CN215416013U - 一种气密性封装硅光400g光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气密性封装硅光400G光模块，属于光通信技术领域。该光模块包括外壳和硅光模块，外壳包括安装座和上盖，硅光模块包括PCB板、管壳和硅光芯片，PCB板上焊接固定有主芯片，PCB板的另一端贯穿管壳的侧壁，并固定连接于管壳的内部，硅光芯片设置于管壳的内部，且位于PCB板的一侧，硅光芯片上设置有入光光波导、硅光调制器和光电探测器，管壳的一侧设置有至少一组激光器芯片，激光器芯片靠近硅光芯片的一侧设置有耦合透镜，激光器芯片仅需要实现长发光，而不要高频调制信号，选用批量生产且最低成本的TO封装方案，从而在实现气密封装的同时显著降低激光发射端的封装成本，封装工艺简单，使400G光模块的推广和应用更加便捷。

Description

一种气密性封装硅光400G光模块

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，具体而言，涉及一种气密性封装硅光400G光模块。

背景技术

随着云计算、大数据、超清视频、5G等新业务的不断涌现，全球数据流量不断攀升，市场对光模块的速率要求越来越高。当前数通市场，主流的模块为100G光模块，但是相对于100G而言，400G具备更高速率、更大密度和经济性，满足日后数据中心的发展需求，未来有望成为数据中心市场的主流光模块。现有100G和400G数通市场光模块，为了降低成本，普遍采用COB非气密性封装，在一些特殊的场景和电信市场，要求使用气密性封装，当前400G光模块气密性封装均采用BOX封装，但BOX封装工艺复杂，核心物料BOX管壳被一家日本公司垄断，价格非常高，导致高速BOX气密封装400G光模块价格也非常高，影响了其的规模批量使用。

实用新型内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供的一种气密性封装硅光400G光模块，采用低成本的TO封装实现激光器芯片的气密封装，采用外置硅光调制器实现信号调制，光电探测器和其波分复用器也采用硅光集成方案，可以实现低成本的气密封装400G光模块。

本实用新型是这样实现的：

一种400G硅光集成模块，包括外壳和硅光模块，所述外壳包括安装座(101)和上盖，所述硅光模块设置于所述安装座的上方，所述上盖设置于所述硅光模块的上方，所述安装座与所述上盖固定连接，所述硅光模块包括PCB板、管壳和硅光芯片，所述PCB板上焊接固定有主芯片，所述PCB板的一端设置有导电触片，所述PCB板的另一端贯穿所述管壳的侧壁，并固定连接于所述管壳的内部，所述管壳为中空结构，且其顶部和远离所述PCB板的一侧为开口部，所述硅光芯片设置于所述管壳的内部，且位于所述PCB板的一侧，所述硅光芯片的底部与所述管壳的底板固定连接，所述硅光芯片上设置有入光光波导、硅光调制器和光电探测器，所述管壳的一侧设置有至少一组激光器芯片，所述激光器芯片靠近所述硅光芯片的一侧设置有耦合透镜，所述耦合透镜的数量与所述激光器芯片的数量相等，所述硅光芯片的一侧设置有第一光纤阵列和第二光纤阵列，所述第一光纤阵列和所述第二光纤阵列与所述管壳的底板固定连接，所述激光器芯片的一侧设置有发射尾纤适配器和接收尾纤适配器，所述管壳的内部设置有跨阻放大器，所述跨阻放大器内嵌于所述PCB板的顶部。

在本实用新型的一种实施例中，所述入光光波导的数量与所述激光器芯片的数量相等，所述激光器芯片的发光条中心轴、所述耦合透镜的中心轴与所述入光光波导的中心轴重合。

在本实用新型的一种实施例中，所述硅光芯片的中心轴与所述PCB板的中心轴位于同一水平线上。

在本实用新型的一种实施例中，所述硅光调制器的数量与所述入光光波导的数量相等，所述入光光波导的输出端分别与所述硅光调制器的输入端电性连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述硅光调制器的输出端电性连接有第一波分复用器，所述第一波分复用器将多组信号汇合成一路后与所述第一光纤阵列电性连接，所述第一光纤阵列与所述发射尾纤适配器带纤连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述接收尾纤适配器与所述第二光纤阵列带纤连接，所述发射尾纤适配器和所述接收尾纤适配器并列平行排布，所述发射尾纤适配器和所述接收尾纤适配器的底部设置有适配器支架，所述适配器支架的底部与所述安装座固定连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述硅光芯片上设置有第二波分复用器，所述第二波分复用器的单端波导与所述第二光纤阵列电性连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述光电探测器的数量与所述激光器芯片的数量相等，所述第二波分复用器的输出端与所述光电探测器电性连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述跨阻放大器与所述光电探测器电性连接，所述跨阻放大器的输出端与所述主芯片电性连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述管壳的顶部设置有防尘盖，所述防尘盖的形状和尺寸与所述管壳顶部开口的形状和尺寸相适配。

本实用新型通过上述设计得到的一种气密性封装硅光400G光模块，其有益效果是：光模块采用硅光集成，硅材质可以抵抗氧气、水汽、氢气等非气密性环境下气体的侵蚀，可以工作在非气密环境下，实现低成本的气密封装400G光模块，激光器芯片仅需要实现长发光，而不要高频调制信号，选用批量生产且最低成本的TO封装方案，从而在实现气密封装的同时显著降低激光发射端的封装成本，封装工艺简单，降低了生产成本，使400G光模块的推广和应用更加便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本实用新型实施方式提供的一种气密性封装硅光400G光模块的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型实施方式提供的硅光模块的爆炸结构示意图；

图3为本实用新型实施方式提供的硅光模块的平面结构示意图；

图中：100-外壳；101-安装座；102-上盖；200-硅光模块；201-PCB板；2011-主芯片；2012-导电触片；202-管壳；2021-防尘盖；203-激光器芯片；204-耦合透镜；205-硅光芯片；2051-入光光波导；2052-硅光调制器；2053-第一波分复用器；2054-第二波分复用器；2055-光电探测器；206-第一光纤阵列；207-发射尾纤适配器；208-接收尾纤适配器；2081-适配器支架；209-第二光纤阵列；210-跨阻放大器。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

此外，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例

请参照附图1-3所示，本实用新型提供一种技术方案：一种气密性封装硅光400G光模块，包括外壳100和硅光模块200，外壳100包括安装座101和上盖102，硅光模块200设置于安装座101的上方，上盖102设置于硅光模块200的上方，安装座101与上盖102固定连接，安装座101和上盖102对硅光模块200起到保护作用，硅光模块200包括PCB板201、管壳202和硅光芯片205，PCB板201上焊接固定有主芯片2011，PCB板201的一端设置有导电触片2012，PCB板201的另一端贯穿管壳202的侧壁，并固定连接于管壳202的内部，管壳202为中空结构，且其顶部和远离PCB板201的一侧为开口部，管壳202用于保护内部构件，并方便封装固定，硅光芯片205设置于管壳202的内部，且位于PCB板201的一侧，硅光芯片205的底部与管壳202的底板固定连接，硅光芯片205上设置有入光光波导2051、硅光调制器2052和光电探测器2055，管壳202的一侧设置有至少一组激光器芯片203，激光器芯片203靠近硅光芯片205的一侧设置有耦合透镜204，耦合透镜204的数量与激光器芯片203的数量相等，耦合透镜204用于聚焦激光器芯片203发出的激光信号，硅光芯片205的一侧设置有第一光纤阵列206和第二光纤阵列209，第一光纤阵列206和第二光纤阵列209与管壳202的底板固定连接，激光器芯片203的一侧设置有发射尾纤适配器207和接收尾纤适配器208，管壳202的内部设置有跨阻放大器210，跨阻放大器210内嵌于PCB板201的顶部，跨阻放大器210能用于将电信号放大处理，便于主芯片2011的信号接收。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，入光光波导2051的数量与激光器芯片203的数量相等，激光器芯片203的发光条中心轴、耦合透镜204的中心轴与入光光波导2051的中心轴重合，激光器芯片203的数量可根据需求适配，光模块扩展性强，适用范围广。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，硅光芯片205的中心轴与PCB板201的中心轴位于同一水平线上，方便硅光芯片205与PCB板201的键合连接，使触电连接更加整齐，保证数据信号传输的稳定性。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，硅光调制器2052的数量与入光光波导2051的数量相等，入光光波导2051的输出端分别与硅光调制器2052的输入端电性连接，入光光波导2051用于接收激光器芯片203发出的激光信号，硅光调制器2052将光信号调制处理为电信号传输。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，硅光调制器2052的输出端电性连接有第一波分复用器2053，第一波分复用器2053将多组信号汇合成一路后与第一光纤阵列206电性连接，第一光纤阵列206与发射尾纤适配器207带纤连接，光纤阵列体积小，密度大，适用于多芯多通道的光纤连接，传输稳定，精确性高。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，接收尾纤适配器208与第二光纤阵列209带纤连接，发射尾纤适配器207和接收尾纤适配器208并列平行排布，发射尾纤适配器207和接收尾纤适配器208的底部设置有适配器支架2081，适配器支架2081的底部与安装座101固定连接，发射尾纤适配器207和接收尾纤适配器208分别用于信号的发射与接收，与其他光模块组件连接，增强光模块拓展性。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，硅光芯片205上设置有第二波分复用器2054，第二波分复用器2054的单端波导与第二光纤阵列209电性连接，接收尾纤适配器208接收到的光信号通过第二光纤阵列209传输至硅光芯片205上。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，光电探测器2055的数量与激光器芯片203的数量相等，第二波分复用器2054的输出端与光电探测器2055电性连接，光电探测器2055用于将光信号转换为电芯片。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，跨阻放大器210与光电探测器2055电性连接，跨阻放大器210的输出端与主芯片2011电性连接，经由光电探测器2055转换后的电芯片由跨阻放大器210放大处理后传输至主芯片2011上。

作为本实用新型的一种实施例，进一步的，管壳202的顶部设置有防尘盖2021，防尘盖2021的形状和尺寸与管壳202顶部开口的形状和尺寸相适配，防尘盖2021防止灰尘等杂质进入管壳202内，并对管壳202的内部器件起到一定的保护作用。

具体的，该一种气密性封装硅光400G光模块的工作原理：低成本的TO封装实现激光器芯片203的气密性封装，激光器芯片203发射的激光信号分别经过对应的耦合透镜204聚焦后被硅光芯片205上的入光光波导2051耦合接收，对应数量的光信号分别进入硅光调制器2052内被调制处理后经过第一波分复用器2053合成一路，再通过第一光纤阵列206与发射尾纤适配器207耦合连接，并通过发射尾纤适配器207输出信号，接收尾纤适配器208接收到光信号后通过第二光纤阵列209耦合第二波分复用器2054的单端波导，第二波分复用器2054的输出端分成对应路数，分别被光电探测器2055接收，光电探测器2055将光信号转换为电芯片，并经过跨阻放大器210放大处理后传输至主芯片2011上接收，主芯片2011上集成硅光MZ调制器驱动，内部包含CDR电路单元，可以获得良好的光电信号质量，同时主芯片2011内部包含Gearbox功能模块，实现8路53Gbps PAM电信号和4路106Gbps PAM4光信号之间的转换。

需要说明的是，PCB板201、主芯片2011、激光器芯片203、硅光芯片205、入光光波导2051、硅光调制器2052、第一波分复用器2053、第二波分复用器2054、光电探测器2055、第一光纤阵列206、发射尾纤适配器207、接收尾纤适配器208、第二光纤阵列209和跨阻放大器210的具体型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

需要说明的是，PCB板201、主芯片2011、激光器芯片203、硅光芯片205、入光光波导2051、硅光调制器2052、第一波分复用器2053、第二波分复用器2054、光电探测器2055、第一光纤阵列206、发射尾纤适配器207、接收尾纤适配器208、第二光纤阵列209和跨阻放大器210的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，包括外壳(100)和硅光模块(200)，所述外壳(100)包括安装座(101)和上盖(102)，所述硅光模块(200)设置于所述安装座(101)的上方，所述上盖(102)设置于所述硅光模块(200)的上方，所述安装座(101)与所述上盖(102)固定连接，所述硅光模块(200)包括PCB板(201)、管壳(202)和硅光芯片(205)，所述PCB板(201)上焊接固定有主芯片(2011)，所述PCB板(201)的一端设置有导电触片(2012)，所述PCB板(201)的另一端贯穿所述管壳(202)的侧壁，并固定连接于所述管壳(202)的内部，所述管壳(202)为中空结构，且其顶部和远离所述PCB板(201)的一侧为开口部，所述硅光芯片(205)设置于所述管壳(202)的内部，且位于所述PCB板(201)的一侧，所述硅光芯片(205)的底部与所述管壳(202)的底板固定连接，所述硅光芯片(205)上设置有入光光波导(2051)、硅光调制器(2052)和光电探测器(2055)，所述管壳(202)的一侧设置有至少一组激光器芯片(203)，所述激光器芯片(203)靠近所述硅光芯片(205)的一侧设置有耦合透镜(204)，所述耦合透镜(204)的数量与所述激光器芯片(203)的数量相等，所述硅光芯片(205)的一侧设置有第一光纤阵列(206)和第二光纤阵列(209)，所述第一光纤阵列(206)和所述第二光纤阵列(209)与所述管壳(202)的底板固定连接，所述激光器芯片(203)的一侧设置有发射尾纤适配器(207)和接收尾纤适配器(208)，所述管壳(202)的内部设置有跨阻放大器(210)，所述跨阻放大器(210)内嵌于所述PCB板(201)的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述入光光波导(2051)的数量与所述激光器芯片(203)的数量相等，所述激光器芯片(203)的发光条中心轴、所述耦合透镜(204)的中心轴与所述入光光波导(2051)的中心轴重合。

3.根据权利要求1所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述硅光芯片(205)的中心轴与所述PCB板(201)的中心轴位于同一水平线上。

4.根据权利要求1所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述硅光调制器(2052)的数量与所述入光光波导(2051)的数量相等，所述入光光波导(2051)的输出端分别与所述硅光调制器(2052)的输入端电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述硅光调制器(2052)的输出端电性连接有第一波分复用器(2053)，所述第一波分复用器(2053)将多组信号汇合成一路后与所述第一光纤阵列(206)电性连接，所述第一光纤阵列(206)与所述发射尾纤适配器(207)带纤连接。

6.根据权利要求1所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述接收尾纤适配器(208)与所述第二光纤阵列(209)带纤连接，所述发射尾纤适配器(207)和所述接收尾纤适配器(208)并列平行排布，所述发射尾纤适配器(207)和所述接收尾纤适配器(208)的底部设置有适配器支架(2081)，所述适配器支架(2081)的底部与所述安装座(101)固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述硅光芯片(205)上设置有第二波分复用器(2054)，所述第二波分复用器(2054)的单端波导与所述第二光纤阵列(209)电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述光电探测器(2055)的数量与所述激光器芯片(203)的数量相等，所述第二波分复用器(2054)的输出端与所述光电探测器(2055)电性连接。

9.根据权利要求1所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述跨阻放大器(210)与所述光电探测器(2055)电性连接，所述跨阻放大器(210)的输出端与所述主芯片(2011)电性连接。

10.根据权利要求1所述的一种气密性封装硅光400G光模块，其特征在于，所述管壳(202)的顶部设置有防尘盖(2021)，所述防尘盖(2021)的形状和尺寸与所述管壳(202)顶部开口的形状和尺寸相适配。

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