一种光模块的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。


背景技术：

2.光模块通常指用于光电转换的一种集成模块，可以将光信号转换为电信号，以及将电信号转换为光信号，在光通信领域发挥着重要作用。
3.目前，硅光芯片作为光模块中的光引擎技术方案，在100g/400g，甚至800g产品中得到了越来越多的关注。随着100g到400g 800g光容量的提升，硅光芯片中光通道数目成倍增加，硅光芯片中的波导数量也在成倍增加。同时，因硅光芯片尺寸限制，为实现不同位置的器件之间光连接，往往需要设置弯曲波导，用于实现光通道的弯曲设置，同时减小光波导的物理长度以及硅光芯片的尺寸，降低损耗。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种光模块，以减少弯曲波导中光的损耗。
5.为了解决上述技术问题，本技术实施例公开了如下技术方案：
6.本技术实施例公开了一种光模块，包括：电路板；
7.激光盒，设置于所述电路板上；
8.硅光芯片，接收来自所述激光盒发出的光，并进行调制形成信号光；
9.所述硅光芯片包括多个光学器件；所述光学器件之间通过波导连接，用于光在所述光学器件之间的传输；
10.所述波导包括：第一直波导段；
11.第一弯曲波导段，包括第一初始端和第一终止端；所述第一初始端与所述第一直波导段连接；沿第一初始端到第一终止端的方向，所述第一弯曲波导段的弯曲半径逐步减小，所述第一弯曲波导段的波导宽度逐步增大；
12.所述第一初始端的波导宽度与所述第一直波导段的波导宽度一致；
13.第二直波导段，与所述第一终止端连接，接收来自所述第一弯曲波导段的光。
14.与现有技术相比，本技术的有益效果为：
15.本技术公开了一种光模块，包括：电路板、激光盒和硅光芯片，其中，电路板上设有硅光芯片，硅光芯片接收来自激光盒的光。硅光芯片包括多个波导连接的光学器件，为了提高硅光芯片的集成密度，不同的光学器件可能不同轴设置，波导包括：第一直波导段；第一弯曲波导段，包括第一初始端和第一终止端；第一初始端与第一直波导段连接，且第一初始端的波导宽度与第一直波导段的波导宽度一致，第一直波导段与第一弯曲波导段之间不存在模式失配，有利于减少损耗。沿第一初始端到第一终止端的方向，第一弯曲波导段的弯曲半径逐步减小，第一弯曲波导段的波导宽度逐步增大；第二直波导段，与第一终止端连接，接收来自所述第一弯曲波导段的光。第一弯曲波导段内部弯曲半径是逐步减小的，且第一弯曲波导段的波导宽度逐步增大，有利于减少弯曲损耗。
16.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为光通信终端连接关系示意图；
19.图2为光网络终端结构示意图；
20.图3为本技术实施例提供的一种光模块的结构示意图；
21.图4为本技术实施例提供的一种光模块的分解结构示意图；
22.图5为本技术实施例提供的一种弯曲波导的结构示意图一；
23.图6为本技术实施例提供的一种弯曲波导的结构示意图二；
24.图7为本技术实施例提供的一种弯曲波导的结构示意图三。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
26.光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。
27.光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、i2c信号、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。
28.图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；
29.光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。
30.光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；
具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。
31.光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。
32.至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。
33.常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。
34.图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有pcb电路板105，在pcb电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。
35.光模块200插入光网络终端中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。
36.笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。
37.图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本发明实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300、光收发器件；
38.上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。
39.两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光收发器件；电路板300、光收发器件等光电器件位于包裹腔体中。
40.采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、光收发器件等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。
41.解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。
42.解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。
43.电路板300上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、mos管)及芯片(如mcu、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复cdr、电源管理芯片、数据处理芯片dsp)等。
44.电路板通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。
45.电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光收发器件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。
46.部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。
47.硅光芯片400设置在电路板300上，与电路板300实现电连接，具体可以是打线连接；硅光芯片的周边与电路板300之间通过多条导电线连接，所以硅光芯片400一般设置在电路板300的表面。
48.硅光芯片400接收来自激光盒500的光，进而对光进行调制，具体为将信号加载到光上；硅光芯片400接收来自光纤插座600的光，进而将光信号转换为电信号。
49.硅光芯片400与光纤插座600之间通过光纤带实现光连接，光纤插座600实现与光模块外部光纤的光连接。硅光芯片400调制的光通过光纤带传输至光纤插座600，通过光纤插座600传输至外部光纤；外部光纤传来的光通过光纤插座600传输至光纤带，通过光纤带传输至硅光芯片400中；从而实现硅光芯片400向光模块外部光纤输出携带数据的光，或从光模块外部光纤接收携带数据的光。
50.激光盒500与电路板300之间实现电连接，具体可以是通过柔性板连接。激光盒500中主要的电器件为激光芯片；激光芯片发出功率相对稳定的光，该光并没有经过调制、不携带信息，不涉及高速信号电路；激光盒500的电路结构相对简单，可以通过柔性板与电路板300实现电连接，激光芯片通过柔性板从激光盒500外部获得电驱动。激光盒500可以设置在电路板300表面，也可以设置在电路板300之外。
51.激光盒500中可以设置有半导体制冷器等温度调节电器件，以实现为激光芯片提供温度控制，该温度调节电器件通过柔性板从激光盒500外部获得供电驱动。
52.激光盒500向硅光芯片400提供光功率相对稳定的光。激光盒500与硅光芯片400之间通过光纤/光纤带连接。
53.硅光芯片400内部存在多个光学器件，为了减少芯片尺寸，不同的光学器件无法按照光路弯曲的光学器件之间设置弯曲波导，用于实现光通道的弯曲设置，同时减小光波导的物理长度以及硅光芯片的尺寸，降低损耗。为降低硅光芯片的尺寸，通常情况下，光路弯
曲的角度为90度或180度，在两个直线波导之间设置一弧形的弯曲波导。但是，这样的弯曲波导结构产生较大的损耗，其中一方面为弧形弯曲波导与直线波导之间存在模式失配，从而产生损耗；另一方面因光线传播的波粒二象性，当波导弯曲时，光波在波导中传播时始终存在偏向波导边界扩散的现象，存在弯曲产生的损耗。
54.为减少弯曲波导产生的损耗，提高光利用率，提出了本技术。图5为本技术实施例提供的一种弯曲波导的结构示意图一。本技术中将硅光芯片400中需要实现光连接两个光学器件分别称为第一光学器件和第二光学器件。第一光学器件与第一直波导段401直线连接，第二光学器件与第二直波导段402直线连接，第一直波导段401与第二直波导段402之间设置弯曲波导，通常情况下，为减少模式失配产生的损耗，第一直波导段401与第二直波导段402的宽度相同，定义为直波导宽度。弯曲波导包括：第一弯曲波导段403和第二弯曲波导段404，第一弯曲波导段403的第一初始端4031与第一直波导段401连接，第一弯曲波导段403的第二端与第二弯曲波导段404的第二端连接，第二弯曲波导段404的第一端与第二直波导段402连接。为方便描述，本技术实施例中，将第一弯曲波导段403的第一端称为第一初始端4031，第一弯曲波导段403的第二端称为第一终止端4032，第二弯曲波导段404的第一端称为第二初始端4041，第一弯曲波导段404的第二端称为第二终止端4042。
55.第一直波导段401与第二直波导段402相互垂直。其中，第一初始端4031的宽度与第一直波导段401的宽度相同，第一初始端4031与第一直波导段401的弯曲半径相同。为减少模式失配产生的损耗，第一初始端4031的弯曲半径最大，接近与无穷大，此时第一弯曲波导段的内径的弧长l1为0。随第一初始端4031向第一终止端4032的延伸，弧长l1逐步增加，弯曲半径逐渐减小，弯曲波导的宽度逐渐增大。第一终止端4032与第一直波导的夹角为45
°
。因此，第一终止端4032的宽度大于第一初始端4031的宽度，且第一终止端4032的宽度为第一弯曲波导段的最大宽度。第一终止端4032的半径小于第一初始端4031的半径，且第一终止端4032的半径为第一弯曲波导段的最小半径。本技术实施例中通过对波导内径和外径的曲线函数进行参数设置，实现随弧长l1的增加，半径逐渐减小，并第一弯曲波导段的宽度逐渐增加。
56.不同于常见情况下一直线波导与弧形波导之间连接而存在模式失配，本技术实施例提供的光波从第一直波导向第一弯曲波导段传输的过程中，因第一直波导段401与第一弯曲波导段连接的部分不存在角度、宽度的差异，不存在模式失配，因此减少了光波从第一直波导段401向第一弯曲波导段传输的过程的损耗。而另一方面，光波在第一弯曲波导段403中的传输，因随弧长l1逐步增加，弯曲半径是逐渐减小的，有利于减少损耗；同时第一弯曲波导段403弧长l1逐步增加，弯曲波导的宽度逐渐增大，保证光波在第一弯曲波导段403传播时向外扩散时也存在于波导内，减少弯曲损耗。
57.通常情况下，第二终止端4042的宽度与第一终止端4032的宽度相同，且第一弯曲波段与第二弯曲波导段404的弯曲方向相同。第一直波导段401与第二直波导段402的波导宽度相同，第二弯曲波导段404与第一弯曲波导段403以第一终止端的垂线镜像设置。第二终止端4042的宽度与第一终止端4032的宽度相同，且第二终止端4042与第一终止端4032的光轴平行，光波由第一弯曲波导段403进入第二弯曲波导段404时，不存在模式失配。
58.进一步，为减少模式失配产生的损耗，第二初始端4041的弯曲半径最大，此时第二弯曲波导段404的内外径的弧长l2为0。随第二初始端4041向第二终止端4042的延伸，弧长
l2逐步增加，弯曲半径逐渐减小，弯曲波导的宽度逐渐增大。第二终止端4042与第二直波导的夹角为45
°
。因此，第二终止端4042的宽度大于第二初始端4041的宽度，且第二终止端4042的宽度为第二弯曲波导段404的最大宽度。第二终止端4042的半径小于第二初始端4041的半径，且第二终止端4042的半径为第二弯曲波导段404的最小半径。
59.第二弯曲波导段404的第二初始端4041的宽度与第二直波导段402的宽度形同，且第二初始端4041与第二直波导段402连接，减少模式失配产生的损耗。
60.为了避免弯曲波导占据的空间太大，造成芯片尺寸过大，第一终止端4032的波导宽度应小于等于2倍第一直波导段的波导宽度，第一终止端的弯曲半径则需根据弯曲损耗确定。同样的，第二终止端4042的波导宽度应小于等于2倍第二直波导段的波导宽度，第二终止端的弯曲半径则需根据弯曲损耗确定。
61.需要说明的是，本技术中第一弯曲波导段403、第二弯曲波导段404的弯曲半径均指的是的弯曲波导段的内径。
62.图6为本技术实施例提供的一种弯曲波导的结构示意图二，如图6所示，为了适应芯片中光学器件的位置，弯曲波导还包括：第三弧形波导段405，设置于第一弯曲波导段403与第二弯曲波导段404之间，且第三弧形波导段405的宽度始终保持一致，与第一终止端4032的宽度相同。具体的，第三弧形波导段405的一端与第一终止端4032连接，第三弧形波导段405的另一端与第二终止端4042连接。
63.此时，第一初始端4031的波导宽度与第一直波导段401的宽度相同，第三弧形波导段405的一端波导宽度与第一终止端4032的宽度相同，第二初始端4041的波导宽度与第二直波导段402的宽度相同，第三弧形波导段405的另一端波导宽度与第二终止端4042的宽度相同。第三弧形波导段405的弯曲半径与第一终止端4032、第二终止端4042的弯曲半径保持一致。
64.图7为本技术实施例提供的一种弯曲波导的结构示意图三。如图7所示，本技术还提供了另一种实施例，第一直波导段401与第二直波导段402中光的传播方向的夹角小于90
°
情况下，则在第一直波导段401与第二直波导段402之间设置弯曲波导，包括：第一弯曲波导段403和梯形波导段406。其中第一弯曲波导段403沿光的传播方向分别设置第一初始端4031和第一终止端4032，第一初始端4031与第一直波导段401连接，第一终止端4032与梯形波导段406连接。沿光的传播方向，第一弯曲波导段403中波导的宽度逐渐增大，其弯曲半径逐步减小。第一初始端4031与第一直波导段401连接，第一终止端4032与第一直波导段401的夹角，与第一直波导段401、第二直波导段402的夹角相同。
65.梯形波导段的一端与第一终止端4032连接，另一端与第二直波导段402连接，沿光的传播方向，梯形波导段的宽度逐渐减少，且梯形波导段的中心轴线与第二直波导段402的中心轴线重合。梯形波导段沿硅基平面的剖面为梯形。
66.进一步，为减少损耗，梯形波导段的一端宽度与第一终止端4032宽度相同，另一端的宽度与第二直波导段402宽度相同，可有效减少模式失配造成的损耗。
67.在此实施例中，光波从第一直波导向第一弯曲波导传输的过程中，因第一直波导与第一弯曲波导连接的部分不存在角度、宽度的差异，不存在模式失配，因此减少了光波从第一直波导向第一弯曲波导段403传输的过程的损耗。而另一方面，光波在第一弯曲导段中的传输，因随弧长l1逐步增加，弯曲半径是逐渐减小的，有利于减少损耗；同时第一弯曲波
导段403弧长l1逐步增加，弯曲波导的宽度逐渐增大，保证光波在弯曲段传播时向外扩散时也存在于波导内，减少弯曲损耗。光波在第一弯曲波导段403进入梯形波导段时，波导的角度、宽度未发生变化，不存在模式失配引起的损耗。
68.在本技术实施例中，弯曲波导结构适用于条形波导，也可以适用于脊型波导。如图所示，本技术提供了一种条形波导的结构示意图，波导结构包括：衬底、波导芯层、包层。本技术实施例中提到的波导宽度实际是指的波导芯层的宽度。本技术中对包层材料进行限制，包层可以实体材料，也可以是空气。
69.本技术还提供了另一种实施例，第一直波导段401与第二直波导段402中光的传播方向的夹角为180
°
时，即图中光波的传输方向如图。本技术中将硅光芯片400中需要实现光连接两个光学器件分别称为第一光学器件和第二光学器件。第一光学器件与第一直波导段401直线连接，第二光学器件与第二直波导段402直线连接，第一直波导段401与第二直波导段402之间设置弯曲波导，通常情况下，为减少模式失配产生的损耗，第一直波导段401与第二直波导段402的宽度相同，定义为直波导宽度。弯曲波导包括：第一弯曲波导段403和第二弯曲波导段404，第一初始端4031与第一直波导段401连接，第一终止端4032与第二终止端4042连接，第二初始端4041与第二直波导段402连接。其中，第一初始端4031的宽度与第一直波导段401的宽度相同，为减少模式失配产生的损耗，第一初始端4031的弯曲半径最大，此时第一弯曲波导段403的内径的弧长l1为0。随第一初始端4031向第一终止端4032的延伸，弧长l1逐步增加，弯曲半径逐渐减小，弯曲波导的宽度逐渐增大。第一终止端4032与第一直波导的夹角为90
°
。第二弯曲波导段与第一弯曲波导段呈镜像设置。随第二初始端4041向第二终止端4042的延伸，弧长逐步增加，弯曲半径逐渐减小，弯曲波导的宽度逐渐增大。
70.同样的，根据前文所述，本技术适用于第一直波导段与第二直波导段的波导宽度相同的情况，同时也适用于第一直波导段与第二直波导段的波导宽度不同的情况。
71.综上所述，本技术提供了一种光模块，包括：电路板、激光盒和硅光芯片，其中，电路板上设有硅光芯片，硅光芯片接收来自激光盒的光。硅光芯片包括多个波导连接的光学器件，为了提高硅光芯片的集成密度，不同的光学器件可能不同轴设置，波导包括：第一直波导段；第一弯曲波导段，包括第一初始端和第一终止端；第一初始端与第一直波导段连接且第一初始端的波导宽度与第一直波导段的波导宽度一致，第一直波导段与第一弯曲波导段之间不存在模式失配，有利于减少损耗。沿第一初始端到第一终止端的方向，第一弯曲波导段的弯曲半径逐步减小，第一弯曲波导段的波导宽度逐步增大；第二直波导段，与第一终止端连接，接收来自所述第一弯曲波导段的光。第一弯曲波导段内部弯曲半径是逐步减小的，且第一弯曲波导段的波导宽度逐步增大，有利于减少弯曲损耗。
72.本技术通过对波导的形状以及波导宽度进行优化设计，实现了小尺寸、低损耗的弯曲波导，可用于硅光中的很多器件，比如光波导连接、硅基调制器、硅基微环器件等等。
73.由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
74.需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在
涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
75.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本技术的其他实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
76.以上所述的本技术实施方式并不构成对本技术保护范围的限定。