CN116859532B - 一种用于硅光模块的光路结构及硅光模块 - Google Patents

一种用于硅光模块的光路结构及硅光模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于硅光模块的光路结构,包括基板,所述基板具有上下分层布置的第一表面和第二表面,第一表面和第二表面之间设有45度反射斜面,激光器芯片置于第二表面上,棱镜透镜、汇聚透镜和硅光芯片布置于第一表面上,棱镜透镜包括准直透镜和45度棱镜,45度棱镜置于第一表面上,准直透镜安装于45度棱镜底部,且准直透镜位于第一表面以下,激光器芯片发射的光束经过45度反射斜面反射后顺序经过准直透镜、45度棱镜、汇聚透镜进入硅光芯片。该发明采用45度反射斜面将激光器芯片的水平方向光转90度成垂直光,并设计带45度棱镜的一体化棱镜透镜,从而可使棱镜透镜下方与基板固定的胶层厚度极限薄,高温耦合效率损失小,且光路更加稳定。

Description

一种用于硅光模块的光路结构及硅光模块
技术领域
本发明属于光通信技术领域,具体涉及一种用于硅光模块的光路结构及硅光模块。
背景技术
目前采用硅光方案的光模块,其光路结构如图1所示,基板1的上表面是水平面,激光器芯片2固定在热沉上,所述热沉固定在基板1的上表面,硅光芯片6固定在基板1的上表面,透镜通过紫外胶固定在基板1的上表面,透镜耦合时需要做上下左右的耦合位移,导致透镜下方的胶层7很厚。
而数据中心光模块需要在0~70℃的壳温下正常运行,在高温70℃时,上述现有硅光模块结构中固定透镜的紫外胶会因为热膨胀向上位移(紫外胶水热膨胀系数一般比较大>20ppm/℃,国产低成本紫外胶>50ppm/℃,大约为55ppm/℃,陶瓷、硅等热膨胀系数<5ppm/℃),从而导致高温时透镜偏离光路中心,光耦合效率下降,需要更高功率的激光器芯片,成本大大增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于硅光模块的光路结构,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:
一种用于硅光模块的光路结构,包括基板以及沿光路依次设置的激光器芯片、棱镜透镜、汇聚透镜和硅光芯片,所述基板具有上下分层布置的第一表面和第二表面,所述第一表面和第二表面之间设有45度反射斜面,所述激光器芯片置于第二表面上,所述棱镜透镜、汇聚透镜和硅光芯片均置于第一表面上,所述棱镜透镜包括准直透镜和45度棱镜,所述45度棱镜置于第一表面上,所述准直透镜安装于45度棱镜底部,且准直透镜位于第一表面以下,所述激光器芯片发射的光束经过45度反射斜面反射后顺序经过准直透镜、45度棱镜、汇聚透镜进入硅光芯片。
进一步的,所述第一表面、45度反射斜面及第二表面为顺次连接的一体结构。
进一步的,所述激光器芯片到45度反射斜面的水平距离为L,所述准直透镜与激光器芯片的竖直距离为H,且L+H为0.1~0.5mm。
进一步的,所述45度棱镜为直角梯形结构,所述45度棱镜的斜面靠近激光器芯片一侧布置,所述45度棱镜的下底面部分延伸出第一表面,所述准直透镜安装于该下底面延伸出第一表面的位置处,所述45度棱镜下底面的其余部分固定于第一表面上。
进一步的,所述准直透镜采用平凸透镜,其凸面朝向下方的激光器芯片。
进一步的,所述棱镜透镜通过胶层粘接固定在所述基板的第一表面。
进一步的,所述胶层的厚度<10um。
进一步的,上述用于硅光模块的光路结构还包括光隔离器,所述光隔离器位于棱镜透镜与汇聚透镜之间,所述光隔离器的底部通过胶水固定在所述基板的第一表面上。
进一步的,所述基板采用硅基板。
另外,本发明还提供了一种硅光模块,包括上述的用于硅光模块的光路结构。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明提供的这种用于硅光模块的光路结构中采用45度反射斜面将激光器芯片的水平方向光转90度成垂直光,并设计带45度棱镜的一体化棱镜透镜,从而可使棱镜透镜下方与基板固定的胶层厚度极限薄,进而可使用高热膨胀系数的低成本紫外胶,成本降低,且光路更稳定,可靠性较高,高温下耦合效率损失小,激光器芯片的驱动电流更小,功耗较低,高温下一致性好,调试更方便,批量生产复杂性大大降低。
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是现有传统硅光模块的光路结构示意图;
图2是本发明的硅光模块结构示意图;
图3是本发明的硅光模块的光路结构示意图。
附图标记说明:1、基板;2、激光器芯片;3、准直透镜;4、光隔离器;5、汇聚透镜;6、硅光芯片;7、胶层;8、第一表面;9、45度反射斜面;10、第二表面;11、45度棱镜。
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。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征;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2和图3所示,本实施例提供了一种用于硅光模块的光路结构,包括基板1以及沿光路依次设置的激光器芯片2、棱镜透镜、汇聚透镜5和硅光芯片6,其中,所述基板1采用45度硅基板,所述基板1具有上下分层布置的第一表面8和第二表面10,所述第一表面8和第二表面10之间设有45度反射斜面9,所述激光器芯片2置于第二表面10上,所述棱镜透镜、汇聚透镜5和硅光芯片6均置于第一表面8上,所述棱镜透镜包括准直透镜3和45度棱镜11,所述45度棱镜11置于第一表面8上,所述准直透镜3安装于45度棱镜11底部,且准直透镜3位于第一表面8以下,所述激光器芯片2发射的光束经过45度反射斜面9反射后顺序经过准直透镜3、45度棱镜11、汇聚透镜5进入硅光芯片6。其中,45度棱镜11、汇聚透镜5和硅光芯片6均通过胶层7与基板1的第一表面8耦合粘接固定。
在本实施例中,如图3所示,将激光器芯片2与棱镜透镜、汇聚透镜5、硅光芯片6进行上下分层放置,激光器芯片2放置在下层,激光器芯片2发出的水平方向光通过45度反射斜面9反射转90度成垂直光,经过准直透镜3准直成竖直方向的平行光入射至45度棱镜11上,在45度棱镜11中再次反射转90度成水平方向光,经汇聚透镜5汇聚进入硅光芯片6中。在此过程中,相较于现有硅光模块的光路结构,由于准直透镜3布置方向转折了90度,从而将现有硅光模块中准直透镜3耦合时敏感的上下方向转化为前后方向,准直透镜耦合时只需做前后左右的耦合位移即可,从而可以控制本实施例中棱镜透镜下方与基板1固定的胶层7厚度极限薄,采用本实施例的这种光路结构可以控制棱镜透镜与基板1的第一表面8之间的胶层7厚度<10um。由于棱镜透镜下方的胶层7厚度极限薄,因而该胶层7在高低温下热膨胀小,不会导致棱镜透镜偏离光路中心,基于此,对于胶层7材料的选择就可使用高热膨胀系数的低成本国产紫外胶,大大降低了成本,而且光路更稳定,可靠性较高,高温下耦合效率损失小,激光器的驱动电流更小,功耗较低,高温下一致性好,调试更方便,批量生产复杂性大大降低。
优选的,将所述基板1的第一表面8、45度反射斜面9及第二表面10设计为顺次连接的一体结构,同时45度反射斜面9和45度棱镜11的反射面均为全反射,提高光路的耦合效率。
具体的,如图2所示,在设计时,所述激光器芯片2到45度反射斜面9的水平距离为L,所述准直透镜3与激光器芯片2的竖直距离为H,准直透镜3与激光器芯片2之间的距离则可依赖L和H保证,其中L可依靠高精度贴片机保证激光器芯片2到基板1的距离,而由于准直透镜3的尺寸大小是确定的,H则可由高精度的基板1厚度保证,因为准直透镜3与激光器芯片2的距离不敏感(即不易造成光路偏离),故可以将两者的距离固定,本实施例中设计L+H为0.1~0.5mm。
作为一种具体的实施方式,如图2所示,所述45度棱镜11为直角梯形结构,所述45度棱镜11的斜面靠近激光器芯片2一侧布置,所述45度棱镜11的下底面部分延伸出第一表面8,所述准直透镜3安装于该下底面延伸出第一表面8的位置处,所述45度棱镜11下底面的其余部分通过紫外胶粘接固定于第一表面8上;优选的,将45度棱镜11的下底面上对应其斜面在下底面上投影覆盖的部分延伸出第一表面,此时45度棱镜11的斜面与基板1的45度反射斜面9平行,准直透镜3正好位于45度反射斜面9的正上方,接收45度反射斜面9反射的反射光。
具体的,所述准直透镜3采用平凸透镜,平凸透镜的曲率半径可根据实际情况进行选取,在安装时,将准直透镜3的凸面朝向下方的激光器芯片2,准直透镜3的平面与45度棱镜11的下底面固定。优选的,可将准直透镜3和45度棱镜11设计为一体结构,保证光路的稳定性。
作为一种优化的技术方案,上述用于硅光模块的光路结构还包括光隔离器4,所述光隔离器4位于棱镜透镜与汇聚透镜5之间,所述光隔离器4的底部通过胶水粘接固定在所述基板1的第一表面8上,且胶水厚度可以小于10um,该厚度的胶水高低温热膨胀小,从而不会导致光隔离器4偏离光路中心,光隔离器4靠近棱镜透镜的一侧为入光侧,光隔离器4靠近汇聚透镜5的一侧为出光侧,激光器芯片2发出的光束依次经45度反射斜面9、准直透镜3、45度棱镜11、光隔离器4、汇聚透镜5进行传播,并最终进入硅光芯片6的光口内。
另外,本实施例还提供了一种硅光模块,包括上述的用于硅光模块的光路结构。
综上所述,本发明提供的这种用于硅光模块的光路结构中采用45度反射斜面将激光器芯片的水平方向光转90度成垂直光,并设计带45度棱镜的一体化棱镜透镜,从而可使棱镜透镜下方与基板固定的胶层厚度极限薄,进而可使用高热膨胀系数的低成本紫外胶,成本降低,且光路更稳定,可靠性较高,高温下耦合效率损失小,激光器芯片的驱动电流更小,功耗较低,高温下一致性好,调试更方便,批量生产复杂性大大降低。
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 (8)

1.一种用于硅光模块的光路结构,其特征在于:包括基板以及沿光路依次设置的激光器芯片、棱镜透镜、汇聚透镜和硅光芯片,所述基板具有上下分层布置的第一表面和第二表面,所述第一表面和第二表面之间设有45度反射斜面,所述激光器芯片置于第二表面上,所述棱镜透镜、汇聚透镜和硅光芯片均置于第一表面上,所述棱镜透镜包括准直透镜和45度棱镜,所述45度棱镜置于第一表面上,所述准直透镜安装于45度棱镜底部,且准直透镜位于第一表面以下,所述激光器芯片发射的光束经过45度反射斜面反射后顺序经过准直透镜、45度棱镜、汇聚透镜进入硅光芯片;
所述激光器芯片到45度反射斜面的水平距离为L,所述准直透镜与激光器芯片的竖直距离为H,且L+H为0.1~0.5mm;
所述45度棱镜为直角梯形结构,所述45度棱镜的斜面靠近激光器芯片一侧布置,所述45度棱镜的下底面部分延伸出第一表面,所述准直透镜安装于该下底面延伸出第一表面的位置处,所述45度棱镜下底面的其余部分固定于第一表面上。
2.如权利要求1所述的用于硅光模块的光路结构,其特征在于:所述第一表面、45度反射斜面及第二表面为顺次连接的一体结构。
3.如权利要求1所述的用于硅光模块的光路结构,其特征在于:所述准直透镜采用平凸透镜,其凸面朝向下方的激光器芯片。
4.如权利要求1所述的用于硅光模块的光路结构,其特征在于:所述棱镜透镜通过胶层粘接固定在所述基板的第一表面。
5.如权利要求4所述的用于硅光模块的光路结构,其特征在于:所述胶层的厚度<10um。
6.如权利要求1所述的用于硅光模块的光路结构,其特征在于:还包括光隔离器,所述光隔离器位于棱镜透镜与汇聚透镜之间,所述光隔离器的底部通过胶水固定在所述基板的第一表面上。
7.如权利要求1所述的用于硅光模块的光路结构,其特征在于:所述基板采用硅基板。
8.一种硅光模块,其特征在于:包括权利要求1~7任一项所述的用于硅光模块的光路结构。
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