一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件

技术领域

本发明涉及光纤通信高速光模块技术领域，特别是对于100G、200G等紧凑型平面多通道单纤双向光学系统，具体为一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件。

背景技术

普通高速器件中通常采用TO-can和Base方件组合光通信高速器件中，芯片成本占器件总成本比例很高，为了降低成本，加大集成度，在紧密封装的光收发模块中无法采用这种通过TO-can封装形式的器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件，可提高整个光模块传输速率和紧凑程度，降低封装成本，利于量产。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件，包括处于同一水平面上的光纤阵列组件和分光器件，

所述光纤阵列组件具有与水平面垂直的竖直线呈锐角的第一斜面以及内置的光纤，

所述分光器件具有与所述第一斜面叠合的第二斜面，且所述分光器件还具有与水平面垂直的竖直线呈锐角的第三斜面，所述第二斜面与所述第三斜面相对设置；

出射光信号λ1依次经过所述第三斜面、所述第二斜面和所述第一斜面并入射至所述光纤中完成电光转换，远端光信号λ2经过所述第一斜面并被所述第二斜面反射至PDarray中完成光电转换。

进一步，所述光纤阵列组件还包括石英玻璃V槽以及平行设于所述石英玻璃V槽下方的玻璃盖板，所述光纤设于所述石英玻璃V槽和所述玻璃盖板之间，所述石英玻璃V槽的其中一端和所述玻璃盖板的一端均为斜面，两个斜面拼合成所述第一斜面。

进一步，所述石英玻璃V槽背离所述玻璃盖板的一侧镀有可透过所述远端光信号λ2并反射或吸收所述出射光信号λ1的第一膜层。

进一步，所述分光器件包括棱镜，所述棱镜的一相对面分别为所述第二斜面和所述第三斜面，所述第二斜面上镀有反射所述远端光信号λ2和增透所述出射光信号λ1的第二膜层。

进一步，所述分光器件包括PLC无源芯片，所述PLC无源芯片的一相对侧分别为所述第二斜面和所述第三斜面。

进一步，所述PLC无源芯片与高度为250μm的光纤阵列组件粘接。

进一步，粘接时，在所述光纤阵列组件端反向输入出射光信号λ1，在所述第三斜面端用大面积PD逐一监控每一路光功率，使每一路光功率达到最大后，再通过折射率匹配的UV胶水粘接。

进一步，还包括在电光转换光路上的LD COC组件以及LD lens，所述LD COC组件发出所述出射光信号λ1，经过所述LD lens聚焦至所述分光器件。

进一步，还包括在光电转换光路上的PEI一体化lens array、lens array以及PDarray，远端光信号λ2经过所述光纤阵列组件后由所述分光器件的第二斜面反射，经过所述PEI一体化lens array和lens array传输聚焦至所述PD array。

进一步，所述光纤阵列组件和所述分光器件均封装在金属基板上；在有LD COC组件以及LD lens时，所述LD COC组件、所述LD lens、所述光纤阵列组件和所述分光器件均封装在金属基板上；在有PEI一体化lens array、lens array时，所述PEI一体化lens array、lens array、所述光纤阵列组件和所述分光器件均封装在金属基板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件，增加了器件集成度，提高了光模块传输速率，降低了封装成本，利率量产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的侧视图；

图2为本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的俯视图；

图3为本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的截面图；

图4为本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的光纤阵列组件的侧视图；

图5为本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的光纤阵列组件的俯视图；

图6为本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的分光器件的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的PLC无源芯片的侧视图；

图8为本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的PLC无源芯片的俯视图；

图9本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件采用PLC无源芯片的侧视图；

图10本发明实施例提供的一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件采用PLC无源芯片的俯视图；

附图标记中：1-光纤阵列组件；11-光纤；12-石英玻璃V槽；13-玻璃盖板；14-第一膜层；2-分光器件；20-第一斜面；21-第二斜面；22-第二膜层；23-第三斜面；24-棱镜；25-PLC无源芯片；26-芯层；30-隔离器；31-LD COC；32-LD lens；33-PEI一体化lens array；34-lens array；35-PD array；36-Driver；37-PCB板；38-TIAchip；39-金属基板。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2、图3、图9和图10，本发明实施例提供一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件，包括处于同一水平面上的光纤阵列组件1和分光器件2，所述光纤阵列组件1具有与水平面垂直的竖直线呈锐角的第一斜面20以及内置的光纤11，所述分光器件2具有与所述第一斜面20叠合的第二斜面21，且所述分光器件2还具有与水平面垂直的竖直线呈锐角的第三斜面23，所述第二斜面21与所述第三斜面23相对设置；出射光信号λ1依次经过所述第三斜面23、所述第二斜面21和所述第一斜面20并入射至所述光纤11中完成电光转换，远端光信号λ2经过所述第一斜面20并被所述第二斜面21反射至PD array35中完成光电转换。在本实施例中，将光纤阵列组件1和分光器件2集成在一起，可以实现电信号到光信号转换以及光信号到电信号转换。优选的，本器件还包括在电光转换光路上的LD COC31组件以及LD lens32，还包括在光电转换光路上的PEI一体化lens array33、lens array34以及PD array35。其中发射光学系统主要由激光器LD COC31组件(半导体激光器)、LD lens32、隔离器30、分光器件2、光纤阵列组件1组成，LD激光器出射光信号λ1经过LD lens32聚焦，依次经过隔离器30和分光器件2入射到光纤阵列组件1的光纤11中传输，完成电信号到光信号转换，而接受光学系统主要由光纤阵列组件1、分光器件2、PEI一体化lens array33(透镜阵列)、lens array34以及PD array35(光电二极管阵列)组成，从远端传来的光信号λ2经过光纤阵列组件1，被分光器件2的第二斜面21反射，经过PEI一体化lens array34和lensarray34传输聚焦到PD array35被探测，完成光信号到电信号转换。优选的，所述隔离器30通过折射率匹配液与所述第三斜面23粘接在一起，所述隔离器30为带磁性的隔离器30，采用折射率匹配液，不仅可以加大集成度，还可免去在分光器件2的入射面镀增透膜。优选的，所述PEI一体化lens array33包括两组透镜，两组所述透镜呈一列排布，每组所述透镜具有四个通道，对应光纤阵列组件1中四个通道光纤，该阵列透镜将接收光学元件在PCB截面方向转向与发射光路并列，便于PCB信号走线。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1、图2、图3、图9和图10，所述第一斜面20与所述竖直线之间的夹角以及所述第二斜面21与所述竖直线之间的夹角均为41°；所述第三斜面23与竖直线之间的夹角为8°。在本实施例中，第一斜面20和第二斜面21的倾角可以是41°，第三斜面23的倾角可以是8°，当然也可以是其他匹配的角度，本实施例对此不作限制，而设定优选为41°和8°可以防反射。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图4和图5，所述光纤阵列组件1还包括石英玻璃V槽12以及平行设于所述石英玻璃V槽12下方的玻璃盖板13，所述光纤11设于所述石英玻璃V槽12和所述玻璃盖板13之间，所述石英玻璃V槽12的其中一端和所述玻璃盖板13的一端均为斜面，两个斜面拼合成所述第一斜面20。在本实施例中，光纤阵列组件1可以细化为光纤11、石英玻璃V槽12以及平行设于所述石英玻璃V槽12下方的玻璃盖板13。所述石英玻璃V槽12背离所述玻璃盖板13的一侧镀有可透过所述远端光信号λ2并反射或吸收所述出射光信号λ1的第一膜层14。所述光纤11、所述石英玻璃V槽12以及所述玻璃盖板13通过折射率匹配的UV胶水粘接。所述石英玻璃V槽12的高度为750μm。在制备时，将石英玻璃V槽12和玻璃盖板13的端面加工成41°斜面。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图6，所述分光器件2包括棱镜24，所述棱镜24的一相对面分别为所述第二斜面21和所述第三斜面23，所述第二斜面21上镀有反射所述远端光信号λ2和增透所述出射光信号λ1的第二膜层22。在本实施例中，该棱镜24具有两个功能，其一是在第二斜面21上加镀分光膜系，该膜系反射所述远端光信号λ2并增透所述出射光信号λ1，实现单纤双向的功能膜面，其二是为了匹配光学光纤11入射角度，增大耦合效率，按照现有光学系统，如果没有棱镜24，光束直接从空气中入射到光纤1141°端面，耦合效率几乎为0，但当加入棱镜24进行折射率和光路角度，耦合效率基本与一束光入射到8°光纤11相当。优选的，棱镜24尽量采用折射率接近石英玻璃的材料，例如BK7玻璃或石英玻璃等。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图7至图10，所述分光器件2包括PLC无源芯片25，所述PLC无源芯片25的一相对侧分别为所述第二斜面21和所述第三斜面23。所述PLC无源芯片25的一相对侧的高度分别为250μm和750μm，250μm高度的一侧芯层26导光，其近场模斑与单模光纤11模斑匹配，750μm高度的一侧芯层26的损耗与250μm高度的一侧芯层26相同。所述PLC无源芯片25与高度为250μm的光纤阵列组件1粘接。粘接时，在所述光纤阵列组件1端反向输入出射光信号λ1，在所述第三斜面23端用大面积PD逐一监控每一路光功率，使每一路光功率达到最大后，再通过折射率匹配的UV胶水粘接。所述PLC无源芯片25通过PLC波导离子交换技术制成。在本实施例中，分光器件2除了采用棱镜24以外，还可以采用小型的PLC无源芯片25代替，该PLC无源芯片25可通过PLC波导离子交换技术制成，将PLC芯片两端分别研磨成41°和8°，其中41°面加镀功能膜系，用于增透λ1、反射λ2，8°斜面上粘贴隔离器30即可；该PLC无源芯片25可通过晶圆批量制成，然后通过切割、研磨而成加工成所需的外形。若使用PLC无源芯片25，PEI一体化lens array33、lens array34、PD array35、TIAchip38也均可采用pitch(高度)为250um的相同类型的元件，这样可以将有源PD芯片和TIA芯片成本降低2/3，大大降低了芯片成本，并且进一步加大了器件的可集成性，减小封装尺寸。而PLC无源芯片25可以分成250umpitch和750um pitch两端，250umpitch芯层26导光，其近场模斑与单模光纤11模斑匹配，匹配度高，750umpitch端芯层26比250umpitch端芯层26稍大，通过刻蚀锥形波导让芯层26低损耗减小到与250umpitch端芯层26相同，这样可以增大8°斜面端耦合效率和耦合容差，让透镜聚焦的光束更容易耦合到波导中。优选地，PLC无源芯片25750um pitch端可根据实际需求变更pitch尺寸为1mm或其他尺寸，考虑模块封装尺寸和PLC芯片尺寸能满足设计需求即可。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图2，所述光纤阵列组件1和所述分光器件2均封装在金属基板39上；在有LD COC31组件以及LD lens32时，所述LD COC31组件、所述LD lens32、所述光纤阵列组件1和所述分光器件2均封装在金属基板39上；在有PEI一体化lens array33、lens array34时，所述PEI一体化lens array33、lens array34、所述光纤阵列组件1和所述分光器件2均封装在金属基板39上。在本实施例中，LD COC31组件、PDarray35、TIA、分光器件2、光纤阵列组件1、PEI一体化lens array34、lens array34等光器件和光元件均被封装在金属基板39上，这样不仅利于散热，而且利可以让无源件均处于相同平面，减少封装公差。

本发明实施例提供一种基于COB工艺的平面多通道单纤双向器件的封装方法，大致可以按照如下步骤依次实现，其中x方向为PCB板截面方向，y方向为垂直于PCB板方向，z方向为发射光路光轴方向：

将光纤阵列组件1、分光器件2和隔离器30无源粘接在一起备用；

将LD COC31组件按照pitch设计值贴装为一列，然后将PD array35参考LD位置贴片为另外一列，TIA紧跟PD array35贴片，便于近距离打线；PD和LD的横向距离与PEI一体化lens array34中两列lens的间距有关，控制在±10um即可；

将lens array34根据设计值粘接在PD array35上方，将金属基板39与PCB板37用黑胶粘接在一起，完成芯片打线；

预耦合光纤阵列组件1y方向位置，检测光纤阵列组件1输出的λ1光功率，光纤阵列组件1预耦合位置与PD array35芯片平齐，预耦合完成后用UV胶固定光纤阵列组件1与分光器件2；

逐个耦合LD lens32，将每个通道λ1光能量达到模块要求输出值，点UV胶固化LDlens32；

耦合PEI一体化lens array33，使PD光功率达到最大，将PEI一体化lens array33固化即完成了发射光路和接收光路大部分封装；

进一步地，可设计金属盖置于整个金属基板39上方，对各个元件进行防尘和金线保护；driver36(驱动)设于PCB板37上且与LD COC31连接。

光纤阵列组件1和分光器中角度可设计成其他角度，750um或250um pitch值设定也可根据实际芯片pitch或需求改变。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。