CN113866908A - 一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，微波光子模块包括光学单元、平面光波导芯片、馈电控制单元和若干光电转换单元；封装结构包括壳体，壳体的内部具有腔室结构；壳体的腔室内水平设置有中心载板，壳体的内部腔室被中心载板分隔为上侧的光学信号腔和若干光电互换腔以及下侧的馈电控制腔，且光学信号腔和光电互换腔之间设有第二腔壁分隔，各光电互换腔之间设有光电转换腔腔壁分隔；各光电转换单元分别设置于光电互换腔内；平面光波导芯片设置于光电互换腔与光学信号腔之间的第二腔壁上；平面光波导芯片包含若干个光波导和光波导之间的金属掩埋孔；光学单元设置于光学信号腔内；馈电控制单元设置于馈电控制腔内。本发明结构设计解决了光电互转换通道之间的高射频隔离问题。

Description

一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构
技术领域
本发明属于微波光子领域，具体地说是涉及一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构。
背景技术
微波光子技术属于光学和微波的交叉学科，具备带宽大、重量轻、传输距离长等技术优势，主要包含光电互转换和光子处理等部分。
目前，常见的微波光子光电互转换部分主要由波分复用器/解复用器模块，多个光电互转换模块，以及微波处理模块等分立模块构成。其中光电互转换部分主要采用分立模块组装的形式来实现，体积和重量较大。
随着系统规模以及系统集成度的提升，对光电互转换部分小型化和集成化的需求愈发迫切，光电互转换部分的实现形式逐渐由传统的分立式模块设计发展成为包含光学，光电互转换，微波处理等功能部分的高密度、多通道一体化集成设计。
传统光通信中的多通道光模块采用共腔设计的形式实现集成，例如其中的波分复用/解复用等光学部分由于需要通道之间存在较多光学互连为保持光信号之间的高效耦合必须在封装结构上采用共腔设计的形式实现集成。因此，在该类光模块的设计中，无法采用分离金属隔腔来实现不同电学通道的射频隔离，不同通道之间射频隔离度一般不大于30dBc。低射频隔离度将导致不同通道之间的射频串扰，严重影响了微波光子系统的动态范围、信号质量等。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，解决了背景技术中提到的光电互转换通道之间的高射频隔离度需求难以得到满足的问题。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，所述微波光子模块包括光学单元、平面光波导芯片、馈电控制单元和若干光电转换单元；所述封装结构包括壳体，所述壳体的内部具有腔室结构；所述壳体的腔室内水平设置有中心载板，所述壳体的内部腔室被中心载板分隔为上侧的光学信号腔和若干光电互换腔以及下侧的馈电控制腔，且所述光学信号腔和光电互换腔之间设有第二腔壁分隔，各光电互换腔之间设有光电转换腔腔壁分隔；各光电转换单元分别设置于光电互换腔内，并被配置为实现将输入的射频信号进行微波处理和将微波处理后的射频信号转换为光信号；所述平面光波导芯片设置于光电互换腔与光学信号腔之间的第二腔壁上，并被配置为实现光学单元与光电转换单元的激光器之间的光信号互连；所述平面光波导芯片，其中设有若干个光波导分别与各光电转换单元对应，各光波导间设置有若干填充有金属的掩埋孔以实现良好射频隔离；所述光学单元设置于光学信号腔内，并被配置为实现光信号的波分复用或解复用等处理；所述馈电控制单元设置于馈电控制腔内，并被配置为实现各光电转换单元和光学单元的电源分配和状态控制。
根据一个优选的实施方式，所述第二腔壁上设有芯片开口，所述芯片开口由所述平面光波导芯片填充封闭。
根据一个优选的实施方式，平面光波导芯片以二氧化硅为材料制备基板。
根据一个优选的实施方式，所述光学信号腔的侧壁上设有光学尾纤端口，用于实现合波光信号的对外输出。
根据一个优选的实施方式，各光电互换腔的侧壁上设有微波端口，用于实现将外界的射频信号输入给光电互转换单元的微波处理芯片。
根据一个优选的实施方式，所述光电转换单元包括微波芯片和激光器芯片。
根据一个优选的实施方式，所述光学单元包括波分复用器。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：从而，通过本发明微波光子模块封装结构的结构设计，解决了光电互转换通道之间的高射频隔离度需求难以得到满足的问题。
附图说明
图1是本发明的一种优选的封装结构示意图；
图2是本发明的馈电控制单元的封装结构示意图；
图3是本发明封装结构的截面示意图；
图4是本发明的平面光波导芯片的示意图；
其中，1-壳体，2-光学单元，3-平面光波导芯片，31-光波导，32-淹埋孔，4-馈电控制单元，5-光电转换单元，101-上盖板，102-下盖板，103-中心载板，104-第一腔壁，105-第二腔壁，106-第三腔壁，107-光电转换腔腔壁，201-光学信号腔，202-馈电控制腔，203-光电互换腔。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
参考图1至图4所示，本实施例公开了一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，所述微波光子模块包括光学单元2、平面光波导芯片3、馈电控制单元4和四路光电转换单元5。其主要功能是实现了将输入光电转换单元5的4路射频信号经射频芯片处理后转换为4路光信号，然后再利用光学单元2的波分复用器将4路光信号进行合路输出。
优选地，所述微波光子模块封装结构包括壳体1，所述壳体1的内部具有腔室结构。所述壳体1的腔室内水平设置有中心载板103，所述壳体1的内部腔室被中心载板103分隔为上侧的光学信号腔201和若干光电互换腔203以及下侧的馈电控制腔202。
优选地，所述光学信号腔201和光电互换腔203之间设有第二腔壁105分隔，各光电互换腔203之间设有光电转换腔腔壁107分隔。
优选地，各光电转换单元5分别设置于光电互换腔203内，并被配置为实现将输入的射频信号进行微波处理和将微波处理后的射频信号转换为光信号。进一步地，所述光电转换单元5包括微波芯片和激光器芯片。
优选地，各光电互换腔203的侧壁上设有微波端口，用于实现将外界的射频信号输入给光电互转换单元5的微波处理芯片。
优选地，所述平面光波导芯片3设置于光电互换腔203与光学信号腔201之间的第二腔壁105上，并被配置为实现光学单元2与光电转换单元5的激光器之间的光信号互连。所述第二腔壁105上设有芯片开口，所述芯片开口由所述平面光波导芯片3填充封闭。
进一步地，平面光波导芯片3以二氧化硅为材料制备基板，且所述基板上设有若干光波导31分别与各光电转换单元5对应。各光波导间设置有若干填充有金属的掩埋孔32。
具体地，如图4所示，本实例中平面光波导芯片3采用二氧化硅为材料制备基板。其中包含4个光波导31以及若干金属填充的掩埋孔32。在相邻光波导31之间采用填充金属掩埋孔32实现通道之间射频隔离。每个光波导对应1路光电转换通道，从而实现光学单元2与光电互转换单元5分的激光器之间的光信号互连。
优选地，第二腔壁105的上设有芯片开口，与上盖板上对应位置处的腔壁对准后，中间保留一定缝隙，自上而下分别填充粘附导电层，绝缘保护层，平面波导芯片3，硅片保护层和粘附导电层。装配完成后两侧的隔腔直接的射频隔离度应达到60db以上。从而，利用第二腔壁105的结构实现了光学单元2和光电转换部分5之间的射频隔离，从而避免了光学单元2由于光路的特性，必须采用共腔形式设计而导致较大的射频串扰问题。
优选地，所述光学单元2设置于光学信号腔201内，并被配置为实现光信号的波分复用或解复用等处理。光学单元2包括波分复用器。
优选地，所述光学信号腔201的侧壁上设有光学尾纤端口，用于实现合波光信号的对外输出。
光学单元2主要功能是但不限于光学波分复用/解复用等功能，该部分通过透镜组合实现不同波长的光通道复用/解复用，将光纤尾纤端口耦合的光学信号复用/解复用为若干不同波长的光学信号，并分别耦合到平面光波导芯片的不同通道中。
优选地，馈电控制单元4设置于馈电控制腔202内，并被配置为实现各光电转换单元5和光学单元2的电源分配和状态控制。
馈电控制单元4采用单片机、低压差稳压器以及相关ADC、DAC芯片组成，多个芯片采用PCB控制板的形式实现，对整个模块光电互转换部分和光学部分的电源分配和状态控制作用。
从而，通过本发明微波光子模块封装结构设计，解决了光电互转换通道之间的高射频隔离度需求难以得到满足的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，所述微波光子模块包括光学单元(2)、平面光波导芯片(3)、馈电控制单元(4)和若干光电转换单元(5)；
其特征在于，
所述封装结构包括壳体(1)，所述壳体(1)的内部具有腔室结构；所述壳体(1)的腔室内水平设置有中心载板(103)，所述壳体(1)的内部腔室被中心载板(103)分隔为上侧的光学信号腔(201)和若干光电互换腔(203)以及下侧的馈电控制腔(202)，且所述光学信号腔(201)和光电互换腔(203)之间设有第二腔壁(105)分隔，各光电互换腔(203)之间设有光电转换腔腔壁(107)分隔；
各光电转换单元(5)分别设置于光电互换腔(203)内，并被配置为实现将输入的射频信号进行微波处理和将微波处理后的射频信号转换为光信号；
所述平面光波导芯片(3)设置于光电互换腔(203)与光学信号腔(201)之间的第二腔壁(105)上，并被配置为实现光学单元(2)与光电转换单元(5)的激光器之间的光信号互连；
所述平面光波导芯片(3)中，包含若干个光波导(31)分别与各光电转换单元(5)对应，各光波导(31)间设置有若干填充有金属的掩埋孔(32)，以实现不同光电转换单元(5)之间的射频隔离，
所述光学单元(2)设置于光学信号腔(201)内，并被配置为实现光信号的波分复用或解复用等处理；
所述馈电控制单元(4)设置于馈电控制腔(202)内，并被配置为实现各光电转换单元(5)和光学单元(2)的电源分配和状态控制。
2.如权利要求1所述的一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，其特征在于，所述第二腔壁(105)上设有芯片开口，所述芯片开口由所述平面光波导芯片(3)填充封闭。
3.如权利要求1所述的一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，其特征在于，所述光学信号腔(201)的侧壁上设有光学尾纤端口，用于实现合波光信号的对外输出。
4.如权利要求1所述的一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，其特征在于，各光电互换腔(203)的侧壁上设有微波端口，用于实现将外界的射频信号输入给光电互转换单元(5)的微波处理芯片。
5.如权利要求1所述的一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，其特征在于，所述光电转换单元(5)包括微波芯片和激光器芯片。
6.如权利要求1所述的一种多通道高射频隔离的微波光子模块封装结构，其特征在于，所述光学单元(2)包括波分复用器。
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