一种光组件及其制造方法与流程

1.本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种光组件及其制造方法。


背景技术：

2.在不断更新的高速光通信传输系统中，对光模块的传输速率要求越来越高，目前行业内对热插拔式光模块速率的要求已经达到了800gpbs，但是目前行业内的光电转换芯片（o/e chip）最高速率只能达到100gpbs/通道。
3.在这种情况下，对于这种极高速率一般会使用波分复用（wdm）的方式来解决，根据最新的800gpbs光模块osfp、qsfp-dd的多源协议（multi-source agreement下称msa）中所提出的封装方式来看，为了让光模块达到800gpbs的性能，在使用wdm技术的前提下，也不可避免的会遇到一个模块内部需要封装进入两组或者四组光器件的情况发生。
4.比如，msa中对于dual-cs、dual-sn、dual duples-lc等封装的定义就是一只光模块中有2组光组件；其中包含2只光发射组件和2只光接收组件，每只光接收器件由4个单通道光接收组件构成，每个单通道光接收组件工作速率为100gpbs，由此达成每只光模块800gpbs的工作速率。
5.目前行业内的做法是将2只光接收组件分开制作，形成两个独立的光接收组件，然后分别与贴片电路板（下称pcba）进行连接；这种方式会降低生产效率，并且让光接收组件在整个模块中占据太多的空间，增加了pcba的设计难度。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种光组件，以实现将两个独立光接收组件整合在一起。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种光组件，包括基板，以及通过胶水粘接在基板表面依次布置的双光口fa、准直透镜阵列、两个demux组件、汇聚透镜阵列和反射镜；所述准直透镜阵列、汇聚透镜阵列、反射镜以及其中一个demux组件均通过无源粘接方式固定于基板表面；所述双光口fa和另一个demux组件通过有源耦合的方式固定于基板表面，所述准直透镜阵列包括两个准直透镜，两个准直透镜的光轴分别对应双光口fa的两个出光轴，两个demux组件的进光口分别与两个所述准直透镜的出光口一一对应，所述汇聚透镜阵列包括多个汇聚透镜，且该多个汇聚透镜与经两个demux组件解复后的多个光波一一对应，所述反射镜的反射面对应汇聚透镜阵列布置。
8.进一步的，所述胶水为紫外线固化胶，且该紫外线固化胶采用紫外线预固定和加热深度固化方式进行粘接。
9.进一步的，所述准直透镜阵列采用硅、玻璃或聚醚酰亚胺材质制得；且该准直透镜阵列的进光和出光两面均镀有增透膜。
10.进一步的，所述demux组件包括滤波器基体，以及设置于滤波器基体一侧用于对入射光信号处理成不同波段光信号的多个薄膜滤波片；所述滤波器基体的角度α为70～90
°
，
多个所述薄膜滤波片与多个汇聚透镜一一对应。
11.进一步的，所述汇聚透镜阵列采用硅、玻璃或聚醚酰亚胺材质制得；且该汇聚透镜阵列的进光和出光两面均镀有增透膜。
12.进一步的，所述反射镜为直角棱镜，直角棱镜的倾斜面的倾斜角为40～50
°
，直角棱镜的倾斜面作为反射面，该反射面上镀有全反膜。
13.另外，本发明还提供了上述光组件的制造方法，包括如下步骤：1)在粘接夹具上，将准直透镜阵列和一个demux组件使用胶水通过无源粘接的方式固定在基板表面，该demux组件位于准直透镜阵列一侧，得待耦合光组件；2)校准有源耦合用的耦合平台；3)将双光口fa在耦合平台上通过有源耦合方式使用胶水固定在上述待耦合组件的基板上，且双光口fa与demux组件分别位于准直透镜阵列的两侧；4)将另一个demux组件在耦合平台上通过有源耦合方式使用胶水固定在已耦合了双光口fa的基板上，且该demux组件与基板上无源粘接的demux组件位于准直透镜阵列同侧；5)在粘接夹具上，将汇聚透镜阵列和反射镜使用胶水通过无源粘接的方式固定在上述步骤4)的基板上，且汇聚透镜阵列靠近demux组件，反射镜靠近汇聚透镜阵列。
14.进一步的，所述步骤2)中耦合平台的校准方法如下：耦合平台上放置两个x/y/z/θ四维调节平台，其中一个x/y/z/θ四维调节平台上固定夹具一，夹具一上固定准直器阵列，准直器阵列要求通道数≥2ch，所有通道在同一平面上，通道之间的最大间距≥光组件本身的通道最大间距，准直器阵列所发出的平行光要求具有小于300um的光斑直径；另一个x/y/z/θ四维调节平台位于夹具一正前方，且其上横向固定有一直线导轨，该直线导轨上活动连接有光束分析仪，光束分析仪在直线导轨上移动的位置分别为第一位置和第二位置；将准直器阵列所发射出来的平行光投射到在位于第一位置的光束分析仪上，记录光束分析仪上最大间距的两个通道的峰值坐标x/y和x/y，然后移动光束分析仪到第二位置，再次记录光束分析仪上最大间距的两个通道的峰值坐标x1/y1和 x1/y1,通过调节两个x/y/z/θ四维调节平台，最终使x= x1，y= y1，x= x1，y= y1，然后将光束分析仪固定直线导轨的第一位置，即完成耦合平台校准。
15.进一步的，所述步骤3)中双光口fa在耦合平台上有源耦合的过程如下：将步骤1)中待耦合光组件安装在耦合平台的夹具一上，将双光口fa安装在位于夹具一正上方的夹具二上，夹具二被固定在x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架上；调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架，使固定在夹具二上的双光口fa向下移动至待耦合光组件上；此时，在光束分析仪上体现出数个光斑，提取第一个光斑与最后一个光斑x/y方向的坐标x1/y1和xn/yn；通过调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架，使该第一个光斑与最后一个光斑x/y方向的坐标满足：x1 设计间距= xn，y1=yn即可。
16.进一步的，所述步骤4)中demux组件在耦合平台上有源耦合的过程如下：将步骤3)中已经耦合了双光口fa的待耦合光组件安装在耦合平台的夹具一上，将demux 组件安装在位于夹具一正上方的夹具二上，夹具二被固定在x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调
节架上；调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架，使固定在夹具二上的demux 组件向下移动至待耦合光组件上；此时，在光束分析仪上体现出两组光斑，提取第一组光斑的最后一个光斑与第二组光斑的第一个和最后一个光斑x/y方向的坐标x1/y1；x2/y2；xn/yn；通过调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架，使该第一组光斑的最后一个光斑与第二组光斑的最后一个光斑x/y方向的坐标满足：x1 设计间距= xn，y1=yn即可。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的这种光组件采用集成的方式将两个独立的光组件制作在了一起，大大的节省了模块的内部空间，提高了模块的制造效率；并且在其制造过程中，使用无源粘接的方式，生产工艺简单且制作效率高，使用有源耦合的方式能够精确调节组件的各项参数，保证产品的性能与一致性。
18.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
19.图1是本发明光组件的正面结构示意图；图2是本发明光组件的反面结构示意图；图3是本发明光组件的侧视图；图4是本发明光组件的俯视图；图5是本发明光组件侧视图的光学路径图；图6是本发明光组件俯视图的光学路径图；图7是本发明实施例中无源粘接准直透镜阵列和demux组件的结构示意图；图8是本发明实施例中耦合平台校准结构示意图；图9是本发明实施例中有源耦合粘接双光口fa的结构示意图；图10是本发明实施例中有源耦合双光口fa过程中，要求与实际的光路部分的角度与节距的调整过程示意图；图11是本发明实施例中有源耦合粘接demux组件的结构示意图；图12是本发明实施例中有源耦合demux组件过程中，要求与实际的光路部分的角度与节距的调整过程示意图；图13是本发明实施例中无源粘接反射镜和汇聚透镜阵列的结构示意图；图14是本发明实施例中光组件光路的另一种实施方式。
20.附图标记说明：1、基板；2、双光口fa；3、准直透镜阵列；4、demux组件；5、汇聚透镜阵列；6、反射镜；7、反射面；8、准直透镜；9、滤波器基体；10、薄膜滤波片；11、汇聚透镜；12、底板；13、第一挡板；14、第三挡板；15、第四挡板；16、第二挡板；17、耦合平台；18、x/y/z/θ四维调节平台；19、夹具一；20、准直器阵列；21、第一位置；22、直线导轨；23、第二位置；24、夹具二；25、x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架。
具体实施方式
21.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。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供了一种光组件，包括基板1，以及通过胶水粘接在基板1表面依次布置的双光口fa2、准直透镜阵列3、两个demux组件4、汇聚透镜阵列5和反射镜6；所述准直透镜阵列3、汇聚透镜阵列5、反射镜6以及其中一个demux组件4均通过无源粘接方式固定于基板1表面；所述双光口fa2和另一个demux组件4通过有源耦合的方式固定于基板1表面，所述准直透镜阵列3包括两个准直透镜8，两个准直透镜8的光轴分别对应双光口fa2的两个出光轴，两个demux组件4的进光口分别与两个所述准直透镜8的出光口一一对应，即双光口fa2的两个出光轴间距与所述准直透镜阵列3的两个准直透镜8光轴间距一致；所述汇聚透镜阵列5包括多个汇聚透镜11，且该多个汇聚透镜11与经两个demux组件4解复后的多个光波一一对应，所述反射镜6的反射面7对应汇聚透镜阵列5布置。在本实施例中，采用集成的方式将两个独立的光接收组件整合在了一起，大大的节省了模块的内部空间，提高了模块的制造效率；并且在组件整合过程中，准直透镜阵列3、汇聚透镜阵列5、反射镜6以及其中一个demux组件4使用无源粘接的方式固定，可有效简化生产过程，进一步提高了生产效率，与此同时，双光口fa2和另一个demux组件4使用有源耦合的方式固定，能够精确调节该光组件的各项参数，保证了该光组件产品的性能与一致性。
25.该光组件的工作过程如下：如图5和图6所示，双光口fa2分别发出两束独立的发散光，其中每束独立的发散光包含多个波长（λ1、λ2、λ3
…
λn），该两束发散光被所述准直透镜阵列3的两个准直透镜8的曲面分别准直为两束相互平行的准直光，两束准直光分别进入各自所对应的一demux组件4，穿过demux组件4的准直光被分为两组n个不同波段分别独立的平行光，该两组n个不同波段分别独立的平行光再穿过汇聚透镜阵列5上对应的汇聚透镜11形成汇聚光，然后汇聚光投射到所述反射镜6的反射面7上，所述反射面7将汇聚光进行反射之后，光束转向汇聚至光束的聚焦面。
26.对于双光口fa2发出的两束独立发散光传输至准直透镜阵列3的方式，在一些实施例中，双光口fa2发出的两束独立发散光可平行传输至准直透镜阵列3中，如图6所示；而在另一些实施例中，双光口fa2发出的两束独立发散光也可交叉传输至准直透镜阵列3中，如图14所示。
27.细化的实施方式，所述基板1可以采用玻璃材质、陶瓷或者可伐合金材质制得。所述准直透镜阵列3采用硅、玻璃或聚醚酰亚胺材质制得；优化的，在准直透镜阵列3的进光和出光两面均镀有增透膜。所述demux组件4包括滤波器基体9，以及设置于滤波器基体9一侧用于对入射光信号处理成不同波段光信号的多个薄膜滤波片10；所述滤波器基体9的角度α
为70～90
°
，多个所述薄膜滤波片10与多个汇聚透镜11一一对应，两个demux组件4的薄膜滤波片10的个数与汇聚透镜阵列5的汇聚透镜11个数保持一致。所述汇聚透镜阵列5采用硅、玻璃或聚醚酰亚胺材质制得；优化的，在汇聚透镜阵列5的进光和出光两面均镀有增透膜。所述反射镜6为直角棱镜，直角棱镜的倾斜面作为反射面7，优选的，直角棱镜的倾斜面的倾斜角为40～50
°
，该反射面7上镀有全反膜。
28.在本实施例中，用于粘接的胶水采用紫外线固化胶，优选的。该紫外线固化胶采用紫外线预固定和加热深度固化方式进行粘接，即先使用紫外线固化方式对待粘接的部件进行预固化，再使用热固化的方式进行深度固化，此种粘接方式有效提高了产品的稳定性。
29.对于上述实施例中光组件的具体制造过程如下：(1)在粘接夹具上，将准直透镜阵列3和一个demux组件4使用胶水通过无源粘接的方式固定在基板1表面，该demux组件4位于准直透镜阵列3一侧，得待耦合光组件。
30.具体的，如图7所示，该粘接夹具包括底板12及设置在底板12上的第一挡板13、第二挡板16、第三挡板14和第四挡板15，第一挡板13和第二挡板16位于底板12的两侧边沿，第一挡板13和第二挡板16垂直布置，第一挡板13和第二挡板16高度高于光组件的基板1高度；第三挡板14平行布置于第一挡板13上，第四挡板15垂直于第三挡板14，优化的，可将第四挡板15与第三挡板14制成一体的l型结构。
31.将基板1置于粘接夹具的底板12上，使基板1的两垂直侧面分别与粘接夹具上第一挡板13和第二挡板16抵接；然后将一个demux组件4放置于基板1上，并使demux组件4的侧面抵靠于粘接夹具的第三挡板14上，将胶水点在demux组件4底部与基板1的接触部位进行固定。
32.将准直透镜阵列3放置于基板1上，并将准直透镜阵列3的两垂直侧面分别抵靠于粘接夹具的第三挡板14和第四挡板15上，再将胶水点在准直透镜阵列3底部与基板1的接触部位进行固定。
33.(2)校准有源耦合用的耦合平台。
34.具体的，如图8所示，在耦合平台17上放置两个x/y/z/θ四维调节平台18，其中一个x/y/z/θ四维调节平台18上固定夹具一19，夹具一19上固定准直器阵列20，准直器阵列20要求通道数≥2ch，所有通道在同一平面上，通道之间的最大间距≥光组件本身的通道最大间距，准直器阵列20所发出的平行光要求具有小于300um的光斑直径；另一个x/y/z/θ四维调节平台18位于夹具一19正前方，且其上横向固定有一直线导轨22，该直线导轨22上活动连接有光束分析仪，光束分析仪在直线导轨22上移动的位置分别为第一位置21和第二位置23。
35.校准过程如下：首先，将准直器阵列20所发射出来的平行光投射到在位于第一位置21的光束分析仪上，记录光束分析仪上最大间距的两个通道的峰值坐标x/y和x/y；然后移动光束分析仪到第二位置23，再次记录光束分析仪上最大间距的两个通道的峰值坐标x1/y1和 x1/y1；调节两个x/y/z/θ四维调节平台18，然后再观察在第一位置21、第二位置23时的光束分析仪的两组峰值坐标，通过持续调节两个x/y/z/θ四维调节平台18，最终使x= x1，y= y1，x= x1，y= y1，然后将光束分析仪固定直线导轨22的第一位置21，即完成耦合平台校准。
36.(3)将双光口fa在上述校准后的耦合平台上通过有源耦合方式使用胶水固定在上
述待耦合组件的基板1上，且双光口fa2与demux组件4分别位于准直透镜阵列3的两侧。
37.具体的，如图9所示，将步骤(1)中待耦合光组件安装在上述校准后的耦合平台17的夹具一19上，将双光口fa2安装在位于夹具一19正上方的夹具二24上，夹具二24被固定在x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25上；调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25，使固定在夹具二24上的双光口fa1向下移动至待耦合光组件上；此时，在光束分析仪上会体现出数个光斑，提取第一个光斑与最后一个光斑x/y方向的坐标x1/y1和xn/yn；然后通过调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25，使该第一个光斑与最后一个光斑x/y方向的坐标满足：x1 设计间距= xn，y1=yn即可；其中，设计间距根据实际需求进行设定，一般常用间距为750mm、1500mm、2250mm等。
38.进一步对于上述双光口fa2耦合调节原理的解释：为了达成第一个光斑与最后一个光斑x/y方向的坐标满足：x1 设计间距= xn、y1=yn，需要对光斑进行角度θ和间距l这两个参数上的调节；如图10所示，当达到x1 设计间距= xn、y1=yn时，光束分析仪上的光斑应处于a1～an或者b1～bn的状态；但在实际操作过程中大概率的情况是实际光斑状态为a1’
～a
n’和b1’
～b
n’两者状态的叠加，即：角度偏差和间距偏差同时存在；因而，需要调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25，使a1’
～a
n’和a1～an之间形成的夹角θ趋近于0，优选的，θ≈0
±
0.5
°
；调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25，使b1～bn的间距l1和b1’
～b
n’的间距l2趋近相等，优选的，l1=l2
±
30um。
39.调节完成之后，在双光口fa2与待耦合光组件之间点胶，使用uv固化的方式对粘接了双光口fa2的待耦合光组件进行预固定，然后使用热固化的方式对粘接了双光口fa2的待耦合光组件进行深度固化。
40.(4)将另一个demux组件4在上述校准后的耦合平台17上通过有源耦合方式使用胶水固定在已耦合了双光口fa2的基板1上，且该demux组件4与基板1上无源粘接的demux组件4位于准直透镜阵列3同侧。
41.具体的，如图11所示，将上述步骤(3)中已经耦合了双光口fa2的待耦合光组件安装在耦合平台17的夹具一19上，将demux 组件4安装在位于夹具一19正上方的夹具二24上，夹具二24被固定在x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25上；调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25，使固定在夹具二24上的demux组件4向下移动至待耦合光组件上；此时，在光束分析仪上会体现出两组光斑，其中有一组光斑为上述操作过程中已经完成耦合并固定住的，提取第一组光斑的最后一个光斑与第二组光斑的第一个和最后一个光斑x/y方向的坐标x1/y1；x2/y2；xn/yn；通过调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25，使该第一组光斑的最后一个光斑与第二组光斑的最后一个光斑x/y方向的坐标满足：x1 设计间距= xn，y1=yn即可；其中，设计间距根据实际需求进行设定，一般常用间距为750mm、1500mm、2250mm等。
42.进一步对于上述demux组件4耦合调节原理的解释：为了达成第一组的最后一个光斑与第二组的最后一个光斑x/y方向的坐标满足：x1 设计间距= xn、y1=yn，需要对光斑进行角度θ和间距l这两个参数上的调节；如图12所示，当达到x1 设计间距= xn、y1=yn时，光束分析仪上的光斑应处于a1～an或者b1～bn的状态；但在实际操作过程中大概率的情况是实际光斑状态为a1’
～a
n’和b1’
～b
n’两者状态的叠加，即：角度偏差和间距偏差同时存在；因而，需要调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25，使a1’
～a
n’和a1～an之间形成的夹角θ趋近于0，优选的，θ≈0
±
0.3
°
；调节x/y/z/θ1/θ2/θ3六维调节架25，使b1～bn的间距l3和b1’
～b
n’的间距l4趋近相等，优选的，l4=l3
±
30um。
43.调节完成之后，在demux组件4与待耦合光组件之间点胶，使用uv固化的方式对粘接了demux组件4的待耦合光组件进行预固定，然后使用热固化的方式对粘接了demux组件的待耦合光组件进行深度固化。
44.(5)在粘接夹具上，将汇聚透镜阵列5和反射镜6使用胶水通过无源粘接的方式固定在上述步骤(4)的基板1上，且汇聚透镜阵列5靠近demux组件4，反射镜6靠近汇聚透镜阵列5。
45.具体的，如图13所示，将汇聚透镜阵列5放置于基板1上，使汇聚透镜阵列5的汇聚透镜11面朝向demux组件4，并将汇聚透镜阵列5的一侧面抵靠于粘接夹具的第三挡板14上，将胶水点在汇聚透镜阵列5底部与基板1的接触部位进行固定；再将反射镜6放置于基板1上，使反射镜6的反射面7朝向汇聚透镜阵列5，并将反射镜6的一侧面抵靠于粘接夹具的第三挡板14上，将胶水点在反射镜6底部与基板1的接触部位进行固定。
46.进一步的，上述汇聚透镜阵列5和反射镜6使用胶水粘接固定过程中，使用uv固化的方式对粘接了汇聚透镜阵列5与反射镜6的基板1进行预固定，然后使用热固化的方式对粘接了汇聚透镜阵列5与反射镜6的基板1进行深度固化。
47.以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。