[发明专利]一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术中并行光收发模块、有源光缆等技术领域中的并行光发射组件及其制造方法。

背景技术

随着人类对通信需求的快速增长，现有的通信系统面临更大的挑战。其中速率和能耗是两个非常关键的因素。人们期望在更小的空间、更低的能耗条件下提供更大的带宽。因此并行光学收发模块的研究得到了广泛的研究。

在LD激光器、VCSEL激光器等常用通信激光器之中，VCSEL激光器具有较高的转换效率、较低的阈值等优点，因此其功耗比其他种类的激光器要小，同时VCSEL激光器是面发射方式，易于实现阵列，体积小巧，非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域。

VCSEL激光器的出射光垂直于安装的电路板表面，这对于器件的封装和应用都不大方便。最简单的光接口是将光纤与VCSEL激光器对接，激光器的出射光直接进入光纤，不经过其他中间元件，这样的耦合方式称为垂直耦合。

垂直耦合由于光的反射导致速率不能太高，另外，由于是垂直耦合，光纤与PCB成垂直形状，导致光模块的体积增大。

为了解决垂直耦合带来的问题，可以采用光路转角的形式来实现VCSEL激光器与光纤阵列的耦合。一种是采用微透镜阵列的方式；还有一种方式就是将光纤阵列研磨成45°反射镜实现光信号的90°转角。

就短程数据通讯并行模块而言，核心技术之一就是光纤耦合技术。并行模块中，一般采用芯直径50/125μm的OM2/OM3多模带光纤阵列。而光源则采用发光面直径约7-9μm的GaAs垂直腔表面发光（VCSEL）激光器阵列，探测器(PD)阵列则采用接受面直径约60-70μm GaAs探测器阵列。由于受光面直径60-70μm大于光纤的芯直径，探测器芯片与光纤耦合比较容易。

主要技术难点是VCSEL激光器与光纤耦合问题。由于采用的是多模VCSEL激光器，发散角较大（发散角大约为26°），直接耦合的方法则需要精确的控制光纤与VCSEL激光器发光面的距离。比较常用的方法是有源主动耦合方法，即点亮VCSEL激光器，通过调整光纤端面与VCSEL激光器的距离，角度和位移来寻找最高耦合效率的位置。并行模块生产厂家一般不具备此能力，因此阻碍了并行光收发模块的研发与生产。

发明内容

为了推进并行模块的发展，本发明专利的目的就是克服这一问题，将45°光纤阵列与VCSEL激光器阵列耦合好，提供一种接口类似于传统光发射组件的并行光发射组件。

本发明公开了一种基于45°光纤阵列的并行光学发射组件，包括：带MT连接头的45°光纤阵列、陶瓷基板和VCSEL激光器阵列，陶瓷基板上有电极和焊盘，VCSEL激光器阵列粘接固定在陶瓷基板电极上，VCSEL激光器阵列芯片的焊盘通过金丝键合方式与陶瓷基板的焊盘相连接,带MT连接头的45°光纤阵列的45°光学反射面与VCSEL激光器阵列一一对准耦合，45°光纤阵列固定在基板上。

经固定后形成一个并行光发射组件，该组件提供有高速焊盘供用户接口使用，不需要用户重新耦合，从而将并行光模块细分为光组件部分和电路部分，光组件可以看做是并行光模块里的一个元件。

采用较小的焊盘与VCSEL激光器阵列的焊盘打线相连，引线极短，便于实现高速信号的传输。

优选的，本发明专利采用热特性和机械特性良好的陶瓷作为承载VCSEL激光器阵列的基板，并在陶瓷基板上刻蚀有电路,所述电路包括电极和焊盘，VCSEL激光器阵列通过导电银胶与电极粘接在一起。

以热学性能和机械性能良好的陶瓷作为承载VCSEL激光器阵列的载体，导热性能好、高频特性好、热膨胀系数小，便于与用户的高速电路板整合。

优选的，本发明专利采用的带MT连接头的45°光纤阵列包括标准MT接头、带纤和V槽，其中V槽未与标准MT接头连接的一端带纤的头部为剥成裸光纤并研磨成45°的光学反射面。

将光纤阵列研磨成45°反射镜实现光信号的90°转角，有利于解决垂直耦合带来的问题。

本发明公开了一种制造基于45°光纤阵列的并行光学发射组件的方法，包括以下步骤：

步骤一，提供一种带MT接头的45°光纤阵列，所述光纤阵列包括V槽，将所述V槽未与所述MT接头连接的一端的带纤的头部剥成裸光纤并研磨成45°的光学反射面；

步骤二，通过刻蚀在陶瓷基板上形成电极和焊盘；

步骤三，通过导电银胶将VCSEL激光器阵列粘贴在陶瓷基板的电极上；

步骤四，通过金丝键合的方式，用金丝将VCSEL激光器阵列芯片的焊盘与陶瓷基板的焊盘一一连接；