CN103383483A - 一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件及其制造方法，该组件包括带MT连接头的45°光纤阵列、陶瓷基板和VCSEL激光器阵列，陶瓷基板上有电极和焊盘，VCSEL激光器阵列粘接固定在陶瓷基板电极上，VCSEL激光器阵列芯片的焊盘通过金丝键合方式与陶瓷基板的焊盘相连接，带MT连接头的45°光纤阵列的45°光学反射面与VCSEL激光器阵列一一对准耦合，带MT连接头的45°光纤阵列固定在陶瓷基板上。用户使用时只需将陶瓷基板粘接在用户的PCB板上，并将VCSEL激光器阵列的驱动信号通过打线方式与陶瓷基板上的焊盘连接，高速信号就可以调制驱动VCSEL激光器阵列，将并行电信号转换为并行光信号，通过45°光纤阵列的直接耦合，并行光信号输出到标准的MT接口，与外界相连。

Description

一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件及其制作方法

技术领域

本发明涉及光通信技术中并行光收发模块、有源光缆等技术领域中的并行光发射组件及其制造方法。

背景技术

随着人类对通信需求的快速增长，现有的通信***面临更大的挑战。其中速率和能耗是两个非常关键的因素。人们期望在更小的空间、更低的能耗条件下提供更大的带宽。因此并行光学收发模块的研究得到了广泛的研究。

在LD激光器、VCSEL激光器等常用通信激光器之中，VCSEL激光器具有较高的转换效率、较低的阈值等优点，因此其功耗比其他种类的激光器要小，同时VCSEL激光器是面发射方式，易于实现阵列，体积小巧，非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域。

VCSEL激光器的出射光垂直于安装的电路板表面，这对于器件的封装和应用都不大方便。最简单的光接口是将光纤与VCSEL激光器对接，激光器的出射光直接进入光纤，不经过其他中间元件，这样的耦合方式称为垂直耦合。

垂直耦合由于光的反射导致速率不能太高，另外，由于是垂直耦合，光纤与PCB成垂直形状，导致光模块的体积增大。

为了解决垂直耦合带来的问题，可以采用光路转角的形式来实现VCSEL激光器与光纤阵列的耦合。一种是采用微透镜阵列的方式；还有一种方式就是将光纤阵列研磨成45°反射镜实现光信号的90°转角。

就短程数据通讯并行模块而言，核心技术之一就是光纤耦合技术。并行模块中，一般采用芯直径50/125μm的OM2/OM3多模带光纤阵列。而光源则采用发光面直径约7-9μm的GaAs垂直腔表面发光（VCSEL）激光器阵列，探测器(PD)阵列则采用接受面直径约60-70μm GaAs探测器阵列。由于受光面直径60-70μm大于光纤的芯直径，探测器芯片与光纤耦合比较容易。

主要技术难点是VCSEL激光器与光纤耦合问题。由于采用的是多模VCSEL激光器，发散角较大（发散角大约为26°），直接耦合的方法则需要精确的控制光纤与VCSEL激光器发光面的距离。比较常用的方法是有源主动耦合方法，即点亮VCSEL激光器，通过调整光纤端面与VCSEL激光器的距离，角度和位移来寻找最高耦合效率的位置。并行模块生产厂家一般不具备此能力，因此阻碍了并行光收发模块的研发与生产。

发明内容

为了推进并行模块的发展，本发明专利的目的就是克服这一问题，将45°光纤阵列与VCSEL激光器阵列耦合好，提供一种接口类似于传统光发射组件的并行光发射组件。

本发明公开了一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件，包括：带MT连接头的45°光纤阵列、陶瓷基板和VCSEL激光器阵列，陶瓷基板上有电极和焊盘，VCSEL激光器阵列粘接固定在陶瓷基板电极上，VCSEL激光器阵列芯片的焊盘通过金丝键合方式与陶瓷基板的焊盘相连接,带MT连接头的45°光纤阵列的45°光学反射面与VCSEL激光器阵列一一对准耦合，45°光纤阵列固定在基板上。

经固定后形成一个并行光发射组件，该组件提供有高速焊盘供用户接口使用，不需要用户重新耦合，从而将并行光模块细分为光组件部分和电路部分，光组件可以看做是并行光模块里的一个元件。

采用较小的焊盘与VCSEL激光器阵列的焊盘打线相连，引线极短，便于实现高速信号的传输。

优选的，本发明专利采用热特性和机械特性良好的陶瓷作为承载VCSEL激光器阵列的基板，并在陶瓷基板上刻蚀有电路,所述电路包括电极和焊盘，VCSEL激光器阵列通过导电银胶与电极粘接在一起。

以热学性能和机械性能良好的陶瓷作为承载VCSEL激光器阵列的载体，导热性能好、高频特性好、热膨胀系数小，便于与用户的高速电路板整合。

优选的，本发明专利采用的带MT连接头的45°光纤阵列包括标准MT接头、带纤和V槽，其中V槽未与标准MT接头连接的一端带纤的头部为剥成裸光纤并研磨成45°的光学反射面。

将光纤阵列研磨成45°反射镜实现光信号的90°转角，有利于解决垂直耦合带来的问题。

本发明公开了一种制造基于45°光纤阵列的并行光学发射组件的方法，包括以下步骤：

步骤一，提供一种带MT接头的45°光纤阵列，所述光纤阵列包括V槽，将所述V槽未与所述MT接头连接的一端的带纤的头部剥成裸光纤并研磨成45°的光学反射面；

步骤二，通过刻蚀在陶瓷基板上形成电极和焊盘；

步骤三，通过导电银胶将VCSEL激光器阵列粘贴在陶瓷基板的电极上；

步骤四，通过金丝键合的方式，用金丝将VCSEL激光器阵列芯片的焊盘与陶瓷基板的焊盘一一连接；

步骤五，通过探针引入驱动电流使得VCSEL激光器阵列发光；

步骤六，45°光纤阵列100的标准MT接头110与多通道功率计的接口相连；

步骤七，将45°光纤阵列放入6维调整架，使得光纤阵列的45°光学反射面位于VCSEL激光器阵列的上方；

步骤八，通过调整6维调整架改变45°光纤阵列的光学反射面与VCSEL激光器阵列的距离、角度和位移，同时通过多通道光功率计监测各通道的耦合效率；

步骤九，在达到最佳耦合效率时，将45°光纤阵列100与陶瓷基板101粘接在一起，点胶固化点胶固化。

本发明结构小巧，可根据用户需求嵌入用户的电路板，生产各种不同的并行光收发模块或者有源光缆。

附图说明

图1为带MT连接头的45°光纤阵列示意图；

图2为刻蚀了电极和焊盘的陶瓷基板示意图；

图3为粘接了VCSEL激光器阵列并金丝邦定的陶瓷基板示意图；

图4为基于45°光纤阵列的并行光学发射组件一个实施例的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、带MT接口的45°光纤阵列，110、标准MT接头，120、带纤，121、光纤阵列的45°光学反射面，130、V槽，200、陶瓷基板，210、陶瓷基底，220、电极，230、焊盘，201、粘接了VCSEL激光器阵列并金丝邦定的陶瓷基板，240、VCSEL激光器阵列，250、金丝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1、图2、图3、图4所示，其中，图4为基于45°光纤阵列的并行光学发射组件一个实施例的结构示意图，图1为所述实施例一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件中的带MT连接头45°光纤阵列示意图，图2为所述实施例一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件中的刻蚀有电极和焊盘的陶瓷基板示意图，图3为所述实施例一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件中的粘接了VCSEL激光器阵列并金丝邦定的陶瓷基板示意图。

在该实施例中，一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件包括带MT连接头45°光纤阵列100、陶瓷基板200和VCSEL激光器阵列240；所述的陶瓷基板200上有电极220和焊盘230，VCSEL激光器阵列240通过导电银胶粘接固定在陶瓷基板电极220上，VCSEL激光器阵列240芯片的焊盘通过金丝键合方式与陶瓷基板200上的焊盘230一一连接；

所述带MT连接头45°光纤阵列100包括标准MT接头110、带纤120、V槽130，其中V槽130未与标准MT接头110连接的一端带纤的头部为剥成裸光纤并研磨成45°的光学反射面；所述的45°光学反射面121与VCSEL激光器阵列240一一对准耦合，所述的带MT连接头45°光纤阵列100固定在所述基板200上。

本发明还公开了上述制造基于45°光纤阵列的并行光学发射组件的方法，包括以下步骤：

步骤一，如图1所示，提供一个带MT接口的45°光纤阵列100，该光纤阵列100包括标准MT接头110、带纤120、V槽130；其中所述的V槽未与标准MT接头110连接的一端的带纤的头部剥成裸光纤并研磨成45°的光学反射面。

步骤二，在图2所示的陶瓷基底210上刻蚀电极220和焊盘230，构成一个刻蚀了电极和焊盘的陶瓷基板200。

步骤三，在陶瓷基板200的电极上，涂覆导电银胶，将VCSEL激光器阵列粘贴在电极上并加热固化。这样，当VCSEL激光器阵列通电工作时，陶瓷基板具有很好的导热性，将VCSEL激光器阵列的热散发出去。在粘接VCSEL激光器阵列时，尽量保证VCSEL激光器阵列位于电极220的中央，并且与电极的边缘平行。另外，还需要保证VCSEL激光器阵列的发光面尽量与陶瓷基板200的表面平行。

步骤四，在第三步的基础上，通过金丝键合的方式，用金丝250将VCSEL激光器阵列芯片的焊盘与陶瓷基板200的焊盘230一一连接。这样就形成了一个粘接了VCSEL激光器阵列并金丝邦定的陶瓷基板201。

步骤五，将第四步制作的粘接了VCSEL激光器阵列并金丝邦定的陶瓷基板201放在一个光学平台上，尽量保证该陶瓷基板201的水平。

步骤六，将探针尖锐的一端与焊盘230接触，探针的另一端连接VCSEL激光器驱动芯片。给VCSEL激光器驱动芯片供电，驱动电流就通过探针导入VCSEL激光器阵列240而使其发光。

步骤七，将45°光纤阵列100的标准MT接头110与多通道功率计的接口相连。

步骤八，将45°光纤阵列100放入6维调整架，使得光纤阵列的45°光学反射面121位于VCSEL激光器阵列240的上方。

步骤九，调整6维调整架，改变光纤阵列45°光学反射面121与VCSEL激光器阵列240的距离、角度和位移，同时通过多通道光功率计监测各通道的耦合效率，在达到最佳耦合效率的情况下，将45°光纤阵列100与陶瓷基板101粘接在一起，点胶固化。

撤除探针，取下并行光发射组件，再固化而形成一个并行光发射组件，如图4所示。

这样制作而成的并行光发射组件具有两种接口，一种是与外界光接口互联互通的标准MT接头110；另外一种就是与用户驱动芯片相连的焊盘230。用户只需设计电路板，将VCSEL激光器驱动芯片的焊盘通过金丝键合的方式与并行光发射组件的焊盘230连接，即可研制并行光收发模块而不需考虑复杂的并行光通道的耦合，因而可以大大提高产品的研发和生产速度。

以上所述实施步骤和方法仅仅表达了本发明的一种实施方式，描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。在不脱离本发明专利构思的前提下，所作的变形和改进应当都属于本发明专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件，包括带MT连接头的45°光纤阵列、陶瓷基板和VCSEL激光器阵列，其特征在于：所述陶瓷基板上有电极和焊盘，所述VCSEL激光器阵列粘接固定在所述陶瓷基板电极上，所述VCSEL激光器阵列芯片的焊盘通过金丝键合方式与所述陶瓷基板的焊盘相连接，所述带MT连接头的45°光纤阵列的45°光学反射面与所述VCSEL激光器阵列一一对准耦合，所述带MT连接头的45°光纤阵列固定在所述陶瓷基板上。

2.根据权利要求1所述的并行光学发射组件，其特征在于：所述陶瓷基板包括陶瓷基底，所述陶瓷基底上刻蚀有电路，所述电路包括所述电极和焊盘，所述VCSEL激光器阵列通过导电银胶与所述的电极粘接在一起。

3.根据权利要求1所述的并行光学发射组件，其特征在于：所述带MT连接头的45°光纤阵列包括标准MT接头、带纤和V槽，其中V槽未与标准MT接头连接的一端带纤的头部为剥成裸光纤并研磨成45°的光学反射面。

4.一种制造基于45°光纤阵列的并行光学发射组件的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，提供一种带MT接头的45°光纤阵列，所述光纤阵列包括V槽，将所述V槽未与所述MT接头连接的一端的带纤的头部剥成裸光纤并研磨成45°的光学反射面；

步骤二，通过刻蚀在陶瓷基板上形成电极和焊盘；

步骤三，通过导电银胶将VCSEL激光器阵列粘贴在陶瓷基板的电极上；

步骤四，通过金丝键合的方式，用金丝将VCSEL激光器阵列芯片的焊盘与陶瓷基板的焊盘一一连接；

步骤五，通过探针引入驱动电流使得VCSEL激光器阵列发光；

步骤六，将45°光纤阵列的标准MT接头与多通道功率计的接口相连；

步骤七，将45°光纤阵列放入6维调整架，使得45°光纤阵列的45°光学反射面位于VCSEL激光器阵列的上方；

步骤八，通过调整6维调整架改变45°光纤阵列的光学反射面与VCSEL激光器阵列的距离、角度和位移，同时通过多通道光功率计监测各通道的耦合效率；

步骤九，在达到最佳耦合效率时，将45°光纤阵列与陶瓷基板粘接在一起，点胶固化。

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