CN114002789A - 光发射器件及光发射模块 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于通信技术领域，提供了一种光发射器件及光发射模块，光发射器件包括基板、光发射组件和光合路组件，光发射组件和光合路组件集成在基板上，光发射组件上设有第一标识，光合路组件上设有第二标识，第一标识和第二标识位置对应，以使光发射组件和光合路组件耦合。将光发射组件和光合路组件集成在基板上，有利于实现光发射器件的小型化。同时，光发射组件上设有第一标识，光合路组件上设有第二标识，第一标识和第二标识位置对应，可以实现光发射组件和光合路组件耦合。光合路组件接收光发射组件发射的光信号，并对光信号进行合光处理，再将合光后的光信号传输到外部设备，实现光信号的传输功能。

Description

光发射器件及光发射模块
技术领域
本申请属于通信技术领域，尤其涉及一种光发射器件及光发射模块。
背景技术
随着5G技术的发展，数据中心的需求日益增长，COB(Chip On Board，板上芯片)和硅光集成技术的应用越来越广泛。100G、200G、400G数据中心和接入光器件使用多波长光源，耦合难度随着通道数增加而提高。导致光路更复杂耦合工艺难度大，器件尺寸大，成本高。
目前，传统的自由空间耦合方案则是4路及以上的直接调制光信号通过透镜准直后进入由滤波片和反射单元组成的合波单元，合波后经过透镜耦合进单模光纤输出。而目前PLC方案则是将4路及以上的直接调制激光器首先封装成多个激光模组，通过光纤阵列单元与PLC的合波器多路输入端耦合，经过合波器后再通过光纤阵列单元输出。硅光100G及以上的方案是通过混合集成连续波大功率激光器，光信号进入硅光调制器，然后调制后的信号通过复用合波后通透镜耦合进单模光纤输出，或者直接通过光纤阵列单元输出。
但是，传统自由空间耦合方案，所需物料多，耦合工艺复杂，使用胶水多，质量难以控制。而PLC方案，需要先制备TO-Can，工艺周期较长体积大，难以实现4个以上通道的集成。硅光集成方案由于采用多通道大功率激光器和硅光调制器，存在功耗大、调制电路更复杂的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种光发射器件及光发射模块，可以解决光发射器件体积大的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种光发射器件，包括基板、光发射组件和光合路组件，所述光发射组件和所述光合路组件集成在所述基板上，所述光发射组件上设有第一标识，所述光合路组件上设有第二标识，所述第一标识和所述第二标识位置对应，以使所述光发射组件和所述光合路组件耦合。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述光发射组件包括第一衬底和多个激光器；
所述第一衬底上设有多个与所述激光器应对的焊接区域，每个所述焊接区域的边缘侧均设有所述第一标识，每个所述焊接区域上设置有焊料层，每个所述激光器安装在对应所述焊接区域上的焊料层上。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一标识通过光刻和刻蚀方法在所述第一衬底上制备而成。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述激光器上设有第三标识，所述第三标识与所述第一标识对应，以使所述激光器安装在对应的焊接区域。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一衬底的材质为硅或氮化铝。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述焊料层的厚度为2-5um，材质为AuSn合金。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述光合路组件包括第二衬底、封装层、合波器、输出波导和多个输入波导；
所述合波器、所述输出波导和多个所述输入波导均设置于所述第二衬底上，所述输出波导和多个所述输入波导分别与所述合波器耦合，所述封装层用于封装所述合波器、所述输出波导和多个所述输入波导；
多个所述输入波导和多个所述激光器一一对应耦合，所述输入波导用于接收对应所述激光器发射的光信号；所述合波器用于将多路所述光信号进行合光处理，并通过所述输出波导输出合光后的光信号。
在第一方面的一种可能的实现方式中，每个所述输入波导包括第一模斑转换器和第一光波导，所述第一模斑转换器的第一端面与对应的所述激光器耦合，所述第一模斑转换器的第二端面与所述第一光波导的第一端面耦合，所述第一光波导的第二端面与所述合波器耦合，所述第一模斑转换器的第一端面面积小于所述第一模斑转换器的第二端面面积。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述输出波导包括第二模斑转换器和第二光波导，所述第二模斑转换器的第一端面与所述合波器耦合，所述第二模斑转换器的第二端面与所述第二光波导的第一端面耦合，所述第二光波导的第二端面用于与外部设备耦合，所述第二模斑转换器的第一端面面积小于所述第二模斑转换器的第二端面面积。
第二方面，本申请实施例提供了一种光发射模块，包括PCB板、驱动器和第一方面中任一项所述的光发射器件；
所述驱动器和所述光发射器件均安装在所述PCB板上，所述驱动器与光发射组件电连接。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本申请实施例提供的光发射器件将光发射组件和光合路组件集成在基板上，有利于实现光发射器件的小型化。同时，光发射组件上设有第一标识，光合路组件上设有第二标识，第一标识和第二标识位置对应，可以实现光发射组件和光合路组件耦合。光合路组件接收光发射组件发射的光信号，并对光信号进行合光处理，再将合光后的光信号传输到外部设备，实现光信号的传输功能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的光发射器件的结构示意图；
图2是本申请一实施例提供的光发射组件的结构示意图；
图3是本申请一实施例提供的光合路组件的结构示意图。
图中：100、基板；200、光发射组件；201、第一标识；202、激光器；2021、第三标识；300、光合路组件；301、第二标识；302、输入波导；3021、第一模斑转换器；3022、第一光波导；303、合波器；304、输出波导；3041、第二模斑转换器；3042、第二光波导。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，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。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
图1示出了本申请一实施例提供的光发射器件的结构示意图。参见图1所示，光发射器件包括基板100、光发射组件200和光合路组件300，光发射组件200和光合路组件300集成在基板100上，光发射组件200上设有第一标识201，光合路组件300上设有第二标识301，第一标识201和第二标识301位置对应。
具体的，安装时，将第一标识201和第二标识301对齐，使光发射组件200和光合路组件300耦合。光发射组件200发射的光信号能够进入到光合路组件300中，光合路组件300将光信号进行合光处理，再将合光后的光信号传送到外部设备(例如，光纤)，由此，光发射器件实现光信号的发射传输功能。
将光发射组件200和光合路组件300集成在基板100上，形成一个整体封装体，可以实现光发射器件的小型化设计。同时简化了制作工艺，降低了生产成本。
需要说明的是，光发射组件200上的第一标识201可以包括多个标识，光合路组件300上的第二标识301可以包括多个标识。安装时，通过将多个第一标识201和多个第二标识301分别对齐，实现光发射组件200和光合路组件300的对齐耦合，提高耦合的准确性。设计人员可以根据实际需求对第一标识201和第二标识301的个数进行设定。
本申请的一个实施例中，光发射组件200包括第一衬底和多个激光器202。第一衬底上设有多个与激光器202应对的焊接区域，每个焊接区域的边缘侧均设有第一标识201，每个焊接区域上设置有焊料层，每个激光器202安装在对应焊接区域上的焊料层上。
具体的，通过焊接区域边缘侧的第一标识201，可以将激光器202准确安装在焊接区域对应的焊接层上，实现对激光器202的精准定位，以提高激光器202与光合路组件300的耦合精度。
示例性的，焊接区域为矩形，则可以在矩形区域的两个侧边分别设置一个第一标识201；也可以在矩形区域的四个角处分别设置一个第一标识201。当将激光器202安装在对应焊接区域上的焊接层时，通过第一标识201，实现对激光器202位置的精确限定，以使激光器202和光合路组件300实现准确耦合。
示例性的，焊料层的厚度为2-5um，材质为AuSn合金。
示例性的，第一衬底为无源基板、材料为硅或氮化铝。利用光刻和刻蚀的方法，在第一衬底上制备第一标识201，其中，设计人员可以根据实际需要对第一标识201的形状进行设定，例如，将第一标识201设置为圆形标记或十字形标记。
如图2所示，激光器202上设有第三标识2021，第三标识2021与第一标识201对应，以使激光器202安装在对应的焊接区域。
具体的，可以预先在激光器202上设置第三标识2021，安装激光器202时，使第三标识2021和第一标识201对应，以此实现激光器202的位置限定。
本申请的一个实施例中，光合路组件300包括第二衬底、封装层、合波器303、输出波导304和多个输入波导302。合波器303、输出波导304和多个输入波导302均设置于第二衬底上，输出波导304和多个输入波导302分别与合波器303耦合，封装层用于封装合波器303、输出波导304和多个输入波导302。
具体的，多个输入波导302和多个激光器202一一对应耦合，输入波导302用于接收对应激光器202发射的光信号，合波器303用于将多路光信号进行合光处理，并通过输出波导304输出合光后的光信号。
其中，合波器303、输出波导304和多个输入波导302通过刻蚀、生长等工艺在第二衬底上制作而成。
如图3所示，每个输入波导302包括第一模斑转换器3021和第一光波导3022，第一模斑转换器3021的第一端面与对应的激光器202耦合，第一模斑转换器3021的第二端面与第一光波导3022的第一端面耦合，第一光波导3022的第二端面与合波器303耦合，第一模斑转换器3021的第一端面面积小于第一模斑转换器3021的第二端面面积。
输出波导304包括第二模斑转换器3041和第二光波导3042，第二模斑转换器3041的第一端面与合波器303耦合，第二模斑转换器3041的第二端面与第二光波导3042的第一端面耦合，第二光波导3042的第二端面用于与外部设备(例如，光纤)耦合，第二模斑转换器3041的第一端面面积小于第二模斑转换器3041的第二端面面积。
具体的，激光器202与合波器303之间通过第一模斑转换器3021和第一光波导3022连接，第一模斑转换器3021的第一端面与对应的激光器202耦合，第一模斑转换器3021的第二端面与第一光波导3022的第一端面耦合，第一模斑转换器3021的第一端面面积小于第一模斑转换器3021的第二端面面积，有利于提高激光器202与波导的耦合效率，且第一模斑转换器3021有8°斜角以减小端面反射。第二模斑转换器3041可以提高合波器303与外部设备(例如，光纤)之间的耦合效率。
通过第一标识201和第二标识301，可以使激光器202和合波器303对齐，然后通过有源耦合细调，提高多通道耦合效率。
示例性的，激光器202的个数为4个，输入波导302的个数为4个。安装时，将第一标识201和第二标识301对齐，激光器202和输入波导302对齐，使每个激光器202与对应输入波导302上的第一模斑转换器3021耦合连接。激光器202发射的光信号可以通过第一模斑转换器3021和第一光波导3022进入合波器303中。合波器303接收到4个光信号后，对4个光信号进行合光处理，再将合光后的光信号通过输出波导304传送到外部设备(例如，光纤)。
本申请还公开了一种光发射模块，包括PCB板、驱动器和上述所述的光发射器件，驱动器和光发射器件均安装在PCB板上，驱动器与光发射组件200电连接。
具体的，光发射器件通过打线与PCB板上的驱动器进行电和信号的连接。驱动器用于根据控制器的控制信号输出驱动信号，多个激光器202分别根据驱动信号发射光信号，合波器303将多个光信号进行合光处理，并将合光后的光信号传送至外部设备(例如，光纤)。
由于光发射器件将合波器303和多个激光器202集成在基板100上，因此，光发射器件可以实现小型化设计，进而实现光发射模块的小型化设计。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光发射器件，其特征在于，包括基板、光发射组件和光合路组件，所述光发射组件和所述光合路组件集成在所述基板上，所述光发射组件上设有第一标识，所述光合路组件上设有第二标识，所述第一标识和所述第二标识位置对应，以使所述光发射组件和所述光合路组件耦合。
2.根据权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述光发射组件包括第一衬底和多个激光器；
所述第一衬底上设有多个与所述激光器应对的焊接区域，每个所述焊接区域的边缘侧均设有所述第一标识，每个所述焊接区域上设置有焊料层，每个所述激光器安装在对应所述焊接区域上的焊料层上。
3.根据权利要求2所述的光发射器件，其特征在于，所述第一标识通过光刻和刻蚀方法在所述第一衬底上制备而成。
4.根据权利要求2所述的光发射器件，其特征在于，所述激光器上设有第三标识，所述第三标识与所述第一标识对应，以使所述激光器安装在对应的焊接区域。
5.根据权利要求2所述的光发射器件，其特征在于，所述第一衬底的材质为硅或氮化铝。
6.根据权利要求2所述的光发射器件，其特征在于，所述焊料层的厚度为2-5um，材质为AuSn合金。
7.根据权利要求2所述的光发射器件，其特征在于，所述光合路组件包括第二衬底、封装层、合波器、输出波导和多个输入波导；
所述合波器、所述输出波导和多个所述输入波导均设置于所述第二衬底上，所述输出波导和多个所述输入波导分别与所述合波器耦合，所述封装层用于封装所述合波器、所述输出波导和多个所述输入波导；
多个所述输入波导和多个所述激光器一一对应耦合，所述输入波导用于接收对应所述激光器发射的光信号；所述合波器用于将多路所述光信号进行合光处理，并通过所述输出波导输出合光后的光信号。
8.根据权利要求7所述的光发射器件，其特征在于，每个所述输入波导包括第一模斑转换器和第一光波导，所述第一模斑转换器的第一端面与对应的所述激光器耦合，所述第一模斑转换器的第二端面与所述第一光波导的第一端面耦合，所述第一光波导的第二端面与所述合波器耦合，所述第一模斑转换器的第一端面面积小于所述第一模斑转换器的第二端面面积。
9.根据权利要求7所述的光发射器件，其特征在于，所述输出波导包括第二模斑转换器和第二光波导，所述第二模斑转换器的第一端面与所述合波器耦合，所述第二模斑转换器的第二端面与所述第二光波导的第一端面耦合，所述第二光波导的第二端面用于与外部设备耦合，所述第二模斑转换器的第一端面面积小于所述第二模斑转换器的第二端面面积。
10.一种光发射模块，其特征在于，包括PCB板、驱动器和权利要求1至9任一项所述的光发射器件；
所述驱动器和所述光发射器件均安装在所述PCB板上，所述驱动器与光发射组件电连接。
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