的位置，然后调整该第一透镜在垂直于该路光传播方向的位置以及该第一透镜在高度方向上的位置，调整时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整，该第一透镜位于所述PD和所述DMUX之间；

S4，接着调整并确定所述适配器和所述玻璃块之间的第二透镜的位置，在调整时也是监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整，此时所述玻璃块也完成耦合；

S5，去掉辅助耦合的所述玻璃块，在该玻璃块原先的位置处设置TEC，并于所述TEC上设第三透镜、SOA以及第四透镜，光束依次经过所述第三透镜、所述SOA以及所述第四透镜并射至所述DMUX，调整并确定所述第三透镜和所述第四透镜的位置，使该光束传输的方向与经过所述玻璃块的光束的方向一致；

S6，再依次调整并确定另外几个第一透镜的位置，以完成所有的透镜耦合。

进一步，在所述S2步骤中，所述玻璃块在竖直方向倾斜放置，所述玻璃块对光路的平移量等于所述第三透镜、SOA、第四透镜做为一个整体对光路的平移量并决定所述玻璃块的倾斜角度，将第三透镜、SOA、第四透镜做为一个整体计算出光路的平移量，也就是所述玻璃块对光路的平移量，然后根据这个平移量计算出所述玻璃块贴装的倾斜角度。

进一步，在所述S4步骤中，调整所述第二透镜的方式具体是调整第二透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第二透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。

进一步，在所述S5步骤中，调整所述第三透镜的方式具体是调整所述第三透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第三透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整；调整所述第四透镜的方式具体是调整所述第四透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第四透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。

进一步，在所述S6步骤中，调整另外几个所述第一透镜的方式具体是调整第一透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第一透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。

进一步，还包括热敏电阻，所述热敏电阻设于所述TEC上。

进一步，在所述S1步骤中，先无源将所述TIA、所述PD以及所述DMUX固定在所述壳体上，然后再采用激光焊接或者胶水将所述适配器固定在所述壳体上。

进一步，所述TEC和所述第二透镜之间设有隔离器。

进一步，在所述S3步骤中，所述第一透镜固定的位置与所述PD之间的间距为所述第一透镜的焦距长度。

进一步，所述第一透镜在耦合时，通过所述适配器出来的发散光最中心的光束，把最中心的光束等效为准直光束进行耦合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在耦合的初始阶段采用玻璃块对光路的平移来代替第三透镜、SOA、第四透镜做为一个整体对光路的平移进行耦合，采用玻璃块等效第三透镜、SOA、第四透镜的作用使耦合工艺大大简化。

2、所有透镜均通过监控对应PD的响应电流进行耦合，不需要耦合平行光，因此采用本发明的耦合方式不需要耦合平行光监控光斑的设备，只需要一台耦合透镜监控PD响应电流的设备就够了，成本相对较低，操作更简单。

3、采用有源先耦合其中一个第一透镜的方式，并且通过调节第一透镜将PD的响应电流耦合至最大，此时PD、第一透镜和适配器的出光点三点的等效光路在一条直线上，也就第一透镜在耦合效率最佳的位置上，因此本发明的耦合效率对PD的贴装精度依赖较小，即使PD的贴装位置有一些偏差也能通过调整第一透镜的位置找到耦合效率最佳的点。

4、所有透镜的耦合均是通过监控PD的响应电流进行耦合，不需要进行平行光的耦合，因此耦合效率不依赖机台的校准，也不依赖器件在机台上的装配精度，提高了耦合效率，也提升了产品的性能和良率。

附图说明

图1为传统ROSA的结构示意图；

图2为传统ROSA的结构的透镜2的耦合示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光模块的光接收次模块的耦合方法的第一透镜的耦合示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光模块的光接收次模块的耦合方法的耦合找光原理图；

图5为本发明实施例提供的一种光模块的光接收次模块的耦合方法的第二透镜的耦合示意图；

图6为本发明实施例提供的一种光模块的光接收次模块的耦合方法的第三透镜的耦合示意图；

图7为本发明实施例提供的一种光模块的光接收次模块的耦合方法的第四透镜的耦合示意图；

图8为本发明实施例提供的一种光模块的光接收次模块的耦合方法的剩下几个第一透镜的耦合示意图；

图9为本发明实施例提供的一种光模块的光接收次模块的耦合方法的第三透镜、SOA以及第四透镜的光路示意图；

图10为本发明实施例提供的一种光模块的光接收次模块的耦合方法的玻璃块的光路示意图；

附图标记中：1-TIA；2-PD；3-DMUX；4-适配器；5-玻璃块；6-第一透镜；7-第二透镜；8-TEC；80-SOA；81-第三透镜；82-第四透镜；83-热敏电阻；9-金手指；a-壳体；b-隔离器。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图3至图10，本发明实施例提供一种光模块的光接收次模块的耦合方法，包括如下步骤：S1，将TIA 1、PD 2、DMUX 3以及适配器4均固定在壳体a上；S2，通过壳体a的金手指9给所述TIA 1和所述PD 2加电，通过适配器4接入光源，且在所述适配器4和所述DMUX3之间设置可折射光束的玻璃块5；S3，选择其中一路进行耦合，先固定其中一个第一透镜6在该路光传播方向上的位置，然后调整该第一透镜6在垂直于该路光传播方向的位置以及该第一透镜6在高度方向上的位置，调整时监控所述PD 2的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整，该第一透镜6位于所述PD 2和所述DMUX 3之间；S4，接着调整并确定所述适配器4和所述玻璃块5之间的第二透镜7的位置，在调整时也是监控所述PD 2的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整，此时所述玻璃块5也完成耦合；S5，去掉辅助耦合的所述玻璃块5，在该玻璃块5原先的位置处设置TEC 8，并于所述TEC 8上设第三透镜81、SOA 80以及第四透镜82，光束依次经过所述第三透镜81、所述SOA 80以及所述第四透镜82并射至所述DMUX 3，调整并确定所述第三透镜81和所述第四透镜82的位置，使该光束传输的方向与经过所述玻璃块5的光束的方向一致；S6，再依次调整并确定另外几个第一透镜6的位置，以完成所有的透镜耦合。优选的，在所述S4步骤中，调整所述第二透镜7的方式具体是调整第二透镜7在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第二透镜7在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD 2的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。在所述S5步骤中，调整所述第三透镜81的方式具体是调整所述第三透镜81在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第三透镜81在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD 2的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整；调整所述第四透镜82的方式具体是调整所述第四透镜82在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第四透镜82在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD 2的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。在所述S6步骤中，调整另外几个所述第一透镜的方式具体是调整第一透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第一透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。在本实施例中，在耦合的初始阶段采用玻璃块5对光路的平移来代替第三透镜81、SOA 80以及第四透镜82进行耦合，采用玻璃块5等效第三透镜81、SOA 80以及第四透镜82的作用使耦合工艺大大简化。具体地，在布置好各器件后，首先调整PD 2和DMUX 3之间的第一透镜6的位置。所述第一透镜6有多个，对应多个通道，本实施例示出的是四通道的情况，即会有四个第一透镜6，同样的PD 2也会对应有四个，也有两通道，八通道，分别对应两个第一透镜和八个第一透镜。我们先调整其中一个第一透镜6的位置，确保这一路先耦合导通，在调整时可以定义XYZ三个方向，上述的光路的方向即X方向，垂直于光路的方向即Y方向，而在高度空间上移动的方向即Z方向，在调整好后通过胶水固定透镜即可，胶水可以消除间隙。在调整第一透镜6时，采用监控PD 2的响应度的方式来进行调整，其耦合原理如图4所示，通过适配器4出来的发散光最中心的光束，把最中心的光束等效为准直光束进行耦合（由于适配器4到PD 2的距离较远，最终心光束的发散角很小，可以把最中心的光束等效为准直光进行耦合，因此不需要先耦合第四透镜82将光准直）。同理，调整第二透镜7、第三透镜81以及第四透镜82均按照上述的方式来进行调整。以上是关于耦合透镜的方式，这种耦合方式全部是通过监控透镜对应PD 2的响应电流来完成，不需要平行光，因此采用本发明的耦合方式不需要耦合平行光监控光斑的设备，只需要一台耦合透镜监控PD 2响应电流的设备就够了，成本相对较低，操作更简单。而且由于本方案采用有源先耦合其中一个第一透镜6的方式，并且通过调节第一透镜6将PD 2的响应电流耦合至最大，此时PD 2、第一透镜6和适配器4的出光点三点的等效光路在一条直线上，也就第一透镜6在耦合效率最佳的位置上，因此本发明的耦合效率对PD 2的贴装精度依赖较小，即使PD 2的贴装位置有一些偏差也能通过调整第一透镜6的位置找到耦合效率最佳的点。另外，由于本实施例所有透镜的耦合均是通过监控PD 2的响应电流进行耦合，不需要进行平行光的耦合，因此耦合效率不依赖机台的校准，也不依赖器件在机台上的装配精度，提高了耦合效率，也提升了产品的性能和良率。其中，PD为光电二极管，TIA为跨阻放大器，DMUX为解复用器，SOA为半导体光放大器，TEC为半导体制冷器。

作为本发明实施例的优化方案，在所述S2步骤中，所述玻璃块5在竖直方向倾斜放置，所述玻璃块5对光路的平移量等于所述第三透镜81、SOA 80、第四透镜82做为一个整体对光路的平移量并决定所述玻璃块5的倾斜角度，将第三透镜81、SOA 80、第四透镜82做为一个整体计算出光路的平移量，也就是所述玻璃块5对光路的平移量，然后根据这个平移量计算出所述玻璃块5贴装的倾斜角度。对于耦合第三透镜81、SOA 80以及第四透镜82来说，本实施例巧妙地利用了等效原理，即预先设一辅助耦合的玻璃块5，该玻璃块5可以根据实际需要耦合第三透镜81、SOA 80以及第四透镜82的光路来设定其贴装倾斜角度，使得光束经过玻璃块5的路径与经过第三透镜81、SOA 80以及第四透镜82的路径保持一致，即可实现等效。在耦合好玻璃块5后，将玻璃块5替换为第三透镜81、SOA 80以及第四透镜82即可。接着再将剩下的三个第一透镜6调整好就完成了所有的透镜耦合。其中SOA 80和热敏电阻83粘贴好后给它们打线。如图9和图10所示，在耦合的初始阶段采用玻璃块5对光路的平移来代替SOA 80、第四透镜82和第三透镜81进行耦合，简化了光路的耦合。由于SOA 80需要耦合才能使光通过，当第四透镜82和第三透镜81没有耦合时，SOA 80没有光通过，无法耦合其它透镜，在耦合初始阶段采用玻璃块5等效SOA 80、第四透镜82和第三透镜81的作用使耦合工艺大大简化。优选的，所述TEC 8和所述第二透镜7之间设有隔离器b。

作为本发明实施例的优化方案，在所述S1步骤中，先无源将所述TIA 1、所述PD 2以及所述DMUX 3固定在所述壳体a上，然后再采用激光或者胶水焊接的方式将所述适配器4固定在所述壳体a上。在将所述TIA 1、所述PD 2以及所述DMUX 3固定在所述壳体a上后，给所述TIA 1、所述PD 2打金线。在所述S3步骤中，如图3所示，所述第一透镜6固定的位置与所述PD 2之间的间距为所述第一透镜6的焦距长度置。所述第一透镜6在耦合时，通过所述适配器4出来的发散光最中心的光束，把最中心的光束等效为准直光束进行耦合。另外，每调整好一个透镜的位置，均通过胶水粘接并烘烤固化。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将TIA、PD、DMUX以及适配器均固定在壳体上；

S5，去掉辅助耦合的所述玻璃块，在该玻璃块原先的位置处设置TEC，并于所述TEC上设第三透镜、SOA以及第四透镜，光束依次经过所述第三透镜、所述SOA以及所述第四透镜并射至所述DMUX，调整并确定所述第三透镜和所述第四透镜的位置；

S6，再依次调整并确定另外几个第一透镜的位置，以完成所有的透镜耦合；

在所述S2步骤中，所述玻璃块在竖直方向倾斜放置，所述玻璃块对光路的平移量等于所述第三透镜、SOA、第四透镜做为一个整体对光路的平移量并决定所述玻璃块的倾斜角度，将第三透镜、SOA、第四透镜做为一个整体计算出光路的平移量，也就是所述玻璃块对光路的平移量，然后根据这个平移量计算出所述玻璃块贴装的倾斜角度。

2.如权利要求1所述的一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于：在所述S4步骤中，调整所述第二透镜的方式具体是调整第二透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第二透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。

3.如权利要求1所述的一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于：在所述S5步骤中，调整所述第三透镜的方式具体是调整所述第三透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第三透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整；调整所述第四透镜的方式具体是调整所述第四透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第四透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。

4.如权利要求1所述的一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于：在所述S6步骤中，调整另外几个所述第一透镜的方式具体是调整第一透镜在其光传播方向上的位置、在垂直于该路光传播方向的位置以及该第一透镜在高度方向上的位置，调整时实时监控所述PD的响应电流，直至得到最大响应电流时停止调整。

5.如权利要求1所述的一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于：所述TEC上设有热敏电阻。

6.如权利要求1所述的一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于：在所述S1步骤中，先在不加电的情况下将所述TIA、所述PD以及所述DMUX固定在所述壳体上，然后再采用激光焊接或者胶水将所述适配器固定在所述壳体上。

7.如权利要求1所述的一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于：所述TEC和所述第二透镜之间设有隔离器。

8.如权利要求1所述的一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于：在所述S3步骤中，所述第一透镜固定的位置与所述PD之间的间距为所述第一透镜的焦距长度。

9.如权利要求1所述的一种光模块的光接收次模块的耦合方法，其特征在于：所述第一透镜在耦合时，通过所述适配器出来的发散光最中心的光束，把最中心的光束等效为准直光束进行耦合。