一种光功率可调合波器的封装结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种光功率可调合波器的封装结构，包括由上盖和下底组成的封装盒，所述下底上固定有控制电路板，所述控制电路板上还固定有硅波导型阵列可调光衰减器和阵列波导光栅；所述硅波导型阵列可调光衰减器的光纤通道和阵列波导光栅的光纤通道通过光纤对应连接。本实用新型采用基于光电吸收效应的硅波导型阵列可调光衰减器制作光功率可调合波器，可靠性好，响应速度快，响应时间为微秒级，并且无需加热，功耗更低。
【专利说明】一种光功率可调合波器的封装结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光纤【技术领域】中的光功率可调合波器，特别是涉及一种基于硅波导型阵列可调光衰减器制作光功率可调合波器的封装结构。
【背景技术】
[0002]随着光纤通信向高速率、大容量方向发展,掺铒光纤放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier,简称 “EDFA” )与密集波分复用(DenseWaveIengthDivisionMultipIexing,简“DWDM”)技术相结合已成为这一系统中的主要技术手段。光功率可调合波器(简称“VMUX”)是DWDM系统中的核心器件，具有广阔的市场前景，可以解决由于使用光纤放大器带来的增益不平性和通道增减时带来的功率跳变，通过对系统每个通道光功率进行动态调整以达到均衡，从而实现光信号在DWDM系统的长距离高速无误码传输。
[0003]光功率可调合波器主要由阵列波导光栅和阵列可调光衰减器两个光器件及控制电路组装而成。传统的光功率可调合波器里用到的阵列可调光衰减器是采用氧化硅波导结构或者Polymer波导结构制作而成，其原理是利用波导材料的折射率随温度改变的热光效应，通过改变波导温度，改变光在波导中的通过率(衰减量)。两者制作的可调光衰减器都需要加热才能进行工作，因此功耗较高；另外，氧化硅波导结构和Polymer结构制作的可调光衰减器衰减响应慢，一般为毫秒级；特别是，Polymer结构制作的可调光衰减器的长期可靠性差，显然这种工艺方式制作出来的可调光衰减器不能适应光功率可调合波器产品长期使用性能的需要，整个产品的质量和性能难以达到最优，产品存在的潜在隐患不能排除，一旦产品因可靠性不好导致失效，造成网络问题的影响大，给客户端使用以及售后问题处理带来很大的麻烦。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光功率可调合波器的封装结构，以提高产品质量、优化产品性能，保障产品的长期可靠使用。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种光功率可调合波器的封装结构，包括由上盖和下底组成的封装盒，所述下底上固定有控制电路板，所述控制电路板上还固定有硅波导型阵列可调光衰减器和阵列波导光栅；所述硅波导型阵列可调光衰减器的光纤通道和阵列波导光栅的光纤通道通过光纤对应连接。
[0006]所述硅波导型阵列可调光衰减器包括硅波导型的阵列可调光衰减器芯片、输入光纤阵列、输出光纤阵列；所述阵列可调光衰减器芯片的输入端与所述输入光纤阵列相连，输出端与所述输出光纤阵列相连；所述输入光纤阵列与所述阵列波导光栅的光纤通道相连；所述输出光纤阵列与光功率可调合波器的输出光纤相连。
[0007]所述输入光纤阵列和输出光纤阵列的结构为V型槽结构、U型槽结构，平板结构或毛细管结构。
[0008]所述硅波导型阵列可调光衰减器通过中间凸起的支撑板固定在所述控制电路板上。
[0009]所述阵列波导光栅为独立封装的阵列波导光栅；所述阵列可调光衰减器为独立封装的阵列可调光衰减器。
[0010]所述的硅波导型阵列可调光衰减器的通道数为MXN，其中，1≤M≤96，1 ≤ N ≤ 96 ;所述的阵列波导光栅为多通道的阵列波导光栅，其通道数为16、32、40、48、80或96个。
[0011]有益效果
[0012]由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:本实用新型采用基于光电吸收效应的硅波导型阵列可调光衰减器制作光功率可调合波器，响应速度快，可达到微秒级；并且采用硅波导型阵列可调光衰减器无需加热，功耗低；本实用新型中的光功率可调合波器其可靠性好，整个工艺过程质量容易控制，适宜批量生产，能够保障产品的长期可靠使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的光功率可调合波器外形示意图；
[0014]图2是本实用新型中硅波导型阵列可调光衰减器组成结构示意图；
[0015]图3是本实用新型中硅波导型阵列可调光衰减器安装示意图；
[0016]图4是本实用新型的光功率可调合波器封装盒下底结构示意图；
[0017]图5是本实用新型的光功率可调合波器中硅波导型阵列可调光衰减器和阵列波导光栅的连接示意图；
[0018]图6是本实用新型的光功率可调合波器整体封装结构示意图；
[0019]图7是本实用新型中硅波导型阵列可调光衰减器响应时间的曲线图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0021]本实用新型的实施方式涉及一种光功率可调合波器的封装结构，如图1、图4和图5所示，包括由上盖4和下底5组成的封装盒，所述下底5上固定有控制电路板3，所述控制电路板3上还固定有硅波导型阵列可调光衰减器I和阵列波导光栅2 ;所述硅波导型阵列可调光衰减器I的光纤通道和阵列波导光栅2的光纤通道通过光纤对应连接。
[0022]如图2所示，所述硅波导型阵列可调光衰减器I包括硅波导型的阵列可调光衰减器芯片6、输入光纤阵列7、输出光纤阵列8 ;所述阵列可调光衰减器芯片6的输入端与所述输入光纤阵列7相连,输出端与所述输出光纤阵列8相连；所述输入光纤阵列7与所述阵列波导光栅2的光纤通道相连；所述输出光纤阵列8与光功率可调合波器的输出光纤相连。其中，所述输入光纤阵列7和输出光纤阵列8的结构为V型槽结构、U型槽结构，平板结构、毛细管结构或其他结构。
[0023]如图3所示，硅波导型的阵列可调光衰减器芯片6、输入光纤阵列7和输出光纤阵列8组成拱形结构，通过中间凸起的支撑板9 (例如PCB板)将硅波导型阵列可调光衰减器I安装在控制电路板3上。其中，支撑板9的中间凸起部分与阵列可调光衰减器芯片6的大小相互匹配。在保证散热的前提下，本实用新型还从模块装配位置上解决了硅波导折射率与SiO2光纤折射率差异造成的元器件拱形构造带来的封装难题。
[0024]采用氧化娃波导结构的可调衰减器是基于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉原理制作，需要通过给芯片加电后加热改变其中一传导臂的折射率，从而改变该束光的相位和光程。加热以后产品功耗较大。而本实用新型采用的硅波导型阵列可调光衰减器的工作原理是基于固体吸收光中自由载流子的吸收效应，因此无需加热。以15dB衰减为例，采用硅波导型阵列可调光衰减器的光功率可调合波器的功耗为每通道120?150mW，而采用氧化硅波导结构的可调衰减器的光功率可调合波器的功耗为200?250mW。由此可见，相比于采用氧化硅波导结构的光功率可调合波器，本实用新型采用硅波导型阵列可调光衰减器无需加热，并且功耗更低。
[0025]下面以一个1X40光功率可调合波器制作来进一步说明本实用新型。
[0026]步骤一:如图2，将硅波导型阵列可调光衰减器芯片6 (该硅波导型阵列可调光衰减器芯片为4x4通道)和输入光纤阵列7 (该输入光纤阵列为4通道)及输出光纤阵列8 (该输出光纤阵列为4通道)进行封装，制作出硅波导型阵列可调光衰减器1，以上述同样方式制作出10个阵列可调光衰减器，可以将每2?3个进行独立封装，并测试出其每一光纤通道的光学性能。
[0027]步骤二:将阵列波导光栅2 (该阵列波导光栅为40通道)进行独立封装，并测试出其每一光纤通道的光学性能。
[0028]步骤三:如图4，将阵列波导光栅2和硅波导型阵列可调光衰减器I固定在控制电路板3上，将控制电路板3固定于光功率可调合波器封装盒下底5上，根据所设计模块位置进行装配，40通道的阵列波导光栅需要10个4x4通道的硅波导型阵列可调光衰减器I与其匹配。其中，硅波导型阵列可调光衰减器I通过中间凸起的支撑板固定在所述控制电路板上。
[0029]步骤四:如图5，将阵列波导光栅2对应通道的光纤和硅波导型阵列可调光衰减器I对应通道的光纤进行熔接连接，并用热缩管保护熔接点，将连接好的光纤合理的盘绕在封装盒内。
[0030]步骤五:将输入端光纤和输出端光纤分别固定于输入光端橡胶帽和输出光端橡胶帽内，并将橡胶帽安装封装盒下底5侧的对应孔上。
[0031]步骤六:如图6，将封装盒上盖4和下底5按照设计好的方式对接装配，完成光功率可调合波器的最终装配，形成如图1所示的结构。
[0032]步骤七:与传统方法一样，对装配完成的产品依次进行测试，确保产品的整个性能满足要求。
[0033]为了使基于光电吸收效应的硅波导型阵列可调光衰减器芯片能够更加优化的用于VMUX，可以通过数据匹配工艺来提高芯片利用率(具体见专利号:201210077137.8)。还可以通过使用功耗和成本很低的中央处理器而非TEC (半导体制冷器)来实时地刷新芯片的工作温度并根据温度的变化修正控制电压/电流，从而保证衰减的高度稳定(具体内容见另案申请)。[0034]如图7所示，在27摄氏度下对本实用新型中的硅波导型阵列可调光衰减器进行测试，从无衰减到设定的衰减值(0dB->-15dB)的最小响应时间(90%->10%)不到I微秒，而常见的氧化硅波导的马赫-曾德尔干涉型可调光衰减器的响应时间为I?10毫秒。
[0035]不难发现，本实用新型采用基于光电吸收效应的硅波导型阵列可调光衰减器制作光功率可调合波器，响应速度快，可达到微秒级，并且采用硅波导型阵列可调光衰减器无需加热，功耗更低；采用本实用新型制作的光功率可调合波器其可靠性好，适宜批量生产，能够保障产品的长期可靠使用。
【权利要求】
1.一种光功率可调合波器的封装结构，包括由上盖(4)和下底(5)组成的封装盒，所述下底(5)上固定有控制电路板(3)，其特征在于，所述控制电路板(3)上还固定有硅波导型阵列可调光衰减器(I)和阵列波导光栅(2);所述硅波导型阵列可调光衰减器(I)的光纤通道和阵列波导光栅(2)的光纤通道通过光纤对应连接。
2.根据权利要求1所述的光功率可调合波器的封装结构，其特征在于，所述硅波导型阵列可调光衰减器(I)包括硅波导型的阵列可调光衰减器芯片(6)、输入光纤阵列(7)、输出光纤阵列(8);所述阵列可调光衰减器芯片(6)的输入端与所述输入光纤阵列(7)相连，输出端与所述输出光纤阵列(8)相连；所述输入光纤阵列(7)与所述阵列波导光栅(2)的光纤通道相连；所述输出光纤阵列(8)与光功率可调合波器的输出光纤相连。
3.根据权利要求2所述的光功率可调合波器的封装结构，其特征在于，所述输入光纤阵列(7)和输出光纤阵列(8)的结构为V型槽结构、U型槽结构，平板结构或毛细管结构。
4.根据权利要求2所述的光功率可调合波器的封装结构，其特征在于，所述硅波导型阵列可调光衰减器(I)通过中间凸起的支撑板(9 )固定在所述控制电路板(3 )上。
5.根据权利要求1所述的光功率可调合波器的封装结构，其特征在于，所述阵列波导光栅(2)为独立封装的阵列波导光栅；所述阵列可调光衰减器(I)为独立封装的阵列可调光衰减器。
6.根据权利要求1所述的光功率可调合波器的封装结构，其特征在于，所述的硅波导型阵列可调光衰减器(I)的通道数为MXN，其中，I < M < 96，I < N < 96 ;所述的阵列波导光栅(2)为多通道的阵列波导光栅，其通道数为16、32、40、48、80或96个。
【文档编号】G02B6/34GK203720406SQ201420018977
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】闫超 申请人:博创科技股份有限公司