一种光发射组件和光接收组件制造技术

本发明专利技术属于光电子器件封装领域，具体涉及一种光发射组件和光接收组件，其中光发射组件包括第一合分波芯片、第一激光器阵列、第一透镜阵列和第一转折棱镜，第一激光器阵列包括N个第一激光器芯片，第一透镜阵列包括N个第一透镜，第一合分波芯片包括N个第一输入波导和1个第一输出波导；第一激光器芯片和第一透镜均固定在第一合分波芯片表面，第一转折棱镜位于第一合分波芯片的一端；第一激光器芯片发射的光经第一转折棱镜反射进入N个第一输入波导，并合成一路从第一输出波导输出。本发明专利技术充分利用了合分波芯片表面的空间，将光路器件贴装在芯片表面，通过转折棱镜将光路折叠，明显缩减了器件尺寸，同时简化生产工艺，降低物料成本。

An Optical Emission Module and an Optical Receiving Module

【技术实现步骤摘要】
一种光发射组件和光接收组件
本专利技术涉及光电子器件封装领域，具体涉及一种光发射组件和光接收组件。
技术介绍
大数据、云计算的发展对数据通信光模块产生了大量需求，IEEE和产业链各厂家组成的MSA针对这些需求制定了专门的标准，这些标准与规范涵盖了40G/100G/200G/400G以及100m、500m、2km、10km等主要应用场景。在这些应用场景中，粗波分复用(CoarseWavelengthDivisionMultiplexer，简写为CWDM)激光器的合分波成为模块封装的主要技术问题，尤其是4路的CWDM4应用中，无论是当前100GQSFP28CWDM4/CLR4的批量交付还是400GFR4/LR4的开发，都需要更简化的CWDM4合分波方案。目前CWDM合分波主要有两种方案：其一是基于薄膜光学滤波器(ThinFilmFilter，简写为TFF)的合分波方案：4路激光器分别被透镜准直，准直光在TFFblock内折返，最后汇合到一起，通过透镜汇聚到光纤中，如CN102684794A专利中所述。其二是基于平面光波导(PlanarLightwaveCircuit，简写为PLC)的合分波方案：4路激光器分别由透镜聚焦到PLC输入波导中，在PLC芯片内汇聚成一路输出，如US20130163252A1专利中所述。这两种光路方案都已成功应用于100GQSFP28CWDM4产品，其中基于PLC的合波方案集成度高、光路调试简单，是提高封装密度的首选方案。然而，目前的PLC方案结构中，在光发射组件中PLC芯片与激光器顺次排列，PLC芯片的光轴与激光器的发光区处于同一个平面中，则器件总长度等于PLC芯片长度(约为9mm)加上光路长度(约为4mm)，光路体积较大，这对于100G封装是可行的，但在相同体积内，设计200G、400G产品空间上显得捉襟见肘。另外，激光器首先需要贴装在热沉上，然后还需要一个更大的基板去承载PLC芯片和激光器基板，大基板一般是氮化铝陶瓷或钨铜材质，起支撑和传热作用，价格昂贵，成本较高。同理地，在光接收组件中PLC芯片与光电探测器顺次排列，光电探测器首先需要贴装在热沉上，然后还需要一个更大的基板去承载PLC芯片和光电探测器基板，同样存在光路体积较大、工艺复杂、成本较高的缺陷。鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：传统的合分波方案结构中，PLC芯片与激光器或探测器顺次排列，器件总长度等于PLC芯片长度加上光路长度，光路体积较大；而且需要基板或垫块来承载PLC芯片与激光器或探测器，成本较高。本专利技术通过如下技术方案达到上述目的：第一方面，本专利技术提供了一种光发射组件，包括第一合分波芯片以及顺次设置的第一激光器阵列、第一透镜阵列和第一转折棱镜，所述第一激光器阵列包括N个第一激光器芯片，所述第一透镜阵列包括N个第一透镜，所述第一合分波芯片包括N个第一输入波导和1个第一输出波导；所述N个第一激光器芯片和所述N个第一透镜均固定在所述第一合分波芯片表面，所述第一转折棱镜固定设置在所述第一合分波芯片的第一端；其中，N≥2；所述N个第一激光器芯片、所述N个第一透镜以及所述N个第一输入波导分别一一对应设置，形成N个光路通道，则所述N个第一激光器芯片发射的N路光分别由对应第一透镜汇聚，再经所述第一转折棱镜反射进入所述N个第一输入波导，并合成一路从所述第一输出波导输出。优选的，所述第一转折棱镜为等腰直角棱镜，包括斜面、第一直角面和第二直角面，所述斜面的部分与所述第一合分波芯片的第一端面固定连接；其中，由所述第一透镜汇聚的光透过所述斜面后，依次在所述第一直角面和所述第二直角面发生全反射，进而反射至所述第一合分波芯片的第一端面，并进入对应的第一输入波导。优选的，所述第一转折棱镜的斜面与第一参考平面形成6～8°的角度，和/或，所述第一合分波芯片的第一端面与第一参考平面形成6～8°的角度；其中，所述第一参考平面垂直于所述N个第一激光器芯片发射的主光线。优选的，所述光发射组件中对应每个第一激光器芯片还分别设置第一热沉，所述第一热沉贴装在所述第一合分波芯片表面，所述N个第一激光器芯片分别贴装在对应的第一热沉表面。优选的，所述光发射组件还包括第一棱镜支架，所述第一棱镜支架设置在所述第一转折棱镜的底部，并分别与所述第一转折棱镜和所述第一合分波芯片固定连接。优选的，所述光发射组件对应每个第一激光器芯片还分别设置第一光隔离器，所述第一光隔离器固定在所述第一合分波芯片表面，并位于对应第一透镜与所述第一转折棱镜之间，或者位于对应第一透镜与对应第一激光器芯片之间。优选的，各第一激光器芯片、对应第一透镜、对应第一输入波导三者间的位置关系满足：各第一透镜的有效焦距与对应第一激光器芯片到物方焦点的距离的比值，等于对应第一输入波导的波导模场与对应第一激光器芯片的激光器模场的比值；和/或，各第一输入波导位于对应第一透镜的像方平面波像差最小处。优选的，所述光发射组件还包括第二合分波芯片以及顺次设置的第二激光器阵列、第二透镜阵列和第二转折棱镜，所述第二激光器阵列包括M个第二激光器芯片，所述第二透镜阵列包括M个第二透镜，所述第二合分波芯片包括M个第二输入波导和1个第二输出波导；所述第二合分波芯片与所述第一合分波芯片制备在共同的衬底上，所述M个第二激光器芯片和所述M个第二透镜均固定在所述第二合分波芯片表面，所述第二转折棱镜固定设置在所述第二合分波芯片的第一端；其中，M≥2；所述M个第二激光器芯片、所述M个第二透镜以及所述M个第二输入波导分别一一对应设置，形成M个光路通道，则所述M个第二激光器芯片发射的M路光分别由对应第二透镜汇聚，再经所述第二转折棱镜反射进入所述M个第二输入波导，并合成一路从所述第二输出波导输出。优选的，所述第一合分波芯片与所述第二合分波芯片均为AWG芯片，且衬底材质采用硅。第二方面，本专利技术还提供了一种光接收组件，包括第三合分波芯片以及顺次设置的第一PD阵列、第三透镜阵列和第三转折棱镜，所述第一PD阵列包括Z个第一PD芯片，所述第三透镜阵列包括Z个第三透镜，所述第三合分波芯片包括1个第三输入波导和Z个第三输出波导；所述Z个第一PD芯片和所述Z个第三透镜均固定在所述第三合分波芯片表面，所述第三转折棱镜固定设置在所述第三合分波芯片的第一端；其中，Z≥2；所述Z个第三输出波导、所述Z个第三透镜以及所述Z个第一PD芯片分别一一对应设置，形成Z个光路通道，则光线进入所述第三输入波导后，分成Z路光分别从所述Z个第三输出波导输出，再经所述第三转折棱镜反射至对应的第三透镜，最终分别被所述Z个第一PD芯片接收。本专利技术的有益效果是：本专利技术使用合分波芯片进行合分波，充分利用了合分波芯片表面的空间，将主要光路器件贴装在合分波芯片表面，通过尺寸较小的转折棱镜将一维光路折叠成二维光路；按照传统光路布置，器件长度等于合分波芯片长度加上光路长度，而本专利技术器件长度等于合分波芯片长度加上转折棱镜厚度，明显缩减了器件尺寸；同时还减少了各种陶瓷垫块，简化了生产工艺，降低了物料成本。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光发射组件，其特征在于，包括第一合分波芯片以及顺次设置的第一激光器阵列、第一透镜阵列和第一转折棱镜，所述第一激光器阵列包括N个第一激光器芯片，所述第一透镜阵列包括N个第一透镜，所述第一合分波芯片包括N个第一输入波导和1个第一输出波导；所述N个第一激光器芯片和所述N个第一透镜均固定在所述第一合分波芯片表面，所述第一转折棱镜固定设置在所述第一合分波芯片的第一端；其中，N≥2；所述N个第一激光器芯片、所述N个第一透镜以及所述N个第一输入波导分别一一对应设置，形成N个光路通道，则所述N个第一激光器芯片发射的N路光分别由对应第一透镜汇聚，再经所述第一转折棱镜反射进入所述N个第一输入波导，并合成一路从所述第一输出波导输出。

【技术特征摘要】
1.一种光发射组件，其特征在于，包括第一合分波芯片以及顺次设置的第一激光器阵列、第一透镜阵列和第一转折棱镜，所述第一激光器阵列包括N个第一激光器芯片，所述第一透镜阵列包括N个第一透镜，所述第一合分波芯片包括N个第一输入波导和1个第一输出波导；所述N个第一激光器芯片和所述N个第一透镜均固定在所述第一合分波芯片表面，所述第一转折棱镜固定设置在所述第一合分波芯片的第一端；其中，N≥2；所述N个第一激光器芯片、所述N个第一透镜以及所述N个第一输入波导分别一一对应设置，形成N个光路通道，则所述N个第一激光器芯片发射的N路光分别由对应第一透镜汇聚，再经所述第一转折棱镜反射进入所述N个第一输入波导，并合成一路从所述第一输出波导输出。2.根据权利要求1所述的光发射组件，其特征在于，所述第一转折棱镜为等腰直角棱镜，包括斜面、第一直角面和第二直角面，所述斜面的部分与所述第一合分波芯片的第一端面固定连接；其中，由所述第一透镜汇聚的光透过所述斜面后，依次在所述第一直角面和所述第二直角面发生全反射，进而反射至所述第一合分波芯片的第一端面，并进入对应的第一输入波导。3.根据权利要求2所述的光发射组件，其特征在于，所述第一转折棱镜的斜面与第一参考平面形成6～8°的角度，和/或，所述第一合分波芯片的第一端面与第一参考平面形成6～8°的角度；其中，所述第一参考平面垂直于所述N个第一激光器芯片发射的主光线。4.根据权利要求1所述的光发射组件，其特征在于，所述光发射组件中对应每个第一激光器芯片还分别设置第一热沉，所述第一热沉贴装在所述第一合分波芯片表面，所述N个第一激光器芯片分别贴装在对应的第一热沉表面。5.根据权利要求1所述的光发射组件，其特征在于，所述光发射组件还包括第一棱镜支架，所述第一棱镜支架设置在所述第一转折棱镜的底部，并分别与所述第一转折棱镜和所述第一合分波芯片固定连接。6.根据权利要求1所述的光发射组件，其特征在于，所述光发射组件对应每个第一激光器芯片还分别设置第一光隔离器，所述第一光隔离器固定在所述第一合分波芯片表面，并位于对应第一透镜与所述第一转折棱镜之间，或者位于对应第一透镜与对应第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱虎，郑盼，周日凯，杜书剑，郭燕玲，
申请(专利权)人：武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42