CN115616713A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块，所述光模块包括光线发生器、准直镜、聚焦镜、光路偏转元件、硅光芯片和用于封装光线发生器的盒体；所述光线发生器、准直镜、聚焦镜和光路偏转元件沿光线的传播路径按序排列设置于所述硅光芯片上，所述光路偏转元件，用于将所述聚焦镜发出的光线反射至预设方向；所述盒体形成一个开口朝向所述硅光芯片的容置空间；所述硅光芯片封闭所述容置空间的开口，所述光线发生器和准直镜位于所述容置空间内，所述聚焦镜和光路偏转元件位于所述容置空间外。本发明的光模块，能减少光源总的体积。

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。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一般存在体积大的缺点，进而影响到光模块的小型化。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种光模块，能减少其采用的光源的体积。

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，所述光模块包括光线发生器、准直镜、聚焦镜、光路偏转元件、硅光芯片和用于封装光线发生器的盒体；所述光线发生器、准直镜、聚焦镜和光路偏转元件沿光线的传播路径按序排列设置于所述硅光芯片上，所述光路偏转元件，用于将所述聚焦镜发出的光线反射至预设方向；

所述盒体形成一个开口朝向所述硅光芯片的容置空间；所述硅光芯片封闭所述容置空间的开口，所述光线发生器和准直镜位于所述容置空间内，所述聚焦镜和光路偏转元件位于所述容置空间外。

上述方案中，所述准直镜和所述聚焦镜之间间隔的盒体的侧板的内壁和外壁均镀有抗反射涂层。

上述方案中，所述准直镜和所述聚焦镜之间间隔的盒体的侧板为由硅制成的平板。

上述方案中，所述光模块还包括隔离器，所述隔离器设置于所述准直镜和所述聚焦镜之间的硅光芯片上，且位于所述容置空间内。

上述方案中，所述盒体与所述硅光芯片通过焊接密封连接，所述盒体的侧板与所述硅光芯片接触的接触面镀有增加焊接密封性能的金属镀层。

上述方案中，所述硅光芯片与所述盒体的侧板之间焊接所用的焊料为金锡焊料，所述金属镀层为金镀层。

上述方案中，所述聚焦镜与所述光路偏转元件粘接固定在一起。

上述方案中，所述光模块还包括设置于所述硅光芯片上表面的热沉，所述光线发生器、准直镜和隔离器均设置于所述热沉上。

上述方案中，所述热沉上镀有多根金属线，所述金属线与所述光线发生器电连接。

上述方案中，所述硅光芯片配置有波导和设置在所述波导一端的光栅耦合器，所述光栅耦合器用于接收从所述光路偏转元件反射出的光线。

本发明实施例的光模块，将光线发生器和准直镜封装在盒体内，无需采用通用同轴管帽封装，减少了光源总的体积；且盒体的密封性能更好，有效隔绝外部湿气，提高光线发生器使用寿命；通过光路偏转元件将光线反射至预设方向，无需通过光纤传输光信号，进一步减少光源总的体积；仅将光线发生器和准直镜密封设置，无需整体封装，进一步减少光源总的体积，且更便于光路调节。

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的俯视示意图(除去盒体)。

附图标记说明：

11光线发生器；12准直镜；13隔离器；14 C透镜；151第一棱镜；152第二棱镜；21盒体；22焊接区域；31硅光芯片；32热沉。

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，所述光模块包括光线发生器、准直镜、聚焦镜、光路偏转元件、硅光芯片和用于封装光线发生器的盒体；所述光线发生器、准直镜、聚焦镜和光路偏转元件沿光线的传播路径按序排列设置于所述硅光芯片上，所述光路偏转元件，用于将所述聚焦镜发出的光线反射至预设方向；

所述盒体形成一个开口朝向所述硅光芯片的容置空间；所述硅光芯片封闭所述容置空间的开口，所述光线发生器和准直镜位于所述容置空间内，所述聚焦镜和光路偏转元件位于所述容置空间外。

本发明实施例的一种光模块，将光线发生器和准直镜封装在盒体内，无需采用通用同轴管帽(TO，Transistor Outline)封装，减少了光源总的体积；且盒体的密封性能更好，有效隔绝外部湿气，提高光线发生器使用寿命；通过光路偏转元件将光线反射至预设方向，无需通过光纤传输光信号，进一步减少光源总的体积；仅将光线发生器和准直镜密封设置，无需整体封装，进一步减少光源总的体积，且更便于光路调节。

需要说明的是，现有技术中的光源封装一般采用同轴管帽封装，而同轴管帽封装中的同轴管帽一般为通用尺寸，为了适应更多类型的光线发生器，体积较大；并且现有技术中的同轴管帽封装的光源的一端为接插引脚，另一端是输出光信号的光纤，进一步增大了体积。而本发明实施例不仅将同轴管帽改进为更适配光线发生器的、体积更小的盒体，用光路偏转元件取代光纤，而且还创造性的将聚焦镜和光路偏转元件设置在封装之外，进一步减小了光源总的体积，而且也便于光路调节。

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2所示，所述光模块包括光线发生器11、准直镜12、聚焦镜、光路偏转元件、硅光芯片31和用于封装光线发生器11的盒体21；所述光线发生器11、准直镜12、聚焦镜和光路偏转元件沿光线的传播路径按序排列设置于所述硅光芯片上，所述光路偏转元件用于将所述聚焦镜发出的光线反射至预设方向；

所述盒体21形成一个开口朝向所述硅光芯片31的容置空间；所述硅光芯片31封闭所述容置空间的开口，所述光线发生器11和准直镜12位于所述容置空间内，所述聚焦镜和光路偏转元件位于所述容置空间外。

这里，示例性地，所述光线发生器11可以是激光器芯片，用于根据接收的控制信号，发出相应的光线，这里的控制信号是一种电信号。这里，示例性地，准直镜12用于将光源发出的发散光线转换为准直光，被用在光束传递系统中，以维持激光器芯片和聚焦镜之间的光束的准直。聚焦镜用于将平行光线汇聚。光路偏转元件，用于将所述聚焦镜发出的光线反射至预设方向，以适应光模块的需要，预设方向可以是射入光波导的方向。在光模块中，光波导的位置可以根据需要设置。示例性地，光路偏转元件可以是一种棱镜。以上的激光器芯片、准直镜12、聚焦镜和光路偏转元件等均是通用的光学元件，不作详述。

这里，所述聚焦镜和光路偏转元件位于所述容置空间外，可以进一步减少光源的体积，而且由于所述聚焦镜和光路偏转元件位于所述容置空间外，调节光路走向的余地更大，即更便于调节光路。

由于密封空间内的准直镜12需要将光线发射至聚焦镜，因此所述准直镜12和所述聚焦镜之间间隔的盒体21的侧板的透光率需要超过预设值。这里预设值根据具体光模块中对光线的要求而定，一般可以是大于60％。

这里，示例性地，上述光模块中除硅光芯片31、热沉之外的元器件，可以合称为光源。

本实施例的光模块，将光线发生器盒准直镜封装在盒体内，无需采用通用同轴管帽封装，减小了光源总的体积；且盒体的密封性能更好，有效隔绝外部湿气，提高光线发生器使用寿命；通过光路偏转元件将光线反射至预设方向，无需通过光纤传输光信号，进一步减少光源总的体积；仅将光线发生器和准直镜密封设置，无需整体封装，进一步减少光源总的体积，更便于光路调节。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述准直镜12和所述聚焦镜之间间隔的盒体21的侧板的内壁和外壁均镀有抗反射涂层(ARC，Anti-Reflection Coating)。这样，可以减少光线的反射，可以进一步提高盒体21的侧板的透光率。示例性地，所述抗反射涂层为增透膜。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述准直镜12和所述聚焦镜之间间隔的盒体21的侧板为由硅制成的平板。这里，盒体21的侧板由硅制成，可以有更好的透光率。当然，硅表面也有较大的菲涅尔反射，但可以通过镀抗反射涂层克服。出于光模块小型化的要求，光线发生器11、准直镜12、聚焦镜和光路偏转元件等都是很小的，盒体21也是很小的，盒体21长宽在2mm左右，壁厚在0.2mm左右。因此，盒体21使用硅材料制作，可以通过蚀刻工艺，一方面将盒体21的尺寸制作的更精确，更好满足光模块小型化的要求；另一方面，可以更好的控制盒体21内壁、外壁的粗糙度，便于镀抗反射涂层。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述光模块还包括隔离器13，所述隔离器13设置于所述准直镜12和所述聚焦镜之间的硅光芯片上，且位于所述密封空间内。所述隔离器13可避免因光线发生器11受来自反射的光的影响而致其光谱纯度降低，应用于对光信号要求较高的光纤通信或光纤传感系统。所述隔离器13可以根据光模块的实际使用场合选用。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述盒体21与所述硅光芯片通过焊接密封连接，通过焊接形成密封连接，能有效密封，且实施成本低。

所述盒体21的侧板与所述硅光芯片接触的接触面镀有增加焊接密封性能的金属镀层。这样，在焊接时，所述金属镀层可以与所述焊料熔合，使焊料与盒体21的侧板的连接更牢固。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述硅光芯片与所述盒体21的侧板之间焊接所用的焊料为金锡焊料，所述金属镀层为金镀层。金锡焊料预设置于硅光芯片上表面对应盒盖的区域，即焊接区域22，可通过加热的方式熔化并与所述盒盖焊接。所述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。因此，当盒体21内的部件，例如光线发生器11因为工作发热，导致盒体21温度升高的情况下，焊接处能保持密封。金镀层和金锡焊料的熔合更容易、也更牢固。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述聚焦镜与所述光路偏转元件粘接固定在一起。这样，光路调节时候，所述聚焦镜与所述光路偏转元件能一起联调，这样，光路走向的调节更简单、效率更高。例如，可以方便的把光信号耦合进入光栅耦合器(参见下面介绍)中，耦合结构具有较大容差范围。

这里，示例性地，所述聚焦镜可以是C透镜14，C透镜14的两端分别为平面端和球面端。C透镜是一种以特殊光学玻璃材料制成的微透镜，与其它自聚焦透镜相比，C透镜具有很多优点，包括：低成本、低插损和较宽的工作距离范围。

这里，示例性地，所述光路偏转元件由2块棱镜粘接固定而成，粘接面是一个上端向C透镜14方向倾倒的斜面，所述斜面镀反射膜。这样，可以将C透镜14发射的光线反射，方向朝向硅光芯片31。2块棱镜分别为第一棱镜151和第二棱镜152，如图1所示，第一棱镜151与C透镜14粘接固定，第二棱镜152与第一棱镜151粘接固定。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述光模块还包括设置于所述硅光芯片31上表面的热沉32，所述光线发生器11、准直镜12和隔离器13均设置于所述热沉32上。热沉32是一种微型散热片、用来冷却电子芯片的装置。有上述可知，光线发生器11是一种激光器芯片，工作中会产生热量，因此采用热沉32来冷却。也因此，本实施例设置热沉32后，可以适用于大功率的激光器芯片。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述热沉32上镀有多根金属线，所述金属线与所述光线发生器11电连接。所述金属线，既可以给所述光线发生器11提供电能，也能给所述光线发生器11提供控制光线发生器工作的电信号。这里，示例性地，控制光线发生器工作的内容包括：何时发光，发出何种类型的光等等，不作详述。由于金属线是镀在热沉上的，电能及电信号的传输更可靠、稳定，而且也无需增加额外的空间。示例性地，所述金属线，可以是镀金线，这样，信号传输更灵敏、使用寿命更长。示例性地，多个金属线可以形成由线条构成的图案，这样便于标准化制作。示例性地，所述热沉32上还可以设置供所述激光器芯片贴片的标识图案，使贴片更准确、方便。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述硅光芯片31配置有波导(未在图中示出)和设置在所述波导一端的光栅耦合器(未在图中示出)，所述光栅耦合器用于接收从所述光路偏转元件反射出的光线。

示例性地，所述硅光芯片31、热沉32和光源可以是所述光模块的发射组件的一部分。这里，波导位于所述硅光芯片31的顶部，用于传输光路，硅光芯片31的其它部分可以设置电路元器件。这样，硅光芯片31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。而本发明实施例，还通过改进光源，进一步提高了光模块的小型化和集成化。

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 (10)

1.一种光模块，其特征在于，所述光模块包括光线发生器、准直镜、聚焦镜、光路偏转元件、硅光芯片和用于封装光线发生器的盒体；所述光线发生器、准直镜、聚焦镜和光路偏转元件沿光线的传播路径按序排列设置于所述硅光芯片上，所述光路偏转元件，用于将所述聚焦镜发出的光线反射至预设方向；

所述盒体形成一个开口朝向所述硅光芯片的容置空间；所述硅光芯片封闭所述容置空间的开口，所述光线发生器和准直镜位于所述容置空间内，所述聚焦镜和光路偏转元件位于所述容置空间外。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述准直镜和所述聚焦镜之间间隔的盒体的侧板的内壁和外壁均镀有抗反射涂层。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述准直镜和所述聚焦镜之间间隔的盒体的侧板为由硅制成的平板。

4.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括隔离器，所述隔离器设置于所述准直镜和所述聚焦镜之间的硅光芯片上，且位于所述容置空间内。

5.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述盒体与所述硅光芯片通过焊接密封连接，所述盒体的侧板与所述硅光芯片接触的接触面镀有增加焊接密封性能的金属镀层。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片与所述盒体的侧板之间焊接所用的焊料为金锡焊料，所述金属镀层为金镀层。

7.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述聚焦镜与所述光路偏转元件粘接固定在一起。

8.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括设置于所述硅光芯片上表面的热沉，所述光线发生器、准直镜和隔离器均设置于所述热沉上。

9.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述热沉上镀有多根金属线，所述金属线与所述光线发生器电连接。

10.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片配置有波导和设置在所述波导一端的光栅耦合器，所述光栅耦合器用于接收从所述光路偏转元件反射出的光线。

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