CN102183829A - 用于宽带并行光学的光收发组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于宽带并行光学的光收发组件，包括MT型光学连接器和与其相对接的透镜座，MT型光学连接器内设有呈直线均匀排列的光纤阵列，透镜座内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列，透镜阵列与MT型光学连接器内的光纤阵列对准耦合；VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列组装在基片上，且分别与导电金线打线连接，基片通过打线连接固定贴合于PCBA支撑件的侧面，激光器驱动芯片和探测器TIA芯片分别放置于PCBA支撑件上表面电极和下表面电极上，连接有基片的PCBA支撑件与连接有透镜座的MT型光学连接器相对接。本发明提高光电器件与光纤的耦合效率，器件在灵敏度、工艺难度等方面都有明显改善，满足并行光学收发需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于宽带并行光学的光收发组件。
背景技术
随着人类对通信带宽需求的快速增长，现有通信***面临着容量和能耗两大挑战。由于能在更小的空间、更低的能耗占用下提供更大的带宽，并行光学模块的研究发展日益增多。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***的可靠性。
专利号为7537394的美国专利“Method for assembling a two substrate parallel optical sub-assembly”中介绍了一种双基片并行光学组件，其中激光器阵列和探测器阵列所对应的两基片被间隔放置形成一沿长度方向具有非常数宽度的沟槽，以允许激光器阵列和探测器阵列分别以一对一的方式对准光纤耦合面，以此来实现多光学通道的定位对准。
然而，依赖这种方法实现的光收发模块具有以下缺点：在光电阵列部件和对应基片之间的电连接(如金线连接)分布范围大，长度较长，对于高频信号的发射和检测会引入不良的噪声干扰，使得信号变差，器件性能劣化；使用光纤直接与光电器件耦合，灵敏度降低，耦合效率差；同时在装配对准上工艺难度较高，精度要求较大且实施复杂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于宽带并行光学的光收发组件。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
用于宽带并行光学的光收发组件，包括MT型光学连接器和透镜座，透镜座与MT型光学连接器相对接，其特征在于：所述MT型光学连接器内设有呈直线均匀排列的光纤阵列，所述透镜座内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列，透镜阵列与MT型光学连接器内的光纤阵列对准耦合；VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列组装在基片上，且分别与导电金线打线连接，基片通过打线连接固定贴合于PCBA支撑件的侧面，激光器驱动芯片和探测器TIA芯片分别放置于PCBA支撑件上表面电极和下表面电极上，连接有基片的PCBA支撑件与连接有透镜座的MT型光学连接器相对接。
进一步地，上述的用于宽带并行光学的光收发组件，所述透镜座上设有定位孔，MT型光学连接器上设有与其相一致的定位孔，定位销***透镜座上的定位孔和MT型光学连接器上的定位孔中使透镜座与MT型光学连接器连接固定。
更进一步地，上述的用于宽带并行光学的光收发组件，所述MT型光学连接器内的光纤阵列有12根并排的光纤，构成十二个通道，其中左端四个为发射通道，右端四个为接收通道；VCSEL激光器阵列以一对一的方式分别对准光纤阵列左端的四个通道，PD光电探测器阵列以一对一的方式分别对准光纤阵列右端的四个通道。
更进一步地，上述的用于宽带并行光学的光收发组件，所述12根并排的光纤的末端呈直线等距排列，间距为0.25mm。
再进一步地，上述的用于宽带并行光学的光收发组件，连接有基片的PCBA支撑件通过固定件与连接有透镜座的MT型光学连接器相对接。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明采用侧面贴合技术，金线分布更加合理，长度更短；使用光学镜组，提高光电器件与光纤的耦合效率，器件在灵敏度、工艺难度等方面都有明显改善，满足并行光学收发需求。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：用于并行光学的侧面贴合的光收发子模块的整体组装示意图；
图2：图1中的光收发子模块的各组件处于未组装的分解示意图；
图3：基片的俯视示意图；
图4：透镜座的示意图；
图5：透镜座和光学接头处于未组装状态的示意图；
图6a：由一个激光器发射的光通过一透镜被耦合至一根光纤的示意图；
图6b：由光从通过一根光纤通过一透镜被耦合至一光电探测器的示意图；
图7：光收发子模块处于未组装状态的示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
如图1、图2所示，用于宽带并行光学的光收发组件，包括MT型光学连接器01和透镜座04，透镜座04与MT型光学连接器01相对接，MT型光学连接器01内设有呈直线均匀排列的光纤阵列02，透镜座04内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列05，透镜阵列05与MT型光学连接器内的光纤阵列02对准耦合；透镜座04上设有定位孔16，MT型光学连接器01上设有与其相一致的定位孔，定位销03***透镜座04上的定位孔16和MT型光学连接器01上的定位孔中使透镜座04与MT型光学连接器01连接固定。如图3，VCSEL激光器阵列07和PD光电探测器阵列08组装在基片09上，且分别与导电金线13和导电金线14打线连接，基片09通过打线连接固定贴合于PCBA支撑件12的侧面，激光器驱动芯片10和探测器TIA芯片11分别放置于PCBA支撑件12上表面电极15和下表面电极上，连接有基片09的PCBA支撑件12通过固定件06与连接有透镜座04的MT型光学连接器01相对接。
其中，MT型光学连接器内的光纤阵列02有12根并排的光纤，各光纤的末端呈直线等距排列，间距为0.25mm，构成十二个通道，其中左端四个为发射通道，右端四个为接收通道，中间四个未使用；VCSEL激光器阵列07以一对一的方式分别对准光纤阵列02左端的四个通道，PD光电探测器阵列08以一对一的方式分别对准光纤阵列02右端的四个通道。
基片09贴合在PCBA支撑件12的侧面，并打线连接，使得光可以直接通过透镜耦合进入光纤，而不需要经过光学转弯(如镜面反射)等方法改变光程的方向。相比其他基片贴合在PCBA支撑件表面的光组件，该组件结构更简单，同时在金线布局上更加合理，使得金线更短，相互串扰和噪声干扰更小。
基片09表面固定有两个光电芯片——一个发射芯片，即VCSEL激光器阵列07；一个接收芯片，即PD光电探测器阵列08。然而，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，也是可以被预见的。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4、图5所示，透镜座04内嵌有一透镜阵列05，可一一对应的与MT型光学连接器01内的光纤阵列02对准耦合，用于引导光电器件和光纤之间的光耦合。定位销03和定位孔16用于透镜座04与MT型光学连接器01之间的连接固定。
图6a示意了在光电器件和光接头之间的光耦合。由于基片09被放置在PCBA支撑件12侧面，VCSEL激光器阵列07中的一个激光器17将位于透镜18和光通道19的前方，激光器17发出的光经过透镜座04中对应的透镜18耦合进入光纤进行传输。图6b示意了光从光纤耦合至PD光电探测器阵列08中的一个光电探测器20。光电探测器被设置在对应光通道19和透镜18的前方。在光纤中传播的光在光纤耦合面处进入透镜18，再被光电探测器20收集。激光器17或光电探测器20的有效区域的中心完全位于透镜18一端的聚焦中心的正前方，透镜18另一端的聚焦中心也与光纤中心完全对准，以改进光耦合进入光纤或光电探测器20的耦合性能。
当光导结构具有如前所述的光学接头，光学接头中使用的通道是最左边四个和最右边四个，而中间的通道不使用时，光学连接头、透镜座和一包括两个光电芯片的基片的对准组装过程如下：
一个1×4的VCSEL激光器阵列07和一个1×4的PD光电探测器阵列08经打线连接被安装在基片09上的标记位置，标记位置使得两个芯片并排直线排列，并且两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。标记位置可以帮助标记VCSEL激光器阵列07和PD光电探测器阵列08以一对一的方式分别对准MT型光学连接器01最左边的4个通道和最右边的4个通道。
如图5所示，MT型光学连接器01和透镜座04的对准过程为：将透镜阵列05和光纤阵列02以一对一的方式完全对准，利用定位销03和定位孔16将MT光学连接器MT型光学连接器01与透镜座04连接固定。由于透镜阵列05和光纤阵列02呈直线均匀排列，因此只需将透镜座04最左边和最右边的透镜与对应光纤完全对准即可实现。
如图7所示，将连接有透镜座04的MT型光学连接器01和连接有基片09的PCBA支撑件12的对准：采用一可视***将基片09与透镜座04进行对准使得每个VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列的每个有效区域的中心与对应透镜的中心完全对准，也即与MT型光学连接器01左侧和右侧的四个通道的中心对准。在一个实施例中，由于基片09上的标记位置确定了两芯片间的相对位置和间距，因此只需将透镜座04最左边和最右边的透镜实现与对应激光器和探测器完全对准，即可实现。
通过固定PCBA支撑件12和基片09的同时操作光学接头的本体进行对准，但实际操作中相反的方式也是可行的。这种情况下光学接头的本体被固定的同时操作PCBA支撑件12。此后，基片在该位置被固定件06固定连接在光学接头上。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，如超声焊接，热焊接或环氧处理等。
本发明采用侧面贴合技术，金线分布更加合理，长度更短；使用光学镜组，提高光电器件与光纤的耦合效率，器件在灵敏度、工艺难度等方面都有明显改善，满足并行光学收发需求。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.用于宽带并行光学的光收发组件，包括MT型光学连接器(01)和透镜座(04)，透镜座(04)与MT型光学连接器(01)相对接，其特征在于：所述MT型光学连接器(01)内设有呈直线均匀排列的光纤阵列(02)，所述透镜座(04)内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列(05)，透镜阵列(05)与MT型光学连接器内的光纤阵列(02)对准耦合；VCSEL激光器阵列(07)和PD光电探测器阵列(08)组装在基片(09)上，且分别与导电金线打线连接，基片(09)通过打线连接固定贴合于PCBA支撑件(12)的侧面，激光器驱动芯片(10)和探测器TIA芯片(11)分别放置于PCBA支撑件(12)上表面电极(15)和下表面电极上，连接有基片(09)的PCBA支撑件(12)与连接有透镜座(04)的MT型光学连接器(01)相对接。
2.根据权利要求1所述的用于宽带并行光学的光收发组件，其特征在于：所述透镜座(04)上设有定位孔(16)，MT型光学连接器(01)上设有与其相一致的定位孔，定位销(03)***透镜座(04)上的定位孔(16)和MT型光学连接器(01)上的定位孔中使透镜座(04)与MT型光学连接器(01)连接固定。
3.根据权利要求1所述的用于宽带并行光学的光收发组件，其特征在于：所述MT型光学连接器内的光纤阵列(02)有12根并排的光纤，构成十二个通道，其中左端四个为发射通道，右端四个为接收通道；VCSEL激光器阵列(07)以一对一的方式分别对准光纤阵列(02)左端的四个通道，PD光电探测器阵列(08)以一对一的方式分别对准光纤阵列(02)右端的四个通道。
4.根据权利要求3所述的用于宽带并行光学的光收发组件，其特征在于：所述12根并排的光纤的末端呈直线等距排列，间距为0.25mm。
5.根据权利要求1所述的用于宽带并行光学的光收发组件，其特征在于：所述连接有基片(09)的PCBA支撑件(12)通过固定件(06)与连接有透镜座(04)的MT型光学连接器(01)相对接。
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