CN117741874A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供的光模块包括电路板和第一单载波相干组件，电路板表面设有缺口，第一单载波相干组件包括第一底座，第一底座嵌设于缺口内；第一底座表面分别设有第一硅光芯片、第一激光盒及第一光纤接头，第一底座表面设有第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区、第一激光盒容纳腔；第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区处于同一高度，第一激光盒容纳腔表面相对下沉；第一硅光芯片侧面设有第一输入光口、第二输入光口和输出光口，第一激光盒出光轴与第一输入光口处于同一水平线，第一光纤接头内部的输入光纤和输出光纤分别与第二输入光口和输出光口耦合连接；本申请中各器件紧凑设于电路板表面，以实现更高传输速率的光模块。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

在大型超大规模和云数据中心提供商的推动下，光模块的传输速率在快速提升，如1.6Tb/s的光模块、3.2Tb/s的光模块等。

如在设计1.6Tb/s的光模块时，若采用单通道100Gb/s的(发射端)直接调制、(接收端)直接检测，那么需要16路通道才能构成1.6Tb/s的光模块；若采用单通道200Gb/s的(发射端)直接调制、(接收端)直接检测，那么需要8路通道才能构成1.6Tb/s的光模块；而16通道或8通道中，通道的增加不仅仅会增加物料成本，而且会极大降低制造的良率，同时也对光模块的尺寸与散热有了更多的限制；若采用单通道400Gb/s的(发射端)直接调制、(接收端)直接检测，则需要采用更高的波特率以及更高的幅度调制方式上进行设计，例如采用200GBaud率的PAM-4调制方式，从而对光器件有着更为苛刻的指标要求。

发明内容

本申请提供的光模块中，采用单通道800Gb/s、相干光模块，以实现高传输速率的光模块。

本申请实施例提供的光模块，包括：

电路板，表面设有缺口；

第一单载波相干组件，与所述电路板电连接，包括：

第一底座，嵌设于所述缺口内，相对于所述电路板表面下沉设置，表面设有第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区、第一激光盒容纳腔；

所述第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区处于同一表面，所述第一激光盒容纳腔表面相对于所述第一硅光芯片设置区表面下沉；

第一硅光芯片，设于所述第一硅光芯片设置区表面，与所述电路板电连接，侧面设有第一输入光口、第二输入光口和输出光口；

第一激光盒，表面高于所述第一硅光芯片表面，设于所述第一激光盒容纳腔表面，且出光轴与所述第一输入光口处于同一水平线上，用于射出光；

第一光纤接头，表面高于所述第一激光盒表面，设于所述第一光纤接头设置区表面，内部设有输入光纤和输出光纤；

所述输入光纤，与所述第二输入光口耦合连接；

所述输出光纤，与所述输出光口耦合连接。

本申请提供的光模块中，包括电路板和第一单载波相干组件，电路板表面设有缺口，第一单载波相干组件包括第一底座，第一底座嵌设于所述缺口内；第一底座的表面分别设有第一硅光芯片、第一激光盒及第一光纤接头，第一底座表面设有第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区、第一激光盒容纳腔；第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区处于同一高度，第一激光盒容纳腔表面相对于所述第一硅光芯片设置区表面下沉；第一硅光芯片侧面设有第一输入光口、第二输入光口和输出光口，第一激光盒出光轴与第一输入光口处于同一水平线，第一光纤接头内部的输入光纤和输出光纤分别与第二输入光口和输出光口耦合连接；本申请中各器件紧凑、巧妙地设于电路板表面，以实现更高传输速率的光模块。

附图说明

为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例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公开的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程、信号的实际时序等的限制。

图1为根据一些实施例的一种光通信系统的连接关系图；

图2为根据一些实施例的一种光网络终端的结构图；

图3为根据一些实施例的一种光模块的相干原理示意图；

图4为根据一些实施例的一种光模块的相干原理示意图；

图5为根据一些实施例的一种光模块的整体图；

图6为根据一些实施例的一种光模块的分解图；

图7为根据一些实施例的一种光模块中电路板第一表面的结构示意图；

图8为根据一些实施例的一种光模块种电路板第一表面的结构示意图；

图9为根据一些实施例的一种光模块种电路板第二表面的结构示意图；

图10为根据一些实施例的一种光模块的内部分解图；

图11为根据一些实施例的一种光模块的第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的设置关系图；

图12为根据一些实施例的一种光模块的第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的剖面图；

图13为根据一些实施例的一种光模块的激光盒与硅光芯片的耦合关系示意图；

图14为根据一些实施例的一种光模块的光纤接头与硅光芯片的耦合关系示意图；

图15为根据一些实施例的一种光模块中第一底座与第二底座的设置关系图；

图16为根据一些实施例的一种光模块中第一底座与第二底座的设置关系图；

图17为根据一些实施例的一种光模块中第一底座的结构图；

图18为根据一些实施例的一种光模块中电路板、第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的相对关系示意图；

图19为根据一些实施例的一种光模块中电路板、第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的相对关系分解意图；

图20为根据一些实施例的一种光模块中电路板、第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的相对关系示意图；

图21为根据一些实施例的一种光模块中电路板、第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的相对关系分解意图；

图22为根据一些实施例的一种光模块的第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的设置关系图；

图23为根据一些实施例的一种光模块的第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的设置关系分解图；

图24为根据一些实施例的一种光模块的第一单载波相干组件、第二单载波相干组件的局部分解图；

图25为根据一些实施例的一种光模块的第一底座上各结构示意图；

图26为根据一些实施例的一种光模块的第一底座上各结构分解示意图；

图27为根据一些实施例的一种光模块的第一单载波相干组件中第一激光盒的分解图；

图28为根据一些实施例的一种光模块中第一激光盒的进一步分解图；

图29为根据一些实施例的一种光模块中第一激光盒的内部剖面图；

图30为根据一些实施例的一种光模块中第一激光盒的腔体结构图。

具体实施方式

光通信系统中，使用光信号携带待传输的信息，并使携带有信息的光信号通过光纤或光波导等信息传输设备传输至计算机等信息处理设备，以完成信息的传输。由于光通过光纤或光波导传输时具有无源传输特性，因此可以实现低成本、低损耗的信息传输。此外，光纤或光波导等信息传输设备传输的信号是光信号，而计算机等信息处理设备能够识别和处理的信号是电信号，因此为了在光纤或光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光通信技术领域中实现上述光信号与电信号的相互转换功能。光模块包括光口和电口，光模块通过光口实现与光纤或光波导等信息传输设备的光通信，通过电口实现与光网络终端(例如，光猫)之间的电连接，电连接主要用于供电、I2C信号传输、数据信息传输以及接地等；光网络终端通过网线或无线保真技术(Wi-Fi)将电信号传输给计算机等信息处理设备。

图1为光通信系统的连接关系图。如图1所示，光通信系统包括远端服务器1000、本地信息处理设备2000、光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103。

光纤101的一端连接远端服务器1000，另一端通过光模块200与光网络终端100连接。光纤本身可支持远距离信号传输，例如数千米(6千米至8千米)的信号传输，在此基础上如果使用中继器，则理论上可以实现无限距离传输。因此在通常的光通信系统中，远端服务器1000与光网络终端100之间的距离通常可达到数千米、数十千米或数百千米。

网线103的一端连接本地信息处理设备2000，另一端连接光网络终端100。本地信息处理设备2000可以为以下设备中的任一种或几种：路由器、交换机、计算机、手机、平板电脑、电视机等。

远端服务器1000与光网络终端100之间的物理距离大于本地信息处理设备2000与光网络终端100之间的物理距离。本地信息处理设备2000与远端服务器1000之间的连接由光纤101与网线103完成；而光纤101与网线103之间的连接由光模块200和光网络终端100完成。

光模块200包括光口和电口，光口被配置为接入光纤101，从而使得光模块200与光纤101建立双向的光信号连接；电口被配置为接入光网络终端100中，从而使得光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。光模块200实现光信号与电信号的相互转换，从而使得光纤101与光网络终端100之间建立信息连接。示例地，来自光纤101的光信号由光模块200转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块200转换为光信号输入至光纤101中。由于光模块200是实现光信号与电信号相互转换的工具，不具有处理数据的功能，在上述光电转换过程中，信息并未发生变化。

光网络终端100包括大致呈长方体的壳体(housing)，以及设置在壳体上的光模块接口102和网线接口104。光模块接口102被配置为接入光模块200，从而使得光网络终端100与光模块200建立双向的电信号连接；网线接口104被配置为接入网线103，从而使得光网络终端100与网线103建立双向的电信号连接。光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接。示例地，光网络终端100将来自光模块200的电信号传递给网线103，将来自网线103的电信号传递给光模块200，因此光网络终端100作为光模块200的上位机，可以监控光模块200的工作。光模块200的上位机除光网络终端100之外还可以包括光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)等。

远端服务器1000通过光纤101、光模块200、光网络终端100及网线103，与本地信息处理设备2000之间建立了双向的信号传递通道。

图2为光网络终端的结构图，为了清楚地显示光模块200与光网络终端100的连接关系，图2仅示出了光网络终端100的与光模块200相关的结构。如图2所示，光网络终端100还包括设置于壳体内的电路板，设置在电路板表面的笼子106，设置在笼子106上的散热器107，以及设置在笼子106内部的电连接器。电连接器被配置为接入光模块200的电口；散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端100的笼子106中，由笼子106固定光模块200，光模块200产生的热量传导给笼子106，然后通过散热器107进行扩散。光模块200插入笼子106中后，光模块200的电口与笼子106内部的电连接器连接，从而光模块200与光网络终端100建议双向的电信号连接。此外，光模块200的光口与光纤101连接，从而光模块200与光纤101建立双向的光信号连接。

图5、图6为根据一些实施例的一种光模块的结构图。如图5和图6所示，光模块200包括壳体(shell)，设置于壳体内的电路板300及光收发组件。

壳体包括上壳体201和下壳体202，上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的上述壳体；壳体的外轮廓一般呈现方形体。

在本公开的一些实施例中，下壳体202包括底板2021以及位于底板2021两侧、与底板2021垂直设置的两个下侧板2022；上壳体201包括盖板2011，盖板2011盖合在下壳体202的两个下侧板2022上，以形成上述壳体。

在一些实施例中，下壳体202包括底板2021以及位于底板2021两侧、与底板2021垂直设置的两个下侧板2022；上壳体201包括盖板2011以及位于盖板2011两侧、与盖板2011垂直设置的两个上侧板，由两个上侧板与两个下侧板2022结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。

两个开口204和205的连线所在的方向可以与光模块200的长度方向一致，也可以与光模块200的长度方向不一致。例如，开口204位于光模块200的端部(图5的右端)，开口205也位于光模块200的端部(图5的左端)。或者，开口204位于光模块200的端部，而开口205则位于光模块200的侧部。开口204为电口，电路板300的金手指从开口204伸出，插入上位机(例如，光网络终端100)中；开口205为光口，被配置为接入外部光纤101，以使外部光纤101连接光模块200内部的光收发组件。

采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板300、光收发组件等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202对这些器件形成封装保护。此外，在装配电路板300和光收发组件等器件时，便于这些器件的定位部件、散热部件以及电磁屏蔽部件的部署，有利于自动化地实施生产。

在一些实施例中，上壳体201及下壳体202一般采用金属材料制成，利于实现电磁屏蔽以及散热。

在一些实施例中，光模块200还包括位于其壳体外部的解锁部件203，解锁部件203被配置为实现光模块200与上位机之间的固定连接，或解除光模块200与上位机之间的固定连接。

示例地，解锁部件203位于下壳体202的两个下侧板2022的外壁上，具有与上位机笼子(例如，光网络终端100的笼子106)匹配的卡合部件。当光模块200插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块200固定在上位机的笼子里；拉动解锁部件时，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块200与上位机的卡合关系，从而可以将光模块200从上位机的笼子里抽出。

电路板300包括电路走线、电子元件及芯片，通过电路走线将电子元件和芯片按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等功能。电子元件例如包括电容、电阻、三极管、金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)。芯片例如包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、激光驱动芯片、限幅放大器(limiting amplifier)、时钟数据恢复(Clock and Data Recovery，CDR)芯片、电源管理芯片、数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片。

电路板300一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳地承载上述电子元件和芯片；当光收发组件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳地承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中。

电路板300还包括形成在其端部表面的金手指，金手指由相互独立的多个引脚组成。电路板300插入笼子106中，由金手指与笼子106内的电连接器导通连接。金手指可以仅设置在电路板300一侧的表面(例如图6所示的上表面)，也可以设置在电路板300上下两侧的表面，以适应引脚数量需求大的场合。金手指被配置为与上位机建立电连接，以实现供电、接地、I2C信号传递、数据信号传递等。

当然，部分光模块中也会使用柔性电路板。柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，以作为硬性电路板的补充。例如，硬性电路板与光收发组件之间可以采用柔性电路板连接。

光收发组件包括光发射器件及光接收器件，光发射器件被配置为实现光信号的发射，光接收器件被配置为实现光信号的接收。示例地，光发射器件及光接收器件结合在一起，形成一体地光收发组件。

在大型超大规模和云数据中心提供商的推动下，光模块的传输速率在快速提升，如1.6Tb/s的光模块、3.2Tb/s的光模块等。

如在设计1.6Tb/s的光模块时，若采用单通道100Gb/s的(发射端)直接调制、(接收端)直接检测，那么需要16路通道才能构成1.6Tb/s的光模块；若采用单通道200Gb/s的(发射端)直接调制、(接收端)直接检测，那么需要8路通道才能构成1.6Tb/s的光模块；而16通道或8通道中，通道的增加不仅仅会增加物料成本，而且会极大降低制造的良率，同时也对光模块的尺寸与散热有了更多的限制；若采用单通道400Gb/s的(发射端)直接调制、(接收端)直接检测，则需要采用更高的波特率以及更高的幅度调制方式上进行设计，例如采用200GBaud率的PAM-4调制方式，从而对光器件有着更为苛刻的指标要求。

为此，本申请提供的光模块中，采用单通道800Gb/s、相干光模块，以实现1.6Tb/s或3.2Tb/s的光模块。

本申请实施例提供的光模块为相干光模块，进一步为硅光相干光模块；相干光模块为一种发射端采用相干调制、接收端采用相干技术进行检测的光模块。

在发射端，除了可以对光进行幅度调制之外，还可以采用外调制的方式进行频率或相位调制，如QAM等；进一步，在发射端采用外调制方式，使用基于马赫-曾德尔调制器(MZM)的IQ调制器实现高阶调制，将信号调制到光载波上，从而生成携带信号的光而发射出去。具体地，硅光芯片内部具有马赫曾德调制器，以实现功率调制。马赫曾德调制器调制采用了同波长光干涉原理，一个马赫曾德调制器设置有两个干涉臂，单个干涉臂上输入一束光，一共需要向一个马赫曾德调制器提供两束同波长的光，经马赫曾德调制器调制后，干涉臂上的光会融合为一束光。可以向硅光芯片提供一束单一波长的光，由硅光芯片内部的分光波导，将一束单一波长的光分为两束同波长的光，分别输入马赫曾德调制器的两个干涉臂上；也可以向硅光芯片提供两束同波长的光，这两束同波长的光直接分别输入马赫曾德调制器的两个干涉臂上；由于马赫曾德调制器最终将各干涉臂上的光进行融合，在采用单个相同光功率芯片的前提下，向硅光芯片提供两束光的方案，比提供一束光的方案，可以提供更高的光功率。

在接收端，利用本振光与接收到的外部光信号在光混频器中进行混频，得到与外部光信号的频率、相位和振幅按相同规律变化的中频信号；经相干混合后的输出光电流的大小，与外部光信号功率与本振光信号功率的乘积成正比，由于本振光的功率大于外部光信号的功率，所以，经相干混合后的输出光电流大幅增加，检测灵敏度进而得到提升。因此可以得出，在非相干光模块中，在传输过程中使用很多的放大器而不断第中继和放大信号，在相干光模块中，直接在接收端对微弱的到达信号进行混频放大。

进一步，由于光信号在光纤链路传输过程中，会产生失真；本申请上实施例中采用数字信号处理(DSP)技术，从而对抗和补偿失真，降低失真对系统误码率的影响；DSP技术科进行各种信号补偿处理，如色度色散补偿和偏振模式色散补偿。

图3为根据一些实施例的一个单载波相干组件的相干原理示意图；图4为根据一些实施例的两个单载波相干组件的相干原理示意图。

如图3所示，由于硅光芯片采用的硅材料不是理想的激光芯片发光材料，不能在硅光芯片制作过程集成发光单元，所以硅光芯片需要由外部光源提供光；本申请实施例中，采用激光盒为硅光芯片提供外部光源，激光盒所提供的光源为不携带信号的光；激光盒射出的光耦合至硅光芯片内后，经硅光芯片内置的分光器进行分光，一路光为发射端光源，另一路为接收端本振光；其中，发射端光源耦合至硅光芯片后，通过偏振分束器变成两个偏振方向垂直的光信号，即图3中标识的TE、TM；然后TE偏振光、TM偏振光分别进入IQ调制器，进一步包括第一IQ调制器和第二IQ调制器，第一IQ调制器对TE偏振光进行高阶调制，第二IQ调制器对TM偏振光进行高阶调制，调制好的偏振光信号通过偏振合束器，合并生成发射光信号，从而发射出去。其中，接收端本振光耦合至硅光芯片后，接收端本振光经偏振分束器变成两个偏振方向垂直的光信号，即TE偏振光、TM偏振光；外部光信号耦合至硅光芯片后，同样经偏振分束器变成两个偏振方向垂直的光信号，即TE偏振光、TM偏振光；接收端本振光的TE偏振光与外部光信号的TE偏振光在光混频器中进行混频放大，得到第一混频光，具体地光混频器可以为90°光混频器；接收端本振光的TM偏振光与外部光信号的TM偏振光在光混频器中进行混频放大，得到第二混频光；第一混频光和第二混频光均为放大光信号，通过相干检测接收，第一混频光和第二混频光转换成相应地电信号，通过数字信号处理，去除色散、噪声、非线性等干扰因素后，还原得到电信号码流。

如图4所示，本申请实施例提供的1.6T相干光模块包括两个单载波(800G)系统，具体地，任一单载波系统中，在发射端，DSP芯片将上位机发出的16路PAM-4电信号转换为四路发射端PAM-4电信号，硅光芯片将接收到的四路PAM-4电信号调制至发射端光源，从而生成发射光信号；在接收端，接收端本振光与外部光信号进行相干混频，经相干混合后，输出的光电流大幅增加；经过跨阻放大器进一步放大后，四路PAM-4电信号输送至DSP芯片。

如图7和图8所示，电路板300表面设有DSP芯片301，DSP芯片301作为数字信号处理芯片，对各种信号进行补偿处理，如色度色散补偿、偏振模式色散补偿等；在发射端，DSP芯片301将上位机发出的16路PAM-4电信号转换为四路发射端PAM-4电信号，硅光芯片将接收到的四路PAM-4电信号调制至发射端光源，从而生成发射光信号；在接收端，接收端本振光与外部光信号进行相干混频，由硅光芯片中的光探测器接收，转换得到的光电流信号，经过跨阻放大器进一步放大后，四路PAM-4电信号输送至DSP芯片301。

本申请实施例中，如图10所示，电路板300表面还设有缺口302，缺口302贯穿电路板300的上下表面。

缺口302内嵌设有第一单载波相干组件400和第二单载波相干组件500。第一单载波相干组件400和第二单载波相干组件500并列、相邻设置于电路板300表面。第一单载波相干组件400和第二单载波相干组件500的设置关系如图22-图26所示。

本申请实施例中，第一单载波相干组件400集成一个800G的硅光芯片，第二单载波相干组件500集成一个800G的硅光芯片，第一单载波相干组件400和第二单载波相干组件500分别实现单载波800Gb/s传输速率，进而实现1.6Tb/s传输速率。

第一单载波相干组件400，包括第一底座600，第一底座600用于承载第一单载波相干组件400的各器件。第一底座600表面分别设有第一硅光芯片401、第一驱动调制器402、第一跨阻放大器403、第一激光盒404、第一光纤接头405、第一光纤406、第二光纤407、第一光纤适配器408、第二光纤适配器409。由于硅光芯片采用的硅材料不是理想的激光芯片发光材料，不能在硅光芯片制作过程集成发光单元，所以硅光芯片需要由外部光源提供光；本申请实施例中，采用第一激光盒404为第一硅光芯片401提供外部光源，具体地第一硅光芯片401的侧边接收来自第一激光盒404的光。第一硅光芯片401表面分别设有第一驱动调制器402、第一跨阻放大器403。

第一硅光芯片401的侧边具有第一输入光口、第二输入光口及输出光口，第一激光盒404射出的光通过第一输入光口以耦合进入第一硅光芯片401内，第一硅光芯片401生成的发射光信号通过输出光口以发射至光模块外部，外部光信号通过第二输入光口以耦合进入第一硅光芯片401内部。第一输入光口、第二输入光口及输出光口的形式可为第一输入光波导、第二输入光波导及输出光波导。第一硅光芯片401内置有分光器、IQ调制器等元器件。

第一驱动调制器402用于对上位机输出的电信号进行调制，以使电信号幅度增加，进而满足IQ调制器对电信号的参数要求。

第一跨阻放大器403用于对接收端产生的光电信号进行放大。

第一光纤接头405用于供第一光纤406、第二光纤407穿过，从而固定第一光纤406、第二光纤407；第一光纤接头405包括第一基板和第二基板，第一基板和第二基板堆叠设置，第一光纤406、第二光纤407穿设于第一基板和第二基板之间；第二基板内部设有各光纤通道，各光纤通道设为V形凹槽形式，第一光纤406、第二光纤407设于V形凹槽内；V形凹槽形式有利于较好地定位第一光纤406、第二光纤407。

第一光纤406一端与第一硅光芯片401的输出光口耦合连接，另一端与第一光纤适配器408耦合连接，以传输第一硅光芯片401产生的发射光信号；因此，第一光纤406为发射光纤，第一光纤适配器408为发射光纤适配器。

第二光纤407一端与第一硅光芯片401的第一输入光口或第二输入光口耦合连接，另一端与第二光纤适配器409耦合连接，以向第一硅光芯片401输入外部光信号；因此，第二光纤407为接收光纤，第二光纤适配器409为接收光纤适配器。本申请实施例中第一光纤406和第二光纤407布局避免了装配中的盘纤操作，极大提高装配效率，降低装配成本。

第二单载波相干组件500，包括第二底座700，第二底座700用于承载第二单载波相干组件500的各器件。第一底座700表面分别设有第二硅光芯片501、第二驱动调制器502、第二跨阻放大器503、第二激光盒504、第二光纤接头505、第一光纤506、第二光纤507、第一光纤适配器508、第二光纤适配器509。本申请实施例中，采用第二激光盒504为第二硅光芯片501提供外部光源，具体地第二硅光芯片501的侧边接收来自第二激光盒504的光。第二硅光芯片501表面分别设有第二驱动调制器502、第二跨阻放大器503。

第一底座600与第二底座700靠近光模块下壳体202，其作用为散热底座，通过第一底座600与第二底座700可分别将第一单载波组件400、第二单载波组件500产生的热量通过光模块壳体传导至光模块外部。

如图9所示，第一底座600与第二底座700均承托着电路板。

如图12、图13和图14所示，第一激光盒404下沉设置以使内部的激光芯片出光轴与第一硅光芯片401的第一输入光口耦合在一起，进一步，内部的激光芯片出光轴与第一硅光芯片401的第一输入光口在同一水平线上。第一光纤接头405内部的光纤端面与第一硅光芯片401的第二输入光口、输出光口耦合在一起，进一步，第一光纤接头405内部的光纤端面与第一硅光芯片401的第二输入光口、输出光口在同一水平线上。

如图11所示，第一单载波相干组件400和第二单载波相干组件500的设计组成、设计功能均相同；下述较多内容以第一单载波相干组件400为例进行说明，关于第二单载波相干组件500未尽指出可参考关于第一单载波相干组件400的说明。

以第一单载波相干组件400为例，第一激光盒404为第一硅光芯片401提供光，第一激光盒4308向第一硅光芯片401提供的光为波长单一、功率稳定的光，不携带数据；具体地，第一激光盒404与第一硅光芯片401之间耦合连接，可通过耦合胶实现耦合连接，同时提高耦合效率。第一激光盒404射出的光耦合进入第一硅光芯片401内，通过第一硅光芯片401内置的分光器被分为两部分光，一部分光作为发射端光源，另一部分光作为接收端本振光。电路板300向第一硅光芯片401提供来自上位机的数据信号，由第一硅光芯片401将数据信号调制到发射端光源中，生成发射光信号，发射光信号依次经过第一光纤406、第一光纤适配器408发射至光模块外部。

来自外部的光信号依次经过第二光纤适配器409、第二光纤407耦合进入第一硅光芯片401内，该外部光信号与接收端本振光相干混频，转换而成的光电流信号得到放大，然后经第一跨阻放大器403进一步放大，而传输至DSP芯片301中。

具体地，电路板300向第一硅光芯片401提供来自上位机的数据信号，由第一硅光芯片401将数据信号调制到光中，来自外部的光信号经第一硅光芯片401解调成电信号后，通过电路板300输出至上位机中。进一步，第一激光盒404射出的光耦合至第一硅光芯片401内，然后经分光，一部分作为发射端光源，一部分作为接收端本振光，其中第一激光盒404向第一硅光芯片401提供的光为波长单一、功率稳定的光，不携带数据，由第一硅光芯片401对该光进行调制，以实现将数据加载到光中；第一硅光芯片401内部设有IQ调制器，IQ调制器对接收到的电信号的幅度等具有一定要求，因此，第一驱动调制器402将DSP芯片301传输过来的电信号进行处理，增加电信号的幅度，以使其满足IQ调制器要求；然后通过IQ调制器将电信号加载至发射端光源上，生成携带信息的发射光信号，进而发射光信号依次经过第一光纤406、第一光纤适配器408发射至光模块外部。外部光信号依次经过第二光纤适配器409、第二光纤407耦合进入第一硅光芯片401内，与接收端本振光进行相干混频，由硅光芯片中的光探测器接收，转换成的光电流信号经第一跨阻放大器403进一步放大，而传输至DSP芯片301中。

图15、图16、图17示出了第一底座600、第二底座700的结构；如图15、图16、图17所示，第一底座600和第二底座700呈方形，二者并列、相邻设置。

本申请实施例中，第一硅光芯片401与电路板300之间通过打线连接，第二硅光芯片501与电路板300之间同样通过打线连接。第一硅光芯片401靠近电路板300的侧边设有高频信号焊盘及低频信号焊盘，通过高频信号焊盘及低频信号焊盘打线至电路板300表面，从而实现电路板300与第一硅光芯片401之间的高频信号及低频信号的传递。同样地，第二硅光芯片501靠近电路板300的侧边设有高频信号焊盘及低频信号焊盘，通过高频信号焊盘及低频信号焊盘打线至电路板300表面，从而实现电路板300与第二硅光芯片501之间的高频信号及低频信号的传递。第一硅光芯片401与电路板300之间的打线长度较短时，有利于高频信号及低频信号传递的完整性，因此，第一硅光芯片401与电路板300表面平齐，同样地，第二硅光芯片501与电路板300表面平齐。由于第一硅光芯片401设于第一底座600表面，第二硅光芯片501设于第二底座700表面，若将第一底座600、第二底座700之间设于电路板300表面则第一硅光芯片401与电路板300的表面存在高度差，同样地，第二硅光芯片501与电路板300的表面存在高度差，因此，本申请实施例中，在电路板300表面局部区域挖空形成缺口302，将第一底座600及第二底座700嵌设于缺口302内，使得第一底座600及第二底座700相对于电路板300表面下沉，下沉至第一硅光芯片401与电路板300表面平齐，同样地，第二硅光芯片501与电路板300表面平齐。将第一底座600、第二底座700在缺口302内下沉后所形成的效果如图20所示。

第一底座600包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁，第二侧壁和第四侧壁之间设有第一支撑凸起604，第三侧壁和第四侧壁之间设有第二支撑凸起605。第一支撑凸起604包围第二侧壁的全部，包围第四侧壁的局部；第二支撑凸起605包括第三侧壁的全部，包围第四侧壁的局部。

第二底座700包括第五侧壁、第六侧壁、第七侧壁及第八侧壁，第六侧壁和第八侧壁之间设有第三支撑凸起704，第七侧壁和第八侧壁之间设有第四支撑凸起705。第三支撑凸起704包围第六侧壁的全部，包围第八侧壁的局部；第四支撑凸起705包括第七侧壁的全部，包围第八侧壁的局部。

第一支撑凸起604与第三支撑凸起704相邻设置，第二支撑凸起605与第四支撑凸起705相邻设置；第一支撑凸起604与第二支撑凸起605相对设置，第三支撑凸起704与第四支撑凸起705相对设置；第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705所围城的区域的顶表面与电路板300缺口302处的底表面相连接，以实现第一底座600及第二底座700相对于电路板300表面下沉，下沉至第一硅光芯片401与电路板300表面平齐，同样地，第二硅光芯片501与电路板300表面平齐。

本申请实施例中，第一底座600的第一侧壁与第二底座700的第五侧壁相邻设置，二者接触在一起实现连接，则第一底座600的第一侧壁与第二底座700的第五侧壁相连接形成第一底座600与第二底座700之间的连接区域，第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705设于第一底座600与第二底座700不连接区域，这样可以使第一底座600与第二底座700尽量靠近，尽量减小二者之间的空隙，从而减小在电路板300上的占用空间。

第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705用于支撑电路板300，具体地，缺口302嵌设至第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705表面，缺口302分别与第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705连接，以实现电路板300与第一底座600或第二底座700之间的连接。具体地，第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705承托着电路板300的底表面，尤其指缺口302处的底表面。

由于第一底座600及第二底座700需相对于电路板300表面下沉，下沉至第一硅光芯片401与电路板300表面平齐，同样地，第二硅光芯片501与电路板300表面平齐，因此第一支撑凸起604、第二支撑凸起605表面所在的高度相对于第一底座600的顶表面更低，第三支撑凸起704、第四支撑凸起705表面所在的高度相对于第二底座700的顶表面更低；具体地，第一支撑凸起604、第二支撑凸起605表面所在的高度至第一硅光芯片401表面的高度可为电路板300的厚度，第三支撑凸起704、第四支撑凸起705表面所在的高度至第二硅光芯片501表面的高度可为电路板300的厚度，以实现将电路板300的缺口302嵌设至第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705表面时，可实现第一硅光芯片401与电路板300表面平齐，同样地，第二硅光芯片501与电路板300表面平齐。需要说明的是，本申请实施例中的“顶表面”、“底表面”指的是在附图中，在上的一表面为顶表面，在下的一表面为底表面。

电路板300的缺口302嵌设至第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705表面的示意图如图18、图19、图20及图21所示，第一底座600与第二底座700相对于电路板300的顶表面更下沉，以使第一硅光芯片401与电路板300表面平齐，同样地，第二硅光芯片501与电路板300表面平齐；缺口302处的底表面分别设于第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705表面，以实现电路板300、第一底座600、第二底座700之间的连接；具体地，缺口302处底表面与第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705的顶表面之间进行连接，进一步，缺口302处底表面与第一支撑凸起604、第二支撑凸起605、第三支撑凸起704、第四支撑凸起705的顶表面之间可通过胶水进行粘结。

如图15所示，第一底座600包括第一硅光芯片设置区601、第一光纤接头设置区602、第一激光盒容纳腔603。第一激光盒容纳腔603为第一底座600顶表面向下凹陷而形成，第一激光盒容纳腔603相对于第一硅光芯片设置区601、第一光纤接头设置区602的表面更下沉。

第一硅光芯片设置区601、第一光纤接头设置区602相互垂直设置，第一光纤接头设置区602、第一激光盒容纳腔603相互平行设置。

第二底座700包括第二硅光芯片设置区701、第二光纤接头设置区702、第二激光盒容纳腔703。第二激光盒容纳腔703为第二底座700顶表面向下凹陷而形成，第二激光盒容纳腔703相对于第二硅光芯片设置区701、第二光纤接头设置区702的表面更下沉。

同样地，第二硅光芯片设置区701、第二光纤接头设置区702相互垂直设置，第二光纤接头设置区702、第二激光盒容纳腔703相互平行设置。

以第一底座600为例，第一硅光芯片设置区601用于设置第一硅光芯片401，且第一硅光芯片401表面分别设有第一驱动调制器402、第一跨阻放大器403；其中第一驱动调制器402、第一跨阻放大器403采用倒装芯片方式倒装在第一硅光芯片401表面，则可避免第一硅光芯片401与第一驱动调制器402之间通过打线实现电连接，同样地，可避免第一硅光芯片401与第一跨阻放大器403之间通过打线实现电连接；倒装芯片方式可直接实现第一硅光芯片401与第一驱动调制器402之间通过相对的焊盘实现电连接，同样地，可直接实现第一硅光芯片401与第一跨阻放大器403之间通过相对的焊盘实现电连接。

第一光纤接头设置区602用于设置第一光纤接头405，具体地，第一光纤接头405用于供第一光纤406、第二光纤407穿过，从而固定第一光纤406、第二光纤407；第一光纤接头405包括第一基板和第二基板，第一基板和第二基板堆叠设置，第一光纤406、第二光纤407穿设于第一基板和第二基板之间；第二基板内部设有各光纤通道，各光纤通道设为V形凹槽形式，第一光纤406、第二光纤407设于V形凹槽内；V形凹槽形式有利于较好地定位第一光纤406、第二光纤407。

第一激光盒容纳腔603用于设置第一激光盒404，由于第一激光盒404内置激光芯片，且激光芯片下方设置TEC，使得激光芯片相对于第一硅光芯片401相对位置较高，因此为了使激光芯片的光轴与第一硅光芯片401的光轴在同一直线上，本申请实施例中，将第一激光盒容纳腔603作凹陷设置，以使第一激光盒404下沉，进而实现激光芯片的光轴与第一硅光芯片401的光轴在同一直线上，增加第一激光盒404与第一硅光芯片401之间的光耦合效率。

本申请实施例中第一底座600、第二底座700之间的设置既可以分别承载第一单载波相干组件400、第二单载波相干组件500中的各器件，还可以下沉至缺口302的下方，实现第一硅光芯片401与电路板300平齐，第二硅光芯片501与电路板300平齐，还可以实现二者尽量靠近，减小占用空间。

本申请实施例中，第一激光盒404、第二激光盒504分别用于为第一硅光芯片401、第二硅光芯片501提供不携带数据的光；第一激光盒404、第二激光盒504的组成相同；以第一激光盒404为例对激光盒的结构进行说明。第一激光盒404的结构如图27-图30所示。第一激光盒404包括第一盖板4041和第一腔体4042；第一盖板4041和第一腔体4042盖合连接，二者形成具有一定体积的空间；第一腔体4042中间设有容纳腔40422，相对的两个端部分别设有开口40421和凸台40423；凸台凸台40423的表面相对于容纳腔40421的表面突出设置，凸台凸台40423的表面相对于容纳腔40421的表面较高。凸台40423表面设有转接电路板4049b，开口40421内设有光窗4049a，光窗4049a与第一硅光芯片401通过光学匹配胶耦合连接。第一激光盒404发出的光穿过光窗4049a，耦合进入第一硅光芯片401。

容纳腔40422内设有TEC4043、载板4045，TEC4043的表面设有激光芯片4044和准直透镜4046，载板4045表面设有隔离器4047及汇聚透镜4048。

由于在相干通信中，接收光信号与本振光信号的波长差(或频率差)需要小于某一特定值才能产生干涉并保证DSP芯片可以处理相应的信号，所以激光芯片4044的波长需要保持在非常稳定的状态，比如±1.5nm范围。因此本申请实施例中采用了TEC4043作为关键温控元件控制激光芯片4044的波长，同时采用高精度温度传感器检测激光芯片4044的温度。

隔离器4047用于防止激光芯片4044发出的光经发射后回到激光芯片4044中，所以隔离器4047设置在激光芯片4044出光方向上，具体地，本申请实施例中隔离器4047设置在准直透镜4046背向激光芯片4044的方向，即隔离器4047与激光芯片4044之间设置有准直透镜4046。

载板4045用于抬高隔离器4047及汇聚透镜4048所在的高度，使得隔离器4047及汇聚透镜4048的光轴、激光芯片4044的光轴、准直透镜4046的光轴在同一直线上。

准直透镜4046用于将激光芯片4044发出的发散光转化为平行光，汇聚透镜4048用于将平行光转化为汇聚光，从而以汇聚状态穿过光窗4049a，耦合进入第一硅光芯片401。

转接电路板4049b，一部分位于第一腔体4042内，一部分位于第一腔体4042外；转接电路板4049b位于第一腔体4042外部的一端通过打线或柔性电路板与电路板300电连接，从而将电路板300发出的驱动电信号传输至第一腔体4042内，即传输至激光芯片4044内，激光芯片4044在驱动电信号的作用下发出光。

在相干光通信中，为实现在接收端外部光信号与本振光的相干作用，需要将激光盒输出光的波长控制在±1.75GHz的范围以内，在O-band对应的波长变化为±0.01nm，对应于激光芯片的工作温度变化±0.11℃。

为了进一步精准控制第一激光盒404发出的光波长，本申请实施例中，可以在第一激光盒404内设置分光器、光学标准具、第一背光探测器及第二背光探测器，具体地，通过分光器将第一激光盒404发出的光分出一小部分，这一小部分光继续通过分光器分成两束光，一束光进入第一背光探测器，另一束光依次经过光学标准具、第二背光探测器；第一背光探测器所探测到的光功率为第一光功率P1，第二背光探测器所探测到的光功率为第二光功率P2，在实际应用中，假设第一激光盒4308具有设定波长，设定波长为满足相干光源波长要求的波长；当波长发生变化时，第一光功率P1与第二光功率P2的比值发生变化，因此，第一光功率P1与第二光功率P2的比值可表征由于波长发生变化产生的光功率变化率，根据光功率变化率与设定波长对应的光功率之间的关系可以得到变化后波长，然后根据设定波长与变化后波长之间的关系，以此作为激光器的TEC的控制变量，形成闭环控制，调整温度便可将激光芯片射出光的波长调节至设定波长，实现波长的精确控制。

在一些实施例中，第一激光盒的设定波长为1309.81nm(λ0)，则激光波长恰好位于光学标准具50％光功率的位置；若第一光功率P1与第二光功率P2的比值为10％，则光学标准具对应的光功率为60％，根据光学标准具的透射光谱找到光功率为60％对应的波长，如1309.82nm，则得到变化后波长为1309.82nm；根据1309.81nm与1309.82nm之间的关系，以此作为激光器的TEC的控制变量，形成闭环控制，调整温度便可将激光芯片射出光的波长调节至设定波长1309.81nm，实现波长的精确控制。

在本申请实施例中，第一激光盒404在安装到电路板300上时，可将第一腔体4042的开口朝向光模块上壳体201。同样地，第二激光盒504如此。

进一步，本申请实施例中，为了更好地将DSP芯片产生的热量传导出去，在DSP芯片301与光模块上壳体201之间设有导热垫片；为了将第一单载波相干组件400、第二单载波相干组件500产生的热量传导出去，在第一底座600、第二底座700与光模块下壳体202之间分别设有导热垫片，通过导热垫片与光模块上壳体的接触、导热垫片与光模块下壳体的接触可以更好地将热量通过光模块上壳体散发至光模块外部。

本申请提供的光模块中，包括电路板和第一单载波相干组件，电路板表面设有缺口，第一单载波相干组件包括第一底座，第一底座嵌设于所述缺口内；第一底座的表面分别设有第一硅光芯片、第一激光盒及第一光纤接头，第一硅光芯片表面设有第一调制驱动器及第二跨阻放大器；第一硅光芯片与电路板之间打线连接以实现电连接；第一激光盒射出不携带信号的光，并将光耦合至第一硅光芯片，第一硅光芯片将接收到的光分为发射光光源及接收端本振光，将电信号调制至发射端光源以生成发射光信号；第一硅光芯片在接收到外部光信号后，对外部光信号与接收端本振光进行相干混频，进而输出的光电流增大，从而有利于提高光接收灵敏度；其中生成的发射光信号通过第一光纤传输至外部，接收的外部光信号通过第二光纤传输至第一硅光芯片内。本申请实施例中，第一单载波相干组件实现单载波800Gb/s传输速率，从而提高光模块的传输速率。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板，表面设有缺口；

第一单载波相干组件，与所述电路板电连接，包括：

第一底座，嵌设于所述缺口内，相对于所述电路板表面下沉设置，表面设有第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区、第一激光盒容纳腔；

所述第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区处于同一表面，所述第一激光盒容纳腔表面相对于所述第一硅光芯片设置区表面下沉；

第一硅光芯片，设于所述第一硅光芯片设置区表面，与所述电路板电连接，侧面设有第一输入光口、第二输入光口和输出光口；

第一激光盒，表面高于所述第一硅光芯片表面，设于所述第一激光盒容纳腔表面，且出光轴与所述第一输入光口处于同一水平线上，用于射出光；

第一光纤接头，表面高于所述第一激光盒表面，设于所述第一光纤接头设置区表面，内部设有输入光纤和输出光纤；

所述输入光纤，与所述第二输入光口耦合连接；

所述输出光纤，与所述输出光口耦合连接。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一硅光芯片表面分别设有第一电芯片和第二电芯片；

所述第一硅光芯片与所述电路板打线连接；

所述第一硅光芯片与所述第一电芯片焊接连接；

所述第一硅光芯片与所述第二电芯片焊接连接。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一底座包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁及第四侧壁；

所述第二底座包括第五侧壁、第六侧壁、第七侧壁及第八侧壁；

所述第一侧壁与所述第五侧壁相连接；

所述第二侧壁与所述第四侧壁设有第一支撑凸起，所述第三侧壁与所述第四侧壁设有第二支撑凸起；

所述第六侧壁与所述第八侧壁设有第三支撑凸起，所述第七侧壁与所述第八侧壁设有第四支撑凸起；

所述第一支撑凸起、所述第二支撑凸起表面所在高度相对于所述第一底座表面更低；

所述第三支撑凸起、所述第四支撑凸起表面所在高度相对于所述第二底座表面更低。

4.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一底座表面包括第一硅光芯片设置区、第一光纤接头设置区及第一激光盒容纳腔；

所述第一激光盒容纳腔相对于所述第一硅光芯片设置区或所述第一光纤接头设置区更下沉；

所述第二底座表面设有第二硅光芯片设置区、第二光纤接头设置区及第二激光盒容纳腔；

所述第二激光盒容纳腔相对于所述第二硅光芯片设置区或所述第二光纤接头设置区更下沉。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一激光盒包括：

盖板；

腔体，与所述盖板盖合连接，底端设于所述电路板表面，一端设有开口，另一端设有凸台；

所述开口，嵌设有光窗；

所述凸台，表面设有转接电路板；

所述转接电路板，设于所述腔体内部的一端与所述激光芯片电连接，设于所述腔体外部的一端与所述电路板电连接，以实现所述电路板与所述激光芯片之间的电连接；

容纳腔，设于所述腔体内部，表面设有TEC和载板，所述TEC表面设有激光芯片和准直透镜，所述载板表面设有隔离器和汇聚透镜。

6.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第一支撑凸起、所述第二支撑凸起、所述第三支撑凸起及所述第四支撑凸起用于支撑所述电路板；

所述缺口嵌设至所述第一支撑凸起、所述第二支撑凸起、所述第三支撑凸起及所述第四支撑凸起表面。

7.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一硅光芯片表面与所述电路板表面平齐；

所述第二硅光芯片表面与所述电路板表面平齐。

8.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一底座与所述第二底座并列设置；

所述第一单载波相干组件与所述第二单载波相干组件并列设置。

9.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一硅光芯片表面设有第一高频信号焊盘及第一低频信号焊盘；

所诉第二硅光芯片表面设有第二高频信号焊盘及第二低频信号焊盘。

10.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一硅光芯片与所述第一激光盒之间通过耦合胶连接；

所述第二硅光芯片与所述第二激光盒之间通过耦合胶连接。