多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构和光模块的制作方法

本发明涉及一种多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，属于光模块，尤其涉及一种多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构和光模块。

背景技术：

1、随着大数据及人工智能ai的高速发展，对数据流的需求不断增长，光模块的传输速率也在不断提升。目前，光模块传输速率已经达到了800gbps，但为了满足未来数据中心、云计算等领域的更高需求，各大厂商还在不断探索更高传输速率的光模块技术。提高光模块数据传输速率的技术主要包括波分复用技术和多路并行传输技术。

2、波分复用技术利用光的波长特性，将不同波长的信号同时在一条光纤上传输。在光模块中，激光器将电信号转换为光信号，再通过合波器将各个波长的光信号合并在一根光纤中进行传输。接收端则将不同波长分开，从而增加数据传输容量，提升数据传输速率。但是波分复用技术存在一些缺陷，如需要高精度的光源和光滤波器，成本较高；对光源稳定性和波长保持的要求较高；通道间可能存在串扰和色散问题。

3、另一种提高传输速率的技术是多路并行传输。这种技术利用多个通道同时传输数据，从而提高传输带宽和速度。光模块发出的光波长信号通过分路器分成不同通路，在多根光纤同时传输，从而增加了传输带宽。但多路并行传输技术也存在一些缺陷，如需要更多的光纤和光收发设备，增加了系统复杂度和成本；并行信道之间可能存在时间延迟差异和串扰问题；需要复杂的信号复用和复分技术。

4、现有的光模块产品设计要么是单独四或八路并行传输通道设计的光纤阵列结构，要么是四路分波或四路合波的波分复用传输结构。要想进一步提高光模块的传输速率，只能通过不断提升发射端光信号功率或单通道数据传输波特率，但这会提升光模块的功耗，不利于光模块数据传输速率的提升。因此，亟需开发一种新的光模块结构，以更有效地提高光模块的传输速率。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构和光模块，其结合了波分复用技术和多路并行传输技术，设计的结构组件应用在光模块中可以传输更大容量信号提升光膜传输速率。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明公开了一种多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，包括用于固定的光纤阵列的第一夹持组件和用于固定光栅波导的第二夹持组件，所述第一夹持组件上连接有多个沿x轴向间隔布置的光纤，每个光纤沿y轴向延伸布置，所述第二夹持组件上连接有多个沿x轴向间隔布置的曲面光栅波导，每个光纤沿y轴向延伸布置，光纤和曲面光栅波导一一同轴映射布置，每个曲面光栅波导为直角梯形，任意两个曲面光栅波导的斜面位于同一平面。

3、在本发明的一种优选实施方案中，第一夹持组件包括底座、压板和盖板，所述底座设置有与光纤阵列的光纤一一对应布置的光纤安装槽，所述压板和所述盖板固接于所述底座上方。

4、在本发明的一种优选实施方案中，所述第二夹持组件包括第一侧板、第二侧板、第一紧固盖板、第二紧固盖板和玻璃板，所述第一侧板和所述第二侧板沿z轴向间隔布置，所述玻璃板与xy平面平行，所述第一紧固盖板和所述第二紧固盖板包覆于第一侧板、第二侧板、玻璃板的外侧。

5、在本发明的一种优选实施方案中，所述光纤为4个，所述曲面光栅波导为4个。

6、在本发明的一种优选实施方案中，位于x轴向最外侧的两个曲面光栅波导的端面上通过固接有玻璃板。

7、在本发明的一种优选实施方案中，光纤阵列的每个光纤的侧边端面角度设计为α与曲面光栅波导的输入端面角度θ对应，光纤安装槽的中心间距p与曲面光栅波导厚度h对应。

8、在本发明的一种优选实施方案中，曲面光栅波导的入光端面角度θ通过

9、获取，

10、其中r=3.58%，k为波矢量相位常数，k=2π/λ，ω0为高斯光束的束腰半径，η为曲面光栅波导端面的反射率，n1为光栅波导的有效折射率，λ是波长。

11、在本发明的一种优选实施方案中，光栅波导的出光端面角度β=30°。

12、在本发明的一种优选实施方案中，光纤和曲面光栅波导耦合时，光纤与曲面光栅波导的输入通道面贴合，利用三维调节架将光纤与曲面光栅波导的输入端口对齐耦合。

13、本发明还公开了一种光模块，包括多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构。

14、本发明产生的有益效果是：本发明结合了波分复用技术和多路并行传输技术，应用在光模块中可以传输更大容量信号，从而提升光模块的传输速率。具体而言，本发明采用四层曲面光栅波导叠加形成光栅阵列组件，每层曲面光栅波导输出四路波长。这四层光栅阵列组件与四通道的光纤阵列耦合，可以同时传输四路四波长共十六路信号数据。

15、本发明采用多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导的耦合结构。这种结构包括:用于固定光纤阵列的第一夹持组件和用于固定光栅波导的第二夹持组件。第一夹持组件上连接有多个沿x轴向间隔布置的光纤，每个光纤沿y轴向延伸布置。第二夹持组件上连接有多个沿x轴向间隔布置的曲面光栅波导，每个光纤沿y轴向延伸布置。光纤和曲面光栅波导一一同轴映射布置，每个曲面光栅波导为直角梯形，任意两个曲面光栅波导的斜面位于同一平面。

16、这种结构实现了光纤阵列与多层曲面光栅波导的精准耦合，并通过多通道并行传输的方式提高了光模块的传输速率。同时，采用曲面光栅波导设计，也可以有效避免波分复用技术中存在的串扰和色散问题。此外，本发明还针对光纤与光栅波导的耦合细节进行了优化设计，如光纤与光栅波导的角度匹配、端面反射率控制等，以进一步提高耦合效率。

17、进一步地，本发明设计的光纤阵列通道间隔与曲面光栅波导厚度相同，使光信号在耦合时效率最大。同时，该发明结构设计的曲面光栅波导输出端面角度，可使出光距离同时满足光模块光信号接收端pd及发射端ld的装配距离以及安装空间，光传输组件可在光模块中直接安装实现其功能。

18、总的来说，本发明提出的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，能够有效解决现有光模块在提高传输速率方面的技术瓶颈，为下一代高速光模块提供了一种可行的解决方案。

1.一种多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，包括用于固定的光纤阵列的第一夹持组件和用于固定光栅波导的第二夹持组件，所述第一夹持组件上连接有多个沿x轴向间隔布置的光纤（1），每个光纤（1）沿y轴向延伸布置，所述第二夹持组件上连接有多个沿x轴向间隔布置的曲面光栅波导，每个光纤沿y轴向延伸布置，光纤和曲面光栅波导一一同轴映射布置，每个曲面光栅波导为直角梯形，任意两个曲面光栅波导的斜面位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，第一夹持组件包括底座（2）、压板（3）和盖板（4），所述底座（2）设置有与光纤阵列的光纤（1）一一对应布置的光纤安装槽，所述压板（3）和所述盖板（4）固接于所述底座（2）上方。

3.根据权利要求1所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，所述第二夹持组件包括第一侧板（11）、第二侧板（13）、第一紧固盖板（5）、第二紧固盖板（6）和玻璃板（12），所述第一侧板（11）和所述第二侧板（13）沿z轴向间隔布置，所述玻璃板（12）与xy平面平行，所述第一紧固盖板（5）和所述第二紧固盖板（6）包覆于第一侧板（11）、第二侧板（13）、玻璃板（12）的外侧。

4.根据权利要求1所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，所述光纤（1）为4个，所述曲面光栅波导为4个。

5.根据权利要求1所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，位于x轴向最外侧的两个曲面光栅波导的端面上通过固接有玻璃板（12）。

6.根据权利要求1所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，光纤阵列的每个光纤（1）的侧边端面角度设计为α与曲面光栅波导的输入端面角度θ对应，光纤安装槽的中心间距p与曲面光栅波导厚度h对应。

7.根据权利要求6所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，曲面光栅波导的入光端面角度θ通过

8.根据权利要求7所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，光栅波导的出光端面角度β=30°。

9.根据权利要求1所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构，其特征在于，光纤（1）和曲面光栅波导耦合时，光纤（1）与曲面光栅波导的输入通道面贴合，利用三维调节架将光纤（1）与曲面光栅波导的输入端口对齐耦合。

10.一种光模块，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的多通道光纤阵列与多层曲面光栅波导耦合结构。