光发射次模块（TOSA）结构及其主动对准方法技术

具有用于沿向上方向散发热量的独立的向上散热路径的光发射次模块(TOSA)结构，包括独立的信号源；LDU组件，其包括发射多个光信号的激光二极管、保持激光器的级联式LDU二极管、在级联式LDU上位于激光二极管前面的透镜；以及光具座组件，其包括组装在硅光子集成电路上的光具座，硅光子集成电路具有组装在光具座上的多个无源光学部件。特别地，独立信号源、激光二极管以及级联式LDU独立于硅光子集成电路上的多个无源光学部件。多个无源光学部件。多个无源光学部件。

【技术实现步骤摘要】
光发射次模块(TOSA)结构及其主动对准方法


[0001]本专利技术实施例涉及光通信系统中的光收发模块领域，尤其涉及一种便于有效热管理的光发射次模块(TOSA)结构及该光发射次模块(TOSA)结构的主动对准方法。

技术介绍

[0002]在光通信领域，光传输模块的主要功能是将电信号转换为光信号，并将光信号再次转换为一种电信号的模块。
[0003]在信息时代，云计算、人工智能和5G移动应用程序的迅速普及导致对稳健和超高速通信以及数据中心基础架构的依赖日益增加。光纤通信技术在这种基础设施的快速发展中起着至关重要的作用。为了应对数据速率和互连密度的增长，光收发模块的每通道数据速率从25Gbps增加到100Gbps，甚至更高。同时，光调制格式从不归零(NRZ)迁移到4级脉冲幅度调制(PAM
‑
4)和相干调制，而传输介质从并行传输(PSM)过渡到波分复用(WDM)。在如此迅速的技术演变下，具有能够实现超高速调制器和高密度集成光学器件的能力的硅光子集成电路(PIC)被证明是光收发模块设计的理想解决方案。
[0004]硅光子光学收发模块通常需要高功率连续波CW激光二极管LD作为调制光源。可以使用混合集成技术将这种CW激光源制造到硅光子晶圆上。然而，由于老化造成的成品率损失，其会遭受质量问题。
[0005]另一方法是具有与PIC共封装的大功率外部CW激光器，以形成如现有技术图1A所示的完整的光发射次模块(TOSA)。特别地，将CW LD组装在LD基板上并直接放置在PIC的顶部。一些光学组件精确放置在LD光路前面用于聚焦光束并引导光束通过光栅耦合器(GC)耦合到PIC上的波导中。
[0006]如现有技术图1A所示，此TOSA的一个主要缺点是对多个微光学元件、PIC上的波导以及激光二极管之间的相对放置精度要求很高。并且，主动对准制程也被用于精确地放置每个光学组件和激光二极管，以实现所需的光学功率从CW激光器经由光栅耦合器耦合到PIC上的波导所需的耦合效率。此外，在PIC上的多个光学组件上执行主动对准是极富挑战性的制程，导致非常低的制程良率。
[0007]另一个缺点是在操作期间管理从CW激光二极管产生的热量。为了最大程度地提高传输数据速率，每个PIC通常具有多个高速光通道，需要将多个CW激光器共封装在PIC的小区域的顶部以提供所需的光学功率，并从这些CW激光器组件中产生大量热量。所有产生的热量只能经由较长的热路径通过激光底板、PIC以及PIC底板散发到散热器。此外，每个组件之间的结合界面还增加了热阻，导致热量在PIC附近积聚，从而导致激光二极管温度升高，由于低效的热转出而导致的激光器输出功率降低，最重要的是，导致激光器寿命变短。
[0008]因此，为了在允许主动对准制程的同时克服散热问题，需要提供一种TOSA结构，该TOSA结构为每个信号源到外部散热器提供了直接的热路径，而无需通过硅光子集成电路。本专利技术涉及一种具有独立的向上散热路径的光发射次模块(TOSA)结构以及一种用于沿向上方向散发热量的方法。

技术实现思路

[0009]本公开的实施例涉及一种用于通过沿向上方向散发热量来有效散热的光发射次模块(TOSA)结构。光发射次模块(TOSA)结构包括独立的信号源、激光器组件LDU以及光具座组件。
[0010]特别地，LDU组件还包括发射多个光信号的激光二极管、保持激光二极管的级联式LDU以及在级联式LDU上位于激光二极管前面的透镜。此外，光具座组件被组装在硅光子集成电路上。并且，光具座组件还包括光学基板和多个无源光学部件。此外，光发射次模块(TOSA)结构的独立信号源，即激光二极管以及级联式LDU与硅光子集成电路上的多个无源光学部件独立。
[0011]根据本专利技术的实施例，独立信号源可操作地配置为主动对准光路，以用于与硅光子集成电路配置的光学功率耦合。特别地，独立信号源是光源。
[0012]根据本专利技术的实施例，独立信号源具有通向外部散热器的直接的热路径，而无需通过硅光子集成电路。
[0013]根据本专利技术的实施例，级联式LDU是翻转的(flipped)级联式LDU。特别地，翻转的级联式LDU可操作地配置为用于沿向上方向散发热量。
[0014]根据本专利技术的实施例，翻转的级联式LDU安装在U形块上方。
[0015]根据本专利技术的实施例，U形块由导热率比级联式LDU低的材料制成。
[0016]根据本专利技术的实施例，多个无源光学部件还包括一个或多个隔离器和一个或多个棱镜。
[0017]根据本专利技术的实施例，该透镜是耦合透镜。
[0018]根据本专利技术的实施例，级联式LDU还包括前表面和在前表面上的前凹部、后表面和在后表面上的后凹部。特别地，前表面配置有多个前金属垫。并且，后凹部配置有多个后金属垫。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，多个后金属垫通过竖直互连接入电连接而电连接至多个前金属垫。
[0020]根据本专利技术的另一实施例，多个后金属垫通过侧壁金属边缘连接电连接至多个前金属垫。
[0021]根据本专利技术的实施例，级联式LDU的前凹部配置有光具座，以用于透镜的主动对准。
[0022]根据本专利技术的实施例，级联式LDU的后凹部可操作地配置有用于形成引线键合连接的引线键合平台，以使激光二极管通电。
[0023]根据本专利技术的实施例，光学基板是透明光学基板。特别地，透明光学基板具有多个突起。而且，多个无源光学部件被组装在透明光学基板上。
[0024]根据本专利技术的实施例，光发射次模块(TOSA)结构是集成的光发射次模块(TOSA)结构。特别地，集成的光发射次模块(TOSA)结构包括集成单元。此外，集成单元具有结合在U形块中并放置在翻转的级联式LDU上的激光二极管和耦合透镜。
[0025]根据本专利技术的实施例，集成单元通过多个无源光学部件与硅光子集成电路主动对准。
[0026]本专利技术的另一实施例涉及一种光发射次模块(TOSA)结构的主动对准方法，该主动
对准方法用于通过沿向上方向散发热量来有效地散热。主动对准方法还包括如下步骤：在硅光子集成电路上形成光具座组件，形成LDU组件，将LDU组件和光具座组件与硅光子集成电路进行主动对准，以使耦合到光栅耦合器的效率最大化，监视由硅光子集成电路接收的光输出功率，检测最大功率输出以将LDU组件和光具座组件固定在硅光子集成电路的顶部，以及在后凹部处形成与多个后金属垫的引线键合，以完成激光二极管的电连接。
[0027]根据本专利技术的一个实施例，通过施加可热固化的粘合剂，将LDU组件和光具座组件固定在硅光子集成电路的顶部。
[0028]根据本专利技术的另一实施例，LDU组件和光具座组件通过可紫外线(UV)固化的粘合剂固定在硅光子集成电路的顶部。
[0029]根据本专利技术的实施例，通过将光具座组装在硅光子集成电路上以将光耦合到光波导中并且将多个无源光学部件放置在光具座上来形成光具座组件。特别地，多个无源光学部件包括一个或多个隔离器和一个或多个棱镜。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光发射次模块(TOSA)结构，具有用于沿向上方向散发热量的独立的向上散热路径；其中，所述光发射次模块(TOSA)结构包括：独立信号源，并且所述独立信号源为光源；和LDU组件，其进一步包括：发射多个光信号的激光二极管；保持所述激光二极管的级联式LDU；在所述级联式LDU上位于所述激光二极管前面的透镜；以及光具座组件，其进一步包括：组装在硅光子集成电路上以将光耦合到光波导中的光具座；组装在所述光具座上的多个无源光学部件；以及其中，所述独立信号源、所述激光二极管以及所述级联式LDU独立于所述硅光子集成电路上的所述多个无源光学部件。2.根据权利要求1所述的光发射次模块(TOSA)结构，所述独立信号源可操作地配置为主动对准光学路径，用于与所述硅光子集成电路的光功率耦合。3.根据权利要求1所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述级联式LDU以底侧向上翻转以形成翻转的级联式LDU，并且所述翻转的级联式LDU能够操作地配置为沿向上方向散发热量。4.根据权利要求3所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述翻转的级联式LDU安装在U形块上方。5.根据权利要求4所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述U形块由导热率比所述级联式LDU低的材料制成。6.根据权利要求1所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述多个无源光学部件还包括一个或多个隔离器和一个或多个棱镜。7.根据权利要求4所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述U形块与所述光具座分开。8.根据权利要求1所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述级联式LDU还包括：所述级联式LDU的前表面上的前凹部，配置有多个前金属垫；所述级联式LDU的后表面上的后凹部，配置有多个后金属垫；并且其中，所述多个后金属垫通过从竖直互连接入电连接和侧壁金属边缘连接中选择的任何一个电连接被电连接到所述多个前金属垫。9.根据权利要求8所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述级联式LDU的所述前凹部配置有用于主动对准所述透镜的光学平台。10.根据权利要求8所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述级联式LDU的所述后凹部能够操作地配置有用于形成引线键合的引线键合平台，以为所述激光二极管通电。11.根据权利要求1所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述光学组件还包括具有多个突起的透明光学基板。12.根据权利要求4所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述独立信号源还包括结合在所述U形块中的所述激光二极管和所述透镜以及沉积在所述U形块上的所述翻转的级联式LDU。
13.根据权利要求12所述的光发射次模块(TOSA)结构，其中，所述独立信号源通过所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪伟，麦永强，马薇，
申请(专利权)人：东莞云晖光电有限公司，
类型：发明
国别省市：