光发射组件和光路耦合方法

技术领域

本申请的实施例总体上涉光通信领域，并且更具体地，涉及一种紧凑型光发射组件。

背景技术

随着5G及物联网的发展，通信网络和数据中心的建设使用量加大，网络对于速率的要求也在逐步的提升。提升速率的方法有两种，一种是直接采用高带宽的单颗芯片，这样的好处是光器件的结构小，功耗也小，但是目前的网络对于速率的需求迫切度远远大于光芯片的发展速度，在高速100G、200G以及400G领域单颗高速芯片并没有达到商用阶段。

光通信器件采用多通道传输方案以满足高速通信的要求。光通信器件包括光发射组件和光接收组件。以光发射组件为例，光发射组件通常包括管壳、光束合路器、芯片上基板（COC）和布置在COC上的激光器芯片。然而，传统的光发射组件的器件布置将会导致COC的信号链路长，而导致光信号质量劣化。此外，这种光发射组件的器件布置占据的空间大而导致难以进行更多通道的扩展。

发明内容

本申请的实施例提供了一种用光发射组件和光路耦合方法，旨在提高光发射组件的信号品质、空间效率。

根据本申请的第一方面，提供了一种光发射组件。光发射组件包括：管壳，包括沿长度方向设置在所述管壳的一端的光出射窗；第一组基板，其沿所述管壳的宽度方向并且以第一高度布置在所述管壳中并且包括上面承载有激光器芯片的多个基板，其中所述激光器芯片被配置成朝向与所述光出射窗所在的方向相反的方向上发射光信号；光束合路器，被配置为对来自所述激光器芯片的光信号进行光束合并以使合并的光束经由所述光出射窗发送，并且以与所述第一高度不同的第二高度布置在所述管壳中；以及第一光准直组件，位于所述激光器芯片的光路下游并且与所述激光器芯片相邻地布置在所述管壳中，以对所述光信号进行准直并且改变所述光信号方向，以使得经准直后的光信号耦合入所述光束合路器。

根据本申请实施例的光发射组件，能够优化光发射组件内的光器件的布局以实现光发射组件内器件的小型化，并且提高发射组件的空间效率。此外，根据本公开实施例的光发射组件能够缩短基板上的信号链路并且提高信号的品质。

在根据本申请的实施例中，所述激光器芯片的光端口和用于激励所述激光器芯片发光的电信号键合端可被设置在所述基板的同一侧上。由此，可以缩短基板上的信号链路，进而降低信号衰减。

在根据本申请的实施例中，所述第一光准直组件可包括反射镜-准直透镜组件和相对于水平以45°角布置的第二反射镜，其中所述反射镜-准直透镜组件被配置为将来自所述激光器芯片的光信号从水平方向改变为高度方向并且进行准直，所述第二反射镜被配置为将改变方向且准直的光信号从所述高度方向改变为水平方向以朝向所述光束合路器耦合。

在根据本申请的实施例中，所述反射镜-准直透镜组件可包括相对于水平以45°角布置的第一反射镜和邻近所述第一反射镜安装的准直透镜。

在根据本申请的实施例中，所述反射镜-准直透镜组件可包括C球形准直凹面镜。

在根据本申请的实施例中，所述管壳可包括被配置为支撑所述第一组基板的第一平台以及被配置为支撑所述反射镜-准直透镜组件的第二平台，其中所述第二平台的高度比所述第一平台的高度高并且被配置成使得从所述基板上的所述激光器芯片发射的光信号实质上被耦合至放置在所述第二平台上的所述反射镜-准直透镜组件。

在根据本申请的实施例中，针对每个基板可设置一个所述反射镜-准直透镜组件，并且针对所述第一组基板可设置一个第二反射镜。

在根据本申请的实施例中，光发射组件还可包括布置在所述第一组基板的宽度方向外侧的一对支撑体，其中所述支撑体包括以45°角倾斜的倾斜面，所述第二反射镜被附接至所述倾斜面。

在根据本申请的实施例中，光发射组件还可包括布置在所述管壳的预定位置处具有预定高度的支撑台或垫片，被配置成支撑所述光束合路器。

在根据本申请的实施例中，光发射组件还可包括：第二组基板，在所述管壳的宽度方向上与所述第一组基板并排布置并且比所述第一组基板邻近所述光束合路器，并且包括上面承载有激光器芯片的多个基板，其中所述激光器芯片被配置成朝向与所述光出射窗所在的方向相反的方向上发射光信号；以及第二光准直组件，位于所述第二组基板的激光器芯片的光路下游并且与所述第二组基板的激光器芯片相邻地布置在所述管壳中，以对所述光信号进行准直并且改变所述光信号方向，以使得经准直后的光信号耦合入所述光束合路器；其中所述第二光准直组件包括反射镜-准直透镜组件和相对于水平以45°角布置的滤波片，其中所述反射镜-准直透镜组件被配置为将来自所述第二组基板的激光器芯片的光信号从水平方向改变为高度方向并且进行准直，所述滤波片被配置为将改变方向且准直的光信号从所述高度方向改变为水平方向以朝向所述光束合路器耦合，并且允许来自所述第一光准直组件的光信号透射过以耦合入所述光束合路器。由此，可以在不改变管壳尺寸的情况下，增加光通信器件的通道数目。

根据本申请的第二方面，提供了一种光路耦合方法。光路耦合方法包括：提供第一组基板，所述第一组基板包括上面承载有激光器芯片的多个基板；使所述激光器芯片朝向与所述光发射组件的光出射窗所在的方向相反的水平方向上发射光信号；提供第一光准直组件，以对来自所述激光器芯片的所述光信号进行准直并且将所述光信号从水平方向改变为竖直方向、并且将竖直方向的所述光信号改变为朝向所述光出射窗的水平方向；以及提供光束合路器，以对来自所述第一光准直组件的光信号进行光束合并，以使合并的光束经由所述光出射窗发送。

在根据本申请的实施例中，方法还可包括：提供第二组基板，所述第二组基板与所述第一组基板并排布置并且比所述第一组基板邻近所述光束合路器，并且包括上面承载有激光器芯片的多个基板；使所述第二组基板的激光器芯片朝向与所述光发射组件的光出射窗所在的方向相反的水平方向上发射光信号；以及提供第二光准直组件，以对来自所述第二组基板的激光器芯片的所述光信号进行准直并且将所述光信号从水平方向改变为竖直方向，其中所述第二光准直组件包括滤波片，所述滤波片被配置为将将竖直方向的所述光信号改变为水平方向以朝向所述光束合路器传播并且允许来自所述第一光准直组件的光信号透射过以耦合入所述光束合路器。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本申请的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例而非限制性的方式示出了本申请的若干实施例。

图1示出了根据本申请的实施例的光发射组件的整体结构俯视示意图。

图2示出了图1所示的光发射组件沿着线A-A的剖视示意图。

图3示出了图1所示的光发射组件沿着线B-B的剖视示意图。

图4示出了根据本申请的实施例的基板上的激光器芯片的信号链路示意图。

图5示出了图1所示实施例的光发射组件的局部光路示意图。

图6示出了根据本申请的另一实施例的第一光准直组件的光路示意图。

图7示出了根据本申请的另一实施例的光发射组件的整体结构俯视示意图。

图8示出了图7所示的光发射组件沿着线C-C的剖视示意图。

图9示出了图7所示的实施例的光发射组件的局部光路示意图。

图10示出了根据本申请的实施例的光发射组件的光路耦合方法的流程示意图。

图11示出了根据本申请的另一实施例的光发射组件的光路耦合方法的流程示意图。

在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施例。虽然附图中显示了本申请的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示放置或者位置关系的词汇均基于附图所示的方位或者位置关系，仅为了便于描述本申请的原理，而不是指示或者暗示所指的元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本申请的限制。

下面结合附图详细说明根据本申请实施例的光发射组件。值得说明的是，尽管本申请的实施例以光发射组件为例进行描述，本申请的发明构思可以类似地应用至光接收组件。

图1-图3示出了根据本申请的实施例的光发射组件100的结构示意图。如图1-图3所示，光发射组件100包括管壳10以及布置在管壳10内的第一组基板、光束合路器30和第一光准直组件。管壳10可包括长度、宽度和高度并且包括沿长度方向设置在管壳10的一端（在图1所示的实施例中，位于左侧）的光出射窗20。光出射窗20可与管壳10集成在一起。光束合路器30以预定的高度（例如第二高度）被配置在管壳10中，并且被配置为将从不同激光器芯片的不同波长的光信号进行光束合，并以使合并的光束经由光出射窗20发送。

光发射组件100还可包括第一组基板，第一组基板沿管壳10的宽度方向布置并且以第一高度布置在管壳10中。第一组基板可包括多个基板50，每个基板50上分别承载有适于发出不同波长的激光器芯片。基板50的数目可以与光发射组件100的光通道的数目对应。在图示的实施例中，光发射组件100包括四个光通道。应当理解的是，这仅仅是示例性的，光发射组件100可包括其他数目的光通道，例如八个光通道、十二个光通道等。

在图示的实施例中，第一组基板以第一高度布置在管壳10中，其中第一高度低于第二高度。由此，激光器芯片所发出的激光的发光面与光束合路器30耦合光的操作面处于不同的水平面。通过这样的布置，增加了管壳内的竖直空间利用率。

在根据本申请的实施例中，如图1-图3所示，激光器芯片被配置成朝向与光出射窗20所在的方向相反的方向上（在图1和图3所示的实施例中向右侧）发射光信号。光发射组件100还可包括第一光准直组件。第一光准直组件位于激光器芯片的光路下游并且与激光器芯片相邻地布置在管壳10中。第一光准直组件被配置为对光信号进行准直并且改变光信号方向，以使得经准直后的光信号耦合入光束合路器30。通过这样的布置，光发射组件100的激光器芯片的光端口和用于激励激光器芯片发光的电信号键合端被设置在基板50的同一侧上，由此缩短了基板的信号链路的链路长度。

图4示出了根据本申请的实施例的基板50上的激光器芯片的信号链路示意图。如图4所示，激光器芯片52的光端口设置在图中纸面的左侧，而与基板50进行电连接的柔性电路板也位于左侧（参见图1）。如图4所标记的，位于管壳的信号链路的长度L大幅度地缩短，因此可以减少射频信号在信号链路上衰减，并且进而提高了信号质量。

图5示出了图1所示实施例的光发射组件的局部光路示意图。如图所示，第一光准直组件可包括反射镜-准直透镜组件和第二反射镜40。反射镜-准直透镜组件被配置为将来自激光器芯片的光信号从水平方向（即图中向右的方向）改变为高度方向（即图中向上的方向）并且进行准直。第二反射镜40相对于水平以45°角布置。第二反射镜40被配置为将改变方向且准直的光信号从高度方向改变为水平方向以朝向光束合路器30耦合（即图中的向左的方向）。由此，可以方便地构造实现从激光器芯片到光束合路器30的光路耦合。

在图5所示的实施例中，光发射组件100的反射镜-准直透镜组件可包括相对于水平以45°角布置的第一反射镜80和邻近第一反射镜80安装的准直透镜70。如图5所示，激光器芯片向右侧发射光信号，所发射的光信号首先经由第一反射镜80竖直向上反射，然后经由准直透镜70进行准直，准直后的光再竖直入射到第二反射镜40，经由第二反射镜40的反射之后水平耦合入光束合路器30。值得说明的是，尽管在图示的实施例中，对激光器芯片的信号先进行反射然后进行准直，应当理解的是，这仅仅是示例性的，在其他一些实施例中，准直透镜和第一反射镜位置颠倒，即先利用准直透镜实现激光器芯片发出的发散光准直，再利用第一反射镜实现反射。

图6示出了根据本申请的另一实施例的第一光准直组件的光路示意图。如图6所示，取代图5所示的反射镜-准直透镜组件，光发射组件100的反射镜-准直透镜组件可包括C球形准直凹面镜190。C球形准直凹面镜190可被配置为对来自激光器芯片的光信号进行反射并且准直。经过反射并且准直的光再经由第二反射镜40耦合入光束合路器。

继续回到图1-图3，在图示的实施例中，针对每个基板50设置一个反射镜-准直透镜组件，并且针对第一组基板设置一个第二反射镜40。针对第一组基板设置一个第二反射镜40，由此减少零件的数目并且降低光路耦合作业的复杂度。如图1-图3所示，第二反射镜40可与光束合路器30相对地布置并且跨光发射组件100的宽度方向延伸。由此，来自反射镜-准直透镜组件的准直光可以经由第二反射镜40而被反射至光束合路器30。

如图2-图3所示，光发射组件100还可包括布置在第一组基板的宽度方向外侧的一个或多个支撑体90。支撑体90被配置在第一组基板外侧，由此不会影响光路。在一些实施例中，支撑体90可成对布置，由此进一步增强第二反射镜40的支撑强度。在一些实施例中，支撑体90可包括以45°角倾斜的倾斜面，第二反射镜40被附接至倾斜面。

在一些实施例中，如图3所示，光发射组件100的管壳10可包括被配置为支撑第一组基板的第一平台12以及被配置为支撑反射镜-准直透镜组件的第二平台14。通过设置第一平台12和第二平台14，可以方便地定位基板和光学器件的位置。第一平台12和第二平台14的高度可以根据管壳10的高度适当地设置。在一些实施例中，第二平台14的高度比第一平台12的高度高并且被配置成使得从基板50上的激光器芯片发射的光信号实质上被耦合至放置在第二平台14上的反射镜-准直透镜组件。尽管在图示的实施例中，第一平台12和第二平台14被布置为管壳10的一体结构；应当理解的是，这仅仅是示例性的，在其他实施例中，第一平台12和第二平台14中的一个或两个可以利用垫片替代。

在一些实施例中，如图3所示，光发射组件100还可包括布置在管壳10的预定位置处具有预定高度的垫片60。通过垫片60，可方便地设置光束合路器30的高度。在其他实施例中，取代垫片，可形成为支撑台的形式。此外，还可以便于确定光束合路器30在管壳10中的位置。

图7-图9示出了根据本申请的另一实施例的光发射组件700的结构示意图。图7-图9所示的实施例与图1所示的实施例类似，不同之处在于，在图7-图9的实施例中相对于图1所示的实施例的通道数目加倍。这主要得益于根据本申请实施例的光发射组件100、700的光学器件的空间布局方式。

如前面的实施例所述，在根据本申请实施例光发射组件100中，通过将激光器芯片发出的光与耦合进入到光束合路器30的光束在管壳空间的不同的水平面上，有效地利用了管壳的竖直空间，以缩减光学器件所占据的管壳的长度。在这种情况下，可实现器件的紧凑化并且节省出管壳的长度方向的空间。而所节省出的空间可以用于布置另外的一组或多组基板和相关联的光学器件。由此，可以在不改变光通信组件的尺寸的情况下，实现光通道数目的倍增。在图示的实施例中，由原来光通信组件的4通道提升到8通道。在原来的通信组件是8通道的情况下，通过实施根据本申请实施例的方案可以增大到16通道。

图7示出了根据本申请的另一实施例的光发射组件的整体结构俯视示意图。图8示出了图7所示的光发射组件沿着线C-C的剖视示意图。图9示出了图7所示的实施例的光发射组件的局部光路示意图。如图7-图9所示，光发射组件700包括管壳710以及布置在管壳710内的第一组基板、与第一组基板并排布置的第二组基板、光束合路器730、用于第一组基板的第一光准直组件、用于第二组基板的第二光准直组件。第一组基板可包括多个基板750a，每个基板750a上分别承载有适于发出不同波长的激光器芯片752a。在图示的实施例中，基板750a的数目为四个以形成四个光通道。光发射组件700还包括布置在所述管壳710的预定位置处具有预定高度的垫片760，垫片760被配置成支撑光束合路器730。在其他实施例中，取代垫片，可形成为支撑台的形式。第一光准直组件可包括相对于水平以45°角布置的第一反射镜780a、邻近第一反射镜780a安装的准直透镜770a以及第二反射镜740a。第二反射镜740a被配置为将改变方向且准直的光信号从高度方向改变为水平方向以朝向光束合路器730耦合（即图中的向左的方向）。由此，可以方便地构造实现从激光器芯片到光束合路器730的光路耦合。第二反射镜740a可经由第一支撑体790a支撑，以确保第二反射镜740a的牢固安装。第二组基板在管壳710的宽度方向上与第一组基板并排布置并且比第一组基板邻近光束合路器730。第二组基板包括上面承载有激光器芯片752b的多个基板750b。激光器芯片752b被配置成朝向与光出射窗所在的方向相反的方向上发射光信号。第二组基板可采用与前述实施例中的第一组基板类似的结构，省略对其详细描述。

第二光准直组件位于第二组基板的激光器芯片752b的光路下游并且与第二组基板的激光器芯片752b相邻地布置在管壳710中，以对光信号进行准直并且改变光信号方向，以使得经准直后的光信号耦合入光束合路器730。第二光准直组件可采用与前述实施例中的第二光准直组件类似的结构。不同之处在于，取代反射镜，第二光准直组件可包相对于水平以45°角布置的滤波片740b。滤波片740b被配置为将改变方向且准直的光信号从高度方向改变为水平方向以朝向光束合路器730耦合，并且允许来自第一光准直组件的光信号透射过以耦合入光束合路器730。由此，即使设置第二组光通道器件，也不会对第一组光通道器件造成任何影响。

在图示的实施例中，第二光准直组件可包括反射镜-准直透镜组件和相对于水平以45°角布置的滤波片740b。反射镜-准直透镜组件可包括相对于水平以45°角布置的第一反射镜780b和邻近第一反射镜780b安装的准直透镜770b。在一些实施例中，反射镜-准直透镜组件可包括C球形准直凹面镜。在图示的实施例中，滤波片740b可经由第二支撑体790b支撑，以确保滤波片的牢固安装。

由此，通过设置第二组基板和相应的光模块，可以在不改变光通信组件的尺寸的情况下，实现光通道数目的倍增。在图示的实施例中，仅示出了额外设置的第二组基板和相应的光模块；在其他实施例中，可以设置更多组的基板和相应的光模块，以实现更多的通道数目。

图10示出根据本申请实施例的光路耦合方法100。如图10所示，方法可包括：步骤1002，提供第一组基板，第一组基板包括上面承载有激光器芯片的多个基板。在1004处，使激光器芯片朝向与光发射组件的光出射窗所在的方向相反的水平方向上发射光信号。步骤1006，提供第一光准直组件，以对来自激光器芯片的光信号进行准直并且将光信号从水平方向改变为竖直方向、并且将竖直方向的光信号改变为朝向光出射窗的水平方向。步骤1008，提供光束合路器，以对来自第一光准直组件的光信号进行光束合并，以使合并的光束经由光出射窗发送。

在一些实施例中，如图11所示，方法1100还可包括：步骤1102，提供第二组基板，第二组基板与第一组基板并排布置并且比第一组基板邻近光束合路器，并且包括上面承载有激光器芯片的多个基板。步骤1104，使第二组基板的激光器芯片朝向与光发射组件的光出射窗所在的方向相反的水平方向上发射光信号。步骤1106，提供第二光准直组件，以对来自第二组基板的激光器芯片的光信号进行准直并且将光信号从水平方向改变为竖直方向，其中第二光准直组件包括滤波片，滤波片被配置为将将竖直方向的光信号改变为水平方向以朝向光束合路器传播并且允许来自第一光准直组件的光信号透射过以耦合入光束合路器。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。