CN202083815U - 用于并行传输的光收发组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及用于并行传输的光收发组件，印刷电路板的一端设有电信号输入端口，VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列组装于印刷电路板上，激光器驱动芯片和探测器TIA芯片组装在印刷电路板表面的电极上，VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列分别与激光器驱动芯片和探测器TIA芯片相连；光学镜组包含一反射镜和两组透镜阵列，两组透镜阵列分别放置在光学镜组下端与前端，透镜轴向相互垂直，第一组透镜阵列中各透镜以一对一方式与VCSEL激光器阵列及PD光电探测器阵列的有效区域中心对准，第二组透镜阵列中各透镜以一对一方式与第一组透镜阵列分别对准，反射镜以45°倾斜角布置于两组透镜阵列的光轴交点处。本实用新型对准精度高，适用于可插拔的并行光学收发模块。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于并行传输的光收发组件。
背景技术
随着光通信的飞速发展，对于光纤通信中激光器或探测器与光通道对准耦合，已经有了很多相关研究。大部分产品都是基于单一激光器对准单一光纤实现，如SFP光学收发器，设有一良好定位的发射模块和一接受模块，每个模块中都有设在LC连接器壳体内的单一光纤。
然而随着人类对通信带宽需求的快速增长，现有通信系统面临着容量和能耗两大挑战。由于需要在更小的空间、更低的能耗下提供更大的带宽，关于并行光学模块的研究发展开始日益增多。并行光学模块是在一个单独的模块中多个激光器对准多个光纤，例如适合短程高带宽计算和交换应用的4通道短程收发模块，集成了四个独立的发送和接收通道，并连接到一条12通道多模带状光纤。由于器件集成化和小型化所带来的低功耗，使得并行光学模块产生和散发的热量大大少于多个分立器件，从而提高了器件和整个系统的可靠性。
因此，并行光学模块在对子元件和定位件进行对准时所要求的精度要高，误差要小，以保证尽可能高的光耦合效率。对准操作很复杂，费时，需要一套复杂的并行定位件以及精密的定位工艺，还需要打开激光器电源以进行主动对准。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于并行传输的光收发组件。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
用于并行传输的光收发组件，包括印刷电路板和位于其上的光学镜组，特点是：所述印刷电路板的一端设有电信号输入端口，VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列组装于印刷电路板上，激光器驱动芯片和探测器TIA芯片组装在印刷电路板表面的电极上，VCSEL激光器阵列通过打金线与激光器驱动芯片相连，PD光电探测器阵列通过打金线与探测器TIA芯片相连；所述光学镜组包含一反射镜和两组透镜阵列，其中，第一组透镜阵列和第二组透镜阵列分别放置在光学镜组下端与前端，且透镜轴向相互垂直，交点位于反射镜上，第一组透镜阵列中各透镜以一对一的方式与VCSEL激光器阵列及PD光电探测器阵列的有效区域中心对准，第二组透镜阵列中各透镜以一对一的方式与第一组透镜阵列分别对准，所述反射镜以45°倾斜角布置于两组透镜阵列的光轴交点处。
进一步地，上述的用于并行传输的光收发组件，所述电信号输入端口为镀金插板结构。
更进一步地，上述的用于并行传输的光收发组件，所述VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列以并排直线排列方式通过绝缘胶粘贴在印刷电路板上。
再进一步地，上述的用于并行传输的光收发组件，所述激光器驱动芯片和探测器TIA芯片通过键合方式组装在印刷电路板表面的电极上。
本实用新型技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本实用新型提供简单易行的并行光收发组件的设计结构，采用小型可插拔封装工艺，对准精度高，操作误差小，制作成本低，易于实现，适用于可插拔的并行光学收发模块。
附图说明
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
图1：并行光收发组件的组装示意图；
图2：并行光收发组件处于未组装的分解示意图；
图3：光学镜组的透视示意图；
图4a：由一个激光器发射的光通过光学镜组被发射出去的示意图；
图4b：由光从通过光学镜组被耦合至一光电探测器的示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
本实用新型设计一种采用包括多个光导管或光纤的单一结构以对准两个或更多光学器件的装置。涉及到一种光的光耦合，需要多个达到微米(或亚微米)级公差水平的光学耦合操作以制备一种用于双向传输光学元件的同时包括有输入输出电信号以及输入输出光信号的光学组件。
使用至少两个独立光通道的双向光学数据通信装置，包括：至少一个单芯片光学发射部件和至少一个单芯片光学探测部件，被并排平行安装在印刷电路板上；具有至少两个光通路的光学镜组，其中至少一个通路用于光发射部件和光纤间的光耦合，另一个用于光接收部件和光纤间的光耦合。
光电阵列部件通过电连接(如金线连接)被安装在印刷电路板上，连接的金线能够有一定变化量的偏差范围以获得理想的位置，在基片和印刷电路板之间、集成电路芯片和印刷电路板之间的电连接也是如此。
用于组装光学组件的各元件的方法，提供一光学镜组，该镜组包含一反射镜和两组透镜阵列，嵌设于光学镜组内，两组透镜阵列分别放置在所述光学镜组下端和前端，且透镜轴向相互垂直，能够将光发射阵列的光耦合进入光纤阵列并在光纤中传输，或将光纤阵列的光耦合进入光探测阵列，反射镜以45°倾斜角放置在两透镜阵列间的光轴交点处，用于引导光在两组透镜阵列间的传播；提供两个光电器件，包含一光发射器阵列和一光探测器阵列，光发射器和光探测器并排平行放置，且以一对一的方式完全对准第一透镜阵列中对应透镜的一端耦合面；提供一高频印刷电路板，其一端形成有一信号输入端口，该端口采用镀金的插板结构；提供至少两个集成电路芯片，包括一驱动电路芯片和一跨阻放大器芯片，且以裸片的形式通过高精度键合组装在印刷电路板上。
将光电元件的第一阵列设置到印刷电路板相应位置上，调整光电元件的第二阵列的位置，使其与第一光电元件的第一阵列并排平行放置，同时各光电元件的有效区域中心在同一直线上等距排列；定位光学镜组，以使第一透镜阵列以一对一的方式完全对准光电元件阵列，出射或入射的光经第一透镜阵列在反射镜处被反射并通过第二透镜阵列；将基片粘贴至印刷电路板表面并打线连接。
如图1、图2所示，用于并行传输的光收发组件，包括印刷电路板01和位于其上的光学镜组03，印刷电路板01的一端设有电信号输入端口02，电信号输入端口02为镀金插板结构，VCSEL激光器阵列04和PD光电探测器阵列05以并排直线排列方式通过绝缘胶粘贴在印刷电路板01上，激光器驱动芯片06和探测器TIA芯片07通过键合方式组装在印刷电路板01表面的电极上，VCSEL激光器阵列04通过打金线与激光器驱动芯片06相连，PD光电探测器阵列05通过打金线与探测器TIA芯片07相连；如图3所示，光学镜组03包含一反射镜10和两组透镜阵列，其中，第一组透镜阵列08放置在光学镜组03的下端，第二组透镜阵列09放置在光学镜组03的前端，且透镜轴向相互垂直，交点位于反射镜10上，第一组透镜阵列中各透镜以一对一的方式与VCSEL激光器阵列04及PD光电探测器阵列05的有效区域中心对准，第二组透镜阵列中各透镜以一对一的方式与第一组透镜阵列分别对准，反射镜10以45°倾斜角布置于两组透镜阵列的光轴交点处。
两个光电芯片——一个发射芯片，即VCSEL激光器阵列04；一个接收芯片，即PD光电探测器阵列05。其他的发射器与发射器或探测器与探测器芯片的组合，尤其是不同波长的组合，也是可以被预见。光电芯片在基片上的允许位置和角度偏移由所有子组件的尺寸和形状所限定。
如图3，透镜阵列08和透镜阵列09，用于引导光电元件阵列和光纤之间的光耦合。光学镜组能够将VCSEL激光器阵列04的出射光线平滑且连续的耦合进入光纤阵列并在光纤中传输，或将光纤阵列的光耦合进入光探测阵列，光纤阵列的尺寸结构与MTP/MPO标准的连接器接口相兼容。光学镜组与VCSEL激光器阵列04及PD光电探测器阵列05经主动或被动对准后粘接在一起。
如图4a，在光电器件和光学镜组之间的光耦合和光路，VCSEL激光器阵列04位于透镜阵列08的正下方，激光器发出的光经过透镜阵列08中对应的透镜在倾斜放置的反射镜10处被反射，指向透镜阵列09发射出去。如图4b，光耦合至PD光电探测器阵列05中。PD光电探测器阵列05位于透镜阵列08的下方。在光纤或光通道中传播的光进入透镜阵列09，在反射镜10处被反射，再通过透镜阵列08被PD光电探测器阵列05收集。VCSEL激光器阵列04或PD光电探测器阵列05的有效区域的中心完全位于透镜阵列08一端的聚焦中心的正下方，透镜阵列09也与光纤阵列的耦合中心完全对准，以改进光耦合进入光纤或光电探测器的耦合性能。
所用光纤阵列的尺寸结构与MTP/MPO标准的连接器接口相兼容，即光学连接头内嵌有12根对准并排的光纤，各光纤末端呈直线等距排列，间距为0.25mm。12个光通道使用了8个，左端四个用于发射通道，中间四个未使用，右端四个用于接收通道。光纤阵列、光学镜组和一包括两个光电芯片的基片的对准组装过程：一个1×4的VCSEL激光器阵列04和一个1×4的PD光电探测器阵列05被安装在印刷电路板01上的相应位置，两个芯片并排直线排列；激光器驱动芯片06和探测器TIA芯片07同样也安装在印刷电路板01上相应位置，并通过打金线将光电芯片与驱动芯片和TIA芯片相连接。采用一光学放大系统将光学镜组的透镜阵列与芯片光学有效区对准耦合，两光电芯片的间隔刚好对准光学接头中不被使用的4个通道，即间隔1mm。光学镜组通过超声焊接连接固定。根据对某一特定组件的附着可靠性要求不同，也可以选择其他类型的定位结构，如热焊接、环氧处理或机构夹具等。
本实用新型提供简单易行的并行光收发组件的设计结构，采用小型可插拔封装工艺，对准精度高，操作误差小，制作成本低，易于实现，适用于可插拔的并行光学收发模块。
需要理解到的是：以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.用于并行传输的光收发组件，包括印刷电路板(01)和位于其上的光学镜组(03)，其特征在于：所述印刷电路板(01)的一端设有电信号输入端口(02)，VCSEL激光器阵列(04)和PD光电探测器阵列(05)组装于印刷电路板(01)上，激光器驱动芯片(06)和探测器TIA芯片(07)组装在印刷电路板(01)表面的电极上，VCSEL激光器阵列(04)通过打金线与激光器驱动芯片(06)相连，PD光电探测器阵列(05)通过打金线与探测器TIA芯片(07)相连；所述光学镜组(03)包含一反射镜(10)和两组透镜阵列，其中，第一组透镜阵列和第二组透镜阵列分别放置在光学镜组下端与前端，且透镜轴向相互垂直，交点位于反射镜(10)上，第一组透镜阵列中各透镜以一对一的方式与VCSEL激光器阵列(04)及PD光电探测器阵列(05)的有效区域中心对准，第二组透镜阵列中各透镜以一对一的方式与第一组透镜阵列分别对准，所述反射镜(10)以45°倾斜角布置于两组透镜阵列的光轴交点处。
2.根据权利要求1所述的用于并行传输的光收发组件，其特征在于：所述电信号输入端口(02)为镀金插板结构。
3.根据权利要求1所述的用于并行传输的光收发组件，其特征在于：所述VCSEL激光器阵列(04)和PD光电探测器阵列(05)以并排直线排列方式通过绝缘胶粘贴在印刷电路板(01)上。
4.根据权利要求1所述的用于并行传输的光收发组件，其特征在于：所述激光器驱动芯片(06)和探测器TIA芯片(07)通过键合方式组装在印刷电路板(01)表面的电极上。
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