CN101622716B - 使用可调谐薄膜滤波器的集成波长可选择光电二极管 - Google Patents

使用可调谐薄膜滤波器的集成波长可选择光电二极管 Download PDF

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Abstract

集成波长可选择光电二极管包括具有接收光信号的输入的装置封装。设置并保持型可热调谐薄膜滤波器位于装置封装中并包括光学地耦合到装置封装的输入的输入。设置并保持型可热调谐薄膜滤波器将具有预定光学带宽的光传递到输出。光学元件校准入射在设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输入上的光束。检测器位于装置封装中并包括光学地耦合到设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输出的输入。检测器检测由集成波长可选择光电二极管接收到的数据。

Description

使用可调谐薄膜滤波器的集成波长可选择光电二极管
在这里使用的章节标题仅用于组织的目的而不应该被看作是限制在本申请中描述的本题。
相关申请部分
本申请要求于2007年2月26日的美国临时专利申请序列号60/891,647的优先权，其题目为“Integrated Wavelength SelectablePhotodiode Using a Tunable Filter”。本申请要求于2007年9月10日的美国临时专利申请序列号60/971,247的优先权，其题目为“Wavelength Selectable Photodiode Using a Tunable Filter”。美国临时专利申请序列号60/891,647和美国临时专利申请序列号60/971,247的整个说明书通过引用合并于此。
技术领域
对带宽的需求促使将光传输系统普及到所有类型的家庭和公司。单一波长光纤系统可以支持实质的数据速率。但是，比如HDTV、点播TV节目、因特网电话通信和网真(telepresence)的服务需要的带宽超出了许多现有网络的能力。本发明涉及集成波长可选择光电二极管及其对于光纤-到-X(FTTX)业务的应用。光纤-到-X业务是指将光数据传输扩展到传统上由电通信系统服务的领域，比如家庭和中小型企业。FTTX系统的实例是光纤-到-家(FTTH)，光纤-到-街头(FTTC)和光纤-到-建筑物。FTTX体系结构还用于某些高度可靠的光学通信链路，比如雷达塔接口。
附图说明
可以通过参考以下描述连同附图来更好地理解本发明的方面。在这些图中的相同或类似的元件可以由相同的附图标记指定。关于这些类似元件的详细描述可以不重复。附图不必成比例。熟练的工人将理解如下所述的附图仅用于图示了的目的。附图不意在以任意方式限制本教导的范围。
图1A图示了根据本发明的集成波长可选择光电二极管的框图。
图1B图示了根据本发明的具有集成发射机131的集成波长可选择光电二极管的框图。
图1C图示了根据本发明的集成波长可选择光电二极管的示意图，其包括已经被以如下配置安装的可热调谐滤波器，在所述配置中，在检测器处获得了减少的热噪声和增加的信噪比。
图1D图示了根据本发明的集成波长可选择光电二极管的另一实施例的示意图，其包括具有减少的热噪声和增加的信噪比的可热调谐滤波器。
图2A图示了用于根据本发明的包括模制的反射光学器件的波长可选择光电二极管的相对低成本的封装的透视图。
图2B图示了在图2A所示的低成本封装中的光纤支架/镜元件。
图2B-1图示了图2B的光纤支架/镜元件的截面图，其示出了将光纤/镜元件牢固地保持就位的V型槽结构。
图2B-2示出图2B的光纤/镜元件的顶部截面图。
图2B-3示出图2B的光纤/镜元件的侧面截面图。
图2C图示了可以与如图2A所示的低成本封装一起使用的隔离物元件的截面图。
图2C-1示出通过图2C所示的隔离物元件的线A-A的截面图。
图2D图示了可以与如图2A所示的低成本封装一起使用的集成滤波器芯片的截面图。
图2D-1图示了沿着线A-A的如图2D所示的集成滤波器芯片的截面图。
图2D-2图示了沿着线B-B的如图2D所示的集成滤波器芯片的截面图。
图2E图示了可以与低成本封装一起使用的电子设备外壳的截面图。
图3图示了包括根据本发明的波长可选择光电二极管的可以向订户提供优质服务的光网络单元的实施例的框图。
图4图示了包括根据本发明的波长可选择光电二极管的可以提供升级端口以升级订户的服务的光网络单元的另一实施例的框图。
图5图示了包括根据本发明的波长可选择光电二极管的可以配置为对称点对点链路的光网络单元的另一实施例的框图。
图6示出除标准广播信道之外向订户提供可选个性化高分辨率(HD)视频信道的光网络单元的实施例。
图7图示了包括根据本发明的集成波长可选择光电二极管的可调谐接收器多路复用器。
图8图示了包括根据本发明的集成波长可选择光电二极管的可调谐双工器。
具体实施方式
在说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参考指的是关于在本发明的至少一个实施例中包括的实施例描述的特别特征、结构或特性。短语“在一个实施例中”在说明书中的各个地方的出现不必全部参考相同的实施例。
应该理解可以以任意次序和/或同时地执行本发明的方法的各个步骤，只要本发明保持可操作。此外，应该理解本发明的设备和方法可以包括任意数目或全部所描述的实施例，只要本发明保持可操作。
现在将参考如附图所示的其示例性实施例更详细地描述本教导。虽然结合各个实施例和实例描述了本教导，本教导不意在被限于这种实施例。相反，本教导包含各种替换、修改和等效，如本领域技术人员认可的。
在这里得到本教导的本领域技术人员将认可在如在这里描述的本公开的范围中的附加的实现、修改和实施例，以及其他使用领域。例如，虽然结合光纤-到-X(FTTX)业务描述了集成波长可选择光电二极管，应该理解根据本发明的集成波长可选择光电二极管可以用于任意应用。
逐渐出现的服务需求，比如HDTV，点播节目和网真服务引导数据服务供应商和系统制造商引入使用DWDM的PON体系结构以跟上FTTX应用中的需求。不幸地是，用于DWDM主干网的当前可用波长灵活的技术不能满足终端用户市场的严格的成本限制。因此，在FTTX中到多波长系统的变化直到现在才集中到DWDM-PON系统，在该DWDM-PON系统中，将所有波长广播到所有接收器且静态滤波器用于选择适当的信道。例如，参见M.Abrams等人，“FTTPDeployments in the United States and Japan-EquipmentChoicesandService Provider Imperatives”，Journal of LightwaveTechnology，vol.23，no.1，pp.236-246，2005年1月。
但是，为了全面实现这种DWDM-PON系统的操作优点，需要在ONU和ONT动态地规定波长的能力。接收器的可调谐滤波器已经被确定为该挑战的可能的解决方案。例如，参见H.Suzuki等人，“A Remote Wavelength Setting Procedure based on WavelengthSense Random Access(λ-RA)for Power-Splitter-Based WDM-PON”，ECOC 2006，Paper We3.P.157。本发明的一个方面涉及基于可调谐滤波器的可动态再配置的接收器。
由国际电信联盟(ITU)标准组织发布的近来的标准建立了“增强频带”，其是用于用在DWDM PON系统中的1550和1560nm之间的波长范围。术语“增强频带”的使用是指可以与本发明一起使用以增加传输带宽的任意波长，且不应该被理解为将本发明的范围限制到仅在上述波长范围内起作用。
本发明的一个方面涉及用于允许FTTX网络中的灵活性的低成本、可靠的和可制造的硬件解决方案。在某些实施例中，这些硬件解决方案利用了该增强频带。根据本发明的光电组件允许了灵活的高带宽网络体系结构。在某些实施例中，根据本发明的光电组件可用于以最小成本允许在终端用户节点处或在其附近的波长控制。
更具体地说，根据本发明的系统能够从携带多个波长的光纤选择单个波长。另外，检测器还检测在光信号中携带的数据，并转换数据为电信号。然后，可以将电信号以期望的方式路由到网络装置。例如，可以将电信号路由到家中的网络装置或可以路由到网络中上游的大的分配点。在许多实施例中，可以以非常低的成本制造检测器。
根据本发明的集成波长可选择光电二极管可以通过使用可调谐薄膜滤波器，以相对小的尺寸和以相对低的成本实现用于许多应用的波长的足够的动态选择。在许多应用中，这些可调谐薄膜滤波器由比如氢化非晶硅的半导体材料制成。
图1A图示了根据本发明的集成波长可选择光电二极管100的框图。示出了光源101，其以波长可选择光电二极管100的方向产生光束102。在某些实施例中，光源101包括通过光纤的端部引导光束的单模或多模光纤。在这些实施例中，光纤可以与位于光纤的端部附近的透镜，或其他光束成形光学元件103组合。替代地，光纤可以被并入单体透镜光纤尖端。在其他实施例中，光源是适于用于点-点自由空间光通信链路的自由空间光源。
波长可选择光电二极管100还包括成形和取向(steer)光束的光学元件103。在各个实施例中，光学元件103可以位于封装109内和/或外。光学元件103将光束成形为准直光束104。在一个实施例中，光学元件103是低成本模制反射(镜)或折射(透镜)光学器件。在某些实施例中，光学元件103和组件封装被模制为一个集成的单元。并且，在某些实施例中，光学元件103包括多个单独的透镜元件。光隔离器可以位于光源101和光学元件103之间，以减少耦合回到光源中的反射强度。
波长可选择光电二极管100还包括位于准直光束104的光路径中的可调光学带通滤波器105。光学元件103将准直光束引导到可调光学带通滤波器105的输入。将滤波器105调谐(设置)到所选的信号波长，以使得仅有期望的光信号通过滤波器105，同时阻挡具有在其通带外的波长的其他信号。可以以使得其维持固定(保持)在设置的波长的方式操作该滤波器。可调谐光学带通滤波器105发送滤波过的光信号106。
可以以多种方式构造可调谐光学带通滤波器105。在一个实施例中，可调谐光学带通滤波器105是由比如非晶硅和氮化硅薄膜的半导体膜形成的薄膜滤波器。可以使用等离子增强型化学气相淀积(PECVD)制造这种膜。使用PECVD的一个优点是产生的薄膜可以具有相对低的应力和缺陷密度，这使得该膜高度稳定和可靠。
可调谐光学带通滤波器105是波长可调谐的。在一个实施例中，可调谐光学带通滤波器是热调谐的。在该实施例中，可调谐光学带通滤波器105可以包括集成加热器元件，比如薄板加热器。通过改变施加到集成加热器元件的电流来改变可调谐带通滤波器的峰值传输波长。存在制造可调谐光学带通滤波器105的多种方式。基底和薄膜结构的几何形状可以利用岛状结构，及具有改进滤波器性能和/或寿命的热管理性质的其他已知的几何形状。
存在构造可调谐滤波器堆叠以最优化滤波器带通的形状和滤波器性能参数(比如插入损耗)的多种方式。在某些实施例中，滤波器仅包括一个腔体。在其他实施例中，可调谐滤波器堆叠是多腔体的结构。使用多腔体结构提供了优化滤波器带通形状和用于特别应用的性能的实质的灵活性。
波长可选择光电二极管100还包括高速光电二极管107，其被配置为在输入端接收滤波后的光信号106。高速光电二极管107将滤波后的光信号转换为相应的电信号。选择高速光电二极管107以在感兴趣的波长范围中做出响应。例如，铟镓砷化物光电二极管可以用于DWDM电信应用，其中必须检测在1.5-1.6μm范围内的光学波长。
对于要求大于几百MHz的电气带宽的应用来说，可以以反向偏压操作高速光电二极管107，以最小化电容和最大化频率响应。在某些实施例中，电调节和/或电放大电路用于处理通过高速光电二极管107产生的信号以改进信号完整性。电调节和/或电放大电路可以集成在与光电二极管107相同的管芯上。
在某些实施例中，高速光电二极管107被配置为最小化来自可调谐光学带通滤波器105的入射在高速光电二极管107上的热辐射量。例如，在可调谐光学带通滤波器105包括滤波器元件和薄板加热器的一个特定实施例中，滤波器元件可以位于高速光电二极管107和薄板加热器之间。
在某些实施例中，封装109装有波长可选择光电二极管101的各种组件。封装109保护这些组件。并且，封装109可以提供到印刷电路板配件(PCBA)108的接口。PCBA 108可以将电信号从组件封装重定向到主机板，在主机板处，处理高速检测器107的输出用于数据内容，并监控高速检测器107的输出用于可调谐滤波器的反馈控制。PCBA 108可以被设计为最小化在高频处的噪声和电气衰减。放大和调节电路可以被并入PCBA 108中。
组件封装109必须提供到装置的光学和电气接入，并同时提供对于污染物的保护。组件封装109可以被气密密封，以最大化对于有源子组件的保护。为允许低成本的大量制造，可以使用模制的塑料和/或陶瓷，以及芯片规模封装(chip-scale packaging)。例如，参见转让给本受让人的美国专利申请6,985,281。完成的波长可选择光电二极管可以是尺寸相对小的和相对低成本的，这是因为在单个晶片上同时制造数千个可调谐滤波器。
在一个实施例中，组件封装109是广泛地用于产业中的标准TO46封装。这种封装是相对小且便宜的。在各种其他实施例中，组件封装109小于TO46封装。本发明的一个方面在于可热调谐滤波器和检测器可以集成到相对小的封装中。包括可机械调谐滤波器的现有技术的装置太大而不能装配到这种封装中。可机械调谐滤波器典型地比可热调谐的薄膜滤波器大得多。
根据本发明的具有可调谐的薄膜滤波器的波长可选择光电二极管可以通过使用包括各种类型的半导体薄膜(比如硅膜)和/或各种类型的电介质膜，比如氮化硅)的可热调谐的薄膜滤波器来检测在单个光信道中传播的数据。可热调谐的薄膜滤波器将感兴趣的光谱区域与在其他波长的光信号或噪声隔离。然后可以由高频检测器检测该隔离的光信号。
在操作中，光源101向光学元件103的输入提供光束。光学元件103使光束准直和引导光束到可调谐滤波器105的输入。将可调谐滤波器105调整到期望的波长从而使其通过期望的光学带宽。高速检测器107检测期望的光束。
在某些实施例中，可调谐滤波器105是设置并保持类型(set-and-hold)的滤波器。在该实施例中，可调谐滤波器105可以被设置为由其开始波长和用于其构成材料的最大可靠工作温度限定的范围内的任意波长。可调谐滤波器105然后可以被保持在所设置的波长。
在某些实施例中，可以使用监控信号的DC功率电平的反馈控制环路，或通过使用现有技术中已知的许多其他伺服锁定技术中的任意一种，将可调谐滤波器105锁定到感兴趣的波长。例如，可以通过将驱动功率分级地调高和调低，并监控由可调谐滤波器发送到光检测器的信号强度(抖动控制)，从而将可调谐滤波器锁定到某个范围内的任意信道。可热调谐滤波器在信道锁定应用中工作良好。相反，机械结构对于其中它们可能由于重复的循环而快速老化的抖动应用来说并不理想。
在其他实施例中，可调谐滤波器105以如下模式操作，其中在感兴趣的光谱两端扫描以确定存在哪些信道并测量每个信道中的功率。由本发明的受让人的Aegis Lightwave制造的可调谐滤波器可用于这种操作模式。
本发明的波长可选择光电二极管很好地适于使用多波长传输体系结构以传输模拟和/或数字信号的应用。一个特别应用是将在单个波长上传播的多个数据流提供给家庭。在该应用中，本发明的波长可选择光电二极管可用于从这多个数据流进行选择。
图1B图示了根据本发明的具有集成发射机131的集成波长可选择光电二极管120的框图。集成波长可选择光电二极管120类似于关于图1A描述的集成波长可选择光电二极管100。然而包括了分离器/组合器130和发射机131。在各个实施例中，发射机131可以是固定波长发射机或可调谐发射机。
图1C图示了根据本发明的集成波长可选择光电二极管150的另一实施例的示意图，其包括具有减少的热噪声和增加的信噪比的可热调谐滤波器152。集成波长可选择光电二极管150包括具有支撑基底154和滤波器堆叠156的可热调谐滤波器152，该滤波器堆叠156包括形成光学滤波器的各种薄膜材料层。另外，可热调谐滤波器152包括控制温度，且因此控制滤波器堆叠156的传输特性的加热器层158。在一个实施例中，可热调谐滤波器152是设置并保持型滤波器。集成波长可选择光电二极管150还包括检测滤波后的光信号的光电二极管检测器160。
在操作中，入射光信号162由滤波器堆叠156滤波，且仅可热调谐滤波器152的期望的中心波长和带宽通过滤波器堆叠156。由加热器层158产生的温度限定了期望的中心波长和带宽。具有期望的中心波长和带宽的滤波光信号164随后被发送到光电二极管检测器160。
通过将可热调谐滤波器152定位在加热器层158和光电二极管检测器160之间，减少到达光电二极管检测器160的热辐射量。相比于在加热器层158和光电二极管检测器160之间存在透明基底的配置，上述配置实质上减少了产生的噪声。当加热器层158处于工作温度时，其根据Planck定律发射黑体辐射。黑体辐射对光电二极管检测器160具有两个效果。首先，因为在光电二极管检测器160感应的波长范围中通常存在某些发射，因此黑体辐射叠加到光信号的背景噪声电平。其次，黑体辐射使得光电二极管检测器160的温度升高，造成增加的热(Johnson)噪声。
图1D图示了根据本发明的集成波长可选择光电二极管180的另一实施例的示意图，其包括具有减少的热噪声和增加的信噪比的可热调谐滤波器。集成波长可选择光电二极管180类似于结合图1C描述的集成波长可选择光电二极管150。
集成波长可选择光电二极管180包括具有支撑基底184和滤波器堆叠186的可热调谐滤波器182，该滤波器堆叠186包括形成光学滤波器的各种薄膜材料层。另外，可热调谐滤波器182包括控制温度，且因此控制滤波器堆叠186的传输特性的加热器层188。在一个实施例中，可热调谐滤波器182是设置并保持型滤波器。集成波长可选择光电二极管180还包括检测滤波后的光信号的光电二极管检测器190。
另外，集成波长可选择光电二极管180包括将加热器层188的边缘从光电二极管检测器190屏蔽的阻挡材料192。阻挡材料192进一步减少到达光电二极管检测器190的未过滤的辐射量。阻挡材料192可以是在光电二极管检测器190感应的波长范围中提供热屏障且还吸收光辐射的任意材料。阻挡材料192减少来自加热器层188的入射在光电二极管检测器190上的黑体辐射的量。
集成波长可选择光电二极管180的操作类似于图1C所示的集成波长可选择光电二极管150的操作。入射光信号194由滤波器堆叠186过滤，且仅可热调谐滤波器182期望的中心波长和带宽通过滤波器堆叠186。由加热器层188产生的温度限定了期望的中心波长和带宽。具有期望的中心波长和带宽的滤波后的光信号196随后被发送到光电二极管检测器160。
图2A图示了用于根据本发明的包括模制的反射光学器件的波长可选择光电二极管的相对低成本的封装250的透视图。可以使用封装250代替现有制造的组件外壳和电路板配件，其是制造起来更加昂贵的。
封装250包括光纤支架/透镜元件252。图2B图示了在图2A所示的低成本封装中的光纤支架/镜元件252。图2B-1图示了图2B的光纤支架/镜元件的截面图，其示出了将光纤/透镜元件牢固地保持就位的V型槽结构。图2B-2示出图2B的光纤/镜元件的顶部截面图。图2B-3示出图2B的光纤/镜元件的侧面截面图。光纤支架/镜元件252可以由金属化塑料、陶瓷、微机械硅(或玻璃)或这些材料的任意组合形成。例如，在一个实施例中，光纤支架/镜元件252由低成本的模制塑料制造。在光纤光学器件正面的区域被金属化，从而当取向和成形光束时提供最佳性能。
在某些实施例中，单独的隔离物元件254用于隔离光纤支架/镜元件252。在其他实施例中，隔离物元件254被集成到光纤支架/透镜元件252中或集成到某些其它结构中，比如滤波器。图2C图示了可以与如图2A所示的低成本封装250一起使用的隔离物元件254的截面图。图2C-1示出通过图2C所示的隔离物元件254的线A-A的截面图。
封装250还包括集成的滤波器芯片256。在一个实施例中，集成的滤波器芯片256是包括光学滤波器的膜结构。图2D图示了可以与如图2A所示的低成本封装250一起使用的集成滤波器芯片256的截面图。图2D所示的集成滤波器芯片256包括导电通路，其使电流直接通过滤波器芯片256。图2D-1图示了沿着线A-A的图2D所示的集成滤波器芯片256的截面图。顶面包括在已经在滤波器之下将基底蚀刻掉之后留下的不需要支撑的薄膜滤波器膜。图2D-2图示了沿着线B-B的如图2D所示的集成滤波器芯片256的截面图。
另外，低成本封装250包括支撑电子器件(比如放大和滤波电路)的电子设备外壳。并且，电子设备外壳包括连接到可调谐滤波器的所需的信号路由传输线。图2E图示了可以与如图2A所示的低成本封装250一起使用的电子设备外壳258的截面图。
图3图示了包括根据本发明的波长可选择光电二极管的、可以向订户提供优质服务的光网络单元的实施例的框图。图3图示了包括根据本发明的波长可选择光电二极管302的DWDM PON光网络单元(ONU)300的框图。ONU 300包括引导增强频带之外波长的光到第一接收器303的增强带通滤波器301，在某些实施例中，第一接收器303可以与发射机306一起被包含在双工器308中。双工器是处理具有不同波长的信号的公知的装置。在增强频带内的波长被引导到波长可选择光电二极管302。可调谐滤波器304仅使得增强频带内的期望波长通过到达第二接收器305。
在光网络单元300的一个实施例中，发射机306被作为双工器308的一部分包括在封装中。可以使用许多类型的发射机。在某些实施例中，发射机306是固定波长的发射机。在另一些实施例中，发射机306是可调谐波长的发射机。使用可调谐波长的发射机改进了光网络单元300的灵活性。
波长分离器/组合器309用于在传播具有在增强频带外的不同波长的发送和接收信号的光网络单元中将发射机306耦合到光纤307。在增强频带外的发送与接收信号处于相同波长的光网络单元中，可以使用简单的功率分离器/组合器代替波长分离器/组合器309。在一个特别实施例中，除增强频带内的波长之外，光网络单元300传送接近1490nm的下行信号波长和接近1310nm的上行信号波长。
在一个实施例中，这些组件用于中心局(Central Office)配置。在中心局配置中，由一个或多个光学线路终端(OLT)接收来自多个ONU的返回信号。该实施例对于要求对称(对等的发送与接收)带宽的应用是有用的。
在另一操作模式中，双工器308在服务供应商的中心局处发送信号到光学线路终端以请求DWDM波长。随后将波长可选择光电二极管302调谐到由光学线路终端指定的波长。随后在传递到接收器305的位置，由光学线路终端发送并由波长可选择光电二极管302接收点播下载或其他优质服务。例如，可以将大的电影文件下载到计算机或DVR系统。双工器308随后通知光学线路终端以在完成下载之后释放波长。
这种体系结构允许接收器403全速地操作。因此，与仅提供时间槽的量用于下载或其他优质服务的现有技术的体系结构相比较，在这里呈现的具有波长可选择光电二极管305的体系结构更加有效地使用了接收机带宽。换句话说，这种体系结构向订户提供全带宽下载。并且，在这里呈现的具有波长可选择光电二极管305的体系结构提供了光学线路终端的高效利用，所以可以使用更少的光学线路终端和/或可以使得光学线路终端根据需要使用或取消线路。在另一实施例中，图3所示的光网络单元可以被配置为提供对点播的共享的高带宽快速下载波长的接入。
图4图示了根据本发明的包括波长可选择光电二极管402的、可以向订户提供优质服务的光网络单元400的另一实施例的框图。光网络单元400包括具有连接到升级端口407的无源分离器的增强带通滤波器401。增强带通滤波器401将进入的光信号的预定频带传递到升级端口407。如果用户已经购买了优质服务，则经由光学连接(在某些实施例中是光纤)耦合优质服务信号到波长可选择光电二极管402且随后到接收器403。
另外，光网络单元400包括双工器406。在各种实施例中，光网络单元400电气连接到波长可选择光电二极管402。双工器是处理具有不同波长的信号的公知的装置。在图4所示的实施例中，从光网络接收1490nm的光信号并由增强带通滤波器401传递到双工器406。1490nm的光信号可以用于控制和监控功能以及用于基本视频和数据服务。在双工器406中由发射机产生1310nm的光信号，且随后从双工器406通过增强带通滤波器401传递，并且随后通过光网络传递回到可以位于中心局的光学线路终端(OLT)。
在一个实施例中，光网络单元400用于在无源光网络体系结构这。这种无源光网络体系结构使用无电源的组件以使单个光纤能够服务多个订户。双工器406使得光网络单元400能够在服务供应商的中心局处与光学线路终端通信。这些PON网络体系结构与点对点体系结构相比减少了需要的光纤和中心局设备的数量。
图5图示了根据本发明的包括波长可选择光电二极管502的、可以配置为对称点对点链路的光网络单元500的另一实施例的框图。光网络单元500还可以包括类似于结合图4描述的增强带通滤波器401的增强带通滤波器501。增强带通滤波器501将进入的光信号的预定频带传递到波长可选择光电二极管502，在那里由可调谐滤波器504滤波，且随后传递到接收器503。
在使用增强带通滤波器的实施例中，光网络单元500还包括如图3和4所示的双工器506。双工器506可以提供发送回到位于服务供应商的中心局处的光学线路终端的信号以请求某些传输或某些服务。但是，在图5所示的实施例中双工器506不是必要的。
另外，光网络单元500包括可调谐发射机508，其将信号发射回到在服务供应商的中心局处的光学线路终端。可调谐发射机508是提供将高带宽信号发送回到服务供应商的中心局的方式的专用发射机。存在要求专用发射机(比如发射机508)的多种应用。这种发射机可以提供用于企业应用的对称带宽。在某些应用中，这种专用发射机包括反射式硅光放大器(RSOA)，其从服务供应商接收进入的信号，并在将信号返回到服务供应商的光学线路终端之前对它们进行放大和重新调制。这允许可调谐发射机/接收机模块510在没有内部光源的情况下操作。在某些应用中，发送回到服务供应商的中心局的信号随后被重新发送到第三方。例如，光网络单元500可以用于电信会议或高带宽的网真应用。比如电信会议和网真的应用可以具有对称的带宽要求。
图6示出除了标准广播信道之外的向订户提供可选个性化高分辨率(HD)视频信道的光网络单元的实施例。光网络单元600由增强频带分离器601、双工器606和具有集成的可调谐滤波器603和接收器604的波长可选择光电二极管602组成。可以经由共轴连接605输出来自接收器604的信号。
图6所示的光网络单元的实施例的一个操作方法允许在包括广播信道的标准封装的所有订户当中共享一个波长。在图6所示的实例中，32个订户中的每一个都可以选择多达3个的个性化视频信道，而这仅要求一个波长。每一订户的多于3个个性化信道要求增加波长以提供足够的带宽，如在这个实例中所示的。双工器用于处理标准数据服务以及配置和OLT通信任务。这种配置允许由订户动态地选择高度个性化的视频内容并传送给订户。
图7图示了根据本发明的包括集成波长可选择光电二极管的可调谐接收器多路复用器700。可调谐多路复用器700包括输入/输出端口706和将输入光束分离为两种波长范围的第一二色性束分离器701。另外，可调谐多路复用器700包括传递输入光信号和发送输出光信号的第二束分离器705。
另外，根据本发明，可调谐接收器多路复用器700包括第一702和第二集成波长可选择光电二极管703。这些集成波长可选择光电二极管702、703在许多已知的多路复用器中代替静态接收器。另外，可调谐接收器多路复用器700包括发射机704。可调谐接收器多路复用器700通常已知为三重复用器，因为其处理三个信号。但是，本领域技术人员将认识到根据本发明的可调谐接收器多路复用器可以处理任意数目的信号。
图8图示了根据本发明的包括集成波长可选择光电二极管的可调谐双工器800。双工器800是关于图7描述的可调谐接收器多路复用器700的一个实施例。双工器包括输入输出端口802和束分离器804。另外，双工器包括集成波长可选择光电二极管806和光学地耦合到束分离器804的相应端口的发射机。
这种可调谐双工器800很好地适于FTTX的应用，且可以直接代替已知的静态双工器以允许从网络提供服务(networkprovisioning)。因为可以以标准TO46封装制造集成波长可选择光电二极管806，因此其可以作为现有技术的静态接收的置换。等效虽然结合各个实施例和实例描述了本教导，本教导不意在被限于这种实施例。相反，本教导包含各个替换、修改和等效，如由本领域技术人员认可的，可以在其中进行各个替换、修改和等效而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (25)

1.一种用于接收数据的集成波长可选择光电二极管，包括：
a.具有接收光信号的输入端的装置封装；
b.设置并保持型可热调谐薄膜滤波器，其位于所述装置封装中，该设置和保持型可热调谐薄膜滤波器具有与所述装置封装的输入端光学地耦合的输入端，所述设置和保持型可热调谐薄膜滤波器被锁定到单个光信道，并且仅将该设置和保持型可热调谐薄膜滤波器被设置到的所述单个光信道传递到输出端，而阻挡其它光信道；
c.光学元件，其使入射到设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输入端上的光束准直；和
d.检测器，其位于所述装置封装中，并具有直接光学地耦合到设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输出端的输入端，该检测器检测调制在通过所述可热调谐薄膜滤波器的所述单个光信道上的数据。
2.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该装置封装包括TO46封装。
3.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该装置封装的尺寸小于或等于TO46封装的尺寸。
4.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该设置并保持型可热调谐薄膜滤波器以锁定模式操作，并且利用抖动控制来锁定该滤波器的透射波长。
5.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该可热调谐薄膜滤波器以扫描预定光谱范围以确定存在光信号的波长的扫描模式操作。
6.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该设置并保持型可热调谐薄膜滤波器包括位于加热元件和检测器之间的滤波器元件。
7.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该设置并保持型可热调谐薄膜滤波器具有小于3.5dB的插入损耗。
8.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该光学元件包括单个透镜或镜。
9.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该光学元件位于所述装置封装中靠近设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输入端的位置。
10.如权利要求1所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该光学元件位于装置封装外靠近装置封装的输入端的位置。
11.一种用于接收数据的集成波长可选择光电二极管，包括：
a.具有接收光信号的输入端的装置封装；
b.设置并保持型可热调谐薄膜滤波器，包括位于所述装置封装中并具有与所述装置封装的输入端光学地耦合的输入端的滤波器元件和加热器，该设置并保持型可热调谐薄膜滤波器被锁定到单个光信道，并且仅将该设置和保持型可热调谐薄膜滤波器被设置到的所述单个光信道传递到输出端，而阻挡其它光信道；和
c.检测器，具有直接光学地耦合到设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输出端的输入端，所述检测器位于装置封装中靠近滤波器元件的位置以减少与加热器的热耦合，从而在检测调制在通过所述可热调谐薄膜滤波器的所述单个光信道上的数据时最小化热噪声的产生。
12.如权利要求11所述的集成波长可选择光电二极管，进一步包括使得入射在设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输入端上的光束准直的光学元件。
13.如权利要求12所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该光学元件位于装置封装中靠近所述设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输入端的位置。
14.如权利要求12所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该光学元件位于装置封装外靠近装置封装的输入端的位置。
15.如权利要求11所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该装置封装的尺寸小于或等于TO46封装的尺寸。
16.如权利要求11所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该设置并保持型可热调谐薄膜滤波器以锁定模式操作，并且利用抖动控制来锁定该滤波器的透射波长。
17.如权利要求11所述的集成波长可选择光电二极管，其中，该可热调谐薄膜滤波器以扫描预定光谱范围以确定存在光信号的波长的扫描模式操作。
18.一种接收单个信道光信号的方法，该方法包括：
a.使输入到设置并保持型可热调谐薄膜滤波器中的光信号准直；
b.调节所述设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的温度，以使得该滤波器仅将该滤波器被设置到的单个信道传递到输出端，而阻挡其它信道上的光信号；
c.将所述设置并保持型可热调谐薄膜滤波器锁定到所述单个信道；
d.将滤波后的光信号直接耦合到与设置并保持型可热调谐薄膜滤波器一起集成在装置封装中的光检测器；和
e.利用被布置为减少由可热调谐薄膜滤波器产生的热辐射和光谱噪声的检测量的光检测器，来检测调制在所述单个信道上的滤波后的光学数据信号。
19.如权利要求18所述的方法，其中，该调节所述设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的温度的步骤包括将设置并保持型可热调谐薄膜滤波器锁定在使得来自所述单个信道的光通过所述设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的光量最大的中心波长。
20.如权利要求18所述的方法，其中，该调节所述设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的温度的步骤包括扫描设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的温度以改变可调谐薄膜滤波器的中心波长。
21.一种可调谐接收器多路复用器，包括：
a.第一束分离器，具有将光学信号接收进入多路复用器和从多路复用器发出光学信号的第一端口；
b.集成波长可选择光电二极管，其具有与第一束分离器的第二端口光学地耦合的输入端，所述集成波长可选择光电二极管包括在输出端处传递预定的中心波长的设置并保持型可热调谐薄膜滤波器，和具有直接光学地耦合到所述设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输出端的输入端的检测器；
c.第二束分离器，具有与第一束分离器的第三端口光学地耦合的第一端口；和
d.光学发射机，具有光学地耦合到第二束分离器的第二端口的输出端。
22.如权利要求21所述的可调谐接收器多路复用器，其中，该集成波长可选择光电二极管位于尺寸小于或等于TO46封装的尺寸的装置封装内。
23.如权利要求21所述的可调谐接收器多路复用器，进一步包括第二集成波长可选择光电二极管，其具有与第二束分离器的第二端口光学地耦合的输入端，该第二集成波长可选择光电二极管包括在输出端处传递第二预定中心波长的设置并保持型可热调谐薄膜滤波器；和具有直接光学地耦合到设置并保持型可热调谐薄膜滤波器的输出端的输入端的检测器。
24.如权利要求21所述的可调谐接收器多路复用器，其中，该可调谐接收器多路复用器包括双工器。
25.如权利要求21所述的可调谐接收器多路复用器，其中，该可调谐接收器多路复用器包括三重复用器。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8594498B2 (en) * 2007-09-24 2013-11-26 Photop Aegis, Inc. Method and apparatus for in-band OSNR monitoring
WO2013173616A1 (en) * 2012-05-16 2013-11-21 Packet Photonics, Inc. Wavelength tunable array for data communications
US9077476B2 (en) 2012-10-09 2015-07-07 Futurewei Technologies, Inc. Self-characterization tunable optical receiver
CN105340199A (zh) * 2013-06-26 2016-02-17 光速株式会社 利用波长可调滤波器的光接收器
CN110266395B (zh) * 2013-06-26 2022-04-19 光速株式会社 利用波长可调滤波器的光接收器
KR102172977B1 (ko) * 2013-08-16 2020-11-02 주식회사 포벨 파장 가변형 파장 선택성 필터가 내장되는 광수신 모듈
EP3534204B1 (en) * 2016-11-01 2022-09-07 Jeong-Soo Kim Variable wavelength filter, and light receiver and light receiving method using variable wavelength filter
CN108666388B (zh) * 2017-03-31 2020-06-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 集成光学薄膜滤波器的超导纳米线单光子探测器
CN111066263B (zh) * 2017-07-21 2023-10-03 加州理工学院 超薄平面无透镜相机
US11882371B2 (en) 2017-08-11 2024-01-23 California Institute Of Technology Lensless 3-dimensional imaging using directional sensing elements
US11415678B2 (en) 2018-01-12 2022-08-16 Analog Devices International Unlimited Company Receiver with tunable filter for light range finding system
US10923875B2 (en) * 2018-02-06 2021-02-16 Lumentum Operations Llc Integrated component for an optical amplifier

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5793912A (en) 1994-06-09 1998-08-11 Apa Optics, Inc. Tunable receiver for a wavelength division multiplexing optical apparatus and method
WO2002080453A2 (en) * 2001-03-29 2002-10-10 Arris International, Inc. Methods and apparatus for reconfigurable wdm lightpath rings
US7049004B2 (en) 2001-06-18 2006-05-23 Aegis Semiconductor, Inc. Index tunable thin film interference coatings
CN100354699C (zh) * 2001-08-02 2007-12-12 伊吉斯半导体公司 可调谐光学仪器
US7015457B2 (en) 2002-03-18 2006-03-21 Honeywell International Inc. Spectrally tunable detector
KR20040077666A (ko) * 2001-11-28 2004-09-06 이지스 세미컨덕터 광전자 소자용 패키지
US20040166817A1 (en) * 2003-01-20 2004-08-26 Mehran Mokhtari System, method and apparatus for burst communications
WO2005036240A1 (en) 2003-10-07 2005-04-21 Aegis Semiconductor, Inc. Tunable optical filter with heater on a cte-matched transparent substrate
KR100566256B1 (ko) * 2004-02-13 2006-03-29 삼성전자주식회사 양방향 광송수신 모듈
US20060013541A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Infineon Technologies Fiber Optics Gmbh Optoelectronic module
US7664391B2 (en) * 2004-12-17 2010-02-16 Fujitsu Limited Method and system for shared optical regeneration

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.Hohlfeld,M.Epmeier,H.Zappe.A thermally tunable，silicon-based optical filter.《Sensor and Actuators》.2003,(第103期),第98页左栏第一段. *

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US20080205887A1 (en) 2008-08-28

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