CN217034332U - 光引擎发射器模块以及包含其的光收发器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光引擎发射器模块，包括基座单元、水平雷射发射器模块、以及积体光学电路芯片。该水平雷射发射器模块设置于该基座单元上，用以朝水平方向输出激光束。该积体光学电路芯片设置于该基座单元上对应于该水平雷射发射器模块的一侧。该积体光学电路芯片的光接收端是对准于该水平雷射发射器模块的激光束以驱动该积体光学电路芯片，该积体光学电路芯片连接或耦接至讯号调变器，并依据该讯号调变器的控制讯号于该积体光学电路芯片的输出端生成一雷射光讯号。

Description

光引擎发射器模块以及包含其的光收发器装置

技术领域

本是实用新型是有关一种光引擎发射器模块以及包含其的光收发器装置，尤指一种用于高速传输的光引擎发射器模块以及包含其的光收发器装置。

背景技术

随着科技进步，数据处理量及处理速度的需求也随的大幅增加，相较于传统以铜线作为传输的桥梁，光纤传输以较高的带宽及低损耗的特性在长距离(例如单模光纤)或短距离传输(例如多模光纤)上已逐渐取代传统的铜线传输产品。

于光纤通讯领域中，QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)的规格已经经常作为连接器而被使用在光通讯是统的架构上。受限于公规规范，连接器的空间是有限的必须被有效率的利用，然而随着高速的需求，QSFP内部的空间已经被最大限度的利用，传统作法(例如PSM4)的架构，是使用四个TOSA作为个别的信道分别耦光至光纤，影响到整体空间的使用，在400G以上的传输速率下必须安装数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)，然而基于目前的架构确难以再安装所述的数字信号处理器；此外，在高速运作下，必须使用主动式散热组件(例如致冷芯片)对TOSA内部的雷射二极管进行解热，在空间有限的情况下，也难以再配置主动式散热组件；另外，调变器、驱动器、前置放大器(TIA)的空间基于原始的架构下都有所限制。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，在于提供一种光引擎发射器模块，包括基座单元、水平雷射发射器模块、积体光学电路芯片。该水平雷射发射器模块设置于该基座单元上，用以朝水平方向输出一激光束。该积体光学电路芯片设置于该基座单元上对应于该水平雷射发射器模块的一侧，该积体光学电路芯片的光接收端是对准于该水平雷射发射器模块的激光束以驱动该积体光学电路芯片，该积体光学电路芯片连接至一讯号调变器，并依据该讯号调变器的控制讯号于该积体光学电路芯片的输出端生成一雷射光讯号。

本实用新型的另一目的在于提供一种光收发器装置，包括壳体、基板、如前所述的光引擎发射器模块、光接收器模块、以及并行光纤模块。该壳体内具有一容置空间，于该壳体一端具有一电连接窗口、并于另一端具有一光连接窗口。该基板是设置于该容置空间内，该基板的一端具有电端口，并穿过该电连接窗口。该光引擎发射器模块设置于该基板上，该光引擎发射器模块是连接或耦接至该电端口。该光接收器模块设置于该基板上，该光接收器模块是连接或耦接至该电端口。该并行光纤模块包括一或数个连接至该光接收器模块的光接收器耦合单元、一或数个连接至该积体光学电路芯片输出端的光发射器耦合单元、一穿过该光连接窗口的光收发器耦合埠、以及数个连接于该光接收器耦合单元及该光收发器耦合埠的间、及连接于该积体光学电路芯片输出端及该光收发器耦合端口的间的光纤。

是以，本实用新型光引擎发射器模块可以有效的降低整体TOSA的体积，有效的降低所使用的空间，以让出足够的空间让装置进行升级；此外，在一次要的技术功效上，本实用新型可以在高速传输中有效的提升解热效率。

附图说明

图1，为本实用新型中光收发器装置的外观示意图。

图2，为本实用新型中光收发器装置的结构分解示意图。

图3，为本实用新型中光引擎发射器模块其中一实施例的外观示意图。

图4，为本实用新型中光引擎发射器模块其中一实施例的结构分解示意图。

图5，为本实用新型中光引擎发射器模块其中一实施例的外观示意图。

图6，为本实用新型中光收发器装置其中一实施例的外观示意图。

图7，为本实用新型中光引擎发射器模块其中一实施例的外观示意图。

图8，为本实用新型中光引擎发射器模块其中一实施例的外观示意图。

附图标记

100 光收发器装置

10 壳体

10A 上壳体

10B 下壳体

11 容置空间

12 电连接窗口

13 光连接窗口

20 基板

21 散热基板

211 设置槽

22 电路板

221 让位槽

222 电端口

23 软性电路板

30 光引擎发射器模块

31 基座单元

311 基板

312 致冷芯片模块

313 散热基座

32 水平雷射发射器模块

321 次电路板

322 雷射发射器单元

322A 次基座

322B 边射型雷射二极管

323 隔离器

324 耦光透镜

325 聚焦透镜

33 积体光学电路芯片

331 光接收端

332 输出端

40 光接收器模块

50 并行光纤模块

51 光接收器耦合单元

52 光发射器耦合单元

53 光收发器耦合埠

54A 光纤

54B 光纤

60 讯号调变器

70 前置放大器

200 光收发器装置

20A 基板

30A 光引擎发射器模块

321C 传感器电路装置

325D 聚焦透镜

40A 光接收器模块

41A 光传感器

50A 并行光纤模块

51A 光接收器耦合单元

52A 光发射器耦合单元

53A 光收发器耦合埠

54AA 光纤

54AB 光纤

70A 前置放大器

IC 45度斜角

C1 传感器电路板

C2 热敏电阻

C3 监视器光传感器

具体实施方式

有关本实用新型的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下。再者，本实用新型中的图式，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，该等图式及其比例并非用以限制本实用新型的范围，在此先行叙明。

本实用新型于一具体实施例中，可以配合使用在QSFP(Quad Small Form-factorPluggable)的架构上，更具体而言例如可以是配合使用在QSFP28、QSFP+、Micro QSFP+、或其后续衍生的架构上，于本实用新型中不予以限制。

以下针对本实用新型一实施例进行说明，请参阅图1及图2，是为本实用新型中光收发器装置的外观示意图、以及结构分解示意图，如图所示。

本实施例揭示一种光收发器装置100，主要包括壳体10、以及设置于该壳体10内侧的基板20、光引擎发射器模块30、光接收器模块40、以及并行光纤模块50。

所述的壳体10内具有容置空间11，于壳体10一端具有电连接窗口12、并于另一端(即相对电连接窗口12的另一端)具有光连接窗口13。于一实施例中，该壳体10是经由上壳体10A及下壳体10B所组成，上壳体10A及下壳体10B上下结合后，于中间构成该容置空间11，并于一端保留连通至该容置空间11的该电连接窗口12，并于另一端保留连通至该容置空间11的该光连接窗口13。该上壳体10A及下壳体10B之间可以通过电焊接、雷射焊接、胶合、或是其他任意的方式进行固定，于本实用新型中不予以限制。

所述的基板20是设置于该容置空间11内，该基板20的一端具有电端口222，并穿过该电连接窗口12。于一实施例中，该基板20主要包括散热基板21、以及设置于该散热基板21上的电路板22。该散热基板21上设置有供该光引擎发射器模块30设置的设置槽211，该电路板22上设置有一对应于该设置槽211位置上方的让位槽221，通过将该光引擎发射器模块30直接设置于该散热基板21增加散热的效率。于一实施例中，电端口222是可以为设置于该电路板22一端的金手指，于本实用新型中不予以限制。由于光引擎发射器模块30直接设置于该散热基板21上，为了将电路板22上的线路连接至该光引擎发射器模块30上的电子装置，于一实施例中，可以通过软性电路板23由该电路板22上的线路桥接至该光引擎发射器模块30上的次电路板，于本实用新型中不予以限制。于一实施例中，该基板20上是设置有讯号调变器60以及前置放大器70，于本实用新型中不予以限制。于一实施例中，该散热基板21的材料是为铜钨合金(CuW)，用以提高垂直向上的散热效率，于本实用新型中不予以限制。

所述的光引擎发射器模块30设置于该基板20上，该光引擎发射器模块30是连接或耦接至该电端口222。该光引擎发射器模块30主要经由连接至讯号调变器60，经由该讯号调变器60输出的控制讯号生成雷射光讯号，并将其传送至光纤中进行传输。具体而言，所述的讯号调变器60例如可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)，用以将数字讯号转换为模拟讯号后驱动该光引擎发射器模块30，于本实用新型中不予以限制。在此须先说明的是，虽然本实用新型中光引擎发射器模块30为裸露的装置，于其他实施例中，该光引擎发射器模块30也可以封装为一芯片后实施，后面会再针对光引擎发射器模块30的复数个不同实施例进行说明。在此须特别说明的是，所述的连接或耦接是指直接或间接的连接，具体而言，光引擎发射器模块30可以通过其他电子装置(例如讯号调变器60)连接至电端口222，或是直接连接至电端口222，此部份端看其他电子装置设置的位置而定，也即本实用新型并不排除未于其间设置其他电子装置的实施例，在此先行叙明。

所述的光接收器模块40设置于该基板20上，该光接收器模块40是连接或耦接至该电端口222。该光接收器模块40于一实施例中是可以依据通道数量包括一或数个光传感器(PhotoDiode,PD)，通过光传感器接收光讯号后并将其转换为电讯号。在此须特别说明的是，所述的连接或耦接是指直接或间接的连接，具体而言，光接收器模块40可以通过其他电子装置(例如讯号调变器60或前置放大器70)连接至电端口222，或是直接连接至电端口222，此部份端看其他电子装置设置的位置而定，也即本实用新型并不排除未于其间设置其他电子装置的实施例，在此先行叙明。

所述的并行光纤模块50包括一或数个连接至该光接收器模块40的光接收器耦合单元51、一或数个连接至光引擎发射器模块30的光发射器耦合单元52、穿过该光连接窗口13的光收发器耦合埠53、复数个连接于该光接收器耦合单元51及该光收发器耦合端口53之间的光纤54A、以及数个连接于光引擎发射器模块30及该光收发器耦合端口53之间的光纤54B。于一实施例中，并行光纤模块50是为一MT-MT光纤缆线，于本实用新型中不予以限制。于一实施例中，该光接收器耦合单元51覆盖于光接收器模块40的光传感器上方，并于校准至最佳耦光位置时定位于该电路板22上；该光接收器耦合单元51内是设置有45度角反射镜，用以将光纤54A的输出光束转折90度后传送至该光传感器的接收面上。于一实施例中，光发射器耦合单元52是对准并结合至光引擎发射器模块30中积体光学电路芯片的输出端上，后面将针对光引擎发射器模块30的构造举数个实施例进行详细说明。

以下针对光引擎发射器模块30举四不同实施例进行说明，请先参阅图图3及图4，是为本实用新型中光引擎发射器模块其中一实施例的外观示意图、以及结构分解示意图，如图所示。

本实施例的光引擎发射器模块30主要包括基座单元31、以及设置于该基座单元31上的水平雷射发射器模块32及积体光学电路芯片(Photonic Integrated Circuit Chip,PIC Chip)33。

所述的基座单元31主要包括基板311、设置于该基板311上用以承载该水平雷射发射器模块32的致冷芯片模块(Thermoelectric Cooling Module,TEC module)312、以及设置于该基板311上用以承载该积体光学电路芯片33的散热基座313。致冷芯片模块312包括致冷面及产热面，致冷面的位置朝上用以承载其上的发热组件及装置，产热面则朝向下用以接触底侧的基板311。于一实施例中，该基板311的材料是可以选用氮化铝(AlN)，于本实用新型中不予以限制。于一实施例中，该致冷芯片模块312的电源端口可以直接连接至该软性电路板23；于其他实施例中，也可以通过任意的中介电路(例如跳线、电路板、软性电路板)耦接至该软性电路板23或电路板22，于本实用新型中不予以限制。

所述的水平雷射发射器模块32设置于该基座单元31上，用以朝水平方向输出一激光束。于一实施例中，该水平雷射发射器模块32包括设置于该致冷芯片模块312致冷面上的次电路板321、设置于该致冷面上并电连接至该次电路板321的雷射发射器单元322、设置于该雷射发射器单元322一侧对准至该雷射发射器单元322输出方向的隔离器(Isolator)323、以及设置于该雷射发射器单元322及该隔离器323之间的耦光透镜324，该耦光透镜324是用以将该雷射发射器单元322输出的激光束耦光至该隔离器323的接收端，借此提升效率。于一实施例中，该雷射发射器单元322包括设置于该致冷面上的次基座322A、以及设置于该次基座322A上的边射型雷射二极管322B，通过该次基座322A将边射型雷射二极管322B的高温传导至底侧致冷芯片模块312的致冷面上，另一方面则提高边射型雷射二极管322B的高度，以利于对准至该耦光透镜324的焦距位置上。

所述的积体光学电路芯片33设置于该基座单元31上对应于该水平雷射发射器模块32的一侧。该积体光学电路芯片33的光接收端331是对准于该水平雷射发射器模块32的激光束以驱动该积体光学电路芯片33。该积体光学电路芯片33连接或耦接至讯号调变器60，并依据该讯号调变器60的控制讯号于该积体光学电路芯片33的输出端332生成一雷射光讯号。具体而言，所述的积体光学电路芯片33是利用半导体制程将光学组件(例如调变器、开关、分光器等)直接制作在一个集成电路里面，通过光波波导传递可见光的光学讯号，并利用电讯号所施加的电场对可见光进行相位调变，并借此输出雷射光讯号，针对积体光学电路芯片(Photonic Integrated Circuit Chip,PIC Chip)33的实作原理由于非属本实用新型所欲限制的范围，在此即不再予以赘述。于一实施例中，该积体光学电路芯片33是经由跳线耦接至该电路板22上的线路，以经由该电路板22耦接至该讯号调变器60以接收该控制讯号，于本实用新型中不予以限制。

经由上述的配置，通过光引擎发射器模块30将可以达到最小化的配置，借此在QSFP的规格下实现400Gbps、或400Gbps以上的高速传输。

除上述的架构，于另一实施例中，请参阅图5，是为本实用新型中光引擎发射器模块另一实施例的外观示意图，如图所示。

本实施例与前一实施例的差异在于，该水平雷射发射器模块32进一步包括一设置于该隔离器323与该积体光学电路芯片33光接收端331之间的聚焦透镜325，通过该聚焦透镜325可以进一步提升该水平雷射发射器模块32与该积体光学电路芯片33光接收端331之间的传输效率；在传输效率上升的情况下，可以降低水平雷射发射器模块32的功率，进一步微型化所使用的边射型雷射二极管322B的体积、并进一步减少解热的需求。

于另一实施例中，请参阅图6，是为本实用新型中光收发器装置另一实施例的外观示意图，如图所示。

以下仅针对图6实施例与图1实施例不同的部分进行说明：

本实施例的光收发器装置200与前一实施例的其中一项差异在于，本实施例光接收器模块40A的光传感器(PhotoDiode,PD)41A以数组形式设置于该基板20A上，光传感器41A是连接或耦接至前置放大器70A。光传感器41A的数量依据信道数量而配置，于本实施例中为四个通道。

所述的并行光纤模块50A包括一或数个连接至该光接收器模块40A的光接收器耦合单元51A、一或数个连接至光引擎发射器模块30A的光发射器耦合单元52A、穿过该光连接窗口13的光收发器耦合埠53A、数个连接于该光接收器耦合单元51A及该光收发器耦合端口53A之间的光纤54AA、以及数个连接于光引擎发射器模块30A及该光收发器耦合端口53A之间的光纤54AB。于本实施例中，该光接收器耦合单元51A可以将光纤54AB端处切成一45度斜角IC，使45度斜角IC与空气或其他介质之间产生全反射面，用以将光纤54AB的输出光束转折90度后传送至该光传感器41A的接收面上。

本实施例的光收发器装置200与前一实施例的另一项差异在于，所述的基板20A上的电路板22A是省略软性电路板23的设置，而是将其上的光引擎发射器模块30A上的各装置经由跳线的方式，将电路连接至电路板22A上的线路。

于另一实施例中，请参阅图7，是为本实用新型中光引擎发射器模块又一实施例的外观示意图，如图所示。

本实施例与图3及图4光引擎发射器模块20的差异在于，本实施例是使用了一个传感器电路装置321C取代了原始的次电路板321；于本实施例中，传感器电路装置321C包括传感器电路板C1、以及设置于传感器电路板C1上的热敏电阻C2，该热敏电阻C2设置于传感器电路板C1的中间位置上，该热敏电阻C2经由传感器电路板C1连接或耦接至讯号调变器60，以监测致冷芯片模块(Thermoelectric Cooling Module,TEC module)312的温度；于另一实施例中，该传感器电路装置321C可以进一步包括二设置于该传感器电路板C1上的监视器光传感器(Monitor Photodiode,MPD)C3，该监视器光传感器C3耦光至该雷射发射器单元322的反向出光面上，以监测该雷射发射器单元322的输出功率，并将输出功率回授至讯号调变器60以进行功率调变。

除上述的架构，于另一实施例中，请参阅图8，是为本实用新型中光引擎发射器模块再一实施例的外观示意图，如图所示。

本实施例与前一实施例的差异在于，该水平雷射发射器模块32进一步包括一设置于该隔离器323与该积体光学电路芯片33光接收端331之间的聚焦透镜325D，通过该聚焦透镜325D可以进一步提升该水平雷射发射器模块32与该积体光学电路芯片33光接收端331之间的传输效率；在传输效率上升的情况下，可以降低水平雷射发射器模块32的功率，进一步微型化所使用的边射型雷射二极管322B的体积、并进一步减少解热的需求。

综上所述，本实用新型光引擎发射器模块可以有效的降低整体TOSA的体积，有效的降低所使用的空间，以让出足够的空间让装置进行升级；此外，在一次要的技术功效上，本实用新型可以在高速传输中有效的提升解热效率。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述者，仅为本实用新型的一较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡依本申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型的专利涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种光引擎发射器模块，其特征在于，包括：

一基座单元；

一水平雷射发射器模块，设置于该基座单元上，用以朝水平方向输出一激光束；以及

一积体光学电路芯片，设置于该基座单元上对应于该水平雷射发射器模块的一侧，该积体光学电路芯片的光接收端是对准于该水平雷射发射器模块的激光束以驱动该积体光学电路芯片，该积体光学电路芯片连接或耦接至一讯号调变器，并依据该讯号调变器的控制讯号于该积体光学电路芯片的输出端生成一雷射光讯号。

2.如权利要求1所述的光引擎发射器模块，其特征在于，该基座单元包括一基板、一设置于该基板上用以承载该水平雷射发射器模块的致冷芯片模块、以及一设置于该基板上用以承载该积体光学电路芯片的散热基座。

3.如权利要求2所述的光引擎发射器模块，其特征在于，该水平雷射发射器模块包括一设置于该致冷芯片模块致冷面上的次电路板、一设置于该致冷面上并电连接该次电路板的雷射发射器单元、以及一设置于该雷射发射器单元一侧对准至该雷射发射器单元输出方向的隔离器。

4.如权利要求3所述的光引擎发射器模块，其特征在于，该雷射发射器单元包括一设置于该致冷面上的次基座、以及一设置于该次基座上的边射型雷射二极管。

5.如权利要求3所述的光引擎发射器模块，其特征在于，该水平雷射发射器模块包括一设置于该雷射发射器单元及该隔离器之间的耦光透镜。

6.如权利要求5所述的光引擎发射器模块，其特征在于，该水平雷射发射器模块包括一设置于该隔离器与该积体光学电路芯片光接收端之间的聚焦透镜。

7.一种光收发器装置，其特征在于，包括：

一壳体，该壳体内具有一容置空间，于该壳体一端具有一电连接窗口、并于另一端具有一光连接窗口；

一基板，是设置于该容置空间内，该基板的一端具有电端口，并穿过该电连接窗口；

一如权利要求1至6中任一项所述的光引擎发射器模块，设置于该基板上，该光引擎发射器模块是连接或耦接至该电端口；

一光接收器模块，设置于该基板上，该光接收器模块是连接或耦接至该电端口；以及

一并行光纤模块，包括一或复数个连接至该光接收器模块的光接收器耦合单元、一或数个连接至该积体光学电路芯片输出端的光发射器耦合单元、一穿过该光连接窗口的光收发器耦合埠、以及数个连接于该光接收器耦合单元及该光收发器耦合埠之间、及连接于该积体光学电路芯片输出端及该光收发器耦合端口之间的光纤。

8.如权利要求7所述的光收发器装置，其特征在于，该基板包括一散热基板、以及一设置于该散热基板上的电路板，该散热基板上设置有一供该光引擎发射器模块设置的设置槽，该电路板上设置有一对应于该设置槽位置上方的让位槽。

9.如权利要求8所述的光收发器装置，其特征在于，该散热基座及该散热基板的材料是为铜钨合金。

10.如权利要求7所述的光收发器装置，其特征在于，该并行光纤模块是为一MT-MT光纤缆线。

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