CN113917614A

CN113917614A - 一种光模块

Info

Publication number: CN113917614A
Application number: CN202111082863.4A
Authority: CN
Inventors: 王宁
Original assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Current assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2022-01-11

Abstract

本发明公开了一种光模块，包括：硅光调制器；激光器，所述激光器设置于所述硅光调制器的上表面；自聚焦透镜，位于所述硅光调制器的端面一侧，所述自聚焦透镜具有透射面和反射面，所述透射面位于所述自聚焦透镜朝向所述硅光调制器和所述激光器的一端；所述激光器发出的光线经所述透射面进入所述自聚焦透镜，在所述反射面反射作用下从所述透射面出光至所述硅光调制器的光波导中。本发明的光模块，降低了外置光源和硅光调制器耦合的工艺难度。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及硅基光子器件技术领域，具体涉及一种光模块。

背景技术

随着光通信技术的不断发展，光模块朝着更小体积，集成度更高，成本更低的方向发展。

硅光子学是一门着重研究硅基光子器件结构设计、制造及在光通信、光计算等领域中的实际应用的学科。其中，硅基光子器件包括：硅基发光器件、光波导器件、硅基光电子集成、硅基光互连等。相对于传统的III-V族半导体光电子材料，硅材料制备光电芯片具有尺寸更小和成本更低的优势。因此，现有技术中，将光波导制作在硅基芯片顶部，用于传输光路。这样把集成电路芯片与光芯片集成在同一块硅基芯片上，一般称为硅光芯片或光电集成芯片，对于光发射组件，也称为硅光调制器芯片。硅光芯片既能实现电信号处理功能，例如电子放大器，数字信号处理器等，又能传输光路，实现光信号的滤波，分束，调制等功能。实现了光模块的小型化、集成化和低成本化，能胜任数据中心对光模块的高端口密度和低成本的需求，具有广泛的应用前景。

不过，硅作为一种间接带隙半导体，其发光效率远低于III-V族半导体光电子材料，不适合做光源。因此，一般采用外置光源的方式为硅光芯片提供光源。但是，现有技术中的外置光源和硅光调制器的耦合，一般存在工艺难度高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种光模块，能在外置光源和硅光调制器的耦合中，降低工艺难度。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种光模块，所述光模块包括：

硅光调制器；

激光器，所述激光器设置于所述硅光调制器的上表面；

自聚焦透镜，位于所述硅光调制器的端面一侧，所述自聚焦透镜具有透射面和反射面，所述透射面位于所述自聚焦透镜朝向所述硅光调制器和所述激光器的一端；

所述激光器发出的光线经所述透射面进入所述自聚焦透镜，在所述反射面反射作用下从所述透射面出光至所述硅光调制器的光波导中。

上述方案中，所述透射面倾斜于所述激光器发出光线的光轴，且所述透射面的上端向所述反射面的方向倾斜。

上述方案中，所述透射面倾斜的角度为4～8度。

上述方案中，所述透射面所在的一端的外端面设置有抗反射涂层。

上述方案中，所述激光器的光波导的出光方向与所述硅光调制器的光波导的收光方向平行，且所述激光器的光波导的出光的光轴与所述硅光调制器的光波导的收光的光轴在同一个平面上，所述平面垂直于所述硅光调制器的上表面。

上述方案中，所述自聚焦透镜朝向所述硅光调制器的端面设置有位于所述透射面下方的垂直面，所述垂直面与所述硅光调制器的端面平行。

上述方案中，所述激光器通过焊接固定于所述硅光调制器上，所述硅光调制器的上表面对应所述激光器的区域设置有焊料层。

上述方案中，所述自聚焦透镜通过粘接剂固定于所述硅光调制器的端面一侧，所述自聚焦透镜的垂直面抵靠所述硅光调制器的端面。

上述方案中，所述光波导为设置在所述硅光调制器对应所述自聚焦透镜一侧的模斑转换器，所述模斑转换器用于接收从所述自聚焦透镜的反射面反射出的光线。

上述方案中，所述硅光调制器上表面设置有将所述焊料层与所述模斑转换器隔开的阻焊层。

本发明实施例的一种光模块，用一般作为准直镜使用的自聚焦透镜代替准直镜、聚焦镜和反射镜，即所述激光器发出的光线经所述自聚焦透镜一端的透射面进入所述自聚焦透镜，在自聚焦透镜内被准直，然后被自聚焦透镜另一端的反射面反射，然后在自聚焦透镜内被聚焦，出光至位于激光器下方的硅光调制器；整个光路的准直、聚焦均在所述自聚焦透镜内完成，简化了多个透镜之间的调试过程，降低了外置光源和硅光调制器耦合的工艺难度；还有，本发明实施例的光模块，通过只用一个自聚焦透镜，避免多个透镜之间的位置变动对光路的影响，因为多个透镜之间的位置易受到温度、湿度等气候的影响；并且相比多个透镜，一个自聚焦透镜具有结构简单、可靠性高和成本低的优点；再有，自聚焦透镜本身的形状小巧，而且只有一个，减小了整个光路传播的零部件的体积，更能实现光模块的小型化和集成化。

本发明实施例的其它有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要的说明。应当理解，下面描述的附图仅仅是本发明实施例的一部分附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例光模块的示意图；

图2为图1中除去自聚焦透镜的示意图；

图3为图2中A处的局部放大示意图；

图4为本发明实施例光模块中的自聚焦透镜的示意图；

图5为本发明实施例光模块中的自聚焦透镜中的光线传播示意图。

附图标记说明：

10硅光调制器；11第一工作面；12第二工作面；13模斑转换器；20激光器；21光轴面；30自聚焦透镜；31透射面；32反射面；33垂直面；41反射前光线；42反射后光线；43射入点；44射出点；51焊料层；52阻焊层。

具体实施方式

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种光模块，所述光模块包括：

硅光调制器；

激光器，所述激光器设置于所述硅光调制器的上表面；

本发明实施例的一种光模块，用一般作为准直镜使用的自聚焦透镜代替准直镜、聚焦镜和反射镜，即所述激光器发出的光线经所述自聚焦透镜一端的透射面进入所述自聚焦透镜，在自聚焦透镜内被准直，然后被自聚焦透镜另一端的反射面反射，然后在自聚焦透镜内被聚焦，出光至位于激光器下方的硅光调制器；整个光路的准直、聚焦均在所述自聚焦透镜内完成，简化了多个透镜之间的调试过程，降低了外置光源和硅光调制器耦合的工艺难度；还有，本发明实施例的光模块，通过只用一个自聚焦透镜，避免多个透镜之间的位置变动对光路的影响，因为多个透镜之间的位置易受到温度、湿度等气候的影响；并且相比多个透镜，一个自聚焦透镜具有结构简单、可靠性高和成本低的优点；再有，自聚焦透镜本身的形状小巧，且只有一个，减小了整个光路传播的零部件的体积，更能实现光模块的小型化和集成化。

以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。并且，下面描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术领域的普通技术人员，根据这些实施例，在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例：

本实施例提供了一种光模块，如图1-图3所示，所述光模块包括硅光调制器10、激光器20和自聚焦透镜30(Grin Lens)：

所述硅光调制器10，用于将激光器20发出的光线调制为具有通信信号的光线；

所述激光器20，用于发出特定波长、强度的光线，所述激光器20设置于所述硅光调制器10的上表面；

所述自聚焦透镜30，位于所述硅光调制器10的端面一侧，所述自聚焦透镜30具有透射面31和反射面32，所述透射面31位于所述自聚焦透镜30朝向所述硅光调制器10和所述激光器20的一端；

所述激光器20发出的光线经所述透射面31进入所述自聚焦透镜30，在所述反射面32反射作用下从所述透射面31出光至所述硅光调制器10的光波导中。

这里，示例性地，为了表述清楚，将安装激光器20的硅光调制器10的上表面称为第一工作面11，将设置有自聚焦透镜30的硅光调制器10的端面称为第二工作面12；

这里，光模块(optical module)一般包括发送端和接收端。发送端是把电信号转换成光信号，输入光纤进行传输。而接收端是把光纤输入的光信号转换成电信号，输入电子设备。本实施例的光模块的具体应用场景不限，例如，可以用于光通信的发射组件、接收组件或收发一体机等。示例性地，本实施例中，以光模块应用于发射组件为例进行描述。

这里，示例性地，所述自聚焦透镜30能够实现准直和聚焦的功能，除了自聚焦透镜30本身的特点，也需要根据自聚焦透镜30距离光源的距离，设置自聚焦透镜30的轴向长度，不作详述。

这里，示例性地，所述自聚焦透镜30远离所述硅光调制器10的一端，即反射面32的外端面贴附有全反射膜。

这里，示例性地，所述激光器20用于根据接收的控制信号，发出相应的光线，控制信号可以是一种电信号。示例性地，本实施例的激光器20可以是分布式反馈激光器(DFB，Distributed Feedback Laser)。能够理解，也可以根据光模块的类型或使用场景，选用其它的激光器。

这里，本实施例的光模块能够通过自聚焦透镜30取代现有技术中的准直镜、聚焦镜和反射镜，是因为本实施例的自聚焦透镜30也能实现准直、聚焦和反射的功能。需要说明的是，准直和聚焦的功能是由自聚焦透镜30完成的，透射面31只是起到允许光线进入或出去的作用，而反射面32则相反，反射面32则通过将光线反射，阻止光线从反射面32出去。这里，所述透射面31是位于所述自聚焦透镜30朝向所述硅光调制器10和所述激光器20的一端的外端面，而反射面32是另一端的内端面。

这里，示例性地，自聚焦透镜30的工作过程可以通过光路来说明，例如，可以以光线为主体描述，即所述激光器20发出的光线经所述透射面31进入所述自聚焦透镜30，被所述自聚焦透镜30准直，然后被所述反射面32反射，再被所述自聚焦透镜30汇聚到所述透射面31，经由所述透射面31进入所述硅光调制器10的光波导中。

示例性地，如图5所示，在自聚焦透镜30中的光线分为两种，一种是反射前光线41，即激光器20发出的光线从透射面31射入的，另一种是反射后光线42，即反射前的光线经过反射面32反射回的光线。从图5中看出，在自聚焦透镜30的透射面31有光线的射入点43和射出点44，射入点43和射出点44在纵向间隔预设距离，避免相互干扰。射入点43和射出点44纵向距离的间隔，可以通过射入点43偏离所述自聚焦透镜30的中心线来控制，即偏离越多，间隔越远。

本发明实施例的一种光模块，用一般作为准直镜使用的自聚焦透镜30代替准直镜、聚焦镜和反射镜，即所述激光器20发出的光线经所述自聚焦透镜30一端的透射面31进入所述自聚焦透镜30，在自聚焦透镜30内被准直，然后被自聚焦透镜30另一端的反射面32反射，然后在自聚焦透镜30内被聚焦，出光至位于激光器20下方的硅光调制器10；整个光路的准直、聚焦均在所述自聚焦透镜30内完成，简化了多个透镜之间的调试过程，降低了外置光源和硅光调制器10耦合的工艺难度；还有，本发明实施例的光模块，通过只用一个自聚焦透镜30，避免多个透镜之间的位置变动对光路的影响，因为多个透镜之间的位置易受到温度、湿度等气候的影响；并且相比多个透镜，一个自聚焦透镜30具有结构简单、可靠性高和成本低的优点；再有，自聚焦透镜30本身的形状小巧，而且只有一个，减小了整个光路传播的零部件的体积，更能实现光模块的小型化和集成化。

根据本发明的一个可选的实施方式，如图4、图5所示，所述透射面31倾斜于所述激光器20发出光线的光轴，且所述透射面31的上端向所述反射面32的方向倾斜。即所述激光器20水平布置的情况下，所述透射面31是倾斜的。这样，可以避免所述激光器20发出的光线的一部分被所述透射面31反射回激光器20，对激光器20造成损伤，或致其光谱纯度降低。还有，透射面31倾斜，也可以增加光线进入自聚焦透镜30后的折射角度。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述透射面31倾斜的角度为4～8度。例如可以是4度、5度、6度、7度、8度。这样，既能避免透射面31的反射损伤激光器20，但倾斜角度不太大，能减少激光器20和自聚焦透镜30的调试难度。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述透射面31所在的一端的外端面设置有抗反射涂层。这和将透射面31设置为倾斜是一样的目的，即避免所述激光器20发出的光线的一部分被所述透射面31反射回激光器20，对激光器20造成损伤。根据不同的情况，可以从两种措施中选一种，或者两种都采用。示例性地，所述抗反射涂层为增透膜。

需要说明的是，在现有技术中的光模块，一般会使用隔离器来避免光线反射回激光器20，因此本实施例的技术方案还节省了隔离器，使结构更简单、成本更低，而且体积也更小。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述激光器20的光波导的出光方向与所述硅光调制器10的光波导的收光方向平行，且所述激光器20的光波导的出光的光轴与所述硅光调制器10的光波导的收光的光轴在同一个平面上，所述平面垂直于所述硅光调制器10的上表面。这样，光路耦合效率高，且有确定的基准，调试也比较方便。

为了表述清楚，所述激光器20的光波导的出光的光轴与所述硅光调制器10的光波导的收光的光轴所在的同一个平面，称之为光轴面21。这里，需要注意，光轴面不是一个实体的面，而是一个虚拟面，是光轴及延伸方向产生的一个虚拟面，图中用虚线表示。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述自聚焦透镜30朝向所述第二工作面12设置有位于所述透射面31下方的垂直面33，所述垂直面33与所述第二工作面12平行。由于所述垂直面33在所述透射面31的下方的自聚焦透镜30的一端，且和所述第二工作面12平行，没有倾斜。这样，和硅光调制器10的粘接更方便，也不妨碍透射面31的工作。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述激光器20通过焊接固定于所述硅光调制器10上，焊接固定，既牢固，而且焊接处是密封的，有利于激光器20的使用寿命。

示例性地，所述硅光调制器10的上表面对应所述激光器20的区域设置有焊料层51。焊料层51可以是预镀在硅光调制器10的上表面，固定时，对所述焊料层51加热熔化，然后固化，固定更方便，而且预镀的焊料层51比较均匀，焊接更牢固、可靠。焊料层51也可以是直接放置在上面的焊料片，固定时，同预镀的一样，也是进行加热熔化、然后固化。

示例性地，所述焊料层51的焊料可以是金锡合金焊料。金锡合金的屈服强度很高，即使在250～260℃的温度下，它的强度也能够胜任气密性的要求。

这里，示例性地，所述激光器20与所述硅光调制器10接触的接触面可以镀有增加焊接密封性能的金属镀层。示例性地，所述金属镀层可以是金镀层，这样和金锡合金焊料更适配，焊接更牢固、密封。示例性地，所述焊接可以是共晶焊接，共晶焊接的可靠性高，导热性能好。能够理解，也可以是其它的可靠性高、导热性能好的焊接方式。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述自聚焦透镜30通过粘接剂固定于所述第二工作面12一侧，所述自聚焦透镜30的垂直面33抵靠所述第二工作面12。这样，固定方便，结构简单。

示例性地，所述粘接剂为紫外固化胶。这样，通过紫外光照射即可固化，固化方便，可以在线固化，而且紫外固化胶也不会对激光器20、自聚焦透镜30产生腐蚀等不良作用。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述光波导为设置在所述硅光调制器10对应所述自聚焦透镜30一侧的模斑转换器(SSC,Spot Size Converte)13，所述模斑转换器13用于接收从所述自聚焦透镜30的反射面32反射出的光线。这样，可以更好的接收光线。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述硅光调制器10上表面设置有将所述焊料层51与所述模斑转换器13隔开的阻焊层52。这样，可以避免焊料层51的焊材污染所述模斑转换器13。如图2、3所示，所述阻焊层52设置于所述硅光调制器10上表面靠近所述模斑转换器13处，即在所述硅光调制器10上表面的边缘，阻焊层52和焊料层51相邻设置，阻焊层52阻挡焊料进入所述阻焊层52，以及阻焊层52与自聚焦透镜30之间的区域，这样，就能阻挡焊料进入所述模斑转换器13。示例性地，所述阻焊层52预镀于所述硅光调制器10上表面。示例性地，阻焊层的材料可以是电路板中常用的阻焊材料，不作详述。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解。例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。

在具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施例和技术方案。为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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

1.一种光模块，其特征在于，所述光模块包括：

硅光调制器；

激光器，所述激光器设置于所述硅光调制器的上表面；

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述透射面倾斜于所述激光器发出光线的光轴，且所述透射面的上端向所述反射面的方向倾斜。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述透射面倾斜的角度为4～8度。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述透射面所在的一端的外端面设置有抗反射涂层。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器的光波导的出光方向与所述硅光调制器的光波导的收光方向平行，且所述激光器的光波导的出光的光轴与所述硅光调制器的光波导的收光的光轴在同一个平面上，所述平面垂直于所述硅光调制器的上表面。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述自聚焦透镜朝向所述硅光调制器的端面设置有位于所述透射面下方的垂直面，所述垂直面与所述硅光调制器的端面平行。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器通过焊接固定于所述硅光调制器上，所述硅光调制器的上表面对应所述激光器的区域设置有焊料层。

8.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述自聚焦透镜通过粘接剂固定于所述硅光调制器的端面一侧，所述自聚焦透镜的垂直面抵靠所述硅光调制器的端面。

9.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述光波导为设置在所述硅光调制器对应所述自聚焦透镜一侧的模斑转换器，所述模斑转换器用于接收从所述自聚焦透镜的反射面反射出的光线。

10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于，所述硅光调制器上表面设置有将所述焊料层与所述模斑转换器隔开的阻焊层。