CN109991705B - 一种高速并行双向传输光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光模块技术领域，提供了一种高速并行双向传输光模块，包括热沉载体，还包括用于接收光信号的两个接收单元以及用于发射光信号的两个发射单元，所述热沉载体的上表面向内凹陷形成两个第一凹槽，两个所述第一凹槽并排设置，两个所述发射单元分别设于两个所述第一凹槽内；所述热沉载体一侧安装有PCB，两个所述接收单元分别通过两个第一柔性电路板与所述PCB电连接。本发明节省传输光纤资源，一根单模光纤中实现来回两路信号传输，对应的高速并行双向传输光模块，通过将光模块的封装分割成几个单元，再将各单元按照凹槽的位置组装定位，有利于光学封装的质量和成本控制。
Description
技术领域
本发明涉及光模块技术领域，具体为一种高速并行双向传输光模块。
背景技术
伴随着数字化的进程，数据的处理、存储和传输得到了飞速的发展。大数据量的搜索服务和视频业务的迅猛增长，极大地带动了以超级计算机和存储为基础的数据中心的发展。数据中心光模块的设计思想是通过更小的体积和更低的成本，提供更高的接入密度，最终提高用户接入容量。
高速并行传输光模块作为短距离数据中心互联应用的主要产品，有着广阔的市场应用前景。高速并行传输光模块，光互通通过并行光模块和带状光缆来实现。通常情况下，光接口采用标准的MPO/MTP光缆，4路发射和4路接收通道。并行收发光模块由于能在更小的空间更低的能耗占用下能提供更大的传输带宽，对应的研究发展开始日益加快。
高速并行双向传输多通道光模块，在光缆的每根光纤中可以同时传输收发两个方向的光信号，正反两个方向的光信号互不干扰。而常规的双向传输多通道光模块，在光缆的每根光纤中只传输同一方向的光信号，这样要实现双向的通信就需要两根光纤。相比较而言，单纤双向技术只使用一根光纤就完成了原来两根光纤才能完成的工作，将现有光纤的传输量提高了一倍，从而大大节省了光纤资源。单纤双向技术在数据中心高速并行双向传输多通道光模块中，在相同数量的光缆(光纤)下，将传输容量放大一倍，非常契合数据中心光模块的设计思想。
但是高速并行双向传输多通道光模块光学封装元件非常多。光模块封装的难点又在于由于要在协议要求有限的封装尺寸管壳内集成多路芯片以及多路光学组件，这就对封装技术提出了较高的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速并行双向传输光模块，节省传输光纤资源，一根单模光纤中实现来回两路信号传输，对应的高速并行双向传输光模块，通过将光模块的封装分割成几个单元，再将各单元按照凹槽的位置组装定位，有利于光学封装的质量和成本控制。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种高速并行双向传输光模块，包括热沉载体，还包括用于接收光信号的两个接收单元以及用于发射光信号的两个发射单元，所述热沉载体的上表面向内凹陷形成两个第一凹槽，两个所述第一凹槽并排设置，两个所述发射单元分别设于两个所述第一凹槽内；所述热沉载体一侧安装有PCB，两个所述接收单元分别通过两个第一柔性电路板与所述PCB电连接。
进一步，每一所述发射单元均包括依次设置于对应的所述第一凹槽中的LD芯片组、用于将发散光整形成平行光的第一光学透镜组、用于隔离反射光的光隔离器、用于将光信号分光输出的分光棱镜以及用于耦合光信号的第二光学透镜组，所述LD芯片组发出的光信号依次穿过所述第一光学透镜组、所述光隔离器、所述分光棱镜以及所述第二光学透镜组。
进一步，每一所述LD芯片组均包括并排设置的四个LD芯片。
进一步，每一所述第一光学透镜组和每一所述第二光学透镜组均包括并排设置的四个透镜，四个所述LD芯片与四个所述透镜一一对应配置。
进一步，穿过所述第二光学透镜组的光信号耦合至光纤阵列中，所述光纤阵列包括并排设置的四个单模光纤，四个所述单模光纤与四个所述LD芯片一一对应配置，每一所述LD芯片与其对应的所述单模光纤形成光路，四条所述光路的输入光均为λ1，输出光均为λ2。
进一步，相邻两个单模光纤之间的距离不小于750μm。
进一步，每一所述接收单元均包括用于将四个所述LD芯片发射的四路光信号转换为电信号的四个PD芯片，四个所述PD芯片并排设置且与四个所述LD芯片一一对应配置，四个所述PD芯片均连接有跨阻放大器。
进一步，所述热沉载体的下表面向内凹陷形成两个第二凹槽，每一所述第二凹槽内均安置有背光监控单元，两个所述背光监控单元分别通过两个第二柔性电路板与所述PCB电连接；两个所述背光监控单元与两个所述发射单元一一对应配置。
进一步，两个所述第一凹槽与两个所述第二凹槽一一对应，所述热沉载体具有贯通其中一个所述第一凹槽和与其对应的所述第二凹槽的第一通孔，所述热沉载体还具有贯通另一个所述第一凹槽和与其对应的所述第二凹槽的第二通孔；其中一个所述发射单元发射的光通过所述第一通孔部分反射至与其对应的所述背光监控单元中，另一个所述发射单元发射的光通过所述第二通孔部分反射至与其对应的所述背光监控单元中。
进一步，每一所述背光监控单元均包括并排设置的四个MPD芯片，各所述MPD芯片通过半导体封装工艺封装在所述第二柔性电路板上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：节省传输光纤资源，一根单模光纤中实现来回两路信号传输，对应的高速并行双向传输光模块，通过将光模块的封装分割成几个单元，再将各单元按照凹槽的位置组装定位，有利于光学封装的质量和成本控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种高速并行双向传输光模块的第一视角结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种高速并行双向传输光模块的第二视角结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种高速并行双向传输光模块的热沉载体和PCB连接的第一视角结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种高速并行双向传输光模块的热沉载体的第二视角结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种高速并行双向传输光模块的局部结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种高速并行双向传输光模块的光纤阵列的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种高速并行双向传输光模块的第一凹槽中光路的行走方向示意图；
附图标记中：1-接收单元；2-发射单元；20-LD芯片组；21-第一光学透镜组；22-光隔离器；23-分光棱镜；24-第二光学透镜组；3-热沉载体；30-第一凹槽；31-第二凹槽；32-第一通孔；33-第二通孔；4-PCB；5-第一柔性电路板；6-光纤阵列；7-背光监控单元；8-第二柔性电路板。
具体实施方式
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。
请参阅图1-7，本发明实施例提供一种高速并行双向传输光模块，包括热沉载体3，用于接收光信号的两个接收单元1，以及用于发射光信号的两个发射单元2，所述热沉载体3的上表面向内凹陷形成两个第一凹槽30，两个所述第一凹槽30并排设置，两个所述发射单元2分别设于两个所述第一凹槽30内；所述热沉载体3一侧安装有PCB4，两个所述接收单元1分别通过两个第一柔性电路板5与所述PCB4电连接。在本实施例中，节省传输光纤资源，一根单模光纤中实现来回两路信号传输，且将现有技术的光模块中的各部分分割并组成若干个子单元，即两个接收单元1和两个发射单元2，当然随着速率的提高，若存在更多的接收单元1和发射单元2，也可以按照此形式来布局。并排的第一凹槽30和第二凹槽31均为条状凹槽，它们可以便于发射单元2的组装定位，进而提高封装的效率，有利于批量化大规模生产。
以下为具体实施例：
优化上述方案，请参阅图5和图7，每一所述发射单元2均包括依次设置于对应的所述第一凹槽30中的LD芯片组20、用于将发散光整形成平行光的第一光学透镜组21、用于隔离反射光的光隔离器22、用于将光信号分光输出的分光棱镜23以及用于耦合光信号的第二光学透镜组24，所述LD(发射)芯片组发出的光信号依次穿过所述第一光学透镜组21、所述光隔离器22、所述分光棱镜23以及所述第二光学透镜组24。优选的，每一所述LD芯片组20均包括并排设置的四个LD芯片。在本实施例中，LD芯片组20发出光信号，经过第一光学透镜后被整形为平行光，再透射光隔离器22，该光隔离器22可以防止光路上的光反射回LD芯片，接着光信号再透射风光棱镜，将具有多个波长的光信号分解为具有单个波长的多路平行光并输出至第一光学透镜组21，该第一光学透镜组21将光信号聚焦耦合至四芯FA中的单模光纤。优选的，LD芯片具体为电吸收半导体激光器芯片(EML)。
进一步优化上述方案，每一所述第一光学透镜组21和每一所述第二光学透镜组24均包括并排设置的四个透镜，四个所述LD芯片与四个所述透镜一一对应配置。在本实施例中，四个透镜可以分别对分光棱镜23分解后的四路光信号进行汇聚耦合。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图7，穿过所述第二光学透镜组24的光信号耦合至光纤阵列6中，所述光纤阵列6包括并排设置的四个单模光纤，四个所述单模光纤与四个所述LD芯片一一对应配置，每一所述LD芯片与其对应的所述单模光纤形成光路，四条所述光路的输入光均为λ1，输出光均为λ2。在本实施例中，光纤阵列6为四芯光纤阵列，如图7所示，箭头为光信号的方向，输出的光信号经过第二光学透镜组24整形后，由一定发散角的发散光转变为平行光，四束平行光经过分光棱镜23后，由分光棱镜23全部反射分别到达接收单元1。优选的，相邻两个单模光纤之间的距离不小于750μm。优选的，四条光路的输入光均为1270nm，输出光均为1330nm。
作为本发明实施例的优化方案，每一所述接收单元1均包括用于将四个所述LD芯片发射的四路光信号转换为电信号的四个PD芯片，四个所述PD(接收)芯片并排设置且与四个所述LD芯片一一对应配置，四个所述PD芯片均连接有跨阻放大器。在本实施例中，四个PD芯片可以将四路光信号转化为电信号输出，并通过跨阻放大器放大。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2、图3和图4，所述热沉载体3的下表面向内凹陷形成两个第二凹槽31，每一所述第二凹槽31内均安置有背光监控单元7，两个所述背光监控单元7分别通过两个第二柔性电路板8与所述PCB4电连接；两个所述背光监控单元7与两个所述发射单元2一一对应配置。在本实施例中，设此背光监控单元7可以对LD芯片的发射光光功率进行监控，两个第二凹槽31也为条形凹槽，一方面它们可以方便定位，另一方面它们中还可以安装FPC(柔性电路板)。
进一步优化上述方案，请参阅图2、图3和图4，两个所述第一凹槽30与两个所述第二凹槽31一一对应，所述热沉载体3具有贯通其中一个所述第一凹槽30和与其对应的所述第二凹槽31的第一通孔32，所述热沉载体3还具有贯通另一个所述第一凹槽30和与其对应的所述第二凹槽31的第二通孔33；其中一个所述发射单元2发射的光通过所述第一通孔32部分反射至与其对应的所述背光监控单元7中，另一个所述发射单元2发射的光通过所述第二通孔33部分反射至与其对应的所述背光监控单元7中。在本实施例中，在热沉载体3的上下表面上的第一凹槽30和第二凹槽31由通孔贯通，该第一通孔32和第二通孔33均为方形通孔，上述棱镜将光路中的入射光信号反射至接收单元1，同时将LD芯片发射光部分比例反射至背光监控单元7，此时发射的光信号即从通孔中通过至背光监控单元7中。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，每一所述背光监控单元7均包括并排设置的四个MPD芯片，各所述MPD芯片通过半导体封装工艺封装在所述第二柔性电路板8上。在本实施例中，上述背光监控单元采用MPD(背光探测器)芯片进行监控，优选的，MPD芯片和TIA芯片均通过半导体封装的Die Bonding工艺与FPC实现固定，PD芯片与FPC的电气连接通过半导体封装工艺的Wire Bonding实现。优选的，FPC背面有补强板，补强板为金属片或者陶瓷基板。
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。
Claims (10)
1.一种高速并行双向传输光模块，包括热沉载体，其特征在于：包括用于接收光信号的两个接收单元以及用于发射光信号的两个发射单元，所述热沉载体的上表面向内凹陷形成两个第一凹槽，两个所述第一凹槽并排设置，两个所述发射单元分别设于两个所述第一凹槽内；所述热沉载体一侧安装有PCB，两个所述接收单元分别通过两个第一柔性电路板与所述PCB电连接，所述接收单元和所述发射单元上下正对叠设，采用一根单模光纤实现来回两路信号传输。
2.如权利要求1所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：每一所述发射单元均包括依次设置于对应的所述第一凹槽中的LD芯片组、用于将发散光整形成平行光的第一光学透镜组、用于隔离反射光的光隔离器、用于将光信号分光输出的分光棱镜以及用于耦合光信号的第二光学透镜组，所述LD芯片组发出的光信号依次穿过所述第一光学透镜组、所述光隔离器、所述分光棱镜以及所述第二光学透镜组。
3.如权利要求2所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：每一所述LD芯片组均包括并排设置的四个LD芯片。
4.如权利要求3所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：每一所述第一光学透镜组和每一所述第二光学透镜组均包括并排设置的四个透镜，四个所述LD芯片与四个所述透镜一一对应配置。
5.如权利要求3所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：穿过所述第二光学透镜组的光信号耦合至光纤阵列中，所述光纤阵列包括并排设置的四个单模光纤，四个所述单模光纤与四个所述LD芯片一一对应配置，每一所述LD芯片与其对应的所述单模光纤形成光路，四条所述光路的输入光均为λ1，输出光均为λ2。
6.如权利要求5所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：相邻两个单模光纤之间的距离不小于750μm。
7.如权利要求3所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：每一所述接收单元均包括用于将四个所述LD芯片发射的四路光信号转换为电信号的四个PD芯片，四个所述PD芯片并排设置且与四个所述LD芯片一一对应配置，四个所述PD芯片均连接有跨阻放大器。
8.如权利要求1所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：所述热沉载体的下表面向内凹陷形成两个第二凹槽，每一所述第二凹槽内均安置有背光监控单元，两个所述背光监控单元分别通过两个第二柔性电路板与所述PCB电连接；两个所述背光监控单元与两个所述发射单元一一对应配置。
9.如权利要求8所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：两个所述第一凹槽与两个所述第二凹槽一一对应，所述热沉载体具有贯通其中一个所述第一凹槽和与其对应的所述第二凹槽的第一通孔，所述热沉载体还具有贯通另一个所述第一凹槽和与其对应的所述第二凹槽的第二通孔；其中一个所述发射单元发射的光通过所述第一通孔部分反射至与其对应的所述背光监控单元中，另一个所述发射单元发射的光通过所述第二通孔部分反射至与其对应的所述背光监控单元中。
10.如权利要求8所述的一种高速并行双向传输光模块，其特征在于：每一所述背光监控单元均包括并排设置的四个MPD芯片，各所述MPD芯片通过半导体封装工艺封装在所述第二柔性电路板上。
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