一种实现高密度耦合的光发射机及光模块的制作方法

1.本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种实现高密度耦合的光发射机及光模块。


背景技术：

2.光发射器件是光通信模块中核心的部件，随着当前数据中心网络的快速建设与升级，数据中心对光模块提出了高密度、多通道、小尺寸、低成本、低功耗等诉求。
3.激光器与光子集成芯片的耦合是光发射器件的关键技术之一，尤其在未来高密度、多通道发射机中，发射光路的耦合有更高的复杂度和挑战。
4.目前，业内在光发射机的高密度、多通道耦合方向进行了一些研究和开发，有个别专利涉及相关内容。如专利“optical communication modules，finisar corporation，2018”，主要申明一种紧凑的多路光发射封装组件，以多路发射光源以及光纤阵列与一个斜置的硅光集成芯片实现耦合。但是该专利仅提及在一个维度上实现多路发射光源与硅光集成芯片的耦合，而光器件及模块的宽度往往是受限的，也会导致这种通道的扩展程度受限。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种实现高密度耦合的光发射机及光模块，以解决现有技术存在的光路耦合密度低的问题。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种实现高密度耦合的光发射机，包括：包括至少一个第一激光器芯片的第一激光器阵列、包括至少一个第二激光器芯片的第二激光器阵列、第一耦合单元、第二耦合单元，光子集成芯片；
8.所述光子集成芯片包括设于表面的第一耦合器和设于端面的第二耦合器；
9.所述第一耦合单元设于所述第一激光器阵列与所述第一耦合器之间，用于将所述第一激光器阵列发射出的光信号耦合到所述第一耦合器内；
10.所述第二耦合单元设于所述第二激光器阵列与所述第二耦合器之间，用于将所述第二激光器阵列发射出的光信号耦合到所述第二耦合器内。
11.可选的，所述光发射机还包括基板，所述第一激光器阵列和第二激光器阵列分别固定于所述基板上，且所述第一激光器阵列与第二激光器阵列之间在垂直于所述基板表面的方向上具有预设高度差。
12.可选的，所述基板包括层叠设置的上基板和下基板，所述上基板与所述光子集成芯片的间距大于所述下基板与所述光子集成芯片的间距；
13.所述第一激光器阵列设于所述上基板的表面，并与所述上基板上的金属线路电连接；所述第二激光器阵列设于所述下基板的突出于所述上基板之外的区域表面，并与所述下基板上的金属线路电连接。
14.可选的，所述第一耦合单元，包括前准直透镜、后准直透镜以及反射镜；
15.所述前准直透镜固定设于所述上基板的表面，所述后准直透镜和反射镜间隔固定设于所述光子集成芯片的表面上方；
16.所述第一激光器阵列发射的激光先依次经所述前准直透镜和后准直透镜准直后，再经所述反射镜反射进入所述第一耦合器内。
17.可选的，所述第二耦合单元，包括前准直透镜和后准直透镜；
18.所述前准直透镜固定设于所述下基板的表面，所述后准直透镜固定设于所述前准直透镜与所述第二耦合器之间；
19.所述第二激光器阵列发射的激光依次经所述前准直透镜和后准直透镜准直后进入所述第二耦合器内。
20.可选的，所述第一激光器阵列，包括多个第一激光器芯片；
21.所述多个第一激光器芯片，在所述上基板的表面沿平行于所述第一耦合器的入射端口的方向，呈预设间距排布。
22.可选的，所述第二激光器阵列，包括多个第二激光器芯片；
23.所述多个第二激光器芯片，在所述下基板的表面沿平行于所述第二耦合器的入射端口的方向，呈预设间距排布。
24.可选的，所述第一耦合器为光栅耦合器，所述第二耦合器为模斑变换器。
25.一种光模块，其特征在于，包括如上所述的实现高密度耦合的光发射机。
26.与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：
27.本实用新型实施例中，每个激光器阵列包括至少一个激光器芯片，而不同激光器阵列发射的激光能够被耦合至位于不同高度的耦合器内，从而实现了两个维度上的光路耦合，有效提高了光路耦合密度，有利于实现光发射机小尺寸和低成本。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1为本实用新型实施例提供的实现高密度耦合的光发射机的结构示意图。
30.标记说明：第一激光器芯片1、第二激光器芯片2、光子集成芯片3、第一耦合器4、第二耦合器5、基板6、前准直透镜7、后准直透镜8、反射镜9。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型实施例一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型实施例中的实施例，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他实施例，都应当属于本实用新型实施例保护的范围。
32.本实用新型实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过
程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.为有效提升光发射机的耦合密度，本实用新型提供了一种实现高密度耦合的光发射机，其能够在两个维度上实现光路耦合，从而在有限的空间内有效提升光路耦合密度，满足未来高密度、多通道的发展需求。
34.具体的，请参阅图1，本实用新型实施例提供的实现高密度耦合的光发射机，包括：包括至少一个第一激光器芯片1的第一激光器阵列、包括至少一个第二激光器芯片2的第二激光器阵列、第一耦合单元、第二耦合单元，光子集成芯片3。
35.光子集成芯片3包括设于表面的第一耦合器4和设于端面的第二耦合器5；
36.第一耦合单元设于第一激光器阵列与第一耦合器4之间，用于将第一激光器阵列发射出的光信号耦合到第一耦合器4内；
37.第二耦合单元设于第二激光器阵列与第二耦合器5之间，用于将第二激光器阵列发射出的光信号耦合到第二耦合器5内。
38.本实施例中，每个激光器阵列包括至少一个激光器芯片，而不同激光器阵列发射的激光能够被耦合至位于不同高度的耦合器内，从而实现了两个维度上的光路耦合，有效提高了光路耦合密度。
39.其中，第一耦合器4可以为光栅耦合器，第二耦合器5可以为模斑变换器。
40.光发射机还包括基板6，为提升高度方向上的耦合密度，第一激光器阵列和第二激光器阵列分别固定于基板6上，且第一激光器阵列与第二激光器阵列之间在垂直于基板6表面的方向(以下简称为高度方向)上具有预设高度差。
41.为实现第一激光器阵列与第二激光器阵列在高度方向上形成预设高度差，一种可选的方案为：
42.基板6包括层叠设置的上基板和下基板，上基板与光子集成芯片3的间距大于下基板与光子集成芯片3的间距，使得上下基板的紧邻光子集成芯片3的端部上下位置错开；
43.第一激光器阵列设于上基板的表面，并与上基板上的金属线路电连接；第二激光器阵列设于下基板的突出于上基板之外的区域表面，并与下基板上的金属线路电连接。
44.当然，在其他实施方式中，也可以采用其他方式来实现第一激光器阵列和第二激光器阵列形成高度差，从而在高度方向上提升光路耦合密度，本实用新型实施例对此不作限制。
45.在装配过程中，可以将光子集成芯片3端面上的第二耦合器5的入射端口对准于第二激光器阵列，使得第二激光器阵列发射的激光能够直接耦合至第二耦合器5内。
46.基于此，示例性的，第一耦合单元包括前准直透镜7、后准直透镜8以及反射镜9；
47.前准直透镜7固定设于上基板的表面，后准直透镜8和反射镜9固定设于光子集成芯片3的表面上方；
48.第一激光器阵列发射的激光先依次经前准直透镜7和后准直透镜8准直后，再经反射镜9反射进入第一耦合器4内。
49.第二耦合单元，包括前准直透镜7和后准直透镜8；
50.前准直透镜7固定设于下基板的表面，后准直透镜8固定设于前准直透镜7与第二耦合器5之间；
51.第二激光器阵列发射的激光依次经前准直透镜7和后准直透镜8准直后进入第二耦合器5内。
52.此时由于第二激光器阵列对准与光子集成芯片3端面的第二耦合器5，第一激光器阵列发射的激光高于光子集成芯片3表面的第一耦合器4，因此本实施例中第一耦合单元采用准直透镜和反射镜9的组合方式，第二耦合单元仅采用准直透镜组合方式。
53.本实施例的光发射机，还可以实现宽度方向(指在上基板/下基板的表面沿平行于第一耦合器4的入射端口的方向)上的高密度耦合。
54.示例性的，第一激光器阵列，包括多个第一激光器芯片1；多个第一激光器芯片1，在上基板的表面沿平行于第一耦合器4的入射端口的方向，呈预设间距排布。
55.同样的，第二激光器阵列，包括多个第二激光器芯片2；多个第二激光器芯片2，在下基板的表面沿平行于第二耦合器5的入射端口的方向，呈预设间距排布。
56.为方便装配激光器芯片和耦合单元，在宽度方向上每个激光器阵列中的相邻激光器芯片的间距可以为750um，上基板与下基板的表面高度差在几百微米以上。
57.综上，本实用新型实施例提供的光发射机同时实现了高度方向和宽度方向的光路耦合，在有限的装配空间内有效提升了光路耦合密度。
58.基于同样的发明构思，本实用新型实施例还提供了一种光模块，其包括如上的光发射机。由于应用了上述实现二维高密度光路耦合的光发射机，本实施例可以降低光模块的整体尺寸和制造成本。
59.以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。