CN112987202A - 光耦合组件、光通信装置及光耦合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信设备技术领域，提供一种光耦合组件、光通信装置及光耦合方法，光耦合组件包括具有安装面的基体，具有承载面的承载体，以及具有光端口的光电转换芯片，基体的安装面上设有光纤固定座，光纤固定座具有供光纤朝光电转换芯片的方向伸出的伸出端口，承载体设于基体的安装面上且承载体的承载面与基体的安装面相互垂直设置，光电转换芯片设于承载体的承载面上且光电转换芯片的光端口与光纤固定座的伸出端口相对设置，上述光耦合组件无需额外设置透镜，而且采用了无源对准方式实现光纤与光电转换芯片之间的光耦合，光耦合过程简单，有效降低光通讯装置的生产成本及减小光通讯装置的体积。

Description

光耦合组件、光通信装置及光耦合方法

技术领域

本发明涉及光通信设备技术领域，尤其提供一种光耦合组件、光通信装置及光耦合方法。

背景技术

随着光通信技术和应用的迅猛发展，对各种光通讯装置的数据传输速率和传输容量要求越来越高。

目前，基于垂直腔面发射激光器VCSEL和光电探测二极管PIN的光模块因其低成本高集成的优点，在短距互联光通讯中得到广泛应用。其中，所用到的耦合技术主要是通过透镜对光纤与光电转换芯片之间的光路进行90°转折实现耦合，但是，由于透镜的制造成本高，而且透镜与光电转换芯片之间的耦合方式一般为有源耦合，耦合对准过程繁琐，导致光通讯装置的生产成本大幅增加，另外，透镜会大量占用光通讯装置的内部安装空间，导致光通讯装置的体积增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光耦合组件、光通讯装置及光耦合方法，旨在解决现有的光通讯装置的生产成本高且体积大的技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种光耦合组件，包括具有安装面的基体，具有承载面的承载体，以及具有光端口的光电转换芯片，所述基体的所述安装面上设有光纤固定座，所述光纤固定座具有供光纤朝所述光电转换芯片的方向伸出的伸出端口，所述承载体设于所述基体的所述安装面上且所述承载体的所述承载面与所述基体的所述安装面相互垂直设置，所述光电转换芯片设于所述承载体的所述承载面上且所述光电转换芯片的所述光端口与所述光纤固定座的所述伸出端口相对设置。

本发明提供的光耦合组件至少具有以下有益效果：将光电转换芯片设于承载体的承载面后，将承载体置于基体的安装面上且使承载面与安装面相互垂直，采用光学显微镜观察光电转换芯片的光端口和光纤固定座的伸出端口且移动承载体，直至光端口与伸出端口对准，将光纤固定在光纤固定座上且光纤的一端经伸出端口朝光电转换芯片的方向伸出，这样，无需采用透镜对光纤与光电转换芯片之间的光路进行90°转折即可实现光纤与光电转换芯片之间的光耦合，有效降低光通讯装置的生产成本以及减小光通讯装置的体积，而且采用了无源对准方式实现光纤与光电转换芯片之间的光耦合，光耦合过程简单，可进一步降低光通讯装置的生产成本。

在其中一实施例中，所述基体的所述安装面上开设有用于容置所述承载体的活动槽，所述活动槽的延伸方向与所述光电转换芯片的所述光端口的朝向相垂直，当所述承载体置于所述活动槽时，所述光电转换芯片的所述光端口与所述光纤固定座的所述伸出端口处于同一水平面上。

在其中一实施例中，所述承载体与所述活动槽的槽面之间设有第一导热层。

在其中一实施例中，所述光纤固定座包括设于所述基体的所述安装面上的座体，所述座体上开设有具有所述伸出端口且用于容置所述光纤的固定槽。

在其中一实施例中，所述固定槽的横截面呈V型结构。

在其中一实施例中，所述光纤固定座还包括盖体，所述盖体盖设于所述座体上以将所述光纤固定在所述固定槽内。

在其中一实施例中，所述承载体为陶瓷承载体、硅承载体或氮化铝承载体。

在其中一实施例中，所述基体为硅基体、陶瓷基体或氮化铝基体。

为实现上述目的，本发明还提供一种光通信装置，包括电路板，光纤，集成于所述电路板上的信号控制芯片，以及上述光耦合组件，所述电路板设于所述基体的所述安装面上，所述光纤固定地设于所述光耦合组件的基体的光纤固定座上且所述光纤的一端经所述光纤固定座的伸出端口朝所述光耦合组件的光电转换芯片的方向伸出，所述信号控制芯片与所述光电转换芯片电性连接。

由于上述光通信装置采用了上述光耦合组件的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在其中一实施例中，所述光耦合组件的承载体上设有相互电性连接的第一焊盘和第二焊盘，所述光电转换芯片与所述第一焊盘电性连接，所述信号控制芯片与所述第二焊盘电性连接。

为实现上述目的，本发明还提供一种上述光耦合组件的光耦合方法，包括以下步骤：

将光电转换芯片设于承载体的承载面上；

将所述承载体置于基体的安装面上且使所述承载面与所述安装面相互垂直；

观察所述光电转换芯片的光端口和光纤固定座的伸出端口且移动所述承载体，直至所述光端口与所述伸出端口对准；

将所述承载体固定在所述基体的所述安装面上。

由于上述光耦合方法采用了上述光耦合组件的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在其中一实施例中，采用光学显微镜观对所述光电转换芯片的所述光端口和光纤固定座的所述伸出端口进行观察。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光通信装置的结构示意图；

图2为图1所示光通信装置中的光耦合组件的结构示意图；

图3为图2所示光耦合组件的左视图；

图4为图3所示光耦合组件的A-A向剖视图；

图5为图2所示光耦合组件中的光电转换芯片的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的光耦合组件的使用状态结构示意图；

图7为图6的A处放大结构示意图；

图8为本发明实施例提供的光耦合方法的流程图。

其中，图中各附图标记：

100、光通信装置，110、光耦合组件，111、基体，1111、安装面，1112、活动槽，112、承载体，1121、承载面，1122、第一焊盘，1123、第二焊盘，113、光电转换芯片，1131、光端口，114、光纤固定座，1141、座体，1142、盖体，1143、固定槽，1144、伸出端口，120、电路板，130、光纤，140、信号控制芯片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请结合图2以及图5至图7所示，一种光耦合组件110，包括具有安装面1111的基体111，具有承载面1121的承载体112，以及具有光端口1131的光电转换芯片113，基体111的安装面1111上设有光纤固定座114，光纤固定座114具有供光纤130朝光电转换芯片113的方向伸出的伸出端口1144，承载体112设于基体111的安装面1111上且承载体112的承载面1121与基体111的安装面1111相互垂直设置，光电转换芯片113设于承载体112的承载面1121上且光电转换芯片113的光端口1131与光纤固定座114的伸出端口1144相对设置，即光电转换芯片113的光端口1131的中心线与光纤固定座114的伸出端口1144的中心线处于同一直线上。

请结合图6和图7所示，将光电转换芯片113设于承载体112的承载面1121后，将承载体112置于基体111的安装面1111上且使承载面1121与安装面1111相互垂直，采用光学显微镜观察光电转换芯片113的光端口1131和光纤固定座114的伸出端口1144且移动承载体112，直至光端口1131与伸出端口1144对准，将光纤130固定在光纤固定座114上且光纤130的一端经伸出端口1144朝光电转换芯片113的方向伸出，这样，无需采用透镜对光纤130与光电转换芯片113之间的光路进行90°转折即可实现光纤130与光电转换芯片113之间的光耦合，有效降低光通讯装置的生产成本以及减小光通讯装置的体积，而且采用了无源对准方式实现光纤130与光电转换芯片113之间的光耦合，光耦合过程简单，可进一步降低光通讯装置的生产成本。

在本实施例中，请结合图2所示，基体111的安装面1111上开设有用于容置承载体112的活动槽1112，活动槽1112的延伸方向与光电转换芯片113的光端口1131的朝向相垂直，当承载体112置于活动槽1112时，光电转换芯片113的光端口1131与光纤固定座114的伸出端口1144处于同一水平面上。具体地，请结合图2所示，光电转换芯片113的光端口1131的朝向为图2所示的X轴方向，活动槽1112的延伸方向为图2所示的Y轴方向，在对光电转换芯片113和光纤130进行光耦合时，通过光学显微镜观察光端口1131与伸出端口1144之间的相对位置，并沿活动槽1112移动承载体112，直至光端口1131与伸出端口1144对准，这样，仅需沿活动槽1112的延伸方向移动承载体112，有效简化光电转换芯片113和光纤130之间的光耦合操作流程，可进一步降低光通信装置100的生产成本。

具体地，承载体112与活动槽1112的槽面之间设有第一导热层(图中未示)，其中，第一导热层可为导热硅胶层，光电转换芯片113工作时所产生的热量传递至承载体112上，再经第一导热层快速传递到基体111上，实现对光电转换芯片113的快速散热，有效提高光通信装置100的散热性能。

在本实施例中，请结合图3和图4所示，光纤固定座114包括设于基体111的安装面1111上的座体1141，座体1141上开设有具有伸出端口1144且用于容置光纤130的固定槽1143。

当上述光耦合组件110应用于多路并行光通讯装置时，座体1141上设置多条相互平行的固定槽1143，每一固定槽1143用于容置固定一光纤140，相应地，光电转换芯片113具有多个光端口1131，各光端口1131与各固定槽1143一一对应设置。

具体地，请结合图4所示，固定槽1143的横截面呈V型结构。通过采用V型结构的固定槽1143可有效对光纤130位置进行限制，当光纤130置于固定槽1143内时，光纤130的轴心与固定槽1143的槽顶中心相重合，在对光电转换芯片113和光纤130进行光耦合时，光端口1131的中心也与固定槽1143的槽顶中心处于同一直线上，从而实现光纤130与光电转换芯片113对准耦合，有效提高光纤130与光电转换芯片113之间的耦合精度，提高光耦合效率。

具体地，请结合图2所示，光纤固定座114还包括盖体1142，盖体1142盖设于座体1141上以将光纤130固定在固定槽1143内。盖体1142与座体1141之间可通过粘接方式进行固定连接，如采用UV胶将盖体1142与座体1141粘接；或者，盖体1142与座体1141之间可通过紧固方式进行固定连接，如采用螺钉、螺栓等紧固件将盖体1142与座体1141固定连接。

在本实施例中，为提高承载体112的导热性能，增加光电转换芯片113的散热速度，提高光通信装置100的散热性能，承载体112为陶瓷承载体、硅承载体或氮化铝承载体。

在本实施例中，为提高基体111的导热性能，提高光通信装置100的散热性能，基体111为硅基体、陶瓷基体或氮化铝基体。

请结合图1所示，一种光通信装置100，包括电路板120，光纤130，集成于电路板120上的信号控制芯片140，以及上述光耦合组件110，电路板120设于基体111的安装面1111上，光纤130固定地设于光耦合组件110的基体111的光纤固定座114上且光纤130的一端经光纤固定座114的伸出端口1144朝光耦合组件110的光电转换芯片113的方向伸出，信号控制芯片140与光电转换芯片113电性连接。

由于上述光通信装置100采用了上述光耦合组件110的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在本实施例中，请结合图2所示，承载体112上设有相互电性连接的第一1122和第二焊盘1123，其中，第一焊盘1122设于承载体112的承载面1121上，第二焊盘1123设于承载体112与承载面1121相邻的表面上或者与承载面1121相背离的表面上，光电转换芯片113通过键合工艺与第一焊盘1122电性连接，信号控制芯片140通过键合工艺与第二焊盘1123电性连接，从而实现信号控制芯片140与光电转换芯片113电性连接。

需要说明的是，当光电转换芯片113为光发射器件时，如垂直腔面发射激光器阵列裸芯片，信号控制芯片140则为驱动裸芯片；当光电转换芯片113为光接收器件时，如PIN光电探测器阵列裸芯片，信号控制芯片140则为跨阻放大器裸芯片。光通信装置100可仅具备光信号输出功能，例如，垂直腔面发射激光器阵列裸芯片和驱动裸芯片电性连接形成光信号输出通道；或者，光通信装置100可仅具备光信号输入功能，例如，PIN光电探测器阵列裸芯片和放大器裸芯片电性连接形成光信号输入通道；或者，光通信装置100同时具备光信号输入输出功能，例如，垂直腔面发射激光器阵列裸芯片和驱动裸芯片电性连接形成光信号输出通道，PIN光电探测器阵列裸芯片和放大器裸芯片电性连接形成光信号输入通道。

在本实施例中，光纤130靠近光电转换芯片113的一端呈球面结构或锥面结构，使得光束经光纤130端面折射后进入光纤130的内部进行全反射传输或者使得光束经光纤130端面折射后有效经光电转换芯片113的光端口1131进入光电转换芯片113内部，有效提高光纤130与光电转换芯片113之间的耦合效率。

在本实施例中，为进一步提高光通信装置100的散热性能，电路板120与光耦合组件110的基体111之间设有第二导热层(图中未示)，其中，第二导热层可为导热硅胶层。

请结合图8所示，一种上述光耦合组件110的光耦合方法，包括以下步骤：

S100、将光电转换芯片113设于承载体112的承载面1121上；

S200、将承载体112置于基体111的安装面1111上且使承载面1121与安装面1111相互垂直；

S300、观察光电转换芯片113的光端口1131和光纤固定座114的伸出端口1144且移动承载体112，直至光端口1131与伸出端口1144对准；

S400、将承载体112固定在基体111的安装面1111上。

由于上述光耦合方法采用了上述光耦合组件110的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在步骤S100中，承载体112的承载面1121上设有第一焊盘1122，光电转换芯片113通过键合工艺与第一焊盘1122连接固定。

在步骤S300中，采用光学显微镜观对光电转换芯片113的光端口1131和光纤固定座114的伸出端口1144进行观察。

在步骤S400中，当基体111的安装面1111上设有活动槽1112时，承载体112置于活动槽1112内，承载体112可通过粘接方式或焊接方式固定连接在活动槽1112的槽面上。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光耦合组件，其特征在于：所述光耦组件包括具有安装面的基体，具有承载面的承载体，以及具有光端口的光电转换芯片，所述基体的所述安装面上设有光纤固定座，所述光纤固定座具有供光纤朝所述光电转换芯片的方向伸出的伸出端口，所述承载体设于所述基体的所述安装面上且所述承载体的所述承载面与所述基体的所述安装面相互垂直设置，所述光电转换芯片设于所述承载体的所述承载面上且所述光电转换芯片的所述光端口与所述光纤固定座的所述伸出端口相对设置。

2.根据权利要求1所述的光耦合组件，其特征在于：所述基体的所述安装面上开设有用于容置所述承载体的活动槽，所述活动槽的延伸方向与所述光电转换芯片的所述光端口的朝向相垂直，当所述承载体置于所述活动槽时，所述光电转换芯片的所述光端口与所述光纤固定座的所述伸出端口处于同一水平面上。

3.根据权利要求2所述的光耦合组件，其特征在于：所述承载体与所述活动槽的槽面之间设有第一导热层。

4.根据权利要求1所述的光耦合组件，其特征在于：所述光纤固定座包括设于所述基体的所述安装面上的座体，所述座体上开设有具有所述伸出端口且用于容置所述光纤的固定槽。

5.根据权利要求4所述的光耦合组件，其特征在于：所述固定槽的横截面呈V型结构。

6.根据权利要求4所述的光耦合组件，其特征在于：所述光纤固定座还包括盖体，所述盖体盖设于所述座体上以将所述光纤固定在所述固定槽内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光耦合组件，其特征在于：所述承载体为陶瓷承载体、硅承载体或氮化铝承载体。

8.根据权利要求1-6任一项所述的光耦合组件，其特征在于：所述基体为硅基体、陶瓷基体或氮化铝基体。

9.一种光通信装置，其特征在于：包括电路板，光纤，集成于所述电路板上的信号控制芯片，以及如权利要求1-8任一项所述的光耦合组件，所述电路板设于所述基体的所述安装面上，所述光纤固定地设于所述光耦合组件的基体的光纤固定座上且所述光纤的一端经所述光纤固定座的伸出端口朝所述光耦合组件的光电转换芯片的方向伸出，所述信号控制芯片与所述光电转换芯片电性连接。

10.根据权利要求9所述的光通信装置，其特征在于：所述光耦合组件的承载体上设有相互电性连接的第一焊盘和第二焊盘，所述光电转换芯片与所述第一焊盘电性连接，所述信号控制芯片与所述第二焊盘电性连接。

11.一种如权利要求1-8任一项所述的光耦合组件的光耦合方法，其特征在于，所述光耦合方法包括以下步骤：

将光电转换芯片设于承载体的承载面上；

将所述承载体置于基体的安装面上且使所述承载面与所述安装面相互垂直；

观察所述光电转换芯片的光端口和光纤固定座的伸出端口且移动所述承载体，直至所述光端口与所述伸出端口对准；

将所述承载体固定在所述基体的所述安装面上。

12.根据权利要求11所述的光耦合方法，其特征在于：采用光学显微镜观对所述光电转换芯片的所述光端口和光纤固定座的所述伸出端口进行观察。

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