CN105388572B - 光互连模块 - Google Patents

Abstract

本发明一实施例提供的一种光互连模块包括：第一载板、第二载板、第三载板、光发射模块、至少一个光探测模块和分束模块。至少一个光探测模块设置在第一载板表面，分束模块设置在第二载板表面，光发射模块设置在第三载板表面，第二载板和第三载板设置在第一载板上方，第二载板表面设有至少一个光学通孔。分束模块位于光发射模块和外接光纤之间，用于将光发射模块发出的上行光信号传输给外接光纤，以及将来自外接光纤的至少一个下行光信号分别通过光学通孔传输给光探测模块。本发明实施例解决了现有光互连产品的光学链路要依赖亚封装实现集成装配问题。

Description

光互连模块

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种光互连模块。

背景技术

随着带宽需求的不断增长，无源光网络(PON)技术已经成为目前全球各个电信运营商关注的热门技术之一，也是运营商实施“宽带提速”、“光进铜退”工程的技术基础。

GPON(Gigabit-Capable PON)技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术，与之并列的还有EPON\BPON。不管是采用上述哪一类无源光网络技术，实现光互连产品的核心在于构建一种单纤双向收发框架。所述双向指的是，在***中上行和下行的传输光波长是两种，例如1310nm和1490nm，或者1310nm和1550nm。具体选择何种波长来实现上下行的数据传输，取决于具体的***链路以及数据带宽的要求。但是具有普适需求的是，这类产品通常均为单模光学传输***，对于单模光纤传输***，由于单模光学链路中，发光模斑、光纤芯径尺寸都比较小，耦合难度大，工艺要求高，目前比较常见的方案，是采用亚封装的形式实现集成装配，先将发射端和接收端分别采用气密封装，例如TOSA和ROSA的形式，然后将发射端和接收端的亚封装体组装在收发器里面，再配合***匹配电路实现整个产品。然而，亚封装所采用的封装材料会牺牲光学器件的部分性能，而且会增加成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光互连模块，解决了现有技术中光互连产品中的光学链路要依赖亚封装实现集成装配问题。

本发明一实施例提供的一种光互连模块包括：第一载板、第二载板、第三载板、光发射模块、至少一个光探测模块和分束模块；

其中，所述至少一个光探测模块设置在所述第一载板表面，所述分束模块设置在所述第二载板表面，所述光发射模块设置在所述第三载板表面，所述第二载板和所述第三载板设置在所述第一载板上方，所述第二载板表面设有至少一个光学通孔；

其中，所述分束模块位于所述光发射模块和外接光纤之间，用于将所述光发射模块发出的上行光信号传输给所述外接光纤，以及将来自所述外接光纤的至少一个下行光信号分别通过一个所述光学通孔传输给一个所述光探测模块。

进一步地，所述光互连模块进一步包括：

至少一个透镜，设置在所述第二载板表面；其中每个所述透镜与一个所述光学通孔光学对准，用于汇聚来自所述分束模块的一个下行光信号。

进一步地，所述至少一个透镜为球形透镜，所述至少一个光学通孔的孔壁呈锥形。

进一步地，所述分束模块包括：

至少一个抗反射膜，用于使得所述光发射模块发出的上行光信号通过，并将来自所述外接光纤的至少一个下行光信号分别反射至所述光束转向棱镜；以及，

光束转向棱镜，用于将所述至少一个下行光信号分别转向至一个所述光学通孔。

进一步地，所述光互连模块进一步包括：至少一组定位槽，其中的每组定位槽包括位置相对的上定位槽和下定位槽，所述上定位槽位于第二载板下表面，所述下定位槽位于第一载板上表面；以及，

至少一个定位隔离器，其中的每个定位隔离器设置在所述第一载板和第二载板之间，用于与一个所述上定位槽和一个所述下定位槽适配。

进一步地，所述上定位槽和所述下定位槽的槽壁呈锥形，所述定位隔离器为球形。

进一步地，所述光互连模块进一步包括：

垫片，设置于所述第三载板和所述第一载板之间，用于调整所述第三载板上所述光发射模块的高度。

进一步地，所述光互连模块进一步包括：

第一光学耦合块，设置于所述光发射模块和所述分束模块之间；和/或，

第二光学耦合块，设置于所述分束模块和所述外接光纤之间。

进一步地，所述第一光学耦合块和/或第二光学耦合块所采用的耦合元件为透镜或折射率渐变的光纤；和/或，

所述第一光学耦合块和/或第二光学耦合块采用光学胶体与所述分束模块胶合在一起。

进一步地，所述光互连模块进一步包括：

监控探测模块，设置在所述第三载板上，用于对所述光发射模块发出的光信号进行功率监测。

本发明实施例提供的一种光互连模块，利用三个载板来分别搭载光互连模块中的光发射模块、光探测模块和分束模块，并通过该三个载板的集成形成了包括光发射端和光探测端的完整光学链路，避免了亚封装工艺对光学器件的性能影响。此外，由于采用载板集成技术形成了亚装配体，更有利于实现整个产品的小型化。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的一种光互连模块的结构示意图。

图2所示为本发明另一实施例提供的一种光互连模块的结构示意图。

图3所示为本发明另一实施例提供的一种光互连模块中分束模块的结构示意图。

图4所示为本发明另一实施例提供的一种光互连模块的结构俯视图。

图5所示为图4所示的光互连模块的结构侧视图。

图6所示为本发明一实施例提供的一种光互连模块中第一光学耦合块的结构示意图。

图7所示为本发明一实施例提供的一种光互连模块中第二光学耦合块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明一实施例提供的一种光互连模块的结构示意图。如图1所示，该光互连模块包括：第一载板1、第二载板2、第三载板3、光发射模块、至少一个光探测模块和分束模块6。其中的光发射模块可具体包括一个激光器41(例如发射光波长为1310nm的分布式反馈激光器)和与该激光器41连接的激光器驱动芯片42，光探测模块可具体包括一个光电探测器51和一个与该光电探测器51连接的跨阻放大芯片52。

至少一个光探测模块设置在第一载板1表面，分束模块6设置在第二载板2表面，光发射模块设置在第三载板3表面，第二载板2和第三载板3设置在第一载板1上方，第二载板2表面设有至少一个光学通孔21。分束模块6位于光发射模块和外接光纤7之间，用于将光发射模块发出的上行光信号传输给外接光纤7，以及将来自外接光纤7的至少一个下行光信号分别通过一个光学通孔21传输给一个光探测模块。

基于以上结构，该光互连模块中光学链路的实现过程可为：在第三载板3上激光器驱动芯片42的驱动下，激光器41发出上行光信号，并通过分束模块6传输给外接光纤7；而对于来自外接光纤7的下行光信号，则被分束模块6转向至一个光学通孔21，并进一步通过该光学通孔21传输各一个光探测模块，光探测模块中的光电探测器51将光信号转换为电信号后，跨阻放大芯片52将该电信号放大并解码。

应当理解，外接光纤7可能会返回多个波长不同的下行光信号，其中的每个下行光信号都对应一个第二载板2上的光学通孔21和一个第一载板1上的光探测模块，因此本发明对下行光信号、光学通孔21和光探测模块的数量均不做限定。

由此可见，本发明实施例是利用三个载板来分别搭载光互连模块中的光发射模块、光探测模块和分束模块6，并通过该三个载板的集成形成了包括光发射端和光探测端的完整光学链路，避免了亚封装工艺对光学器件的性能影响。此外，由于采用载板集成技术形成了亚装配体，更有利于实现整个产品的小型化。

在本发明一实施例中，由于第一载板1负责为整个光互连模块提供刚性支撑，因此可采用陶瓷或玻璃材料制成。

在本发明一实施例中，如图2所示，当需要对光发射模块发出的光信号进行功率监测时，在第三载板3上可进一步设置一个监控探测模块，该监控探测模块也可包括一个光电探测器51和一个与该光电探测器51连接的跨阻放大芯片52。

在本发明一实施例中，为了提高下行光信号与光探测模块之间的耦合度，可在第二载板2表面进一步设置至少一个透镜22。其中的每个透镜22与一个光学通孔21光学对准，用于汇聚来自分束模块6的一个下行光信号。在一进一步实施例中，如图2所示，其中的透镜22为球形，对应的光学通孔21的孔壁呈锥形，以实现对该球形透镜22的定位和拿持。锥型光学通孔21在三维空间x轴、y轴和z轴方向上的定位精度可分别为±5um。由于球形和锥形孔的适配比较容易，这样可进一步降低第一载板1与第二载板2之间的装配难度。

在本发明另一实施例中，由于来自光发射模块的上行光信号与来自外接光纤7的下行光信号的波长不同，分束模块6可通过抗反射膜来实现上行光信号和下行光信号的区分转向，并利用一个光束转向棱镜61实现下行光信号的进一步转向。具体而言，该分束模块可包括至少一个抗反射膜和光束转向棱镜61，其中的每个抗反射膜可使得上行光信号(例如波长为1310nm)通过，并将来自外接光纤7的一个下行光信号分别反射至光束转向棱镜61，光束转向棱镜61则将该下行光信号进一步转向至一个光学通孔21。例如，如图3所示，当来自外接光纤7的下行光信号有两束，波长分别为1490nm和1550nm时，该分束模块中可包括两个抗反射膜，分别将该两束下行光信号反射至光束转向棱镜61，再通过该光束转向棱镜61转向至各自对应的光学通孔21。应当理解，由于来自外接光纤7的下行光信号可能不止一束，分束模块6中可包括多个抗反射膜，本发明对抗反射膜的数量并不做限定。

在本发明一实施例中，该光互连模块还可进一步包括：垫片8。如图2所示，垫片8设置于第三载板3和第一载板1之间，用于调整第三载板3上光发射模块的高度。这样当光发射模块的高度需要调整时，仅需更换不同厚度的垫片8即可，而不用重新制备集成有光发射模块的第三载板3，由此实现更灵活的装配。

图4所示为本发明另一实施例提供的一种光互连模块的结构俯视图。图5所示为图4所示的光互连模块的结构侧视图。如图4和图5所示，该光互连模块进一步包括：至少一组定位槽以及至少一个定位隔离器11。

其中的每组定位槽包括位置相对的上定位槽12和下定位槽13，上定位槽12位于第二载板2下表面，下定位槽13位于第一载板1上表面；其中的每个定位隔离器11设置在第一载板1和第二载板2之间，用于与一个上定位槽12和一个下定位槽13适配。这样在实现第一载板1和第二载板2之间的装配时，直接将每个定位隔离器11与对应的上定位槽12和下定位槽13对准嵌入即可实现对准装配，降低了装配难度。在一进一步实施例中，上定位槽12和下定位槽13的槽壁呈锥形，定位隔离器11为球形。由于球形和锥形孔的适配比较容易，第一载板1与第二载板2之间的装配难度得以进一步降低。应当理解，定位隔离器11和上/下定位槽13的数量和设置位置可根据载板的具体形状以及第一载板1/第二载板2上已集成的光学器件而灵活调整，本发明对此不做限定。

在本发明一实施例中，为了提高来自光发射模块的上行光信号与分束模块6之间的耦合度，提高对准容差，在光发射模块和分束模块6之间还可进一步设置一个第一光学耦合块91。同理，在分束模块6和外接光纤7之间也可进一步设置一个第二光学耦合块92。该第一光学耦合块91和第二光学耦合块92可分别采用光学胶体与分束模块6胶合在一起，光学胶体的折射率需与上行光信号或下行光信号相匹配，或在胶合的过程中添加折射率匹配液。此外，该第一光学耦合块91和第二光学耦合块92中耦合元件93的具体实现形式可为透镜或折射率渐变的光纤，本发明对耦合元件93的具体实现形式不做限定。在一进一步实施例中，该耦合元件93可固定在一个V型槽块中。如图6所示为第一光学耦合块91中的V型槽块的结构示意图，该V型槽块包括至少一个V型槽形状的通道94，每个通道94内可设置一个耦合元件93(透镜或折射率渐变的光纤)。同样地，第二光学耦合块92中的V型槽块的结构可如图7所示。应当理解，V型槽块中通道94的数量、耦合元件93的数量可根据所传输的光信号数量或外接光纤的数量而定，本发明对一个V型槽块中通道94的数量以及一个光学耦合块中耦合元件93的数量均不做限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光互连模块，其特征在于，包括：第一载板、第二载板、第三载板、光发射模块、至少一个光探测模块和分束模块；

其中，所述至少一个光探测模块设置在所述第一载板表面，所述分束模块设置在所述第二载板表面，所述光发射模块设置在所述第三载板表面，所述第二载板和所述第三载板设置在所述第一载板上方，所述第二载板表面设有至少一个光学通孔；

其中，所述分束模块位于所述光发射模块和外接光纤之间，用于将所述光发射模块发出的上行光信号传输给所述外接光纤，以及将来自所述外接光纤的至少一个下行光信号分别通过一个所述光学通孔传输给一个所述光探测模块。

2.根据权利要求1所述的光互连模块，其特征在于，进一步包括：

至少一个透镜，设置在所述第二载板表面；其中每个所述透镜与一个所述光学通孔光学对准，用于汇聚来自所述分束模块的一个下行光信号。

3.根据权利要求2所述的光互连模块，其特征在于，所述至少一个透镜为球形透镜，所述至少一个光学通孔的孔壁呈锥形。

4.根据权利要求1所述的光互连模块，其特征在于，所述分束模块包括：至少一个抗反射膜和光束转向棱镜，

所述至少一个抗反射膜，用于使得所述光发射模块发出的上行光信号通过，并将来自所述外接光纤的至少一个下行光信号分别反射至所述光束转向棱镜；

所述光束转向棱镜，用于将所述至少一个下行光信号分别转向至少一个所述光学通孔。

5.根据权利要求1所述的光互连模块，其特征在于，进一步包括：至少一组定位槽，其中的每组定位槽包括位置相对的上定位槽和下定位槽，所述上定位槽位于第二载板下表面，所述下定位槽位于第一载板上表面；以及，

至少一个定位隔离器，其中的每个定位隔离器设置在所述第一载板和第二载板之间，用于与一个所述上定位槽和一个所述下定位槽适配。

6.根据权利要求5所述的光互连模块，其特征在于，所述上定位槽和所述下定位槽的槽壁呈锥形，所述定位隔离器为球形。

7.根据权利要求1所述的光互连模块，其特征在于，进一步包括：

垫片，设置于所述第三载板和所述第一载板之间，用于调整所述第三载板上所述光发射模块的高度。

8.根据权利要求1所述的光互连模块，其特征在于，进一步包括：

第一光学耦合块，设置于所述光发射模块和所述分束模块之间；和/或，

第二光学耦合块，设置于所述分束模块和所述外接光纤之间。

9.根据权利要求8所述的光互连模块，其特征在于，所述第一光学耦合块和/或第二光学耦合块所采用的耦合元件为透镜或折射率渐变的光纤；和/或，

所述第一光学耦合块和/或第二光学耦合块采用光学胶体与所述分束模块胶合在一起。

10.根据权利要求1至9中任一所述的光互连模块，其特征在于，进一步包括：

监控探测模块，设置在所述第三载板上，用于对所述光发射模块发出的光信号进行功率监测。