[发明专利]长度减小的光电设备

说明书

技术领域

本发明涉及包括壳体内的光电芯片的光电设备，且特别地，这样的光电设备用于集成到光电模块中。

背景技术

如发射机和接收机的光电设备一般包括壳体（“封装”）内的光电芯片。所述芯片被光耦合到穿过壳体壁的输入和/或输出光纤。在光纤和芯片之间会有干涉块（intervene bulk）光学元件，如镜头、分光器、和光学隔离器。所述芯片可能是一个光电子调制器，如马赫曾德调制器芯片或者光电吸收调制器芯片。可替换地，所述芯片可能是另一种光电芯片，如半导体激光芯片或者光电探测器芯片。

所述壳体提供对芯片和其他元件的保护，以使所述芯片和其他元件在更高等级装配成模块、传送或连接到光通信网络期间免受机械损伤。另外，壳体典型地被密封并且提供环境保护以免受环境湿度、化学降解和光的影响。在一些情况下，所述壳体可被严密地密封以提供最高等级的环境保护。US7066658披露了一种排列，其中穿过壳体的光纤可以被直接、严密地密封至通过壳体壁的开口内部。US6712528披露了一种排列，其中进入壳体的光纤被严密地密封到还通过壳体壁上的开口的金属圈，所述金属圈被严密地密封到保护的鼻状物（protective snout）上，所述鼻状物转而围绕开口被严密地密封到壳体的外壁。

所述壳体还提供结实的主体，所述芯片和其它元件均可连接至该主体，如大光学元件和热电冷却器（其可能连接在芯片和壳体的内层之间）。特别的，壳体提供结实的固定装置，所述光纤连接至该固定装置。

其中这样的元件被频繁地部署的应用是尺寸敏感的，具有要求以减小壳体的“器件封装（footprint）”。当封装的器件被集成到更高等级的光电模块中时这是特别重要的，例如发射机，接收机或者为封装的器件提供有电子控制电路的应答器（transponder）模块。

对光电壳体内元件尺寸的减小的注意迄今集中在壳体内大光学元件的尺寸的减小。US7161725和US2007/0091300披露了减小的器件封装大光学元件。然而，壳体内元件的尺寸的减小仅仅能够实现需要容纳它们壳体的器件封装的对应尺寸上的有限的减小。类似地，壳体内其他元件的尺寸的减小仅仅能够提供有限量的额外空间，以方便使用较长的芯片。特别的，大光学元件的尺寸上的这样减小，仅可以实现壳体对应长度上有限的减小，或者光电芯片长度上的有限增加，该光电芯片可以被封装在匹配现有器件封装的壳体内。另外，通过将布置一些元件位置的装置排成直线接入壳体的要求还限制了壳体宽度上可能的减小。

两种不同的排列众所周知用于将光纤光耦合到光电芯片的光波导。

在第一已知的排列中，被称为“对接耦合（butt-coupled）”，所述光纤通过所述壳体壁并且光纤末端连接到芯片。所述光纤末端会紧靠芯片，利用光学黏胶剂，如光学树脂直接粘合到（bond to）芯片上。可替换地，可以提供被粘合到光纤的末端的光耦合元件，且所述光耦合元件被粘合到芯片，从而光耦合元件和光纤都被对接耦合到芯片。这样的光耦合元件可以是短的同质圆柱体玻璃，且在设备组件的校准期间便于处理光纤末端。US7228014披露了在光纤对接耦合到芯片的光耦合元件的使用。

当对接耦合到芯片时，光纤仅仅需要在二维上校准，芯片粘结表面的平面中的正交方向。不利的，壳体内的光纤末端的校准需要最小壳体宽度，以便光纤末端校准设备能够掌握和操纵在壳体内的光纤末端。图1图示了根据第一已知排列的设备，示出了所述设备在所述光电芯片和光纤的平面中的横截面视图。

在第二已知的排列种，被称为“空气透镜校准”，光学透镜被粘合到壳体壁的开口中，并且所述芯片和光纤在透镜的对面校准，以便通过透镜使光从一面集中到另一面。在这样排列中，所述芯片可以连接到壳体的底面，其中光纤末端在三维空间中与透镜另一侧上的对应位置排成直线。在芯片和透镜之间需要间隔以用于校正穿过芯片和光纤之间的光的聚焦，且在空气透镜校准排列中，其中透镜处于壳体壁中，在壳体壁内设置间隔，不利的是增加了壳体需要的长度。图2图示了根据该第二已知排列的设备，示出了所述设备在所述光电芯片和光纤的平面中的横截面视图。为清楚起见，外部馈电导体（external feed-through）、应变消除圈（strain relief collar）和保护管（图1中所示）已经在图2中省略。

仍然需要光电设备具有减小的尺寸，或者便于具有现有的尺寸的壳体内的较长的光电芯片的使用。特别的，仍然需要光电设备具有减小的壳体长度和/或壳体宽度，或者便于在现有的壳体内使用较长和/或更宽的光电芯片。

发明内容