CN116088123A - 一种光发射次模块的准直透镜的固定结构及耦合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光发射次模块的准直透镜的固定结构，包括透镜支架、准直透镜和氮化铝基板，所述透镜支架上开设有凹槽，所述准直透镜置于此凹槽内，所述准直透镜与所述凹槽底部之间留有一定间隙，所述准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间通过胶水粘接固定，所述透镜支架底部通过胶水粘接固定于氮化铝基板上。该发明采用透镜支架+准直透镜的组合结构形式替代传统准直透镜，这样固定透镜支架的底部胶水非常薄，可以达到10um左右，大大降低了胶水UV固化收缩对光路的影响，降低了胶水受温度影响的形变量以及胶水吸收水分后的形变量，提升了光路的稳定性。

Description

一种光发射次模块的准直透镜的固定结构及耦合方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种光发射次模块的准直透镜的固定结构及耦合方法。

背景技术

随着光通讯行业的快速发展，光模块的速率越来越高，光模块的结构也越来越复杂，对光模块的可靠性要求也越来越高。光模块的核心部件光发射次模块的制造同样也面临着越来越大的挑战，特别是光路的设计以及工艺控制方面，如何保证光发射次模块光路以及输出光功率的稳定性，保证光模块的长期可靠性变得至关重要。以典型的四路复用光发射次模块的光路为例，如图1所示，4个激光器发出4路不同波长的激光，经4个准直透镜后变为4路平行光，然后经光复用组件合成1路平行光，然后经过位移棱镜和会聚透镜后耦合进光纤适配器输出；而这一过程中，4个准直透镜的位置变化对光发射次模块的光功率输出影响非常大，准直透镜的位置变化1um，光功率的变化将超过1dB，因此，如何保证准直透镜的位置的稳定性对光发射次模块输出光功率维持稳定非常重要。

典型的光发射次模块的准直透镜固定结构如图2所示，激光器采用共晶工艺贴在氮化铝基板一上（激光器贴在氮化铝基板上的半成品叫做COC），COC和准直透镜用胶水固定在一个共同的氮化铝基板二上，通常COC用银胶固定，准直透镜用UV胶水固定（调整准直透镜的位置使激光器发出来经过准直透镜后变成平行光，然后用UV胶水通过UV固化固定准直透镜）。其中，准直透镜的光轴的位置由激光器的出光口的位置决定，一旦激光器的位置确定了，准直透镜的位置也就确定了。由于氮化铝基板一的厚度，激光器的厚度，透镜的高度均有制造公差，UV胶水也含有固体颗粒，因此准直透镜跟氮化铝基板二之间必须留有足够的间隙来防止固定透镜时透镜底部跟氮化铝基板二干涉，通常需要维持约40um的厚度。而且由于透镜底部UV胶水比较厚，UV固化胶水的时候胶水收缩的形变量比较大，如果透镜底部胶水覆盖不均匀，UV光照射不均匀，底部胶水的形变还会导致透镜歪斜，使得透镜在UV时位置变得非常难以控制，通常会导致光发射次模块耦合时光功率的跌落。另外，由于透镜底部的胶水比较厚，胶水受温度变化以及胶水吸收水汽产生的形变量都会比较大，这些都会导致光发射次模块在使用过程中出现光功率跌落的问题，甚至出现失效的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光发射次模块的准直透镜的固定结构，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光发射次模块的准直透镜的固定结构，包括透镜支架、准直透镜和氮化铝基板，所述透镜支架上开设有凹槽，所述准直透镜置于此凹槽内，所述准直透镜与所述凹槽底部之间留有一定间隙，所述准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间通过胶水粘接固定，所述透镜支架底部通过胶水粘接固定于氮化铝基板上。

进一步的，所述准直透镜与透镜支架上凹槽底部之间的间隙为10-200um。

进一步的，所述准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间胶水厚度为10-50um。

进一步的，所述准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间胶水延伸至凹槽上表面。

另外，本发明还提供了一种光发射次模块的耦合方法，采用上述的准直透镜的固定结构，具体包括如下步骤：

1)采用无源方式将适配器、位移棱镜、光复用器、激光器、PCB板沿X轴方向固定在壳体上；

2)有源耦合汇聚透镜：利用激光器发出的光，先将汇聚透镜沿X轴方向的位置固定在适配器和位移棱镜之间的预定位置，监控适配器输出的光功率，调整汇聚透镜在Y轴和Z轴方向的位置，使从适配器出来的光功率耦合至最大并将汇聚透镜固定；

3)有源耦合准直透镜：将透镜支架放到对应激光器通道准直透镜耦合的位置，将准直透镜放入透镜支架的凹槽内，然后在X轴、Y轴、Z轴三个方向调整准直透镜的位置，使从适配器出来的光功率达到最大，记录此时准直透镜的位置（X₀、Y₀、Z₀），然后将准直透镜沿Z轴方向下降5-20um，并在准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间点胶水，UV固化将准直透镜跟透镜支架固定；

再将准直透镜连同透镜支架一起抬起，在透镜支架底部点UV胶水，将准直透镜连同透镜支架下降到（X₀、Y₀、Z₀）位置，重新调整透镜支架在X轴、Y轴、Z轴三个方向的位置，使适配器出来的光功率达到最大，固定透镜支架；

4)重复步骤3)，完成其它通道的准直透镜耦合。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的这种准直透镜的固定结构采用透镜支架+准直透镜的组合结构形式替代传统准直透镜，这样固定透镜支架的底部胶水非常薄，可以达到10um左右，大大降低了胶水UV固化收缩对光路的影响，降低了胶水受温度影响的形变量以及胶水吸收水分后的形变量，提升了光路的稳定性。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是典型的四路复用光发射次模块的光路示意图；

图2是现有光发射次模块的准直透镜固定结构示意图；

图3是本发明准直透镜固定结构示意图；

图4是本发明准直透镜固定结构的侧视图；

图5是本发明准直透镜固定结构的俯视图；

图6是本发明中光发射次模块的光路示意图。

附图标记说明：1、准直透镜；2、胶水；3、透镜支架；4、凹槽；5、氮化铝基板；6、适配器；7、壳体；8、汇聚透镜；9、位移棱镜；10、光复用器；11、激光器；12、PCB板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，还可以是抵触连接或一体地连接；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；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图3、图4和图5所示，本实施例提供了一种光发射次模块的准直透镜的固定结构，包括透镜支架3、准直透镜1和氮化铝基板5，所述透镜支架3上开设有凹槽4，凹槽4比准直透镜1的尺寸略大，所述准直透镜1置于此凹槽4内，所述准直透镜1与所述凹槽4底部之间留有一定间隙，以保证准直透镜1在耦合时有足够的上下活动空间，准直透镜1与凹槽4侧壁之间也存在一定间隙，同时所述准直透镜1的非通光的两侧面与凹槽4侧壁之间的间隙通过点胶水2方式将准直透镜1与透镜支架3粘接固定，所述透镜支架3底部通过胶水2粘接固定于氮化铝基板5上。本实施例采用透镜支架+准直透镜的组合结构形式替代传统准直透镜，准直透镜1无需直接与氮化铝基板5通过胶水2固定，而是通过透镜支架3与氮化铝基板5固定，这样固定透镜支架3的底部胶水非常薄，可以达到10um左右，大大降低了胶水UV固化收缩对光路的影响，降低了胶水2受温度影响的形变量以及胶水2吸收水分后的形变量，可有效提升光路的稳定性。

具体的，所述准直透镜1与透镜支架3上凹槽4底部之间的间隙为10-200um；所述准直透镜1的非通光的两侧面与凹槽4侧壁之间胶水厚度为10-50um。

优化的，所述准直透镜1的非通光的两侧面与凹槽4侧壁之间胶水2延伸至凹槽4上表面，以保证准直透镜1与透镜支架3之间粘接牢固。

另外，如图6所示，本实施例还提供了一种光发射次模块的耦合方法，采用上述的准直透镜的固定结构，具体包括如下步骤：

(1)采用无源方式将适配器6、位移棱镜9、光复用器10、激光器11、PCB板12沿X轴方向固定在壳体8上；其中，适配器6采用带准直器的光纤适配器。

(2)有源耦合汇聚透镜8：给其中一路激光器11上电，吸取一个汇聚透镜8，利用激光器11发出的光，先将汇聚透镜8沿X轴方向的位置固定在适配器6和位移棱镜9之间的预定位置，具体的，汇聚透镜8到适配器6纤芯端面的距离为汇聚透镜8的焦距f；监控适配器6输出的光功率，调整汇聚透镜8在Y轴和Z轴方向的位置，使从适配器6出来的光功率耦合达到最大，然后点UV胶固定汇聚透镜8的位置。

进一步的，将产品放入烤箱烘烤以固化汇聚透镜8底部的胶水。

(3)有源耦合准直透镜1：给其中一路激光器11上电，夹取一个透镜支架3放到对应激光器11通道准直透镜1耦合的位置，吸取一个准直透镜1，将准直透镜1放入透镜支架3的凹槽4内，然后在X轴、Y轴、Z轴三个方向调整准直透镜1的位置（此时透镜支架3和准直透镜1一起调整），使从适配器6出来的光功率达到最大，记录此时准直透镜1的位置（X₀、Y₀、Z₀），然后将准直透镜1沿Z轴方向下降10um，并在准直透镜1的非通光的两侧面与凹槽4侧壁之间点胶水，UV固化将准直透镜1跟透镜支架3固定。

再将准直透镜1连同透镜支架3一起抬起，在透镜支架3底部点UV胶水2，将准直透镜1连同透镜支架3下降到（X₀、Y₀、Z₀）位置，重新调整透镜支架3在X轴、Y轴、Z轴三个方向的位置，使适配器6出来的光功率达到最大，此时用UV胶水将透镜支架3底部固定在氮化铝基板5上。

(4)重复上述步骤(3)，完成其它通道的准直透镜1耦合；然后将耦合好的产品放入烤箱烘烤进一步固化胶水。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光发射次模块的准直透镜的固定结构，其特征在于：包括透镜支架、准直透镜和氮化铝基板，所述透镜支架上开设有凹槽，所述准直透镜置于此凹槽内，所述准直透镜与所述凹槽底部之间留有一定间隙，所述准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间通过胶水粘接固定，所述透镜支架底部通过胶水粘接固定于氮化铝基板上。

2.如权利要求1所述的光发射次模块的准直透镜的固定结构，其特征在于：所述准直透镜与透镜支架上凹槽底部之间的间隙为10-200um。

3.如权利要求1所述的光发射次模块的准直透镜的固定结构，其特征在于：所述准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间胶水厚度为10-50um。

4.如权利要求1所述的光发射次模块的准直透镜的固定结构，其特征在于：所述准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间胶水延伸至凹槽上表面。

5.一种光发射次模块的耦合方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的准直透镜的固定结构，具体包括如下步骤：

1)采用无源方式将适配器、位移棱镜、光复用器、激光器、PCB板沿X轴方向固定在壳体上；

2)有源耦合汇聚透镜：利用激光器发出的光，先将汇聚透镜沿X轴方向的位置固定在适配器和位移棱镜之间的预定位置，监控适配器输出的光功率，调整汇聚透镜在Y轴和Z轴方向的位置，使从适配器出来的光功率耦合至最大并将汇聚透镜固定；

3)有源耦合准直透镜：将透镜支架放到对应激光器通道准直透镜耦合的位置，将准直透镜放入透镜支架的凹槽内，然后在X轴、Y轴、Z轴三个方向调整准直透镜的位置，使从适配器出来的光功率达到最大，记录此时准直透镜的位置（X₀、Y₀、Z₀），然后将准直透镜沿Z轴方向下降5-20um，并在准直透镜的非通光的两侧面与凹槽侧壁之间点胶水，UV固化将准直透镜跟透镜支架固定；

再将准直透镜连同透镜支架一起抬起，在透镜支架底部点UV胶水，将准直透镜连同透镜支架下降到（X₀、Y₀、Z₀）位置，重新调整透镜支架在X轴、Y轴、Z轴三个方向的位置，使适配器出来的光功率达到最大，固定透镜支架；

4)重复步骤3)，完成其它通道的准直透镜耦合。

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