一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的制作方法

1.本发明涉及光纤通信高速光模块技术领域，基于cob封装或box封装，主要可用于40g、100g、200g、400g、800g等cwdm光器件或光模块中，具体为一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件。


背景技术：

2.光通信高速器件中，芯片成本占器件总成本比例很高，为了降低成本，加大集成度，接收器件或光路中通常采用集成度较高的阵列pd，一般pitch为0.25mm或0.75mm，集成度越高，芯片越便宜。
3.对于cwdm接收器件，需要做波分，目前行业常用的是采用z-block空间光路，棱镜 滤波膜片组合解复用，还要一种是采用平面波导光路分光，如awg、mz等，其中z-block膜片分光以低廉成本、高温度稳定性、高可靠性、低串扰等优良的特性，在波分复用的rosa器件和光模块中占据重要地位。
4.但z-block空间光路分光方式受膜片切割、装配等影响，无法直接匹配到0.25mmpitch的阵列芯片使用，只能匹配750um pitch的芯片，而0.25mm pitch的芯片节约3倍材料，可成本降低2/3。公开号为cn109613663a的专利中公开了一种采用缩pitch转折棱镜和clens组合的缩pitch的耦合光路，这种光路工作距离很长，从光纤出光点到pd光敏面，实际占空间长度20～25mm，对缩pitch转折棱镜精度要求较高，很难在空间有限的box器件中实现这种光路。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件，能直接匹配0.25mm pitch的pd array使用的耦合光路的接收光器件，能很大程度上多小器件尺寸实际器件，空间长度10～15mm，可加大系统的可集成度，且降低芯片成本。
6.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件，包括光纤准直器，还包括将具有n个波长的第一光束分为两束具有个波长的第二光束的初波分转折棱镜组、将每一所述第二光束分为束具有单个波长的第三光束的解复用组件以及将各所述第三光束调整至同一水平面并输出的第一转折棱镜组，所述光纤准直器、所述初波分转折棱镜组、所述解复用组件以及所述第一转折棱镜组沿光路的方向依次设置。
7.进一步，所述初波分转折棱镜组包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜和第二棱镜叠层放置且所述第一棱镜位于所述第二棱镜的上方，所述第一光束通过所述第一棱镜形成第一束所述第二光束，并通过所述第二棱镜形成第二束所述第二光束。
8.进一步，所述第一棱镜和所述第二棱镜的连接面向上倾斜45
°
，且所述第一棱镜具
有与所述连接面平行设置的反射面，所述第一光束射至所述连接面后，一部分反射至所述反射面，然后由所述反射面射出形成第一束所述第二光束，另一部分穿过所述第二棱镜射出形成第二束所述第二光束。
9.进一步，所述第一棱镜和所述第二棱镜通过胶水粘接。
10.进一步，所述解复用组件包括叠放的第一z-block和第二z-block，所述第一z-block位于所述第二z-block的上方，其中一束所述第二光束经过所述第一z-block形成束具有单个波长的第三光束，另一束所述第二光束经过所述第二z-block形成束具有单个波长的第三光束。
11.进一步，所述第一z-block和所述第二z-block的分光pitch均为0.5mm。
12.进一步，所述第一转折棱镜包括叠层放置的第三棱镜和第四棱镜，所述第三棱镜位于所述第四棱镜的上方，所述第三棱镜透射其中束具有单个波长的第三光束，所述第四棱镜反射另外束具有单个波长的第三光束至与透过所述第三棱镜的第三光束处于同一平面，n束所述第三光束呈0.25mm pitch传播。。
13.进一步，所述第一棱镜为第一潜望镜，所述第二棱镜为第一透射棱镜；在有第三棱镜和第四棱镜时，所述第三棱镜为第二透射棱镜，所述第四棱镜为第二潜望镜。
14.进一步，各束所述第三光束通过透镜阵列聚焦后射至所述第一转折棱镜组。
15.进一步，还包括将所述第一转折棱镜组输出的各所述第三光束转送至带lens pd array上。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件，增加了器件集成度，降低芯片成本，器件封装尺寸小，易于操作，耦合容差大，耦合难度低且易于批量生产。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的侧视图；
18.图2为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的俯视图；
19.图3为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的初波分转折棱镜组的侧视图；
20.图4为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的初波分转折棱镜组的正视图；
21.图5为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的pcba板的坐标示意图；
22.图6为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的第一z-block或第二z-block的结构示意图；
23.图7为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的第一转折棱镜组的结构示意图；
24.图8为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的第一转折棱镜组安设了透镜阵列的侧视图；
25.图9为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的第一转折棱镜组安设了透镜阵列的俯视图；
26.图10为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的带lens pd array与tia芯片贴片的侧视图；
27.图11为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的带lens pd array与tia芯片贴片的俯视图；
28.图12为本发明实施例提供的一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件的第二棱镜与贴装辅助夹具装配示意图；
29.附图标记中：10-光纤插针；11-光纤准直lens；2-初波分转折棱镜组；20-第一棱镜；21-第二棱镜；30-第一z-block；31-第二z-block；4-第一转折棱镜组；40-第三棱镜；41-第四棱镜；5-第二转折棱镜组；60-第一透镜阵列；61-第二透镜阵列；7-带lens pd array；8-tia芯片。
具体实施方式
30.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。
31.请参阅图1至图11，本发明实施例提供一种基于膜片分光的高集成度的波分接收器件，包括光纤准直器以及将具有n个波长的第一光束分为两束具有个波长的第二光束的初波分转折棱镜组2、将每一所述第二光束分为束具有单个波长的第三光束的解复用组件以及将各所述第三光束调整至同一水平面并输出的第一转折棱镜组4，所述光纤准直器、所述初波分转折棱镜组2、所述解复用组件以及所述第一转折棱镜组4沿光路的方向依次设置。在本实施例中，先通过初波分转折棱镜组2进行第一步波分，然后再由解复用组件进行第二步波分，最终可得到与原始光束中的波长的数量相同的单个波长的光束，最终输出至pd后即得到多通道波分光接收器件。例如可以得到4通道、6通道、8通道或12通道等波分光接收器件。以下以4通道波分光接收器件为例。
32.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1至图6，所述初波分转折棱镜组2包括第一棱镜20和第二棱镜21，所述第一棱镜20和第二棱镜21叠层放置且所述第一棱镜20位于所述第二棱镜21的上方，所述第一光束通过所述第一棱镜20形成第一束所述第二光束，并通过所述第二棱镜21形成第二束所述第二光束。优选的，所述第一棱镜20和所述第二棱镜21的连接面向上倾斜45
°
，且所述第一棱镜20具有与所述连接面平行设置的反射面，所述第一光束射至所述连接面后，一部分反射至所述反射面，然后由所述反射面射出形成第一束所
述第二光束，另一部分穿过所述第二棱镜21射出形成第二束所述第二光束。所述第一棱镜20和所述第二棱镜21通过胶水粘接。所述第一棱镜20为第一潜望镜，所述第二棱镜21为第一透射棱镜。另外，所述解复用组件包括叠放的第一z-block30和第二z-block31，所述第一z-block30位于所述第二z-block31的上方，其中一束所述第二光束经过所述第一z-block30形成束具有单个波长的第三光束，另一束所述第二光束经过所述第二z-block31形成束具有单个波长的第三光束。所述第一z-block30和所述第二z-block31的分光pitch均为0.5mm。所述第三棱镜40为第二透射棱镜，所述第四棱镜41为第二潜望镜。在本实施例中，具有四个波长的光束先进入到初波分转折棱镜组2中，四个波长可以分别定义为面λ1、λ2、λ3和λ4，而为了区分分波后的光束，将初始光束定义为第一光束，第一次波分后的光束定义为第二光束，第二次波分后的光束定义为第三光束。由初波分转折棱镜组2将四个波长的第一光束分为上面λ1&λ2下面λ3&λ4两束，第二光束λ1&λ2进入第一z-block30，第二光束λ3&λ4进入第二z-block31，并由第一z-block30和第二z-block31分为单束的λ1、λ2、λ3、λ4四束第三光束。其中，初波分转折棱镜组2主要由第一潜望镜和第一透射棱镜组成，第一潜望镜的s2面和第一透射棱镜的s2’面通过光学胶水粘接，且均呈如图3所示的45
°
倾斜。该s2面和s2’面即为所述连接面。而与s2面正对的s3面则为所述反射面。光束经过s2面后从s3’面射出，另外光束经过s2面后反射至s3面，再从s4面射出，这是因为第一透射棱镜的s2面镀有分波功能膜系，其可以反射λ1&λ2波长，透射λ3&λ4波长。优选的，如图4所示，s2面侧边与面s2’侧边做成13～17
°
夹角，夹角的度数可以根据棱镜的材料和具体尺寸得到。再细化解复用组件，其的第一z-block30和第二z-block31通过光学胶水直接叠加起来，第一z-block30和第二z-block31均由两个滤波片和一个棱镜通过光学胶水粘或银粘胶接而成，两个z-block的入射角相等，第一z-block30叠在第二z-block31上，第一z-block30将λ1&λ2光束分成λ1、λ2两束光，第二z-block31将λ3&λ4光束分成λ3、λ4两束光，两个z-block分光pitch均为0.5mm。当为六通道时，所采用的第一棱镜、第二棱镜、第一z-block、第二z-block数量还是一样的，只是改变第一棱镜、第二棱镜、第一z-block、第二z-block的型号即可。
33.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图3、图7、图8和图9，所述第一转折棱镜包括叠层放置的第三棱镜40和第四棱镜41，所述第三棱镜40位于所述第四棱镜41的上方，所述第三棱镜40透射其中束具有单个波长的第三光束，所述第四棱镜41反射另外束具有单个波长的第三光束至与透过所述第三棱镜40的第三光束处于同一平面，n束所述第三光束呈0.25mm pitch传播。优选的，所述第三棱镜40为第二透射棱镜，所述第四棱镜41为第二潜望镜。在本实施例中，第一转折棱镜也是由两个棱镜上下叠放而成，为了便于区分，将它们分别定义为第三棱镜40和第四棱镜41，其中第三棱镜40为第二透射棱镜，所述第四棱镜41为第二潜望镜。二者也是通过光学胶水粘接在一起，第三棱镜40的s2面镀有分波功能膜系，反射λ1、λ2波长，透射λ3、λ4波长，其中s2面侧边与第四棱镜41的s2’面侧边重合，将λ1、λ2、λ3、λ4四束光调整到同一平面，此时四束光光轴形成平面与pcba板平行，四束光呈0.25mmpitch传播，pd上lens进一步减小光斑，将光束聚焦到pd光敏面上，进行光电转换。当准直光束通过该波分转折棱镜1后，会被分成两束光，这两束光在y方向上有0.9mm距离，在x
方向有0.25mm距离，其中坐标轴说明如图5所示。优选的，各束所述第三光束通过透镜阵列聚焦后射至所述第一转折棱镜组4。透镜阵列有俩，分别定义为第一透镜阵列60和第二透镜阵列61，第一透镜阵列60和第二透镜阵列61用光学胶水粘接在第一转折棱镜组4上，将四束第三光束微聚焦，避免四束第三光束在后面传播过程中在空间上相互交叉，第一透镜阵列60粘接在第一转折棱镜组4的第一棱镜20上，第二透镜阵列61粘接在第二潜望镜上，两组透镜阵列的pitch均为0.5mm。
34.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图2，本器件还包括将所述第一转折棱镜组4输出的各所述第三光束转送至带lens pd array7上。在本实施例中，还可以再设一转折棱镜组将光束再转折输出，方便器件的布局。
35.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图10和图11，pd array贴片打线完成后，将lens array吸取并用光学胶水粘接在pd array上，lens array和pdarray的pitch(高度)均为0.25mm，lens array宽度0.15mm，保证粘接时lensarray避让金线。
36.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图2，所述光纤准直器包括光纤插针10和光纤准直lens11。光纤中第一光束线光纤插针10再经过光纤准直lens11被准直，准直光束经过初波分转折棱镜组2。优选的，每个光学元件的入射面和出射面均镀有增透膜，光纤插针10和低成本clens组装成collimator。
37.作为本发明实施例的优化方案，请参阅图12，初波分转折棱镜组2的第一透射棱镜和第一潜望镜的装配可以按照如下方式实现：将第一透射棱镜放置于一个90
°
v槽架上，s2’面正朝上，其中s3’面要避空处理，第一透射棱镜侧面与夹具侧平面卡位对齐，然后用带刻度的可旋转夹具夹持第一潜望镜，调整s2面与s2’面平行，第一潜望镜侧面第一透射棱镜侧面对齐，然后将第一潜望镜旋转设定的角度，点胶，固化即可。
38.作为本发明实施例的优化方案，第一转折棱镜组4装配与-初波分转折棱镜组2类似，只不过不做旋转，粘接棱镜时，考虑用较大片的两个棱镜组合，再利用玻璃切割工艺，切割成需要的大小即可，第一转折棱镜组4与lens array粘接时，同样地，利用夹具将转折棱镜与lens粘接的那个面放置正上方，先粘接第一透镜阵列60，再定位第一透镜阵列60的位置再贴第二透镜阵列61，再完全固化，完成组装。耦合时先将pd贴片、打线，然后组装lens到pd上并固化，再将初波分转折棱镜组2、解复用组件、第二转折棱镜组5无源贴装在pcba板或box中，再根据pd的位置定位collimator的位置，定位精度
±
100um即可，最后，再有源耦合第一转折棱镜组4与lens array的组合体，调节组合体的x\y\z位置，监测探测器电流达到最佳值即可。pd上lens经过再次聚焦后，光斑半径可小至3um，这样增大更利于高速、小光敏面pd芯片的耦合容差，降低耦合难度。类似地，pd上的lens可以不直接与pd贴装在一起，可以通过垫片搭接在pd array上方，或者贴装在45
°
反射棱镜上，具体可根据pd具体位置决定。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。