一种高速光接收器件的一体化耦合组件的制作方法

1.本实用新型涉及一种光路耦合结构，尤其涉及一种高速光接收器件的一体化耦合组件。


背景技术：

2.一个高速光模块的传统构成都是由发射和接收器件组成，包括目前已经面市的400g光模块，甚至还处于研发阶段的800g光模块。而目前所采用的空间光学耦合的多路接收器件的构成也具有高度的一致性，即外界光信号进入接收器件经透镜准直之后，经由解复用器（以下简称demux）将混频信号分解成不同频率（波长）的信号在不同信道中进行传输，单一频率（波长）的准直光波由会聚透镜阵列（以下简称lens array）聚焦后，再由直角棱镜反射到光电二极管（以下简称pd）中进行探测。
3.以四通道为例，当前主流厂家在执行接收器件的光学耦合所采用的工艺是：
4.（1）光纤适配器（以下简称receptacle）耦合：在接收器的外部焊接光纤插芯的固定器以保证外界光以固定的方向进入接收器；
5.（2）准直器（以下简称collimator）耦合：以保证外界光在接收器中以准直光进行传输；
6.（3）demux耦合：复用器就是把多个信号以一定的方式，复合在一起，以方便传输。而解复用器，就是按照复用器复合的方式把复合在一起的信号分离开，以便后续的分析。解复用器的耦合则是把信号中的波长一一区分开来在不同信道中进行传输，耦合过程中主要监控插损、波纹起伏大小以及中心波长偏移量。
7.（4）lens array和直角棱镜耦合：会聚透镜的作用是将准直光进行会聚，再经由直角棱镜反射到pd接收，耦合过程中要保证会聚光焦平面在pd接收面附近，以减少耦合损耗。如是四通道则需要四个会聚透镜做到一个阵列上的解决方案。
8.由上述阐述可以发现现有技术方案存在如下技术缺陷：
9.（1）耦合工艺复杂，需要监控的参数多，难以保证最终耦合良率；
10.（2）器件集成度低，工艺流程复杂；
11.（3）器件制作成本高，设备投入大。


技术实现要素：

12.为解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种高速光接收器件的一体化耦合组件。
13.本实用新型包括collimator、demux、lens array、直角棱镜、单模光纤及底座基板，其中，所述底座基板的上表面设有分别安装所述collimator、demux、lens array的安装位，所述collimator、demux、lens array分别固定在各自的安装位上，所述直角棱镜与所述会聚透镜阵列一体设计。
14.本实用新型作进一步改进，还包括通过单模光纤相连的receptacle，所述单模光
纤的一端与receptacle相连，另一端与所述collimator光路输入端相连。
15.本实用新型作进一步改进，所述直角棱镜的下表面与斜面之间的角度为41
°‑
42
°
。
16.本实用新型作进一步改进，所述直角棱镜的下表面与斜面之间的角度为41
°
。
17.本实用新型作进一步改进，所述安装位为安装凹槽或与模块外围匹配的骨位，各个安装凹槽的深度一致，所述collimator和lens array安装后，其中心为同一高度。
18.本实用新型作进一步改进，所述安装位为设置在所述底座基板上表面的安装标识。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：极大的简化了器件耦合工艺，减少耦合参数监控，有效提升耦合良率和缩短耦合时间；减少耦合设备的投入，降低器件的制作成本；区别于传统方案所采用的45
°
直角棱镜，组件所采用的直角棱镜为41
°‑
42
°
直角棱镜，组件的回损从
‑
28db提升到
‑
39db。
附图说明
20.图1为本实用新型结构示意图；
21.图2为图1 a
‑
a剖面图；
22.图3和图4为本实用新型两个视角光路示意图；
23.图5为现有技术采用45
°
直角棱镜光路反射示意图；
24.图6为本实用新型采用41
°
直角棱镜光路反射示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
26.如图1和图2所示，本例提供一种高速光接收器件（四通道）的一体化耦合组件，该组件包括：receptacle 10，collimator 30，demux 50，lens array 60，直角棱镜70，单模光纤20及底座基板40。collimator 30由光准直器和其固定结构组成，lens array 60和直角棱镜70装配成一体结构，其和collimator 30、demux 50一起装载在底座基板40上，为高速光接收器件提供一体化耦合组件。
27.本例将上述五个光学器件集成在一起，器件集成度高，耦合步骤也由之前的四步简化成现在的一步，极大的简化了器件耦合工艺，减少耦合参数监控，可以有效提升耦合良率，并且随之而来的可以减少耦合设备的投入，进而降低器件的制作成本。
28.本例通过将collimator 30和lens array 60装载在同一底座基板40上，可以更好的保证collimator 30中心和会聚透镜的中心在同一高度，从而可以更好的控制光斑在垂直方向的偏移，保证demux 50出光垂直方向平行度，从而保证 pd接收效率。计算结果显示，当最外侧两个通道的demux出光垂直方向光束偏移0.2
°
时，pd接收效率基本保持不变，当偏移角度增大到0.4
°
时，pd 80接收效率下降至80%，偏移角度为0.6
°
时，pd接收效率为50%以下。
29.本例将collimator 30和demux 50装载在同一底座基板上，可以更好的控制collimator 30和demux 50垂直方向的相对角度，也就是说经过collimator 30准直后的光斑传播方向和demux 50水平面保持重合，因此只需要严格控制collimator 30和demux 50水平方向角度即可，从而提升demux 50耦合容差和降低耦合难度。
30.本例将collimator 30，demux 50， lens array 60以及直角棱镜70装载在同一底座基板40上，机械结构为一体结构，可以更好的保证组件光路的独立性，减少外界结构变化对光路的影响。
31.如图3和图4所示，本例的光路为：外部光信号通过单模光纤输入到receptacle 10插芯，光信号经过collimator 30准直后进入demux 50，经demux 50后将混频信号分解成四个单一波长信号，四个单一波长信号分别由lens array 60四个会聚透镜会聚后，再通过直角棱镜70的反射，改变光信号的传播方向后进入到pd 80中对光信号强度进行探测和测量，经由信号放大器后最终输出电信号。
32.指的一提的是，区别于传统方案所采用的45
°
直角棱镜，所述组件所采用的直角棱镜为41
°
直角棱镜，主要从组件光路设计和优化组件光纤性能考虑。如图5所示，采用45
°
直角棱镜，光线经过棱镜反射进入到pd阵列，大部分光被pd吸收，少部分被pd反射，沿原路线返回，最终进入到receptacle中，返回的光线会对信号光线进行干扰，劣化信号质量，从而降低组件光学性能。如图6所示，本例采用41
°
直角棱镜光路，光学经过棱镜反射进入pd，大部分光被pd吸收，少部分被pd反射，不同的是，由于采用41
°
棱镜，反射光线进入棱镜后并不是原路线返回，而是通过折射大部分光线从棱镜上表面出组件，从而减小反射光线对信号光的影响，提升组件性能。仿真结果显示，采用45
°
直角棱镜的组件的回损为
‑
28 db，而采用41
°
直角棱镜的组件回损为
‑
39 db，此外，本例采用41
°‑
42
°
之间的直角棱镜均能够有效控制组件回损，减少组件回损对信号质量的影响，提升组件光学性能。
33.本例高速光接收器件的一体化耦合组件的耦合过程为：
34.（1）将传播外部光信号的单模光纤接入光纤适配器中，使外部信号光能顺利进入一体化耦合组件；
35.（2）调整耦合组件的位置和角度，使解复用后的四束光波都能被pd阵列探测到，并使得四个通道的pd响应度达到最优值；
36.（3）完成后，保存步骤（2）耦合得到的最佳组件位置和角度，将组件退出产品，在产品上点胶；
37.（4）将组件放回到步骤（3）保存的位置后对胶水进行固化。
38.本实用新型具有以下优势：
39.（1）本实用新型通过将需要独立耦合的五个光学器件通过一定的耦合条件组合在一起，整合在一个基板上，器件集成度高。
40.（2）极大的简化了器件耦合工艺，减少耦合参数监控，有效提升耦合良率和缩短耦合时间。
41.传统耦合方案为receptacle、collimator、demux、lens array单独耦合，假设单步耦合的良率为98%，耦合时间为10分钟，则累积良率为92.2%，总的耦合时间为40分钟，而采用一体化组件耦合方案，耦合良率为98%，耦合时间为10分钟，对比之下，一体化方案的良率提升约6%，耦合时间节约30分钟。除此之外，一体化组件耦合方案需要监控的耦合参数数量也只有传统耦合方案的1/4。
42.（3）减少耦合设备的投入，降低器件的制作成本。
43.一般来说，每道耦合工序需要一个单独的耦合设备，因此一体化耦合方案的设备投入约为传统方案的1/4，另外器件制作成本也降低约3倍。
44.以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。