CN115343810A - 盒型封装光收发器件 - Google Patents

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CN115343810A CN202210176503.9A CN202210176503A CN115343810A CN 115343810 A CN115343810 A CN 115343810A CN 202210176503 A CN202210176503 A CN 202210176503A CN 115343810 A CN115343810 A CN 115343810A
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Abstract

一种盒型封装光收发器，包括盒型壳体、盖板、光接收次模块、光发射次模块、偏光片模块、光收发接口以及电连接器件。盒型壳体具有通孔；盖板与盒型壳体耦接，并与盒型壳体形成内部空间；光接收次模块、光发射次模块、偏光片模块置于内部空间；光收发接口连接通孔；电连接器件穿过盒型壳体并与光接收次模块以及光发射次模块电性连接。第一光信号通过光收发接口，经由通孔以及偏光片模块传送至光接收次模块，而光发射次模块发射第二光信号，经由偏光片模块以及通孔传送至光收发接口以传输至盒型壳体外部。本申请可以有效减少盒型封装的物料，并且减少气密封装盒型封装以及光耦合的次数，有效降低组装程序的复杂度。

Description

盒型封装光收发器件
技术领域
本申请有关于一种盒型封装光收发器件，尤指一种单纤双向的盒型封装光收发器件。
背景技术
光纤通讯网路具有低传输损失、高数据保密性、优秀的抗干扰性，以及超大频宽等特性，已是现代主要的资讯通讯方式，其中，用于接受来自光纤网路的光讯号并将其转换成电讯号传输，及/或将电讯号转换成光讯号再藉由光纤网路向外传输的光收发器(OpticalTransceiver)是光纤通讯技术中最重要的基础元件之一。
然而，传统盒型封装光学器件仅具有单一发射通道或接收通道，每一个光学器件都需要进行单独贴片，金线键合及气密封装等程序，且须分别进行光学耦合，不仅限制了光纤的传输量，更导致组装程序复杂，影响产品的良率以及产量。
发明内容
有鉴于此，在本申请一实施例中，提供一种盒型封装光收发器，能够减小组件体积并简化组装程序，以提高组件的稳定性。
本申请一实施例揭露一种盒型封装光收发器，包括盒型壳体、盖板、光接收次模块、光发射次模块、偏光片模块、光收发接口以及电连接器件。盒型壳体具有通孔；盖板与上述盒型壳体耦接，并与上述盒型壳体形成内部空间；光接收次模块、光发射次模块、偏光片模块置于上述内部空间；光收发接口连接上述通孔；电连接器件穿过上述盒型壳体并与上述光接收次模块以及上述光发射次模块电性连接。第一光信号通过上述光收发接口，经由上述通孔以及上述偏光片模块传送至上述光接收次模块，而上述光发射次模块发射第二光信号，经由上述偏光片模块以及上述通孔传送至上述光收发接口以传输至盒型壳体外部。
根据本申请一实施例，上述偏光片模块偏转上述第一光信号，使得上述第一光信号以一第一方向传送，上述第一方向与上述光收发接口和上述通孔的中心所构成的延伸线相交。
根据本申请一实施例，上述光发射次模块以一第二方向发射上述第二光信号，上述第二方向与上述光收发接口和上述通孔的中心所构成的延伸线相交。
根据本申请一实施例，上述偏光片模块包括一第一偏光片以及一第二偏光片，上述第一光信号经由上述第一偏光片以及上述第二偏光片反射后，传送至上述光接收次模块。
根据本申请一实施例，上述第二光信号通过上述第一偏光片传送至上述光收发接口。
根据本申请一实施例，上述第一偏光片以及上述第二偏光片共线，上述第一偏光片以及上述第二偏光片所构成的延伸线与上述光收发接口和上述通孔的中心所构成的延伸线正交。
根据本申请一实施例，上述发射次模块包括激光模块与光复用器，上述接收部包括光解复用器与光检测模块。
根据本申请一实施例，上述激光模块包括复数激光模块，上述光检测模块包括复数光检测器。
根据本申请一实施例，上述第一光信号具有1311nm以及1331nm两种波长，上述第二光信号具有1271nm以及1291nm两种波长。
根据本发明实施例所提供的盒型封装光收发器，将多个不同波长的激光器以及多个不同波长的光电探测器贴装在单一盒型管壳内，同时将光复用器以及光解复用器贴装在单一盒型管壳内，相较于传统盒型封装光学器件仅具有单一发射通道或接收通道，可以有效减少盒型管壳的物料，并且减少气密封装以及光耦合的次数，有效降低组装程序的复杂度，相对的，提高了产品的良率以及产量。
附图说明
图1显示根据本申请一实施例所述的光模块装置的方块示意图。
图2显示根据本申请一实施例所述的盒型封装光收发器的侧视图。
图3显示根据本申请一实施例所述的盒型封装光收发器的上视图。
图4显示根据本申请另一实施例所述的盒型封装光收发器的上视图。
主要元件符号说明
100、200:光模块装置
10A、30A:光接收次模块
10B、30B:光发射次模块
11:偏光片模块
12A、32A:光解复用器
12B、32B:光复用器
14A:光检测模块
14B:激光模块
16A、36A:接收处理电路
16B、36B:发送处理电路
201:盒型壳体
202:盖板
22:光收发接口
24:电连接器件
31:通孔
34A:光检测器
34B:激光器
38A、38B:透镜
39A、39B、40:偏光片
L1、L2:光信号
RX_D1、RX_D2:数据
TX_D1、TX_D2:电数据信号
θ:夹角
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本申请，下面结合附图与实施例对本申请进一步的详细描述，应当理解，本申请提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。本领域技术人员可利用这些实施例或其他实施例所描述的细节及其他可以利用的结构，逻辑和电性变化，在没有离开本申请的精神与范围之下以实施发明。
本申请说明书提供不同的实施例来说明本申请不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置为说明之用，并非用以限制本申请。且实施例中图式标号的部分重复，系为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。其中，图示和说明书中使用的相同的元件编号系表示相同或类似的元件。本说明书的图示为简化的形式且并未以精确比例绘制。为清楚和方便说明起见，方向性用语(例如顶、底、上、下以及对角)系针对伴随的图示说明。而以下说明所使用的方向性用语在没有明确使用在以下所附的申请专利范围时，并非用来限制本申请的范围。
再者，在说明本申请一些实施例中，说明书以特定步骤顺序说明本申请的方法以及(或)程序。然而，由于方法以及程序并未必然根据所述的特定步骤顺序实施，因此并未受限于所述的特定步骤顺序。熟习此项技艺者可知其他顺序也为可能的实施方式。因此，于说明书所述的特定步骤顺序并未用来限定申请专利范围。再者，本申请针对方法以及(或)程序的申请专利范围并未受限于其撰写的执行步骤顺序，且熟习此项技艺者可了解调整执行步骤顺序并未跳脱本申请的精神以及范围。
图1显示根据本申请一实施例所述的光模块装置的方块示意图。根据本申请实施例，光模块装置100为光收发模组。如图1所示，光模块装置100包括光接收次模块(ReceiverOptical Subassembly，ROSA)10A以及光发射次模块(Transmitter Optical Subassembly，TOSA)10B。光接收次模块10A包括光解复用器12A、光检测模块14A以及接收处理电路16A。光发射次模块10B包括光复用器12B、激光模块14B以及发送处理电路16B。在本实施例中，光模块装置100透过光收发接口(图未显示)与光缆线连接。光收发接口可以是ST型、SC型、FC型、与LC型等形式。
密集波长分波多任务(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技术利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。本申请一实施例利用密集波长分波多任务技术，光模块装置100可以使用二个不同的通道波长(λ1、λ2)来接收或发送二个通道，因此，光收发接口所接收的光信号L1可以具有λ1、λ2等二种波长，而所发射的光信号L2可以具有λ3、λ4等二种波长，而光检测模块14A的光检测组件以及激光模块14B的激光组件个数也与信道的个数对应配置。虽然本实施利是以二个信道配置为例，但是其他信道配置(例如，4、8、16、32等等)也在本申请的范围内。
偏光片模块11，可允许特定波长的光信号通过，并反射特定波长的光信号。光信号L1经由偏光片模块11传送至光解复用器12A，根据本申请实施例，光解复用器12A利用阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)技术将光信号L1区分为对应于λ1、λ2等二种波长的光信号。光检测模块14A(在本实施例中为二个)检测光信号并产生对应的电信号，根据本申请实施例，光检测模块14A可包括PIN(P-doped-intrinsic-doped-N)二极管或雪崩式光电二极管(Avalance Photodiode，APD)。光检测模块14A所产生的电信号再经由接收处理电路16A的放大电路(例如跨阻放大器(Trans-impedanceamplifier，TIA))以及转换电路处理之后，即可取得光信号L1所传送的数据(RX_D1、RX_D2)。根据本申请其他实施例，光解复用器12也可使用介质膜滤光片(Thin-film filter，TFF)以及光纤光栅(Fiber BraggGrating，FBG)等相关技术来将光信号L1转换为不同波长的光信号。
发送处理电路16B接收的电数据信号(TX_D1、TX_D2)，经过转换处理后，输出至激光模块14B，激光模块14B将所接收的电数据信号分别调制为光信号。激光模块14B可以包括多个垂直腔面发射雷射二极体(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode，VCSEL)，或称面射型雷射二极体，多个垂直腔面发射雷射二极体构成阵列，并由驱动晶片驱动而发射光讯号。在其他实施例中，亦可使用其他可作为光源的元件，例如发光二极管(LED)、边射型雷射二极管(Edge Emitting Laser Diode，EELD)、具有衍射光栅的分布式反馈(Distributed Feedback Laser，DFB)激光模块或电吸收调制(Electlro-absorptionModulated Laser，EML)激光二极管封装。光复用器12B将对应于电数据信号(TX_D1、TX_D2)的调制光信号转换为包括λ1、λ2等二种波长的光信号L2，并透过偏光片模块11传送至光收发接口以输出至光缆线。根据本申请实施例，光接收次模块10A与光发射次模块10B尚包括其他功能电路元件,例如用来驱动激光模块14B的激光器驱动器、功率控制器(AutomaticPower Control；APC)，用来监测激光器功率的监控光学二极管(Monitor Photo Diode,MPD)，及其他实施光信号发射功能以及接收光信号并处理所必要的电路元件，以及用以处理光接收次模块10A传来的电讯号和要传送至光发射次模块10B的电讯号的数位讯号处理积体电路，此为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述以精简说明。
图2显示根据本申请一实施例所述的盒型封装光收发器的侧视图。根据本申请一实施例所述的盒型封装光收发器100，包括盒型壳体201、盖板202、光收发接口22、以及电连接器件24。盒型壳体201为有五个面的壳体，通过将盖板202以气密状态组装在盒型壳体201的第六面上，以形成密封的容器，在盒型壳体201与盖板202所形成的内部空间中，用以设置元器件。盒型壳体201与盖板202可为金属，根据本申请一实施例，盒型壳体201与盖板202材质选用铁镍钴合金(Kovar)金属。
需要说明的是，本申请后续在描述结构的过程中，为了描述方便，本申请以盒型壳体201的形状为长方体为例进行描述，实际上，盒型壳体201的具体形状并不限定于此，本领域技术人员可根据需要选用特定形状的盒型壳体。另外，本申请在此规定，当盒型壳体201密封后，将处在密封空间的表面定义为内表面，将外部可以看到的表面定义为外表面；与盖板202相对的一面定义为底面，将盖板202定义为顶面，将围绕底面的四个面定义为侧面。
在盒型壳体201的一个侧面上，具有通孔，用以供光信号经由光收发接口22进出，使得盒型封装光收发器100能够采用长距离传输的侧面出光的方式进出光信号。根据本申请一实施例，光收发接口可以是ST型、SC型、FC型、与LC型等形式。
在盒型壳体201相对于光收发接口22的另一个侧面上，具有电连接器件24。电连接器件24穿过此侧面并与盒型壳体201与盖板202所形成的内部空间中的元器件电性连接。在图2中，显示电连接器件24为引脚形式，然而电连接器件24的形式并不限定于此，本领域技术人员可根据需要选用特定形式的电连接器件24，例如以印刷电路板穿过侧面的方式与内部空间中的元器件电性连接，或者透过引脚与外部软性印刷电路板(Flexible PrintedCircuit，FPC)电性连接。另外，在本实施例中，电连接器件24呈直列式布局，在其他实施例中也可呈圆形布置，以在高频率范围下获得较好的RF性能。
图3显示根据本申请一实施例所述的盒型封装光收发器的上视图。为了方便说明，图3并未显示盖板202的部份，并加入光路的说明。在盒型壳体201与光收发接口22相接的侧面上，具有通孔31，用以供光信号通过。光接收次模块30A包括光解复用器32A、光检测器34A、接收处理电路36A、以及透镜38A。根据本申请一实施例，光解复用器32A、光检测器34A、透镜38A以及滤光片39A等光学器件直接贴装在盒型壳体201的内表面，并与相关元器件进行金线键合，经由光收发接口22以及通孔31的光信号L1具有1311nm以及1331nm两种波长。
偏光片39A、39B可以让一特定范围内的波长的光信号透射，让另一特定范围内的波长的光信号反射。根据本申请一实施例，偏光片39A、39B能够反射1311nm以及1331nm两种波长的光信号，使得光信号L1进入光解复用器32A。光解复用器32A利用阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)技术将光信号L1区分为对应于1311nm以及1331nm二种波长的次光信号。透镜38A可将光解复用器32A所输出的次光信号调整为平行光后，分别投射至两个光检测器34A。两个光检测器34A分别检测1311nm以及1331nm二种波长的次光信号，并产生对应的电信号，根据本申请实施例，光检测器34A可包括PIN(P-doped-intrinsic-doped-N)二极管或雪崩式光电二极管(Avalance Photodiode，APD)。根据本申请实施例，光检测器34A所产生的电信号再经由接收处理电路36A的放大电路(例如跨阻放大器(Trans-impedanceamplifier，TIA))以及转换电路处理之后，即可取得光信号L1所传送的数据。
光发射次模块30B包括光复用器32B、激光器34B、发送处理电路36B以及透镜38B。根据本申请一实施例，光复用器32B、激光器34B、透镜38B以及滤光片39B等光学器件直接贴装在盒型壳体201的内表面，并与相关元器件进行金线键合。发送处理电路36B根据接收的电数据信号，经过转换处理后，输出至激光器34B，激光器34B将所接收的电数据信号分别调制为次光信号。激光器34B可以是垂直腔面发射雷射二极体(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser Diode，VCSEL)，或称面射型雷射二极体，垂直腔面发射雷射二极体，并由驱动晶片驱动而发射次光讯号。在其他实施例中，亦可使用其他可作为光源的元件，例如发光二极管(LED)、边射型雷射二极管(Edge Emitting Laser Diode，EELD)、具有衍射光栅的分布式反馈(Distributed Feedback Laser，DFB)激光模块或电吸收调制(Electlro-absorption Modulated Laser，EML)激光二极管封装。根据本申请实施例，两个激光器34B所发出的次光讯号波长分别为1271nm以及1291nm。透镜38B可将两个激光器34B所发出的次光讯号调整为平行光后，分别投射至光复用器32B。光复用器32B将两个次光讯号转换为包括1271nm以及1291nm等二种波长的光信号L2，由于偏光片39B允许此方向以及上述波长的光信号通过，因此光信号L2通过偏光片39B以及通孔31传送至光收发接口22以输出至光缆线。根据本申请一实施例，光收发接口22的中心、滤光片39B的中心和通孔31的中心保持在一条直线上，偏光片39A、39B共线，而偏光片39A、39B所构成的延伸线与光收发接口22、滤光片39B和通孔31的中心所构成的直线正交。另外，根据本申请实施例，光接收次模块30A与光发射次模块30B尚包括其他功能电路元件,例如用来驱动激光器34B的激光器驱动器、功率控制器(Automatic Power Control；APC)，用来监测激光器功率的监控光学二极管(Monitor Photo Diode,MPD)，及其他实施光信号发射功能以及接收光信号并处理所必要的电路元件，以及用以处理光接收次模块30A传来的电讯号和要传送至光发射次模块30B的电讯号的数位讯号处理积体电路，此为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述以精简说明。另外，在图3中，虽然光接收次模块30A的光检测器34A、接收处理电路36A以及透镜38A显示为独立两个器件，光发射次模块30B的激光器34B、发送处理电路36B以及透镜38B也显示为独立两个器件，在实际应用上，也可采用一体成型的方式一并制作而成，以提高光组件的集成化。
图4显示根据本申请另一实施例所述的盒型封装光收发器200的上视图。图4所示的实施例与图3所示的实施例的差异在于，偏光片39A、39B以偏光片40取代，且光接收次模块30A以及光发射次模块30B的轴线方向分别与光收发接口22、通孔31和偏光片40的中心所构成的延伸线相交且具有夹角θ。根据本申请实施例，夹角θ为锐角，角度范围可为1-15度。偏光片40能够将1311nm以及1331nm两种波长的入射光信号逆时针偏转夹角θ，使得偏转后的光信号L1恰巧进入光解复用器32A的入光处，而由于光接收次模块30A的配置角度设计，使得光信号L1可以以图3所述的光信号传递方式传送。同样的，偏光片40能够将1271nm以及1291nm两种波长的入射光信号逆时针偏转夹角θ，由于光发射次模块30B的轴线方向与光收发接口22、通孔31和偏光片40的中心所构成的直线具有夹角θ，亦即，光复用器32B所输出包括1271nm以及1291nm等二种波长的光信号L2的方向与光收发接口22、通孔31和偏光片40的中心所构成的延伸线相交且具有夹角θ，因此入射至偏光片40的光信号L2经过偏光片40偏转后，能够对准光收发接口22和通孔31的中心。关于偏光片40的结构与功能为本领域技术人员所熟知，本领域技术人员当可根据实际需要而选择具有相同功能的器件来实施本申请所述的技术方案。图4所示实施例的其他组件的连接关系与功能与图3相同，在此不与赘述以精简说明。
根据本发明实施例所提供的盒型封装光收发器，将多个不同波长的激光器以及多个不同波长的光电探测器贴装在单一盒型管壳内，同时将光复用器以及光解复用器贴装在单一盒型管壳内，相较于传统盒型封装光学器件仅具有单一发射通道或接收通道，可以有效减少盒型管壳的物料，并且减少气密封装以及光耦合的次数，有效降低组装程序的复杂度，相对的，提高了产品的良率以及产量。
对本领域的普通技术人员来说，可以根据本申请的发明方案和发明构思结合生成的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本申请权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种盒型封装光收发器，其特征在于，包括:
一盒型壳体，具有通孔；
一盖板，与上述盒型壳体耦接，并与上述盒型壳体形成内部空间；
一光接收次模块，设置于上述内部空间；
一光发射次模块，设置于上述内部空间；
一偏光片模块，设置于上述内部空间；
一光收发接口，连接上述通孔；
一电连接器件，穿过上述盒型壳体并与上述光接收次模块以及上述光发射次模块电性连接，其中一第一光信号通过上述光收发接口，经由上述通孔以及上述偏光片模块传送至上述光接收次模块，而上述光发射次模块发射一第二光信号，经由上述偏光片模块以及上述通孔传送至上述光收发接口以传输至盒型壳体外部。
2.如权利要求1所述的盒型封装光收发器，其特征在于，上述偏光片模块偏转上述第一光信号，使得上述第一光信号以一第一方向传送，上述第一方向与上述光收发接口和上述通孔的中心所构成的延伸线相交。
3.如权利要求2所述的盒型封装光收发器，其特征在于，上述光发射次模块以一第二方向发射上述第二光信号，上述第二方向与上述光收发接口和上述通孔的中心所构成的延伸线相交。
4.如权利要求1所述的盒型封装光收发器，其特征在于，上述偏光片模块包括一第一偏光片以及一第二偏光片，上述第一光信号经由上述第一偏光片以及上述第二偏光片反射后，传送至上述光接收次模块。
5.如权利要求4所述的盒型封装光收发器，其特征在于，上述第二光信号通过上述第一偏光片传送至上述光收发接口。
6.如权利要求4所述的盒型封装光收发器，其特征在于，上述第一偏光片以及上述第二偏光片共线，上述第一偏光片以及上述第二偏光片所构成的延伸线与上述光收发接口和上述通孔的中心所构成的延伸线正交。
7.如权利要求1所述的盒型封装光收发器，其特征在于，上述发射次模块包括激光模块与光复用器，上述接收部包括光解复用器与光检测模块。
8.如权利要求1所述的盒型封装光收发器，其特征在于，上述激光模块包括复数激光模块，上述光检测模块包括复数光检测器。
9.如权利要求1所述的盒型封装光收发器，其特征在于，上述第一光信号具有1311nm以及1331nm两种波长，上述第二光信号具有1271nm以及1291nm两种波长。
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