CN113341510A - 一种简易光路及基于该光路的微型单通道盒型封装光器件 - Google Patents

一种简易光路及基于该光路的微型单通道盒型封装光器件 Download PDF

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汪保全
张强
张勇
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何婵
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features

Abstract

本发明公开一种简易光路及基于该光路的微型单通道盒型封装光器件，应用于光通信领域，针对现有常规的单通道盒型封装光器件存在的设计复杂、工艺难度大、成本较高的问题；本发明设计的光路采用单个聚焦透镜，即可实现将光芯片发出的发散光耦合进光纤进行传输的效果，具体包括：光芯片、聚焦透镜以及耦合光纤，光芯片发出的发散光经过聚焦透镜形成汇聚光，耦合光纤设置于焦点位置，用于耦合汇聚光；基于这一光路设计的光器件采用的汇聚光系统对角度和焦距的敏感度不高，结构容差较大，从而使得本发明的光器件结构相对于现有常规的单通道盒型封装光器件更加稳定。

Description

一种简易光路及基于该光路的微型单通道盒型封装光器件
技术领域
本发明属于光通信领域，特别涉及一种单通道盒型封装光器件。
背景技术
随着通信容量需求的快速增长，高速光器件的需求日益迫切。高速器件对芯片工作温度有严格要求，而盒型封装可以集成热电制冷器控制芯片温度，以及良好的散热效果，被广泛应用于高速光器件的封装。常规的单通道盒型封装光器件如图1所示，包括：光器件管壳11、封装于光器件管壳11内的热电制冷器(TEC)12、陶瓷垫块(submount)13、光芯片14、准直透镜15，还包括设置于光器件管壳11外的汇聚透镜16；热电制冷器12作为基板，用于保证光芯片14工作温度，陶瓷垫块13置于热电制冷器12上，用于光芯14片散热，光芯片14与准直透镜15设置于陶瓷垫块上；
如图1的光路所示，现有常规的单通道盒型封装光器件，在耦合工艺中会涉及3次耦合过程：1.先把光芯片14出来的发散光通过第一颗靠近芯片的准直透镜15耦合为符合要求的准直光；2.使用第二颗匹配的汇聚透镜16，将准直光耦合为汇聚光；3.将汇聚光耦合进入光纤。
如图1的光路所示，现有常规的单通道盒型封装光器件，存在以下问题：
1、设计复杂：准直光学系统需要两个准直透镜匹配，光学系统零件较多，对光学系统敏感度增加，两颗透镜无法实现无源贴装，必须使用有源耦合方式实现；
2、工艺难度大：需要经过3次耦合，两次准直光耦合及一次汇聚光耦合，准直光耦合对角度敏感，耦合难度大；
3、成本高：使用两颗透镜，物料成本高，工艺步骤多，可能导致成品率下降，进而导致生产成本高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种简易光路及基于该光路的微型单通道盒型封装光器件，采用单透镜设计。
本发明采用的技术方案之一为：一种用于光器件的简易光路，包括：光芯片、聚焦透镜以及耦合光纤，所述光芯片发出发散光，该发散光经过聚焦透镜形成汇聚光，耦合光纤设置于焦点位置，用于耦合汇聚光。
本发明采用的技术方案之二为：基于该简易光路的微型单通道盒型封装光器件，包括：光器件管壳，以及封装于光器件管壳内的光芯片、聚焦透镜、陶瓷垫块、热电制冷器，热电制冷器与光器件管壳内壁密贴，所述陶瓷垫块位于热电制冷器上，光芯片与聚焦透镜设置于陶瓷垫块上。
聚焦透镜采用无源贴装方式固定。
本发明的有益效果：相比于常规的单通道盒型封装光器件，本发明的光器件采用单透镜设计，芯片与聚焦透镜通过贴片精度控制，能够保证耦合效率，本发明的光芯片发出发散光，经过聚焦透镜，形成汇聚光，耦合光纤设置于焦点位置，用于耦合汇聚光；采用本发明的光路设计，可实现只进行一次有源耦合工艺，大大降低了耦合工艺的难度；并且本发明采用的汇聚光系统对角度和焦距的敏感度不高，结构容差较大，从而使得本发明的光器件具备结构稳定的优点。
附图说明
图1为常规的单通道盒型封装光器件的光路示意图；
图2为本发明的光器件的光路示意图；
附图标记说明：11为常规的单通道盒型封装光器件的管壳，12为常规的单通道盒型封装光器件的热电制冷器，13为常规的单通道盒型封装光器件的陶瓷垫块，14为常规的单通道盒型封装光器件的光芯片，15为常规的单通道盒型封装光器件的准直透镜，16为常规的单通道盒型封装光器件的汇聚透镜，21为本发明光器件的管壳，22为本发明光器件的热电制冷器，23为本发明光器件的陶瓷垫块，24为本发明光器件的光芯片，25为本发明光器件的聚焦透镜。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
如图2所示，本发明所提供的光器件，采用管壳气密封装，具体包括：光器件管壳21、封装于光器件管壳内的热电制冷器(TEC)22、陶瓷垫块(submount)23、光芯片24、聚焦透镜25；热电制冷器22作为基板，用于保证光芯片24工作温度，陶瓷垫块23置于热电制冷器22上，用于光芯片24散热，光芯片24与聚焦透镜25通过无源贴装方式固定于陶瓷垫块上，光芯片24发出的发散光经聚焦透镜25形成汇聚光，耦合光纤设置于焦点处，进行一次有源耦合。
对于光学器件的组装工艺，主要包括：有源耦合和无源装配两种方法，其中有源耦合方法使用的设备昂贵，耦合工艺也比较复杂；无源装配方法具有无需产品加电耦合，工艺简单、易于大批量流水作业、生产效率高和成本低的特点。
本领域的技术人员应知光芯片24出光发散，无法直接进入到光纤里面传输，需要通过在芯片前面加透镜，压缩光束发散角，使光能耦合进光纤传输；如图1所示的传统光路设计采用双透镜设计，需要三次耦合，其工艺复杂，成本高；如图2所示，本发明的光器件采用的光路设计，只需要单个透镜，即可实现将光芯片的发散光耦合进光纤进行传输的效果。
本发明的光器件中芯片与透镜通过贴片精度控制，理论耦合效率达到85％以上，能保证耦合效率满足应用端的要求。
本发明采用的汇聚光系统对角度和焦距的敏感度不高，结构容差较大，如图1所示的传统准直光路对角度敏感，结构容差小，特别是在高低温条件下，器件内部材料热胀冷缩会导致光路角度变化影响，进而影响光器件的功率稳定性；本发明的光器件，采用的汇聚光系统，只需做一次耦合焊接，不仅工艺简单，而且能使得结构更加稳定。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种用于光器件的简易光路，其特征在于，包括：光芯片、聚焦透镜以及耦合光纤，所述光芯片发出发散光，该发散光经过聚焦透镜形成汇聚光，耦合光纤设置于焦点位置，用于耦合汇聚光。
2.一种基于权利要求1所述简易光路的微型单通道盒型封装光器件，其特征在于，包括：光器件管壳，以及封装于光器件管壳内的光芯片、聚焦透镜、陶瓷垫块、热电制冷器，热电制冷器与光器件管壳内壁密贴，所述陶瓷垫块位于热电制冷器上，光芯片与聚焦透镜设置于陶瓷垫块上。
3.根据权利要求2所述的微型单通道盒型封装光器件，其特征在于，所述聚焦透镜采用无源贴装方式固定。
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