一種sip芯片與激光器的耦合方法及其組成的光收發(fā)模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光通信器件，具體涉及一種SIP芯片與激光器的耦合方法及其組成的光收發(fā)模塊，本發(fā)明屬于通信領域。
【背景技術】
[0002]在光收發(fā)模塊中，按調制方式和光源的關系來分，激光器光源分直接調制和外調制兩種。因外調制是改變已經(jīng)輸出的激光的參數(shù)，對激光器特性要求不高，且適用于高速率(2.5Gbps-40Gbps)、長距離的光通訊，人們更加關注和重視外調制型光收發(fā)模塊的發(fā)展。當前，在長距離高速率的光收發(fā)模塊中(如SFP+模塊)，大多采用電吸收型外調制激光器(EML)。但電吸收外調制在電吸收的過程中會產(chǎn)生光生電流，帶來的熱效應會導致高功率時調制器的性能下降；而且電吸收外調制和激光器芯片一般被集成在一塊芯片上，芯片價格非常昂貴，其高昂的價格也使得該芯片在局域網(wǎng)和接入網(wǎng)的應用受到限制。
[0003]傳統(tǒng)的光收發(fā)模塊由于發(fā)射部分(TOSA)、接收部分(ROSA)和數(shù)字診斷電路部分是分立的元件組成，元件較多，造成模塊體積大，功耗高、電路板的布板復雜，模塊布局繁瑣，安裝和拆卸都不方便。
[0004]近年來，用絕緣體上娃(SOI ,silicon on insulator)片來集成制作IC(集成電路)芯片和光芯片的發(fā)展越來越迅速，即硅基光電子芯片(簡稱SIP芯片，SILICON PHOTONICS的縮寫KSIP芯片可以實現(xiàn)對光子信號的調制、探測、分束，放大等，同時也可以對電信號進行處理，如可以集成電子放大器，邏輯門電路，驅動(DRIVER)，數(shù)模轉化器，DSP(數(shù)字信號處理)器，CPU(中央處理器)等等。由于SIP芯片體積小巧、功耗低、工作速率高、綜合成本低、易于大規(guī)模化的生產(chǎn)等優(yōu)點，將其應用在光收發(fā)模塊中，是光收發(fā)模塊發(fā)展的有利選擇。
[0005]由于硅所具有的能帶結構決定了硅自身是一個弱的發(fā)光材料，硅基半導體激光器至今沒有突破，所以當前對于使用SIP芯片的光收發(fā)模塊而言，內置一個獨立的半導體激光器依然是必要的。
[0006]SIP芯片與半導體激光器的耦合連接可以有兩種方式，一種方式是半導體激光器芯片采取貼片焊接的方式直接與SIP芯片耦合，這種方式對SIP芯片的光端口的設計和制造工藝以及對激光器芯片貼片工藝都要求極高，難以實現(xiàn)；另一種方式是先將激光器芯片發(fā)出的光通過透鏡等元件進行光斑模場變換后耦合進光纖，再將光纖與SIP芯片的光端口進行耦合，SIP芯片的光端口的設計為成熟工藝的斑模轉換器(SSC)或光柵結構，可以與單模光纖可以進行斑模匹配，耦合損耗小。
[0007]SIP芯片上的光纖連接，特別的在耦合范圍里和收發(fā)模塊的端口的接頭處，光纖都是去掉了涂覆層的裸纖，在耦合封裝的過程中，容易發(fā)生光纖折斷和損傷。
[0008]集成了Mach-Zander(MZ)調制器的SIP芯片在與激光器的出射光纖耦合時，有偏振態(tài)的要求，即只有特定方向的線偏振光才能以最小的損耗在SIP芯片內傳輸，通常采用的方式是有源耦合，即在耦合過程中給激光器和SIP芯片供電，通過監(jiān)控輸出的光功率的大小來判斷入射光的偏振態(tài)是否是最佳進行耦合，這種方式繁瑣，生產(chǎn)效率低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)操作。
[0009]SIP芯片和激光器在工作時，不可避免的會發(fā)熱，如產(chǎn)生的熱量不及時導走，會使熱量累積，從而使SIP芯片和激光器工作時的溫度升高，導致SIP芯片和激光器相互影響，性能變差和壽命變短。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中存在的困難，提供一種SIP芯片與激光器的耦合方法及其組成的光收發(fā)模塊，該光收發(fā)模塊使用成本較低的CW DFB或FP型激光器，利用SIP芯片對光信號進行調制和探測，并對電信號進行控制，實現(xiàn)2.5Gbps-25Gbps的光信號的收發(fā)。
[0011 ]本發(fā)明所采用的技術方案是:
[0012]—種SIP芯片與激光器的親合方法，包括米用使激光器與SIP芯片要求的偏振方向對齊的方法，具體為:先用圖像視覺系統(tǒng)找到SIP芯片耦合端口的X軸和Y軸的十字線，將激光器芯片的發(fā)光端面的X軸和Y軸構成的十字線等效標記到封裝激光器芯片的TO管座底面上，然后將圖像視覺系統(tǒng)對著激光器的TO管座底面，調節(jié)激光器的位置，使TO管座底面上的十字線與圖像視覺系統(tǒng)上的十字線對齊。
[0013]所述激光器芯片的發(fā)光端面的X軸和Y軸構成的十字線等效標記到封裝激光器芯片的TO管座底面的具體方法如下:在TO管座底面上設置有對稱的兩個凹槽，凹槽連線設為X軸;在垂直X軸的Y軸TO管座底面上設置一個凹槽;通過視覺系統(tǒng)觀察，讓SIP芯片耦合端口平面的X軸和Y軸的十字線與TO管座底面上X軸和Y軸分別對齊。
[0014]—種SIP芯片與激光器的耦合方法，包括如下步驟:步驟1、將SIP芯片的基板夾持在耦合平臺上，將激光器和兩只跳線的光纖分別夾持在六維微調架上;步驟2:先用水平放置的圖像視覺系統(tǒng)找到SIP芯片耦合端口平面的平行和垂直的十字線，然后將圖像視覺系統(tǒng)對著激光器的TO管座的底面，調節(jié)激光器的位置，使TO管座底面上的三個凹槽構成的十字線與圖像視覺系統(tǒng)上的十字線對齊;步驟3:用豎直向下監(jiān)控的圖像視覺系統(tǒng)監(jiān)控SIP耦合區(qū)，調節(jié)夾持激光器和跳線光纖的六維微調架，使激光器光纖、跳線光纖與SIP芯片三個端口的V形槽貼合;步驟4，在光纖與V形槽結合處和激光器與電路板結合處分別點膠固定。
[0015]—種SIP芯片與激光器的耦合方法制作的光收發(fā)模塊，包括SIP芯片、激光器、電路板、墊塊、基板，電路板上設置有孔洞，孔洞里設置有臺階結構的導熱墊塊，所述墊塊的中間臺階平面與電路板的底面平行緊密接觸固定，所述激光器與SIP芯片采用光纖耦合，SIP芯片、激光器固定在墊塊上。
[0016]所述SIP芯片采用硅基光電子芯片，SIP芯片集成有Mach-Zander(MZ)調制器、光探測器以及集成電路中的內部診斷和控制處理器，實現(xiàn)控制激光器工作，接受外部的信息對光信號進行2.5Gpbs-25Gpbs的信號調制，接受外部的2.5Gpbs-25Gpbs的調制光信息將其轉變成電信號。
[0017]所述SIP芯片上設有三個V型槽結構，三個V型槽彼此平行且垂直于SIP芯片耦合端口的平面。
[0018]所述激光器采用帶尾纖的CW DFB或FP型激光器，封裝形式采用TO同軸封裝。
[0019]所述SIP芯片與激光器間采用光纖連接。
[0020]所述V型槽內設置有單模光纖。
[0021]所述墊塊臺階結構中臺階的平面的形狀為圓形、方形。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0023]I)本發(fā)明采用成本較低的CW DFB或FP激光器芯片，能實現(xiàn)2.5Gpbs-25Gpbs的光信號調制，在高速傳輸?shù)墓馐瞻l(fā)模塊里，成本優(yōu)勢明顯；
[0024]2)本發(fā)明SIP集成芯片上的端口耦合采取圖像視覺系統(tǒng)進行無源耦合，耦合效率高，易于大規(guī)模生產(chǎn)操作；
[0025]3)本發(fā)明模塊結構簡單，耦合部分一體化設計，安裝和拆解方便，不易發(fā)生斷纖問題；
[0026]4)本發(fā)明SIP集成芯片和激光器各自獨立封裝，中間采用光纖連接，兩者產(chǎn)生的熱量不會相互干擾，便于集成芯片和激光器各自散熱；
[0027]5)本發(fā)明光模塊耦合過程中采取圖像視覺系統(tǒng)進行無源耦合，生產(chǎn)效率高，易于大規(guī)模生產(chǎn)操作；光模塊結構簡單，體積小，可封裝在小型可插拔結構(SFP)中；結構一體化，不易斷纖;散熱性好，具有高可靠性。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明中SIP芯片內部功能結構示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明中模塊整體結構示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明中激光器芯片封裝結構圖；
[0031]圖4是本發(fā)明中SIP芯片與電路板的相對位置；
[0032]圖5是本發(fā)明中SIP芯片上光耦合端口V型槽結構側視圖；
[0033]圖6是本發(fā)明中SIP芯片上光耦合端口V型槽結構俯視圖；
[0034]圖7是本發(fā)明中激光器芯片與SIP芯片耦合時相對位置圖；
[0035]圖8是本發(fā)明中激光器芯片的發(fā)光端面與TO管座底面的相對位置圖；
[0036]其中:
[0037]1:基板；2:電路板；
[0038]2-1:電路板底面；3: SIP芯片；
[0039]3-1: SIP芯片上的V型槽；3-2: SIP芯片耦合端口平面；
[0040]4:光纖；5: LC 光接口；
[0041]6:激光器；6-1: TO 管座；
[0042]6-1-1: TO管座底面；6-2:激光器芯片；
[0043]6-2-1:激光器芯片的發(fā)光端面；6-3:透鏡；
[0044]6_4:金屬外殼；6_5:插芯；
[0045]7:膠水；8:墊塊；
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的做出詳細說明。
[0047]SIP芯片3是集成了Mach-Zander(MZ)調制器、光探測器以及集成電路中的內部診斷和控制處理器的硅基光電子芯片，SIP芯片內部部分功能結構如圖1所示，它可以控制激光器工作，并接受外部的信息對光信號進行2.5Gpbs-25Gpbs的信號調制，還可以接受外部的2.5Gpbs-25Gpbs的調制光信息將其轉變成電信號。
[0048]本發(fā)明的實施例提供一種內置硅基光電子芯片(SIP)的光收發(fā)模塊的結構，為小型可插拔結構(SFP)，如圖2所示，包括基板1、電路板2、SIP芯片3、光纖4、LC光接口 5、激光器
6、墊塊8，
[0049]基板I承載兩個功能，一是它是SFP外殼的一部分，與另一半SFP底殼結合成標準的SFP外殼;二是它是電路板和兩只LC光接口 5的載體，上設置了電路板2固定孔和跳線固定卡口，硬質電路板2和兩只LC光接口5固定在這個基板上，組成一個整體，在生產(chǎn)過程中周轉、安裝和拆卸時不易發(fā)生斷纖。
[0050]激光器6是帶尾纖的CWDFB或FP型激光器。本發(fā)明采取的是TO同軸封裝，但本領域技術人員應當可以理解本發(fā)明并不局限于此封裝形式，采用蝶形封裝等其他任何封裝的形式都能達到同樣的效果。如圖3所示，激光器6包括T056或者更小封裝的T046和T039管座6-UCff DFB或者FP型激光器芯片6-2、透鏡6-3、連接金屬件6-4、插針6-5以及光纖4依次