NxN并行收發(fā)光模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種NxN并行光模塊，該光模塊包括：高頻電路印制板、激光器驅(qū)動(dòng)控制芯片、激光器芯片、2塊自聚焦透鏡、濾波片、多模光纖陣列以及PD芯片陣列；在發(fā)射端光學(xué)鏈路中，激光器芯片同時(shí)發(fā)出相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)自聚焦透鏡1會(huì)聚，透射過(guò)波長(zhǎng)帶通濾波片，激光經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡2再次聚焦，分別入射到多模光纖陣列的通道中；在接收端光學(xué)鏈路中，從多模光纖陣列中的通道射出相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡2會(huì)聚，在波長(zhǎng)帶阻濾波片表面反射，被反射的激光再次被自聚焦透鏡2會(huì)聚，最終入射到PD芯片陣列中。本發(fā)明利用DFB或FP激光器芯片及自聚焦透鏡實(shí)現(xiàn)了多通道長(zhǎng)距離并行收發(fā)，實(shí)現(xiàn)了器件小型化，集成化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】NxN并行收發(fā)光模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域，尤其涉及并行光收發(fā)模塊，并行光發(fā)模塊，并行光收模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]并行光發(fā)射和接收技術(shù)作為高速大容量光傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案之一,在技術(shù)和成本上占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。它利用中高速光電技術(shù)，依靠信道的重復(fù)來(lái)取得高速率、大容量的傳輸。特別是在短距離的通訊，如大型通訊系統(tǒng)中背板與背板間的互聯(lián)以及局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)葓?chǎng)合，并行光通訊技術(shù)體現(xiàn)出更多的優(yōu)點(diǎn):如傳輸速度快，體積小。重量輕，串?dāng)_小等。在無(wú)線(xiàn)通信、視頻、語(yǔ)音等服務(wù)的推動(dòng)下，要求更加高速，更大容量，更長(zhǎng)距離的通信解決方案。
[0003]現(xiàn)有的并行光模塊采用的VCSEL激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面發(fā)射激光器)作為光源，這種類(lèi)型的光源由于材料和生產(chǎn)工藝的限制目前只用于850nm波段,這一波段在標(biāo)準(zhǔn)光纖中傳輸時(shí)具有很大的損耗,決定了這類(lèi)光模塊只適用于短距離傳輸，一般的采用VCSEL的光模塊傳輸距離約為300至500米，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸和PON(Passive Optical Network無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò))的應(yīng)用。
[0004]專(zhuān)利文件CN1665086A在VCSEL激光器陣列與光纖陣列耦合中設(shè)計(jì)加入了自聚焦透鏡陣列，能夠?qū)崿F(xiàn)出射光線(xiàn)被平滑且連續(xù)的會(huì)聚到光纖陣列的接入點(diǎn)，但文件中使用了自聚焦透鏡陣列，該種設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，且所設(shè)計(jì)的并行光模塊只是發(fā)射端，最終只能應(yīng)用到300米以?xún)?nèi)的短距離傳輸。
[0005]專(zhuān)利文件EP1253450A2中有三根光纖和光學(xué)部分，光學(xué)部分具體包括自聚焦透鏡1+濾波片+自聚焦透鏡2，其具體應(yīng)用為光波的復(fù)用，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)光的并行，并且這種光學(xué)鏈路的設(shè)計(jì)應(yīng)用較窄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)并行光模塊傳輸距離短，應(yīng)用窄問(wèn)題，本發(fā)明提供了以下的技術(shù)方案:
[0007]—種NxN并行收發(fā)光模塊，該光模塊包括:高頻電路印制板、激光器驅(qū)動(dòng)控制芯片、激光器芯片、2塊自聚焦透鏡、濾波片、多模光纖陣列以及ro(photo d1de)芯片陣列；
[0008]一塊高頻電路印制板作為基底，并在其一端形成信號(hào)輸入接口，接口采用金手指結(jié)構(gòu)；
[0009]驅(qū)動(dòng)控制芯片，其控制激光器芯片，并直接集成在聞?lì)l電路印制板上；
[0010]將2塊自聚焦透鏡分別位于濾波片的兩側(cè)，經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后固定在印制電路板上；
[0011]在發(fā)射端光學(xué)鏈路中，激光器芯片經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后倒裝焊接在印制電路板上，同時(shí)發(fā)出相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)第一塊自聚焦透鏡Grin I會(huì)聚，透射過(guò)濾波片，此濾波片對(duì)激光器發(fā)射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶通，N束激光經(jīng)過(guò)第二塊自聚焦透鏡Grin 2再次聚焦，分別入射到多模光纖陣列的N個(gè)通道中；
[0012]在接收端光學(xué)鏈路中，從多模光纖陣列中的四個(gè)通道入射出N束相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡Grin 2會(huì)聚，在濾波片表面反射，濾波片對(duì)從光纖陣列中入射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶阻，被反射的N束激光再次被自聚焦透鏡2會(huì)聚，最終入射到H)芯片陣列中。
[0013]進(jìn)一步的，激光器芯片為DFB或FP激光器芯片。
[0014]進(jìn)一步的，激光器芯片之間的間隔為0.1mm，數(shù)值孔徑為0.4um，激光器芯片距離第一塊自聚焦透鏡的距離為0.5mm。
[0015]進(jìn)一步的，自聚焦透鏡為折射率隨徑向漸變的柱狀光學(xué)透鏡，能將激光器發(fā)出的光線(xiàn)平滑的聚焦到多模光纖陣列中。
[0016]進(jìn)一步的，多模光纖陣列的尺寸結(jié)構(gòu)與ΜΤΡ/ΜΡ0標(biāo)準(zhǔn)連接器接口兼容。
[0017]進(jìn)一步的，PD芯片陣列為1x4線(xiàn)性陣列，PD的耦合難度相對(duì)于LD較低，所以選用陣列的形式。
[0018]進(jìn)一步的，PD陣列中H)芯片彼此之間間距為0.15mm, PD陣列與光纖陣列的中心間距為0.7臟。
[0019]本發(fā)明還公開(kāi)了一種NxN并行光收模塊，該光模塊包括:高頻電路印制板、驅(qū)動(dòng)控制芯片、I個(gè)自聚焦透鏡2、濾波片、光纖陣列以及ro芯片陣列；
[0020]一塊高頻電路印制板作為基底，并在其一端形成信號(hào)輸入接口，接口采用金手指結(jié)構(gòu)；
[0021]將I個(gè)自聚焦透鏡和濾波片，經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后固定在印制電路板上；
[0022]從多模光纖陣列中的N個(gè)通道入射出N束相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡2會(huì)聚，在濾波片表面反射，濾波片對(duì)從光纖陣列中入射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶阻，被反射的N束激光再次被自聚焦透鏡2會(huì)聚，最終入射到ro芯片陣列中。
[0023]本發(fā)明還公開(kāi)了一種NxN并行光發(fā)模塊，該光模塊包括:高頻電路印制板、驅(qū)動(dòng)控制芯片、N片激光器芯片、2個(gè)自聚焦透鏡、濾波片、光纖陣列；
[0024]一塊高頻電路印制板作為基底，并在其一端形成信號(hào)輸入接口，接口采用金手指結(jié)構(gòu)；
[0025]將I個(gè)自聚焦透鏡和濾波片，經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后固定在印制電路板上；
[0026]N片激光器芯片經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后倒裝焊接在印制電路板上，同時(shí)發(fā)出相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)第一塊自聚焦透鏡I會(huì)聚，透射過(guò)濾波片，此濾波片對(duì)激光器發(fā)射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶通，N束激光經(jīng)過(guò)第二塊自聚焦透鏡2再次聚焦，分別入射到光纖陣列的N個(gè)通道中。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0028]本發(fā)明利用DFB或FP激光器芯片及自聚焦透鏡實(shí)現(xiàn)了多通道長(zhǎng)距離并行收發(fā)功能，并實(shí)現(xiàn)了器件的小型化和集成化。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1NxN并行收發(fā)光模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2NxN并行收發(fā)光模塊光學(xué)鏈路示意圖。
[0031]圖3NxN并行光收模塊光學(xué)鏈路示意圖。
[0032]圖4NxN并行光發(fā)模塊光學(xué)鏈路示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0034]本發(fā)明中的NxN并行收發(fā)光模塊，以4x4并行收發(fā)光模塊的設(shè)計(jì)方案為例。該4x4并行收發(fā)光模塊由高頻印制電路板、激光器驅(qū)動(dòng)控制芯片，4片DFB激光器芯片、2塊自聚焦透鏡(Grin lens)、濾波片、多模光纖陣列以及1χ4Η)芯片陣列組成。該光模塊可應(yīng)用在
2.5Git/s, 10Gbit/s以及更高傳輸速率的應(yīng)用中。
[0035]高頻印制電路板為基底用于承載驅(qū)動(dòng)芯片，激光器芯片，自聚焦透鏡等元件。各個(gè)元件的位置是精確固定了，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)好的光路。高頻印制電路板的一端形成一個(gè)信號(hào)輸入接口，改接口采用金手指結(jié)構(gòu)。
[0036]DFB激光器芯片，DFB (Distributed Feedback Laser),即分布式反饋激光器,其不同之處是內(nèi)置了布拉格光柵(Bragg Grating)，屬于側(cè)面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器。目前，DFB激光器主要以半導(dǎo)體材料為介質(zhì)。DFB激光器光譜特性非常好，可以避免長(zhǎng)度傳輸中色散的影響，所以，廣泛的使用在長(zhǎng)距離、高速率的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0037]FP(Fabry-Perot)激光器芯片，F(xiàn)P腔為諧振腔，發(fā)出多縱模相干光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。這類(lèi)器件的特點(diǎn):輸出光功率大、發(fā)散角較小、光譜較窄、調(diào)制速率高，適合于較長(zhǎng)距離通信。
[0038]此設(shè)計(jì)中有4片激光器芯片，這4片芯片所激射出的激光為同一波長(zhǎng)(1310nm)，發(fā)散角為25x30°這四片激光器芯片精確的固定在高頻印制電路板上。
[0039]自聚焦透鏡為折射率隨徑向漸變的柱狀光學(xué)透鏡，能將激光器發(fā)出的光線(xiàn)平滑的聚焦到多模光纖陣列中。本發(fā)明采用兩組自聚焦透鏡，分別位于濾波片的兩側(cè)，經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后固定在印制電路板上。自聚焦透鏡I尺寸為6mmX4mmX4mm，自聚焦透鏡2的尺寸為3mmX4mmX4mm0
[0040]濾波片為波分濾波片，其對(duì)發(fā)射端激光表現(xiàn)為帶通，對(duì)于射入光纖陣列中的激光表現(xiàn)為帶阻，也就是說(shuō)，DFB激光器發(fā)射的激光記過(guò)自聚焦透鏡I會(huì)聚后直接透過(guò)濾波片，而射入光纖陣列的激光經(jīng)自聚焦透鏡2會(huì)聚后在濾波片表面反射再次經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡2。[0041 ] 多模光纖陣列，該光纖陣列的尺寸結(jié)構(gòu)與ΜΤΡ/ΜΡ0標(biāo)準(zhǔn)連接器接口兼容。
[0042]PD芯片陣列為1x4線(xiàn)性陣列，H)的耦合難度相對(duì)于LD較低，所以選用陣列的形式。
[0043]本方案中并行收發(fā)光模塊實(shí)施請(qǐng)結(jié)合圖1。
[0044]實(shí)施例1
[0045]本方案中并行收發(fā)光模塊的具體光學(xué)鏈路原理請(qǐng)結(jié)合圖2:
[0046]在發(fā)射端光學(xué)鏈路中，4片DFB激光器芯片同時(shí)發(fā)出相同波長(zhǎng)λ j的激光,經(jīng)第一塊自聚焦透鏡I會(huì)聚，透射過(guò)波長(zhǎng)帶通濾波片，4束激光經(jīng)過(guò)第二塊自聚焦透鏡2再次聚焦，分別入射到光纖陣列的4個(gè)通道中。
[0047]在接收端光學(xué)鏈路中，從光纖陣列中的四個(gè)通道射出4束相同波長(zhǎng)為λ2的激光，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡2會(huì)聚，在波長(zhǎng)帶阻濾波片表面反射，被反射的4束激光再次被自聚焦透鏡2會(huì)聚，最終入射到ro芯片陣列中。
[0048]1.選取一塊高頻電路印制板作為基底，并在其一端形成信號(hào)輸入接口，接口采用金手指結(jié)構(gòu)；
[0049]2.將兩塊自聚焦透鏡分別位于濾波片的兩側(cè)，經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后固定在印制電路板上；
[0050]3.發(fā)射端光學(xué)鏈路中；4片DFB激光器芯片經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后倒裝焊接在印制電路板上。DFB激光器之間的間隔為0.1mm，數(shù)值孔徑為0.4um，激光器距離第一塊自聚焦透鏡的距離為0.5mm。4片激光器芯片同時(shí)發(fā)出相同波長(zhǎng)λ i的激光，經(jīng)第一塊自聚焦透鏡GrinI會(huì)聚，透射過(guò)濾波片，此濾波片對(duì)激光器發(fā)射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶通，其透射率高于95%，4束激光經(jīng)過(guò)第二塊自聚焦透鏡Grin 2再次聚焦，分別入射到光纖陣列的4個(gè)通道中。
[0051]4.在接收端光學(xué)鏈路中，從光纖陣列中的四個(gè)通道入射出4束相同波長(zhǎng)λ2的激光，經(jīng)過(guò)Grin 2會(huì)聚，在濾波片表面反射，濾波片對(duì)從光纖陣列中入射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶阻，被反射的4束激光再次被Grin 2會(huì)聚，最終入射到H)陣列中。H)陣列中H)芯片彼此之間間距為0.15mm, PD陣列與光纖陣列的中心間距為0.7mm。
[0052]實(shí)施例2
[0053]本方案中并行光收模塊的具體光學(xué)鏈路原理請(qǐng)結(jié)合圖3:
[0054]并行光發(fā)模塊:4片DFB激光器芯片同時(shí)發(fā)出相同波長(zhǎng)A1的激光,經(jīng)第一塊自聚焦透鏡I會(huì)聚，透射過(guò)波長(zhǎng)帶通濾波片，4束激光經(jīng)過(guò)第二塊自聚焦透鏡2再次聚焦，分別入射到光纖陣列的4個(gè)通道中
[0055]實(shí)施例3
[0056]本方案中并行光發(fā)模塊的具體光學(xué)鏈路原理請(qǐng)結(jié)合圖4:
[0057]并行光收模塊:從光纖陣列中的四個(gè)通道射出4束相同波長(zhǎng)為λ2的激光，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡2會(huì)聚，在波長(zhǎng)帶阻濾波片表面反射，被反射的4束激光再次被自聚焦透鏡2會(huì)聚，最終入射到ro芯片陣列中。
[0058]本發(fā)明中有關(guān)FP激光器芯片的實(shí)施例，如以上實(shí)施例所示，只是將DFB激光器芯片變換為FP激光器芯片，有關(guān)內(nèi)容不再贅述。
[0059]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.NxN并行收發(fā)光模塊，其特征在于，該光模塊包括:高頻電路印制板、激光器驅(qū)動(dòng)控制芯片、激光器芯片、2塊自聚焦透鏡、濾波片、多模光纖陣列以及H)芯片陣列； 一塊高頻電路印制板作為基底，并在其一端形成信號(hào)輸入接口，接口采用金手指結(jié)構(gòu)； 驅(qū)動(dòng)控制芯片，其控制激光器芯片，并直接集成在高頻電路印制板上； 將2塊自聚焦透鏡分別位于濾波片的兩側(cè)，經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后固定在印制電路板上；在發(fā)射端光學(xué)鏈路中，激光器芯片經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后倒裝焊接在印制電路板上，同時(shí)發(fā)出相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)第一塊自聚焦透鏡Grin I會(huì)聚，透射過(guò)濾波片，此濾波片對(duì)激光器發(fā)射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶通，N束激光經(jīng)過(guò)第二塊自聚焦透鏡Grin 2再次聚焦，分別入射到多模光纖陣列的N個(gè)通道中； 在接收端光學(xué)鏈路中，從多模光纖陣列中的四個(gè)通道入射出N束相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡Grin 2會(huì)聚，在濾波片表面反射，濾波片對(duì)從光纖陣列中入射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶阻，被反射的N束激光再次被自聚焦透鏡2會(huì)聚，最終入射到H)芯片陣列中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NxN并行收發(fā)光模塊，其特征在于，所述激光器芯片為DFB或FP激光器芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NxN并行收發(fā)光模塊，其特征在于，所述激光器芯片之間的間隔為0.1mm，數(shù)值孔徑為0.4um，激光器芯片距離第一塊自聚焦透鏡的距離為0.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NxN并行收發(fā)光模塊，其特征在于，所述自聚焦透鏡為折射率隨徑向漸變的柱狀光學(xué)透鏡，能將激光器發(fā)出的光線(xiàn)平滑的聚焦到多模光纖陣列中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NxN并行收發(fā)光模塊,其特征在于,所述多模光纖陣列的尺寸結(jié)構(gòu)與MTP/MPO標(biāo)準(zhǔn)連接器接口兼容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NxN并行收發(fā)光模塊，其特征在于，所述H)芯片陣列為IxN線(xiàn)性陣列，PD的耦合難度相對(duì)于LD較低，所以選用陣列的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的NxN并行收發(fā)光模塊，其特征在于，所述H)陣列中PD芯片彼此之間間距為0.15mm, PD陣列與光纖陣列的中心間距為0.7mm。
8.NxN并行光收模塊，其特征在于，該光模塊包括:高頻電路印制板、驅(qū)動(dòng)控制芯片、I個(gè)自聚焦透鏡2、濾波片、光纖陣列以及H)芯片陣列； 一塊高頻電路印制板作為基底，并在其一端形成信號(hào)輸入接口，接口采用金手指結(jié)構(gòu)； 將I個(gè)自聚焦透鏡和濾波片，經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后固定在印制電路板上； 從多模光纖陣列中的N個(gè)通道入射出N束相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡2會(huì)聚，在濾波片表面反射，濾波片對(duì)從光纖陣列中入射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶阻，被反射的N束激光再次被自聚焦透鏡2會(huì)聚，最終入射到H)芯片陣列中。
9.NxN并行光發(fā)模塊，其特征在于，該光模塊包括:高頻電路印制板、驅(qū)動(dòng)控制芯片、N片激光器芯片、2個(gè)自聚焦透鏡、濾波片、光纖陣列； 一塊高頻電路印制板作為基底，并在其一端形成信號(hào)輸入接口，接口采用金手指結(jié)構(gòu)； 將I個(gè)自聚焦透鏡和濾波片，經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后固定在印制電路板上； N片激光器芯片經(jīng)有源對(duì)準(zhǔn)后倒裝焊接在印制電路板上，同時(shí)發(fā)出相同波長(zhǎng)的激光，經(jīng)第一塊自聚焦透鏡I會(huì)聚，透射過(guò)濾波片，此濾波片對(duì)激光器發(fā)射出的波長(zhǎng)表現(xiàn)為帶通，N束激光經(jīng)過(guò)第二塊自聚焦透鏡2再次聚焦，分別入射到光纖陣列的N個(gè)通道中。
【文檔編號(hào)】G02B6/43GK104169769SQ201480000771
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】許遠(yuǎn)忠, 毛晶磊, 王強(qiáng), 吳葵 申請(qǐng)人:索爾思光電（成都）有限公司