CN112965183A - 一种硅光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到光通信领域，尤其涉及一种硅光模块。包括：多个激光组件，设置在电路板组件上，发出多个相同波长的激光；一硅光芯片，与激光组件连接，用于接收激光并进行分路调制处理，生成多路的调制光信号；一光纤组件，设置在电路板组件外，用于将调制光信号输出至硅光模块外部，以及接收硅光模块外部的外部光信号；一光探测器组件，与光纤组件连接，用于接收外部光信号并进行光电转换，生成对应的外部电信号。本发明的技术方案有益效果在于：提供一种硅光模块，不仅能够基于成熟工艺设计，缩短开发周期，降低经济成本，易于大批量生产，还能够基于分散化布局思路，使发热器件分开布局，更有利于整个模块散热。
Description
技术领域
本发明涉及到光通信领域，尤其涉及一种硅光模块。
背景技术
随着光通信的发展，光模块的速率和集成度越来越高，相应地，光模块的散热要求也越来越高。硅光具有低功耗、高集成的特点，其规模商业化能够大大降低集成电路的成本。采用硅光芯片实现光电转换功能已经成为高速光模块采用的一种主流方案。
在硅光光模块中，硅光芯片设置在电路板组件表面，通过打线与电路板组件实现电连接；硅光芯片在其表面设置有光口，通过光纤带与光模块的光接口连接，实现光信号进出硅光芯片，由于硅光芯片采用的硅材料不是理想的激光芯片发光材料，不能在硅光芯片制作过程集成发光单元，所以硅光芯片需要由外部激光器提供光源。
然而，现有的一种光模块，将激光盒设置在硅光芯片表面，光纤带与硅光芯片表面耦合，激光盒与硅光芯片上下设置散热差，光纤带需采用90°FA，制作工艺过于复杂，还提高了经济成本。
发明内容
针对现有技术中的问题，现提供一种硅光模块，包括：
多个激光组件，设置在所述电路板组件上，用于发出多个相同波长的激光；
一硅光芯片，设置在所述电路板组件上并与所述激光组件连接，用于接收激光并进行分路调制处理，生成多路的调制光信号；
一光纤组件，设置在所述电路板组件上并分别连接所述硅光芯片和所述激光组件，用于将所述调制光信号输出至硅光模块外部，以及接收所述硅光模块外部的外部光信号；
一光探测器组件，设置在所述电路板组件上并与所述光纤组件连接，用于接收所述外部光信号并进行光电转换，生成对应的外部电信号。
优选的，每个所述激光组件均包括：
一激光器，用于发出激光；
一透镜，用于接收所述激光器发出的激光并进行汇聚；
一隔离器，用于接收所述透镜汇聚的激光，并输入所述硅光芯片。
优选的，每个所述激光组件中的所述激光器发出相同波长的激光。
优选的，所述硅光芯片中包括：
多个输入光口，用于接收所述激光组件输出的激光；
光分路器，连接所述输入光口，用于对激光进行分路；
调制器，连接所述光分路器，用于接收所述光分路器分路后的激光，并进行调制处理，以生成多路的所述调制光信号；
一输出光口组，连接所述调制器，用于将多路的所述调制光信号输出至所述光纤组件。
优选的，多个所述输入光口，分别设置在所述输出光口组的两侧。
优选的，还包括：
多根连接光纤，所述连接光纤的一端耦合所述激光组件，所述连接光纤的另一端耦合所述硅光芯片的输入光口，用于将所述激光组件输出的激光传输至所述硅光芯片。
优选的，所述光纤组件包括：
第一光纤组，与所述硅光芯片连接，用于接收多路的所述调制光信号；
光纤头，与所述第一光纤组连接，用于将所述调制光信号输出至所述硅光模块的外部，以及接收所述硅光模块外部的外部光信号；
第二光纤组，与所述光纤头连接，用于接收所述外部光信号并输出至所述光探测器组件。
优选的，所述光探测器组件包括：
多个光探测器，用于对所述外部光信号进行光电转换，得到对应于所述外部光信号的所述外部电信号。
优选的，所述电路板组件上包括：
一热沉，所述硅光芯片和所述激光组件设置在所述热沉上，所述热沉用于对所述硅光芯片和所述激光组件散热。
优选的，还包括一上外壳和一下外壳；
所述上外壳和所述下外壳互相卡合，用于罩住所述电路板组件、设置在所述电路板组件上的所述硅光芯片、所述激光组件、所述光探测器组件以及所述光纤组件。
本发明的技术方案有益效果在于：本发明提供一种硅光模块，不仅能够基于成熟工艺设计，缩短开发周期，降低经济成本，易于大批量生产，还能够基于分散化布局思路，使发热器件分开布局，更有利于整个模块散热。
附图说明
图1为本发明优选实施方式中，一种硅光模块的整体结构示意图；
图2为本发明优选实施方式中，硅光芯片的结构示意图；
图3为本发明一优选实施方式中，去除外壳的一种硅光模块的结构示意图；
图4为本发明另一优选实施方式中，去除外壳的一种硅光模块的结构示意图。
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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明提供的一种适用于400G DR4光模块的硅光模块，可以如图1所示，包括：外壳10、硅光芯片20、两个激光组件30、光纤组件40、光探测器组件50、电路板组件60。
其中，硅光芯片20、两个激光组件30、光纤组件40、光探测器组件50之间的信号传输以及位置分布可以如下所述：
两个激光组件30，设置在电路板组件60上，用于发出多个相同波长的激光；
一硅光芯片20，设置在电路板组件60上并与激光组件30连接，用于接收激光并进行分路调制处理，生成多路的调制光信号；
一光纤组件40，设置在电路板组件60上并分别连接硅光芯片20和激光组件30，用于将调制光信号输出至硅光模块外部，以及接收硅光模块外部的外部光信号；
一光探测器组件50，设置在电路板组件60上并与光纤组件40连接，用于接收外部光信号并进行光电转换，生成对应的外部电信号。
可以如图3所示，本发明优选的实施方式中，硅光模块可以包括两个激光组件30，其中每个激光组件30均可以包括：
一激光器301，用于发出激光；
一透镜302，用于接收激光器301发出的激光并进行汇聚；
一隔离器303，用于接收透镜302汇聚的激光，并输入硅光芯片20。
本发明优选的实施方式中，每个激光组件30中的激光器301发出相同波长的激光。
也就是说，本发明中的两个激光组件30中的两个激光器301发出两路相同波长的激光，激光通过透镜302汇聚，汇聚后的激光通过隔离器303，汇聚后的激光可以通过下述的输入光口201和输入光口202进入硅光芯片20。相同波长的激光进入硅光芯片20后进行分路和调制变为多路调制光信号，多路调制光信号可以从硅光芯片20中的输出光口组203输出。
进一步地，激光组件30还包括外封壳304，激光器301、透镜302和隔离器303封装在外封壳304内部，外封壳304可以是气密封装，气密封装可以提高激光组件30的可靠性。激光组件30可以采用传统TO工艺封装，比如TO56、TO38或者TO33标准封装。激光组件30与电路板组件60通过导体有电路连通。
需要说明的是，激光组件30还可以根据实际需求加入耦合透镜、背光探测器等器件。
本发明优选的实施方式中，如图2所示，硅光芯片20可以包括两个输入光口201和202、一个输出光口组203、光分路器204和四个调制器205。
其中，两个输入光口201和202、一个输出光口组203、光分路器204和调制器205之间的连接关系、信号传输关系以及对应的功能可以如下所述：
两个输入光口201和202，用于接收激光组件30输出的激光；
两个光分路器204，连接输入光口201和202，用于对激光进行分路；
四个调制器205，连接光分路器204，用于接收光分路器分路后的激光，并进行调制处理，以生成多路的调制光信号；
一输出光口组203，连接调制器205，用于将多路的调制光信号输出至光纤组件40。
进一步地，两个输入光口201和202，可以分别设置在输出光口组203的两侧。
具体地，输入光口201和输入光口202可以分别接收两个激光组件30输入至硅光芯片20的光信号，两个光分路器204可以均为一分二光分路器，对输入光口201和202接收的相同波长的激光进行分路，四个调制器205可以均对分路后的激光进行调制，以生成四路调制光信号，相应地，输出光口组203中可以包括四路输出光口，以将调制光信号传输至光纤组件40。基于上述所述，本发明中的硅光芯片20可以采用Mach–Zehnder结构的硅光调制器。
进一步地，本发明采用的硅光芯片20可以为矩形，也可以为其他形状，在实际设计中，当硅光芯片20为矩形时，可以将有输入光口201、输入光口202和输出光口组203均设置在硅光芯片20的其中一边侧面，硅光芯片20的其他三个边可以设置多个芯片电口206，芯片电口206通过导体与电路板组件60连通，实现数据信号互传、通电和接地。
可以如图2和3所示，本发明优选的实施方式中，第一光纤组402与硅光芯片20中的输出光口组203耦合；和/或
第二光纤组403与光探测器组件50耦合。
本发明优选的实施方式中，如图3所示，光纤组件40可以包括光纤头401、第一光纤组402和第二光纤组403。其中，光纤头401、第一光纤组402和第二光纤组403之间的连接关系、信号传输关系以及对应的功能可以如下所述：
第一光纤组402，与硅光芯片20连接，用于接收多路的调制光信号；
光纤头401，与第一光纤组402连接，用于将调制光信号输出至硅光模块的外部，以及接收硅光模块外部的外部光信号；
第二光纤组403，与光纤头401连接，用于接收外部光信号并输出至光探测器组件50。
具体地，光纤头401为硅光模块对外通信的光学接口，实现与外部设备的对接进行光信号的输出和输入。光纤组件40设置有第一光纤组402，硅光芯片20的输出光口组203与第一光纤组402耦合，多路调制光信号从硅光芯片20的输出光口组203输出，光口组203输出多路调制光信号进入第一光纤组402，多路调制光信号进一步通过光纤头401输出到外部设备。光纤组件40还设置有第二光纤组403。外部设备的光信号通过头401输入光纤组件40。
需要注意的是，本发明的光纤组件40可以采用MPO光纤组件。
本发明优选的实施方式中，光探测器组件50包括：
多个光探测器，用于对外部光信号进行光电转换，得到对应于外部光信号的外部电信号。
具体地，可以如图3所示，光探测器组件50上设置有4个光探测器，光探测器可以将光信号转化为电信号，光纤组件40中设置有第二光纤组403，第二光纤组403与光探测器组件50耦合。外部设备的光信号通过光纤头401输入光纤组件40，光信号进一步通过第二光纤组403，光信号从第二光纤组403输出到光探测器组件50，光探测器组件50接收从第二光纤组403输出的光信号，光探测器组件50将接收到的光信号转化为电信号输入到电路板组件60。
本发明优选的实施方式中，电路板组件60上包括：
一热沉，硅光芯片20和激光组件30设置在热沉上，热沉用于对硅光芯片20和激光组件30散热。
具体地，于实际设计中，热沉601优选高导热系数、低膨胀系数的材料，比如钨铜或氮化铝等材料。热沉601通过粘接或者焊接与电路板组件60固定。硅光芯片20和激光组件30固定在热沉601上，硅光芯片20和激光组件30产生的热量通过热沉601散热，热沉601反面与外壳10接触进一步将热量导出。
本发明优选的实施方式中，电路板组件60上还包括：
模块电口，用于与硅光模块外部的设备进行电连接，以进行数据传输。
进一步地，电路板组件60还设置有Driver、TIA、DSP、MCU等电芯片以及金手指，金手指是硅光模块的模块电口，模块电口可以与外部设备实现电路连接，实现数据信号互传、通电和接地的功能。
可以如图1所示，本发明优选的实施方式中，外壳10中可以包括一上外壳101和一下外壳102；
上外壳101和下外壳102互相卡合，用于罩住电路板组件60、设置在电路板组件60上的硅光芯片20、激光组件30、光探测器组件50以及光纤组件40。
可以如图4所示，本发明优选的实施方式中，还包括：
多根连接光纤70，连接光纤70的一端耦合激光组件30，连接光纤70的另一端耦合硅光芯片20的输入光口201和202，用于将激光组件30输出的激光传输至硅光芯片20。
也就是说，本发明的硅光模块一共可以包括外壳10、硅光芯片20、两个激光组件30、光纤组件40、光探测器组件50、电路板组件60和两个连接光纤70，两个激光组件30分别与两个连接光纤70一端耦合，两个连接光纤70的另一端分别与硅光芯片20的输入光口201和输入光口202耦合。两个激光器301发出相同波长的激光，激光通过透镜302汇聚，汇聚后的激光通过隔离器303，汇聚后的激光输入连接光纤70，激光通过连接光纤70从输入光口201和输入光口202进入硅光芯片20。相同波长的激光进入硅光芯片20后进行分路和调制变为多路调制光信号，多路调制光信号从硅光芯片20的输出光口组203输出。
基于上述所述可见，本发明可以提供一种硅光模块，硅光芯片采用成熟工艺设计，开发周期短且易于大批量生产。激光组件、电路板及其相关的光电组件都可以在国产化的供应链中设计和选型，极大的降低了整个模块的成本。本发明提供的一种硅光模块结构设计采用分散化布局思路，使发热器件分开布局，更有利于整个模块散热。本发明提供的一种硅光模块适用于400GDR4光模块。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种硅光模块，其特征在于，包括：
多个激光组件，设置在所述电路板组件上，用于发出多个相同波长的激光；
一硅光芯片，设置在所述电路板组件上并与所述激光组件连接，用于接收激光并进行分路调制处理，生成多路的调制光信号；
一光纤组件，设置在所述电路板组件上并分别连接所述硅光芯片和所述激光组件，用于将所述调制光信号输出至硅光模块外部，以及接收所述硅光模块外部的外部光信号；
一光探测器组件，设置在所述电路板组件上并与所述光纤组件连接，用于接收所述外部光信号并进行光电转换，生成对应的外部电信号。
2.根据权利要求1所述的一种硅光模块，其特征在于，每个所述激光组件均包括：
一激光器，用于发出激光；
一透镜，用于接收所述激光器发出的激光并进行汇聚；
一隔离器，用于接收所述透镜汇聚的激光，并输入所述硅光芯片。
3.根据权利要求1所述的一种硅光模块，其特征在于，每个所述激光组件中的所述激光器发出相同波长的激光。
4.根据权利要求1所述的一种硅光模块，其特征在于，所述硅光芯片中包括：
多个输入光口，用于接收所述激光组件输出的激光；
光分路器，连接所述输入光口，用于对激光进行分路；
调制器，连接所述光分路器，用于接收所述光分路器分路后的激光，并进行调制处理，以生成多路的所述调制光信号；
一输出光口组，连接所述调制器，用于将多路的所述调制光信号输出至所述光纤组件。
5.根据权利要求4所述的一种硅光模块，其特征在于，多个所述输入光口，分别设置在所述输出光口组的两侧。
6.根据权利要求1所述的一种硅光模块，其特征在于，还包括：
多根连接光纤，所述连接光纤的一端耦合所述激光组件，所述连接光纤的另一端耦合所述硅光芯片的输入光口，用于将所述激光组件输出的激光传输至所述硅光芯片。
7.根据权利要求1所述的一种硅光模块，其特征在于，所述光纤组件包括：
第一光纤组，与所述硅光芯片连接，用于接收多路的所述调制光信号；
光纤头，与所述第一光纤组连接，用于将所述调制光信号输出至所述硅光模块的外部，以及接收所述硅光模块外部的外部光信号；
第二光纤组，与所述光纤头连接，用于接收所述外部光信号并输出至所述光探测器组件。
8.根据权利要求1所述的一种硅光模块，其特征在于，所述光探测器组件包括：
多个光探测器，用于对所述外部光信号进行光电转换，得到对应于所述外部光信号的所述外部电信号。
9.根据权利要求1所述的一种硅光模块，其特征在于，所述电路板组件上包括：
一热沉，所述硅光芯片和所述激光组件设置在所述热沉上，所述热沉用于对所述硅光芯片和所述激光组件散热。
10.根据权利要求1所述的一种硅光模块，其特征在于，还包括一上外壳和一下外壳；
所述上外壳和所述下外壳互相卡合，用于罩住所述电路板组件、设置在所述电路板组件上的所述硅光芯片、所述激光组件、所述光探测器组件以及所述光纤组件。
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