CN206946027U - 一种多芯片封装的空间合波光学模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多芯片封装的空间合波光学模块，包括发射端、输出端、光学组件、光学组件固定装置、外壳，发射端包括依次连接的激光二极管、激光芯片组、管帽和准直透镜组，输出端是光信号的输出端口，光学组件包括反射镜组和合波滤片组；准直透镜组分别对激光芯片组发出的发散激光光束进行准直，形成平行光束的四个光信号；第一合波滤片对第一光信号λ1、第二光信号λ2进行合波，第二合波滤片对第三光信号λ3、第四光信号λ4进行合波，第三合波滤片把四个光信号复用在一起，从输出端输出。本实用新型利用多芯片的空间立体分布，配合合波滤片和反射镜的空间立体分布，能够用简单工艺，以更低的成本，实现超小空间的多波长合波。

Description

一种多芯片封装的空间合波光学模块

技术领域

本实用新型涉及光纤通讯技术领域，尤其涉及光纤通讯技术领域中的一种多芯片封装的空间合波光学模块。

背景技术

由于光纤通讯发展迅速，随着单根光纤传输容量需求的提升，如视频影像等在虚拟现实(VR)和增强现实(AR)中的实时传输，直接要求最大利用光纤的宽度。波分复用(WDM)技术是用于提高传输容量的关键技术之一。WDM系统对各波长彼此不同的多个光信号进行多路复用。近几年，要求光学模块的WDM化，例如，作为用于具有结合从多个光源发出的不同波长的光信号而进行波长多路复用的光发射组件的光学模块的TOSA，已知的有将四个容纳LD(激光二极管)的CAN封装件向相同方向排成一列而配置的TOSA。另一方面，近几年，要求光收发两用机等光学模块的进一步的小型化。例如，要求与对应于40～100GbE连接的光纤的收发两用机规格即QSFP+(Quad Small Form-factor Pluggable Plus)对应的小型光收发两用机，尤其要求WDM用的小型光收发两用机。在QSFP标准中，是对光信号波长为1270nm，1290nm，1310nm和1330nm的四个波长进行合波和分波利用。

当前正在批量实用的LAN-WDM标准，对分别具有每个波长为25Gbps的传输速度且波长间隔为800GHz的四个光信号进行多路复用，以实现100Gbps的传输容量。相应的光信号的波长为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.14nm。LAN-WDM中规定的光收发器具有遵循CFP(100G可插拔式)多源协议(MSA)的外部尺寸。然而，非常需要进一步减小光收发器的尺寸以及成本，以便在通信设备中高密度地安装光收发器。

在进一步高速率传输模块标准中，有波长间隔约为800GHz的8个波长的复用，每个波长负责50Gbps的传输速率，一共实现400Gbps的传输容量。更进一步的在讨论的标准中，有10个波长和16个波长的复用协议。

目前，现有的多波长复用的光学模块中，于四个不同波长光信号的激光芯片是单独封装在各自的二极管里，且应用时是在同个平面放置的，以至于造成整体占用的空间较大，最终完成的合波器件的体积就会比较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多芯片封装的空间合波光学模块，利用多个激光芯片和光学元件在空间立体上的布置，能够实现多个方向的调试耦合，使得在紧凑空间里面，能够实现多波长合波，具有更紧凑的空间，更低的成本，以及可多级级联等优势。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种多芯片封装的空间合波光学模块，包括发射端、输出端、光学组件、光学组件固定装置、外壳，发射端包括依次连接的激光二极管、激光芯片组、管帽和准直透镜组，输出端是光信号的输出端口，光学组件包括反射镜组和合波滤片组；

激光芯片组包括第一激光芯片、第二激光芯片、第三激光芯片、第四激光芯片，准直透镜组包括准直正透镜组，准直正透镜组包括第一准直正透镜、第二准直正透镜、第三准直正透镜、第四准直正透镜，反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，合波滤片组包括第一合波滤片、第二合波滤片和第三合波滤片；

第一激光芯片、第二激光芯片、第三激光芯片、第四激光芯片具有彼此不同的波长；

第一激光芯片、第二激光芯片、第三激光芯片、第四激光芯片封装在同一个激光二极管里；

第一准直正透镜、第二准直正透镜、第三准直正透镜、第四准直正透镜分别对第一激光芯片、第二激光芯片、第三激光芯片、第四激光芯片发出的发散激光光束进行准直，形成平行光束的第一光信号λ1、第二光信号λ2、第三光信号λ3、第四光信号λ4；

第一合波滤片对第一光信号λ1、第二光信号λ2进行合波产生第一多路复用光信号；

第二合波滤片对第三光信号λ3、第四光信号λ4进行合波产生第二多路复用光信号；

第三合波滤片把第一光信号λ1、第二光信号λ2、第三光信号λ3、第四光信号λ4复用在一起，从输出端输出。

进一步地，所述第一激光芯片、第二激光芯片、第三激光芯片、第四激光芯片分布在同一平面。

进一步地，所述第一激光芯片、第二激光芯片、第三激光芯片、第四激光芯片分布方式为空间立体分布。

进一步地，所述第一准直正透镜、第二准直正透镜、第三准直正透镜、第四准直正透镜封装在激光二极管的管帽上，也可以是激光二极管管帽采用平窗窗口片封装，准直透镜组外置固定在相应激光芯片输出位置上，也可以是激光二极管管帽采用平窗窗口片封装，准直透镜组内置固定在相应激光芯片输出位置上。

进一步地，所述准直透镜组还包括连接在准直正透镜组之后的准直负透镜组，准直正透镜组先对发散激光光束进行聚焦，再通过准直负透镜组进行准直，第一准直正透镜、第二准直正透镜、第三准直正透镜、第四准直正透镜一侧分别设置有第一准直负透镜、第二准直负透镜、第三准直负透镜、第四准直负透镜，第一准直正透镜、第二准直正透镜、第三准直正透镜、第四准直正透镜先对发散激光光束进行聚焦，再通过第一准直负透镜、第二准直负透镜、第三准直负透镜、第四准直负透镜进行准直，准直正负透镜组合进行准直，有利于耦合调试，激光光束的准直还可以是准直正透镜组直接对发散激光光束进行准直。

进一步地，所述第一合波滤片、第二合波滤片采用波分复用滤片或偏振合波滤片，第三合波滤片采用波分复用滤片或偏振波分复用滤片。

进一步地，所述第一合波滤片设置在第一激光芯片和第二激光芯片附近，所述第二合波滤片设置在第三激光芯片和第四激光芯片附近，就近实现合波，然后再通过准直正透镜组或准直正负透镜组合进行准直，此时一个准直透镜可以对两路激光芯片的输出光束进行准直。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的一种多芯片封装的空间合波光学模块，激光芯片组封装在同一个激光二极管里，可以是面阵分布，也可以根据具体设计封装要求进行空间立体分布，可以直接把准直透镜组封装在激光二极管的管帽上，也可以是激光二极管管帽采用平窗窗口片封装，准直透镜组外置固定在相应输出位置上，也可以是激光二极管管帽采用平窗窗口片封装，准直透镜组内置固定在相应激光芯片输出位置上，分布方式灵活，多种封装方式可以实现多个方向的调试耦合。

2、本实用新型的一种多芯片封装的空间合波光学模块，对激光光束进行准直时，可以使准直正透镜组先对发散激光光束进行聚焦，再通过准直负透镜组进行准直，采用正负透镜组合进行准直，有利于耦合调试。

3、本实用新型的一种多芯片封装的空间合波光学模块，第一合波滤片设置在第一激光芯片和第二激光芯片附近，所述第二合波滤片设置在第三激光芯片和第四激光芯片附近，就近实现合波，然后再通过准直正透镜组或准直正负透镜组合进行准直，此时一个准直透镜可以对两路激光芯片的输出光束进行准直。

4、本实用新型的一种多芯片封装的空间合波光学模块，利用多个激光芯片和光学元件在空间立体上的布置，能够实现多个方向的调试耦合，使得在紧凑空间里面，能够实现多波长合波。具有更紧凑的空间，更低的成本，以及可多级级联等优势。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1现有的一种多波长合波的光学模块原理示意图；

图2本实用新型实施例的一种多芯片封装的带温控二极管基座；

图3本实用新型实施例的一种多芯片封装的空间合波光学模块的各元件空间分布示意图；

图4本实用新型实施例的一种多芯片封装的空间合波光学模块的光学原理图；

图5本实用新型实施例的一种多芯片封装的空间合波光学模块外观图；

图6本实用新型实施例的一种多芯片封装的带准直透镜管帽的二极管；

图7本实用新型实施例中单透镜对激光芯片发出的发散光束准直原理图；

图8本实用新型实施例的一种多芯片封装的二极管带外置准直负透镜；

图9本实用新型实施例中正负透镜组合对激光芯片发出的发散光束准直原理图；

图10本实用新型实施例的一种多芯片封装的带平窗管帽的二极管；

图11本实用新型实施例中一个准直透镜对两路激光芯片的输出光束进行准直原理图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-发射端，11-激光二极管，13-管帽，2-输出端，3-光学组件，4-光学组件固定装置，5-外壳，121-第一激光芯片，122-第二激光芯片，123-第三激光芯片，124-第四激光芯片，141-第一准直正透镜，142-第二准直正透镜，143-第三准直正透镜，144-第四准直正透镜，151-第一准直负透镜，152-第二准直负透镜，153-第三准直负透镜，154-第四准直负透镜，311-第一反射镜，312-第二反射镜，313-第三反射镜，314-第四反射镜，321-第一合波滤片，322-第二合波滤片，323-第三合波滤片，61-第一波分复用膜片，62-第二波分复用膜片，63-第三波分复用膜片，64-第四波分复用膜片。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，本实用新型是现有的一种多波长合波的光学模块，将λ1、λ2、λ3、λ4四个波长的四个光信号多路复用，λ1波长光信号经第一波分复用膜片61反射后，到达第二波分复用膜片62，第二波分复用膜片62复用λ2波长光信号和λ1波长光信号，为λ1λ2波长光信号，第三波分复用膜片63复用λ3波长光信号和λ1λ2波长光信号，为λ1λ2λ3波长光信号，第四波分复用膜片64复用λ4波长光信号和λ1λ2λ3波长光信号，为λ1λ2λ3λ4波长光信号，最后将四个光信号复用在一起，由于四个不同波长光信号的激光芯片是单独封装在各自的二极管里，且应用时是在同个平面放置的，以至于造成整体占用的空间较大，最终完成的合波器件的体积就会比较大。

实施例2

如图2～图5所示，为本实用新型一种多芯片封装的空间合波光学模块，包括发射端1、输出端2、光学组件3、光学组件固定装置4、外壳5，发射端1包括依次连接的激光二极管11、激光芯片组、管帽13和准直透镜组，输出端2是光信号的输出端口，光学组件3包括反射镜组和合波滤片组；激光芯片组包括第一激光芯片121、第二激光芯片122、第三激光芯片123、第四激光芯片124，准直透镜组包括准直正透镜组，准直正透镜组包括第一准直正透镜141、第二准直正透镜142、第三准直正透镜143、第四准直正透镜144，反射镜组包括第一反射镜311、第二反射镜312、第三反射镜313和第四反射镜314，合波滤片组包括第一合波滤片321、第二合波滤片322和第三合波滤片323；

如图2、图3所示，发射端1的激光芯片组的第一激光芯片121、第二激光芯片122、第三激光芯片123、第四激光芯片124空间立体分布于激光二极管11上。准直透镜组的第一准直正透镜141、第二准直正透镜142、第三准直正透镜143、第四准直正透镜144空间立体分布于激光二极管11的管帽13上。激光芯片组发出的λ1、λ2、λ3、λ4四个不同波长的发散光束分别经过准直透镜组的第一准直正透镜141、第二准直正透镜142、第三准直正透镜143、第四准直正透镜144后变为聚焦光束；聚焦光束再通过准直负透镜组的第一准直负透镜151、第二准直负透镜152、第三准直负透镜153、第四准直负透镜154准直为平行光束。

如图4所示，第一激光芯片121发出的λ1波长平行光束由第一反射镜311反射后到达第一合波滤片321，由第一合波滤片321反射，第二激光芯片122发出的λ2波长平行光束由第一合波滤片321透射，因此第一合波滤片321将λ1和λ2波长光束复用在一起；第四激光芯片124发出的λ4波长平行光束由第一反射镜311反射后到达第二合波滤片322，由第二合波滤片322反射，第三激光芯片123发出的λ3波长平行光束由第二合波滤片322透射，因此第二合波滤片322将λ3和λ4波长光束复用在一起；λ1λ2波长复用光束到达第二反射镜312，由第二反射镜312反射后到达第三合波滤片323，由第三合波滤片323反射，λ3λ4波长复用光束到达第三反射镜313，由第三反射镜313反射后到达第四反射镜314，由第四反射镜314反射后到达第三合波滤片323，由第三合波滤片323透射，因此第三合波滤片323将λ1、λ2、λ3和λ4四个不同波长的光信号光束合波复用一起由输出端2接收输出。

实施例3

本实用新型是在实施例2的基础上，对本实用新型作出进一步说明。

如图6所示，发射端1的激光二极管11的管帽13是带透镜的管帽，准直透镜组可以是单透镜直接对发散激光光束进行准直，准直透镜组的第一准直正透镜141、第二准直正透镜142、第三准直正透镜143、第四准直正透镜144空间立体分布于激光二极管11的管帽13上，光学原理如图7所示，选其中的第一激光芯片121来举例说明，第一激光芯片121发出的发散光束经第一准直正透镜141后变为平行光束。

实施例4

本实用新型是在实施例2的基础上，对本实用新型作出进一步说明。

如图8所示，准直透镜组采用正负透镜组合进行准直，有利于耦合调试，准直透镜组包括准直正透镜组和准直负透镜组，准直正透镜组的第一准直正透镜141、第二准直正透镜142、第三准直正透镜143、第四准直正透镜144空间立体分布于激光二极管11的管帽13上，准直负透镜组的第一准直负透镜151、第二准直负透镜152、第三准直负透镜153、第四准直负透镜154空间立体分布于激光二极管11的管帽13外，光学原理如图9所示，选其中的第一激光芯片121来举例说明，第一激光芯片121发出的发散光束经第一准直正透镜141后变为聚焦光束，聚焦光束再通过第一准直负透镜151准直为平行光束。

实施例5

本实用新型是在实施例2的基础上，对本实用新型作出进一步说明。

如图10所示，发射端1的激光二极管11的管帽13采用平窗窗口片封装，准直透镜组外置固定在相应输出位置上，也可内置固定在相应激光芯片输出位置上，准直透镜组可以是单透镜组，如图6和7所示，也可以是正负透镜组合，如图8和9所示。

实施例6

本实用新型是在实施例2的基础上，对本实用新型作出进一步说明。

如图11所示，第一合波滤片321、第二合波滤片322就近放置在第一激光芯片121、第二激光芯片122和第三激光芯片123、第四激光芯片124附近，就近实现合波，然后再通过准直透镜组进行准直。此时一个准直透镜可以对两路激光芯片的输出光束进行准直。第一激光芯片121和第二激光芯片122发出的发散光束分别经第一合波滤片321透射和反射后合束输出，发散光束经第一准直透镜141后变为平行光束。采用这种合波方式，同理，发射端1的激光二极管管帽可以是带透镜的管帽如图6所示也可以是平窗窗口片管帽如图10所示。发射端1是带透镜的管帽时，准直透镜组封装于管帽上；发射端1是平窗窗口片管帽时，准直透镜组外置固定在相应输出位置上也可内置固定在相应输出位置上。准直透镜组可以是单透镜组如图6和7所示，也可以是正负透镜组合如图8和9所示。

实施例7

本实用新型是在实施例2的基础上，对本实用新型作出进一步说明。

如图3、4、5所示，为了将输出光调整到合适的输出位置，使用第一反射镜311、第二反射镜312、第三反射镜313和第四反射镜314来调整复用光束的输出方向和位置，因此，在具体实施过程中，可以根据输出端2具体的规格要求来决定使用反射镜的位置和数量，或者使用侧移棱镜。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多芯片封装的空间合波光学模块，其特征在于：包括发射端(1)、输出端(2)、光学组件(3)、光学组件固定装置(4)、外壳(5)，发射端(1)包括依次连接的激光二极管(11)、激光芯片组、管帽(13)和准直透镜组，所述输出端(2)是光信号的输出端口，光学组件(3)包括反射镜组和合波滤片组；

所述激光芯片组包括第一激光芯片(121)、第二激光芯片(122)、第三激光芯片(123)、第四激光芯片(124)，所述准直透镜组包括准直正透镜组，准直正透镜组包括第一准直正透镜(141)、第二准直正透镜(142)、第三准直正透镜(143)、第四准直正透镜(144)，所述反射镜组包括第一反射镜(311)、第二反射镜(312)、第三反射镜(313)和第四反射镜(314)，所述合波滤片组包括第一合波滤片(321)、第二合波滤片(322)和第三合波滤片(323)；

所述第一激光芯片(121)、第二激光芯片(122)、第三激光芯片(123)、第四激光芯片(124)具有彼此不同的波长；

所述第一激光芯片(121)、第二激光芯片(122)、第三激光芯片(123)、第四激光芯片(124)封装在同一个激光二极管(11)里；

所述第一准直正透镜(141)、第二准直正透镜(142)、第三准直正透镜(143)、第四准直正透镜(144)分别对第一激光芯片(121)、第二激光芯片(122)、第三激光芯片(123)、第四激光芯片(124)发出的发散激光光束进行准直，形成平行光束的第一光信号(λ1)、第二光信号(λ2)、第三光信号(λ3)、第四光信号(λ4)；

所述第一合波滤片(321)对第一光信号(λ1)、第二光信号(λ2)进行合波产生第一多路复用光信号；

所述第二合波滤片(322)对第三光信号(λ3)、第四光信号(λ4)进行合波产生第二多路复用光信号；

所述第三合波滤片(323)把第一光信号(λ1)、第二光信号(λ2)、第三光信号(λ3)、第四光信号(λ4)复用在一起，从输出端(2)输出。

2.根据权利要求1所述的一种多芯片封装的空间合波光学模块，其特征在于：所述第一激光芯片(121)、第二激光芯片(122)、第三激光芯片(123)、第四激光芯片(124)分布在同一平面。

3.根据权利要求1所述的一种多芯片封装的空间合波光学模块，其特征在于：所述第一激光芯片(121)、第二激光芯片(122)、第三激光芯片(123)、第四激光芯片(124)分布方式为空间立体分布。

4.根据权利要求1所述的一种多芯片封装的空间合波光学模块，其特征在于：所述第一准直正透镜(141)、第二准直正透镜(142)、第三准直正透镜(143)、第四准直正透镜(144)封装在激光二极管(11)的管帽(13)上。

5.根据权利要求1所述的一种多芯片封装的空间合波光学模块，其特征在于：所述准直透镜组还包括安装在准直正透镜组之后的准直负透镜组，准直正透镜组先对发散激光光束进行聚焦，再通过准直负透镜组进行准直。

6.根据权利要求1所述的一种多芯片封装的空间合波光学模块，其特征在于：所述第一合波滤片(321)、第二合波滤片(322)采用波分复用滤片或偏振合波滤片，第三合波滤片(323)采用波分复用滤片或偏振波分复用滤片。

7.根据权利要求1所述的一种多芯片封装的空间合波光学模块，其特征在于：所述第一合波滤片(321)设置在第一激光芯片(121)和第二激光芯片(122)附近，所述第二合波滤片(322)设置在第三激光芯片(123)和第四激光芯片(124)附近。