CN102714555B - 双向光电子设备中的串扰减小 - Google Patents

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Abstract

一种多通道或者双向光电子设备，包括两个或更多个光电子部件，例如，光电检测器和光源。保护性封装件可以施加到所述光电子设备上，所述保护性封装件包括中空介电微球，来减小电串扰，所述保护性封装件还可以包括光吸收体，来减小光串扰。

Description

双向光电子设备中的串扰减小
对相关申请的优先权要求
本申请要求基于以下申请的优先权：（i）以PeterC.Sercel、AraceliRuiz和JoelS.Paslaski的名义于2010年9月6日提交的共同未决美国临时申请第61/380,310号，（ii）以JoelS.Paslaski、AraceliRuiz、PeterC.Sercel和RolfA.Wyss的名义于2011年4月28日提交的共同未决国际申请第PCT/US2011/034356号及（iii）以RolfA.Wyss、JoelS.Paslaski、AraceliRuiz和PeterC.Sercel的名义于2011年6月25日提交的共同未决国际申请第PCT/US2011/041919号，所述每个临时与国际申请都通过引用并入于此，就如在此完全阐述一样。
技术领域
本发明的领域涉及双向或者多通道光电子设备，包括双向光电子收发器。特别地，在此公开了（i）光源驱动电路、（ii）多功能封装及（iii）在波导衬底上形成的陷光（light-trapping）结构，用于减小双向光电子设备中的串扰。
背景技术
双向光电子收发器是可以同时（i）接收一个或多个输入光信号并生成对应的输出电信号及（ii）接收一个或多个输入电信号并生成对应的输出光信号的设备。更一般地说，多通道光电子设备是可以对两对或更多对对应的电和光信号（每一对都包括一个“通道”）同时处理电和光信号之间这种变换的设备。这种多通道设备可以是“单向的”（即，其中所有的输入信号都是光信号而所有的对应输出信号都是电信号，或者反过来）或者“双向的”（如上面已经描述过的）。
总的来说，输入和输出信号（光和电信号）可以以任何合适的方式发送与接收，所述方式包括，例如，自由空间传播（光或电），通过导线、线缆或迹线的电传导（电），或者在光纤或波导中作为引导模式传播（光）。在电信设备中，光信号（输入和输出）从光纤或波导接收或发送到其中而电信号从导线、线缆或迹线接收或发送到其中是很普遍的。
在这种背景下，每个信号（电或光）一般都包括根据给定策略调制的载波，来编码数字或模拟信息（例如，数字数据流、模拟或数字视频信号或者模拟或数字音频信号）。以上提到的（i）输入光信号和输出电信号之间与（ii）输入电信号和输出光信号之间的对应性是根据它们各自调制策略编码的信息的对应性。存在许多把信息编码到电或光载波信号上的调制策略。电调制策略的一个常见的例子包括基带数字幅值调制；另一个常见的例子包括射频（RF）电载波的幅值调制。光调制策略的一个常见的例子包括可见或近红外线光学载波的幅值调制。在有些实例中，多种电或光调制策略可以一起使用或者彼此叠加。在有些例子中，通过对输入和输出信号（电或光）使用不同的载波频率，输入和输出信号都可以由公共的发送介质载送（例如，由公共光纤或波导载送的输入和输出光信号，或者由公共导线、线缆或迹线载送的输入和输出电信号）。在其它例子中，输入和输出电信号可以由单独的导线或迹线载送，或者输入和输出光信号可以由单独的光纤或波导载送。
一般来说，必须注意限制多通道或双向光电子设备中串扰的影响。电串扰指电信号（输入或输出）不利地影响另一个电信号的接收或生成，而光串扰指光信号（输入或输出）干扰另一个光信号的接收或生成。从原理上讲，串扰问题会在任何一个或者两个方向出现（即，输入影响输出、输出影响输入，或者两者兼有），而限制在两个方向的串扰会是有利的。在实践当中，在双向设备中，（用以驱动光源生成输出光信号的）输入电信号的绝对值一般大于（由一般较弱的输入光信号的光电检测所生成的）输出电信号。因此，一般来说，输入电信号影响输出电信号（或者其从输入光信号的生成）的程度大于输出电信号影响输入电信号（或者从输出光信号的生成）的程度。类似地，在双向设备中，输出光信号的绝对值一般大于输入光信号。因此，一般来说，输出光信号影响输入光信号（或者从输出电信号的生成）的程度大于输入光信号影响输出光信号（或者其从输入电信号的生成）的程度。
多通道或双向光电子设备中的串扰可以多种方式显现出来。在一个例子中，在存在输入电信号时，对于由光电检测器对输入光信号的接收和对对应输出电信号的生成，电串扰会导致减小的灵敏度。在另一个例子中，在存在输出光信号时，对于由光电检测器对输入光信号的接收和对对应输出电信号的生成，光串扰会导致减小的灵敏度。在那些例子及其它例子中，这种减小的灵敏度会显现出来，例如，作为减小的信噪比、对于数字信号来说增加的误码率，或者增加的噪声基底（noisefloor）。简单地说，灵敏度就是确保对在输入光信号上编码的信息的输出电信号有足够可靠编码（例如，对于数字数据信号，为了保证低于指定限值的误码率；对于各种类型的信号，可以建立各种合适的标准）所需的最小光功率。相对于在不存在输入电信号或输出光信号情况下的灵敏度，当存在施加到光源的输入电信号或者结果输出光信号时，光电检测器的灵敏度一般是劣化的。这种劣化可以通称为或者量化为“串扰代价”，其表示为有和没有施加到光源的输入电信号情况下光电检测器的灵敏度之比（或者表示为例如灵敏度之间的差值，单位为dBm）。是提高双向光电子设备的光电检测性能的一种途径，而且，在有些实例中，为了满足设备的光电检测性能需求，减小光或电串扰可能是必需的。类似地，在存在输入光信号或者输出电信号的情况下，串扰代价可以针对关于在输入电信号上编码的信息的输出光信号的可靠编码进行量化。
发明内容
一种多通道光电子设备包括两个或者更多个光电子部件和布置成封装所述光电子部件的保护性封装件；每个光电子部件都包括光电检测器或者光源。每个光电检测器布置成（i）接收调制成编码对应发送信息的对应输入光信号及（ii）响应于所述对应输入光信号而生成调制成编码所述对应发送信息的对应输出电信号。每个光源布置成（i）接收调制成编码对应发送信息的对应输入电信号及（ii）响应于所述对应输入电信号而生成调制成编码所述对应发送信息的对应输出光信号。
所述封装件包括分散在其体积（volume）中的中空介电微球，从而把由于该封装件中所存在的不希望的电信号而产生的串扰代价减小到低于在所述封装件中没有所述微球时多通道设备所呈现出的水平。所述封装件还可以包括分散在其体积中的光吸收体，从而把由于该封装件中所存在的不希望的光信号而产生的串扰代价减小到低于在所述封装件中没有所述光吸收体时光电子设备所呈现出的水平。
所述多通道光电子设备可以包括双向光电子设备，其中至少一个光电子部件是光电检测器，而且至少一个光电子部件是光源。所述双向光电子设备可以布置成（i）使得在有输入电信号施加到光源的情况下光电检测器的灵敏度在没有输入电信号施加到光源的情况下光电检测器的灵敏度的大约3dBm之内，或者（ii）使得光电检测器呈现出小于大约3dBm的串扰代价。所述双向光电子设备还可以布置成令波导衬底上的光源和光电检测器在彼此小于大约2mm的范围之内，或者在边缘尺寸小于大约10mm的衬底上。
当参考在附图中例示并在以下所写的描述或所附权利要求中公开的示例实施方式时，关于多通道或双向光电子设备的目的和优点可以变得显而易见。
提供本发明内容是要以简单的形式介绍以下在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本发明内容不是要识别所请求保护的主题的关键特征或者基本特征，也不是要辅助用作确定所请求保护的主题的范围。
附图说明
图1示意性地例示了示例双向光电子设备中的电和光信号。
图2示意性地例示了图1的示例双向光电子设备中不希望的电和光信号。
图3示意性地例示了另一种示例双向光电子设备中的电和光信号。
图4示意性地例示了图3的示例双向光电子设备中不希望的电和光信号。
图5示意性地例示了另一种示例双向光电子设备中的电和光信号。
图6示意性地例示了用于双向光电子设备的传统光源驱动电路。
图7示意性地例示了用于双向光电子设备的示例光源驱动电路。
图8示意性地例示了输入电信号及该输入电信号中由图7的驱动电路产生的第一和第二部分。
图9示意性地例示了用于双向光电子设备的另一种示例驱动电路的一部分。
图10是用于图9的驱动电路的串扰代价对激光二极管阴极电压幅值的图。
图11示意性地例示了用于双向光电子设备的另一种示例驱动电路的一部分。
图12是用于图11的驱动电路的串扰代价对激光二极管阴极电压幅值的图。
图13和14示意性地例示了用于双向光电子设备的其它示例驱动电路的部分。
图15是波导衬底上的光源、波导及示例陷光结构的示意性平面图。
图16是波导衬底上的光源、波导及示例陷光结构的示意性平面图，其示出了引导和杂散光信号的路径。
图17A、18A和19A是光波导层的各种示例侧表面及靠近一个光波导形成的基本不透明涂层的示意性截面图。
图17B、18B和19B是光波导层的各种示例侧表面及远离任一光波导形成的基本不透明涂层的示意性截面图。
图20是包括示例陷光结构的示例双向光电子设备的示意性平面图。
图21示意性地例示了在另一种示例双向光电子设备上的保护性封装件。
图22示意性地例示了封装件中分散的光吸收体的粒子。
图23示意性地例示了封装件中分散的中空介电微球。
图24示意性地例示了封装件中分散的光吸收体的粒子和中空介电微球。
图25示意性地例示了在另一种示例双向光电子设备上的光学封装件和保护性封装件。
应当指出，本公开内容中所描绘的实施方式仅仅是示意性地示出的，可能不是所有特征都全面详细地或者以正确的比例示出。为了清晰起见，某些特征或结构相对其它的特征或结构可能夸大。附图不应当认为是按比例的。还应当指出，所示出的实施方式仅仅是示例性的，而且不应当认为是限制所写描述或所附权利要求的范围。
具体实施方式
多通道或双向光电子设备中的电串扰会通过许多机制或途径出现，涉及光电检测器、光源、用于光源的驱动电路或者用于光电检测器的放大或过滤电路。这种电串扰常常是由于那些元件两两之间或多个之间的电容性或电感性耦合。多通道或双向光电子设备中的光串扰会通过许多机制或途径出现，涉及光电检测器、光源、波导、过滤器、分光器或光组合器、光抽头或者其它的光学元件。这种光串扰常常是由于那些元件两两之间或多个之间不希望的光的散射、反射或者透射。随着多通道或双向光电子设备的尺寸减小，电或光串扰一般会更加严重。不管造成串扰（光或电）的特定机制或者机制组合如何，都将期望通过多通道或双向光电子设备的合适布置或改装来减小串扰。
在图1和2中示意性地例示了双向光电子设备的一个例子，该设备包括信号光电检测器114（一般来说是，但不必是，光电二极管）和光源116（一般来说是，但不必是，激光二极管）。所述示例设备还包括监视光电检测器118，但是，不包括这种监视光电检测器的设备也应当属于本公开内容或者所附权利要求的范围。图1例示了期望的电和光信号，而图2例示了会导致串扰的不希望的电和光信号。在图1中，输入光信号14沿光波导104传播并且被信号光电检测器114接收。信号光电检测器114从输入光信号14生成输出电信号24，而且输出电信号24从信号光电检测器114被导电迹线124和导电导线134发送。可以采用任何合适的光学或电气元件来发送输入光信号14或者输出电信号24。输入电信号26通过导电导线136和导电迹线126发送到光源116。光源116从输入电信号26生成沿光波导106传播的输出光信号16。可以采用任何合适的光学或电气元件都来发送输入电信号26或者输出光信号16。在具有监视光电检测器118的设备中，输出光信号16的一部分被分出来，形成监视光信号18（在图1和2的例子中，该信号沿光波导108传播；也可以采用其它合适的光学元件；用于分出监视光信号18的合适的光学布置在下面描述）。监视光信号是由监视光电检测器118接收的，监视光电检测器118又生成由导电迹线128和导电导线138发送的监视电信号28（在图1和2的例子中；也可以采用其它合适的导电元件）。监视电信号28一般充当到光源控制电路（未示出）的输入，其中光源控制电路生成、修改、调节或以别的方式控制输入电信号26。一般来说，监视电信号28在合适的反馈布置中耦合到这种控制电路，用于维持输出光信号16期望的输出水平。光电检测器、光源、波导和迹线一般位于衬底10上。导电导线可以用来电连接到不在衬底10上的附加电路元件。在有些例子中，这种附加电路元件可以与衬底10一起位于电路板上。也可以采用许多其它的布置。
在图2中，示出了从光源116或导电迹线/电线126/136传播到信号光电检测器114或导电迹线/电线124/134的不希望的输入电信号46（即，输入电信号26中没有到达光源116而是到达一个不同的、不希望的位置的部分；术语“不希望的”将指电或光信号中类似地没有到达其预期目的地而是到达一个不同的、不希望的位置的任何部分）。类似地示出了从监视光电检测器118（如果存在的话）或者迹线/电线128/138传播到信号光电检测器114或者迹线/电线124/134的不希望的监视电信号48。那些不希望的信号46或48中的任何一个或者两个，通过干扰信号光电检测器114对输出电信号24的生成或者干扰迹线/电线124/134对输出电信号24的发送，会使输出电信号24变形。还示出了从信号光电检测器114或迹线/电线124/134传播到光源116、迹线/电线126/136、监视光电检测器118或者迹线/电线128/138的不希望的输出电信号44。那些不希望的信号44会干扰对应迹线/电线对输入或监视电信号26/28的发送、干扰监视光电检测器118对监视电信号28的生成或者干扰光源116对输入电信号26的接收。因为信号光电检测器114、光源116、监视光电检测器118和对应的迹线/电线不是要直接彼此电连接，因此上述传播一般本质上是放射状的并且由于信号光电检测器114、光源116、监视光电检测器118、对应的迹线/电线、用于光源116的驱动电路或者用于光电检测器114的放大或过滤电路两两之间或多个之间的各种电容性或者电感性电耦合而出现。因此，不希望的电信号44/46/48的传播会在衬底10上面、下面和通过衬底10发生。图2是示例性的，而且不一定示出了不希望的电信号的每种可能的源或者这种信号的每个可能的不希望的到达位置。
而且，在图2中，还示出了从光源116朝向信号光电检测器114传播的不希望的输出光信号36。类似地示出了从监视光电检测器118（如果存在的话）传播到信号光电检测器114的不希望的监视光信号38。那些不希望的信号36或38中的任何一个或者两个会干扰信号光电检测器114对输入光信号14的接收（例如，通过它们自己被信号光电检测器114接收并且充当不希望的背景噪声）。还示出了从信号光电检测器116传播到光源116和监视光电检测器118的不希望的输入光信号34。那些不希望的信号34会干扰输出光信号116的生成（例如，通过进入光源116的不希望的光学反馈）或者干扰监视光电检测器118对监视光信号18的接收。因为在图1和2的例子中光波导104和106是分开的（即，不要光学耦合），所以上述传播一般不是处于任何引导的光学模式，而是来自在信号光电检测器114、光源116或监视光电检测器118附近的各种散射或反射元件、结构或者介质、或者来自波导104、106或108分别与信号光电检测器114、光源116或监视光电检测器118之间的不良光学耦合。因此，不希望的光信号34/36/38的传播会在衬底10上面、下面或者在衬底10中发生。图2是示例性的，而且不一定示出了不希望的光信号的每种可能的源或者这种信号的每个可能的不希望的到达位置。
图3和4中示出了双向光电子设备的另一个例子，该设备除输入和输出光信号都沿公共的光波导102传播之外，基本上与图1和2的例子类似。分光器/光组合器110导引输入光信号14从光波导102沿光波导104传播，并且导引输出光信号16从光波导106沿光波导102传播（沿与输入光信号14相反的方向）。
分光器/光组合器110可以包括适于导引输入和输出光信号14/16的任何元件或者元件组合。分光器/光组合器110可以包括位于光波导102、104和106的端面之间的用于自由空间光束的分束器（例如，象在共同拥有的美国专利第7,031,575号、美国专利第7,142,772号、美国专利第7,366,379号、美国专利第7,622,708号或者美国公报第2010/0078547号中所公开的，所述每个专利或公报都通过引入并入于此），或者可以在不提供光信号的自由空间传播的任何间隔的连结波导102、104和106中实现（例如，象在共同拥有的美国专利第7,330,619号、美国专利第7,813,604号或者美国公报第2010/0272395号中所公开的，所述每个专利或公报都通过引用并入于此）。可以采用类似的元件或布置来分出一部分输出光信号16，形成监视光信号18。分光器/光组合器110可以根据光信号的谱分离（例如，二向色分束器或者其它过滤器，或者光栅）或者光信号的差分偏振或者根据用于分离光信号的任何其它合适基础起作用。
在图4中，除了那些已经在图2中描述过的不希望的信号，还有几种另外的不希望的光信号会导致串扰。另外的不希望的光信号34和36会从分光器/光组合器110作为无引导信号发出，而且会朝着信号光电二极管114、光源116或者监视光电二极管118传播（直接地或者作为散射或反射的结果）。此外，因为光波导104和106都光学耦合到光波导102，所以会出现沿波导象被支持的光学模式那样传播的不希望的光信号。不希望的输入光信号54会沿波导106传播到光源116，或者沿光波导108传播到监视光电二极管118。类似地，不希望的输出光信号56会沿波导104传播到信号光电检测器114。
图2和4是示例性的，因为它们不一定示出了不希望的光或电信号的每个可能的源或者这种信号的每个可能的不希望的到达位置。特别地，没有示出在激光源116和监视光电检测器118之间传播的不希望的光或电信号。这种不希望的信号会而且会常常出现，但一般来说不象不希望的光信号34/36/38或不希望的电信号44/46/48有那么大问题（就串扰而言），因为光源116和监视光电检测器118是要经波导108光耦合和通过光源控制电路（未示出）电耦合的。然而，以下所公开的方法与装置可以用来减轻可能存在并引起串扰的任何不希望的光或电信号的影响，而不仅是明确示出或描述的那些不希望的信号。
图1至4是示例性的，还因为它们仅仅示出了单个光源116和单个信号光电检测器114，即，所述示例性双向设备将象所谓的双工器一样起作用。更一般地说，双向光电子设备可以包括任何期望数量的光源或者信号光电检测器，而且这种设备应当属于本公开内容或者所附权利要求的范围。不希望的光或电信号可以从那些多个光源或光电检测器中的任何一个出现，并且通过到达任何一个其它的光源或光电检测器而导致串扰。例如，在图5中示意性地例示了所谓的三工器（为了清晰起见，省略了许多细节和不希望的信号），其中两个独立的输入光信号14a/14b被对应的信号光电检测器114a/114b接收，以生成对应的输出电信号26a/26b。更一般地说，在通用的多通道光电子设备中，串扰代价会由于任何其它输入或输出信号（电或光）的不希望的部分而对任何输入或输出信号（电或光）出现。
随着多通道或双向设备的总体尺寸缩小，以上所述的光串扰和电串扰趋于变得更加显著。特别地，在其中光电检测器、光源、波导和迹线全都位于边缘尺寸为10mm或者更小的公共衬底上的多通道或双向设备中，串扰会变得大到足以从根本上劣化设备的性能。例如，在5mm衬底10上组装的双向设备（例如，其中光源和光电检测器在彼此的2或3mm范围之内）中，观察到了大于3dB的电串扰代价，而且观察到了大于3dB的光串扰代价。
不管导致电或光串扰的特定机制或者机制组合如何，都期望通过双向设备的合适布置或者改装来减小电或光串扰。
光源驱动电路
本公开内容涉及在（i）以JoelS.Paslaski的名义于2010年4月28日提交的美国临时申请第61/328,675号和（ii）以JoelS.Paslaski、AraceliRuiz、PeterC.Sercel和RolfA.Wyss的名义于2011年4月28日提交的美国非临时申请第号13/096,648中公开的主题。所述两个申请都通过引用并入于此，如同在此完全阐述一样。
在图6的功能性框图中例示了传统的双向光电子设备，该设备包括光电检测器114、光源116和用于光源116的驱动电路150。光电检测器114布置成接收调制成编码第一发送信息的输入光信号14，并且作为响应生成调制成编码第一发送信息的输出电信号24。光电检测器114可以包括p-i-n光电二极管、雪崩光电二极管或者任何其它合适的光电检测器。p-i-n光电二极管114在图6的例子中示出，其连接到电路115并被电压VPD反向偏置。输出电信号24示出为穿过电路115，其中电路115可以包括与光电二极管114串联的单个电阻器，或者可以包括任何合适的过滤、阻抗匹配、放大或者其它有源或无源电路系统（例如，跨阻抗放大器和关联的部件与电压源）。
传统双向光电子设备的光源116布置成，从单极信号源23接收调制成编码第二发送信息的输入电信号26，并且作为响应生成调制成编码第二发送信息的输出光信号16。光源116具有第一和第二电力输入线126a/126b，而且在图6的例子中包括激光二极管116。光源116在电力输入线126a接收由驱动电路150施加的输入电信号26，并在电力输入线126b连接到由驱动电路150施加的电压VLS。输入电信号26可以包括或者可以不包括DC偏移，而且可以经电路152和154而AC耦合或DC耦合到光源116。电路152和154每个都可以包括为DC耦合输入电信号26布置的简单连线或二极管、为AC耦合输入电信号26布置的单个电容器，或者可以包括用于把输入电信号26施加到光源116的任何合适的过滤、阻抗匹配、放大或者其它有源或无源电路系统。运算放大器AMPLS、反馈阻抗ZLS、晶体管TLS和电阻器RLS在图6的例子中示出，而且包括用于调节由激光二极管116发射出的平均光功率的控制电路。控制与监视电压，Vcon和Vmon，分别施加到运算放大器AMPLS，以调节通过晶体管TLS并由此通过激光二极管116的平均电流。控制与监视电压可以以任何合适的方式生成（例如，通过监视输出光信号16的平均功率，或者通过监视输入电信号26的平均功率）。许多合适的布置都是已知的而且可以用于调节通过激光二极管116的平均电流，或者，如果期望的话，这种调节可以完全省略（并且从后续的图中省略）。
在图7的功能性框图中例示了根据本公开内容的示例性双向光电子设备，该设备包括光电检测器114、光源116和用于光源116的驱动电路250。光电检测器114布置成（i）接收调制成编码第一发送信息的输入光信号14及（ii）生成调制成编码第一发送信息的输出电信号24。输出电信号24可以包括基带幅值调制数字信号；也可以采用其它合适的调制策略或者载波频率。光电检测器114可以包括p-i-n光电二极管、雪崩光电二极管或者任何其它合适的光电检测器。在图7的例子中示出的p-i-n光电二极管114连接到电路115并且被电压VPD反向偏置。输出电信号24示出为穿过电路115，其中电路115可以包括与光电二极管114串联的单个电阻器，或者可以包括任何合适的过滤、阻抗匹配、放大或者其它的有源或无源电路系统（例如，跨阻抗放大器和关联的部件与电压源）。
双向光电子设备的光源116布置成（i）从双极信号源25接收调制成编码第二发送信息、作为反向复制信号26a/26b的输入电信号及（ii）作为响应生成调制成编码第二发送信息的输出光信号16。双极输入电信号26a/26b将统称为输入电信号26。输入电信号26可以包括基带幅值调制数字信号；也可以采用其它合适的调制策略或者载波频率。光源116具有第一和第二电力输入线126a/126b，而且在图7的例子中包括激光二极管116。光源116分别在第一和第二电力输入线126a和126b接收由驱动电路250施加的、作为第一和第二部分27a/27b的输入电信号26，并且电源电压VLS在第二电力输入线126b通过驱动电路250施加。输入电信号26可以包括或者可以不包括DC偏移，而且可以经驱动电路250而AC耦合或DC耦合到光源116（作为第一和第二输入电信号部分27a/27b）。电路250可以包括由电气或电子领域技术人员为接收输入电信号26并且作为响应分别向电力输入线126a/126b施加第一和第二部分27a/27b而设计出的许多布置中的任何一种，如下所述，而且本公开内容及所附权利要求应当被解释为包括象在这里所公开地那样运行的任何电路布置。电路250可以包括任何合适的无源部件、有源部件、电压或电流源、过滤电路系统、阻抗匹配电路系统、放大电路系统或者其它用于接收输入电信号26并且作为响应分别向电力输入线126a/126b施加第一和第二部分27a/27b的有源或无源电路系统。驱动电路250还可以包括附加的控制或调节电路系统，用于控制流经光源116的平均电流（并由此控制来自光源116的平均光输出功率）（如图6），但是，为了清晰起见，这种电路系统从图中省略了。
光源116具有用于接收输入电信号26的对应部分27a/27b的第一和第二电力输入线126a/126b。尽管附图的示例实施方式把输入电信号26示出为双极信号26a/26b，但是驱动电路250也可以实现成接收单极输入电信号26并通过电气或电子领域中已知的方法生成第一和第二部分27a/27b，而且这种利用单极输入信号的实现应当属于本公开内容或者所附权利要求的范围。如上所述，驱动电路250布置成把输入电信号26的第一部分27a施加到光源116的第一电力输入线126a，并且把输入电信号26的第二部分27b施加到光源116的第二电力输入线126b。驱动电路250布置成使得输入电信号的第二部分27b是第一部分27a的基本上成比例的反向复制，如图8中示意性例示的。输入电信号26可以包括或者可以不包括DC偏置（任何一种情况在图8的例子中都没有示出）。输入电信号26施加到电力输入线126a/126b的部分27a/27b每个都可以包括DC偏置，这种DC偏置可以从输入电信号26a/26b的DC偏置（如果其中存在的话）导出，可以由驱动电路250（在合适的水平下）添加或者改变，或者可以彼此不同。
在一种示例实施方式中，光源116包括半导体光源，一般是激光二极管。在这种实施方式中，第一电力输入线126a包括激光二极管116的阴极，而第二电力输入线126b包括激光二极管116的阳极。在传统的激光驱动电路（例如图6中所示的那种电路）中，一般来说，单极输入电信号26（经输入线126a）只施加到激光二极管116的阴极。激光二极管阴极的电压遵循输入电信号的时间变化，而激光二极管阳极（输入线126b）的电压以从根本上更小的幅值变化。在许多传统的激光驱动电路中，激光二极管的阳极实际上通过与到VLS的连接并联且在其附近的相对大的对地电容（例如，在图6中，电路154将包括单个电容器）而RF接地。相对而言，驱动电路250（图7中所示）布置成把输入电信号26的反向的成比例复制27a/27b传送到激光二极管116的电力输入线126a/126b。在图7的设备中，激光二极管阳极和阴极的电压都根据输入电信号26而变化，但具有更小而且相反的幅值（作为信号27a/27b）；由驱动电路250驱动的、跨激光二极管116的整个电压降可以类似于由传统驱动电路150驱动的电压降。已经观察到，根据本公开内容布置的、具有驱动电路250的双向光电子设备呈现出比具有驱动电路150的传统双向设备小的电串扰（所有其它因素都相等，例如，电输入信号的幅值、光电检测器和光源的类型与相对位置，等等；即，只关于激光二极管116的双极对单极调制有区别）。
以上指出的电串扰的减小一般只有在某些情况下才能观察到或者操作上显著，一般是当激光二极管116和光电检测器114位置足够靠近的时候。例如，在其中光电检测器114（p-i-n光电二极管）和光源116（激光二极管）位于公共衬底上隔开大约4至5mm的（如图6中布置的）双向光电子设备中，观察到由于激光二极管工作而造成的仅大约0.5dBm的串扰代价，在许多常见的工作场景中，这一般是可以容忍的。但是，在另一个例子中，在其中光电检测器114（p-i-n光电二极管）和光源116（激光二极管）位于公共衬底上隔开大约2mm的（如图6中布置的）双向光电子设备中，观察到由于激光二极管工作而造成的更显著的光电检测器性能劣化。一般来说，观察到大约4至5dBm的串扰代价。
图9例示了示例驱动电路250的简化部分，其中包括R19、R77、R78和R88的电阻器网络用来从输入电信号26产生电信号部分27a/27b。R77和R78构成在其电阻器之间接地的分压器，而且信号部分27a/27b分别通过电阻器R19和R88。当R19和R88的值变化时（保持R19+R88≈22Ω），信号部分27a/27b是彼此的基本反向复制，具有变化而且通过接近一的最小缩放因子（当R19=R88=11Ω时）的相对绝对缩放因子。当输入电信号施加到驱动电路250和光源116时，这种对称布置产生小于大约3dBm的串扰代价，从在驱动电路150和光源116工作过程中对光电检测器114所观察到的4至5dBm的串扰代价有了改进。
然而，图9的对称布置并没有产生优于图6布置的最大改进。R19=12Ω且R88=9Ω的驱动电路250布置产生仅大约2.5dBm的串扰代价，这似乎是对图9的示例布置可以实现的最小串扰代价。在那种布置中，激光阳极（导线126b）的电压调制的幅值似乎稍大于激光阴极（导线126a，相对于阳极反向调制）的电压调制的幅值。对于给定的激光二极管或者其它的激光源116，光电二极管或者其它的光电检测器114，光源和光电检测器的空间布置及驱动电路250的特定布置，信号部分27a/27b的相对幅值（即，缩放因子）都可以优化，来实现当输入电信号通过驱动电路250施加到光源116时的最小串扰代价（在图10的图中例示）。
图11例示了另一种示例驱动电路250的简化部分，其类似于图9的驱动电路，但是示出了附加的细节，包括用于激光二极管116的偏置电路的RF等效电路（R34/35、C30/31、L10/11）。就象在图9的例子中一样，包括R13、R16、R32和R33的电阻器网络用来从输入电信号26产生电信号部分27a/27b。R32和R33构成在其电阻器之间接地的分压器，而且信号部分27a/27b分别通过电阻器R13和R16。当R13和R16的值变化时（保持R13+R16≈18Ω），信号部分27a/27b是彼此的基本反向复制，具有变化而且通过接近一的最小缩放因子（当R13=R16=9Ω时）的相对绝对缩放因子。当输入电信号施加到驱动电路250和光源116时，这种对称布置产生小于大约0.3dB的串扰代价，从在（除了光源116的单极驱动之外，基本上象图11中那样布置的）驱动电路150和光源116工作过程中对光电检测器114所观察到的0.8至1.0dB的串扰代价有了改进。
同样，图11的对称布置并没有产生优于图6布置的最大改进。R13=11Ω且R16=6.8Ω的驱动电路250布置产生仅大约0.1至0.2dB的串扰代价，这似乎是对图11的示例布置可以实现的最小“串扰代价”（如图12的图中所示）。在那种布置中，激光阳极（导线126b）的电压调制的幅值似乎稍大于激光阴极（导线126a，相对于阳极反向调制）的电压调制的幅值。对于给定的激光二极管或者其它的激光源116，光电二极管或者其它的光电检测器114，光源和光电检测器的空间布置及驱动电路250的特定布置，信号部分27a/27b的相对幅值（即，缩放因子）都可以优化，来实现当输入电信号通过驱动电路250施加到光源116时光电检测器灵敏度的最小减小。
图13和14更具体地例示了示例驱动电路250和激光二极管116。图13的示例驱动电路250包括输入电信号26到激光二极管116的AC耦合，而且可以通过改变例如电阻器R3和R4的值针对最小化的串扰代价（即，针对在输入电信号26施加到激光二极管116的过程中最大化的光电二极管灵敏度）进行优化。作为替代，为了实现最小化的串扰代价，R7和R8、R1和R2或者三对电阻器的各种组合都可以改变。如果改变R1/R2或者R7/R8，那么所关联的无功（reactive）元件可能也需要改变，及维持相关频率范围上激光阳极与阴极电压的足够相位匹配。图14的示例驱动电路250包括输入电信号26到激光二极管116的DC耦合，而且可以通过改变例如电阻器R1和R2的值针对最小化的串扰代价进行优化。在那种情况下，为了维持相关频率范围上激光阳极与阴极电压的足够相位匹配，无功元件（例如，C1/C2或者L1/L2）可能也需要改变。
在此重申，图7、9、11、13和14的实施方式是示例性的，而且可以构造许多其它具有更多或更少元件、或者具有不同元件布置的电路，不过这些电路都属于本公开内容或者所附权利要求的范围。特别地，示例实施方式的有些元件是可选的，而且它们的存在不一定是必需的（例如，图8中的二极管D2或者电感器L4和L5；图9中的二极管D2和D3）。
陷光结构
本公开内容涉及在（i）以RolfA.Wyss的名义于2010年6月25日提交的美国临时申请第61/358,877号和（ii）以RolfA.Wyss、JoelS.Paslaski、AraceliRuiz和PeterC.Sercel的名义于2011年6月25日提交的美国非临时申请第13/168,936号中公开的主题。所述两个申请都通过引用并入于此，如同在此完全阐述一般。
用于光电子设备的常见配置包括在其上形成一个或多个光波导的衬底10及安装在所述衬底上并且定位成把其光输出信号的至少一部分发射到衬底上的光波导中的至少一个光源。这样发射的光信号以对应的引导光学模式沿光波导传播，该引导光学模式基本上限定在两个横向的方向中。
光波导一般是在衬底10上生长、沉积或者以别的方式形成的一层或多层合适的芯部或包层材料中形成的；那些层可以统称为光波导层20。衬底10充当光波导层20的结构性支撑。对光波导层20中一层或多层的空间选择性处理（通过材料的沉积、除去或者变更）定义了光波导；那些被处理过的层（或者那些层被处理过的区域）常常充当波导芯部，所述芯部具有比充当波导包层的包围层稍高的折射率。一种典型的波导衬底包括只有包层的区域和除包层之外还有一个或多个芯层的区域。在具有多芯部波导的衬底的有些例子中，不同的区域可以存在不同数量的芯层，波导一般是由存在所有芯层的那些区域定义的。在本公开内容的范围之内，可以采用许多其它的芯部/包层配置。
情况常常是光源116与光波导106之间的光学耦合不完善，而且由光源发射的部分光信号没有以引导光学模式作为输出光信号16传播，而是作为不希望的光信号36溢出到周围。溢出的杂散光信号的某一小部分在光波导层20的一层或多层中传播，而没有被任何光波导在其对应光学模式中限制。在光波导层中传播的杂散光信号有可能会干扰或者破坏波导衬底上其它光学部件（包括光学检测器或者其它光源）的性能。特别地，如以上所指出的，在多通道或双向光电子设备（例如，双向光电子收发器）中，在存在杂散光信号36的情况下（常常描述或者量化为所谓的“串扰代价”），由光源发射出并在光波导层中传播的杂散光信号会干扰光电检测器114对进入的光信号14的接收，降低光电检测器114对进入的光信号14的灵敏度。
减小杂散光信号对光电子设备性能的负面影响的一种方式是在波导衬底10上或者在波导层20中提供阻光或者陷光结构。这种结构的一些例子在以下中公开：
于2002年7月9日授予Gampp的、题为“Lateraltrenchingforcrosscouplingsuppressioninintegratedopticalchips”的美国专利第6,418,246号；
于2005年10月25日授予Steenblik等人的、题为“Planaropticalwaveguide”的美国专利第6,959,138号；
于2007年5月22日授予Steenblik等人的、题为“Planaropticalwaveguide”的美国专利第7,221,845号；
于2007年10月2日授予Goushcha等人的、题为“FastSidiodesandarrayswithhighquantumefficiencybuiltondielectricallyisolatedwafers”的美国专利第7,276,770号；
于2009年5月12日授予Mihalakis的、题为“SingleMEMSimageropticalengine”的美国专利第7,530,693号；
于2002年9月26日以Wechstrom的名义公开的、题为“Chemiluminescentgasanalyzer”的美国专利公报第2002/0137227号；
于2004年8月5日以Kitcher等人的名义公开的、题为“Deeptrenchesforopticalandelectricalisolation”的美国专利公报第2004/0151460号；
于2005年5月19日以Vonsovici等人的名义公开的、题为“Integratedopticalarrangement”的美国专利公报第2005/0105842号；
于2008年1月24日以Steenblik等人的名义公开的、题为“Planaropticalwaveguide”的美国专利公报第2008/0019652号；及
于2009年3月26以Pang等人的名义公开的、题为“Beamdumpforavery-high-intensitylaserbeam”的美国专利公报第2009/0080084号。
图15至20示意性地例示了在波导衬底10或者其上面的光波导层20上形成的改进的陷光结构（即，一个或多个光收集器和一个或多个光阱）。
在图15和16中，任何合适类型或配置的光波导106在波导衬底10上的光波导层20中形成。光波导层20和波导衬底10可以包括多种合适材料中的任何一种，同时仍然在本公开内容或者所附权利要求的范围之内。在一种常见的实现中，衬底10包括硅，而波导层20可以包括二氧化硅、掺杂的二氧化硅、硅氮化物或者硅氧氮化物中的一种或多种。光波导的一些合适的例子在共同拥有的美国专利：第6,975,798号；第7,136,564号；第7,164,838号；第7,184,643号；第7,373,067号；第7,394,954号；第7,397,995号或第7,646,957号或者共同拥有的公报第2010/0092144号中公开，这些都通过引用并入于此。
光源116位于衬底10上或者位于波导层20的一层或多层上，并且定位成发射光信号（或者至少光信号的第一部分16，下文中称为发射的光信号16），以沿光波导106作为引导光学模式传播，该模式基本上在两个横向方向中被波导106限制。光信号的第二杂散部分36（下文中称为杂散光信号36）从光源116在光波导层20中传播，没有被波导106在引导光学模式中限制。光源116可以包括光信号16或36的任何源，包括但不限于：激光二极管或者发光二极管、光纤、独立衬底上的另一个光波导、或者分束器或抽头，这些当中的任何一个都可以形成或安装在衬底10或者波导层20上。
如果没有任何的陷光结构，光信号的杂散部分36可能传播通过光波导层20并有可能干扰或破坏衬底10上的其它光学部件的性能。图15和16示意性地例示了包括光收集器310a/310b/310c（总称为光收集器310x或者统称为光收集器310）和光阱320的陷光结构。尽管在附图的示例实施方式中示出了三个光收集器310和一个光阱320，但是，在本公开内容或者所附权利要求的范围之内，任何合适数量的一个或多个光收集器或者一个或多个光阱都可以采用。每个光收集器310x都包括光波导层20的一个或多个侧表面312及侧表面312上的基本不透明的涂层330（图17A/18A/19A）。每个光阱320都包括光波导层20的一个或多个侧表面322及侧表面322上的基本不透明的涂层330（图17B/18B/19B）。侧表面312/322一般基本上与衬底10和光波导层20垂直，即，它们关于水平的衬底10基本上是垂直的。名称水平与垂直是相对的，而不是要指示绝对的空间朝向。尽管图17A/18A/19A示出了在一个波导106附近形成的侧表面312（例如，就象对于光收集器310a的情况），但是光收集器310x也可以在衬底10上任何合适的位置形成，包括远离任何波导的位置（因此，将类似于图17B/18B/19B）。同样，尽管图17B/18B/19B示出了远离任何波导形成的侧表面322，但是光阱320也可以在衬底10上任何合适的位置形成，包括在波导106附近的位置（因此，将类似于图17A/18A/19A）。
杂散光信号36在光波导层20中从光源116传播，遇到侧表面312及其基本上不透明的涂层330，而且在那个方向被阻止进一步传播。涂层330一般吸收入射光的一部分而反射剩余的部分。每个光收集器310x的侧表面312都布置成把杂散光信号的反射部分（直接地或者在由另一个光收集器310x重定向后）朝向光阱320导引。
光阱320的侧表面322及基本上不透明的涂层330定义了光波导层20对应的螺旋区域。该螺旋区域包括开口324和闭合端326。杂散光信号36在光波导层20中传播到开口324中的部分重复地从表面322和涂层330进一步反射到螺旋区域中，直到到达闭合端326（如图16中所示）。一般来说，在每次反射时，杂散光信号36都有一部分被吸收，剩余部分被反射。螺旋区域可以以任何合适的方式布置，而且一般对着大于大约180°的弧。在有些实施方式中，螺旋区域可以是角状（cornuate）螺旋区域（即，朝闭合端326逐渐变细的渐细角形螺旋）。
基本上不透明的涂层330一般布置成在光源330的工作波长范围上呈现光吸收，以在杂散光信号36重复地从侧表面312/322反射时实现对杂散光信号36的衰减。常常可以采用金属涂层来提供实质性的不透明和合适程度的光吸收。在一个例子中，可以在大约1200-1700nm的工作波长范围上采用铬或者钛；可以用在任何其它合适的波长范围上的任何其它合适金属都应当属于本公开内容或者所附权利要求的范围。大于大约150nm的涂层330的厚度一般可以提供充分的不透明度，而且可以采用更大的厚度来确保足够的不透明度。在其中铬或钛层沉积在光波导层20的侧表面312/322上的一个例子中，其中光波导层20包括例如二氧化硅、硅氮化物或者具有类似折射率的其它介电材料，大约45%的入射杂散光信号36被吸收，而大约55%的杂散光信号36被反射。代表杂散光信号36的每条射线在到达光阱320的闭合端326之前都要经历4至6次或者更多的反射，因此，当到达光阱320的闭合端326时，只有大约3%（在6次反射后）至大约9%（在4次反射后）的原始光功率留在杂散光信号36中。在那么低的水平，杂散光信号36不太可能干扰或者破坏衬底上其它光学设备的工作。如果还有附加的反射，杂散光信号36的一部分从光阱通过其开口324重新出现，一般它将被衰减到基本可以忽略的水平（例如，小于大约1%或者甚至小于大约0.1%）。
反射抑制层（即，抗反射涂层）可以用来作为涂层330的一部分，在侧表面312/322与金属吸收层之间。由于杂散光信号36重复地遇到表面312/322，因此，在每次遇到表面312/322时反射的光量的减少（伴随着所吸收的量的增加）增强了杂散光信号36的衰减。任何合适的反射抑制层或者抗反射涂层都可以采用。有些例子在共同拥有的公报第US2006/0251849号中公开，该公报通过引用并入于此。
图17A/17B、18A/18B和19A/19B的例子中的侧表面312/322示出为延伸通过整个光波导层20，但不延伸到波导衬底10当中。在本公开内容或者所附权利要求的范围之内，也可以采用其它合适的深度。让侧表面312/322延伸通过整个光波导层20一般是优选的。侧表面312/322可以延伸到波导衬底10当中。常常可能出现光波导层20、波导106、表面312/322和涂层330按晶片级（onawafterscale）形成或沉积，以便同时在许多波导衬底上制造光收集器和光阱。侧表面312/322可以在这种晶片级的制造过程中例如通过任何合适的干或湿蚀刻工艺形成，一般是通过把一个或多个沟槽蚀刻到光波导层20中（并且有可能延伸到衬底10当中，如以上所指出的）。
如在图17A/17B、18A/18B或者19A/19B的示例布置中所示，对于层330可以采用不同的布置。在图17A/17B的布置中，涂层330只覆盖侧表面312/322。在实践当中，那可能是全部所需的，但还是在实践当中，那种布置可能难以实现，尤其是利用标准的光刻沉积技术以在许多波导衬底上同时形成光收集器和光阱。保形（即，非定向）沉积技术不是很好地适用于只特定朝向表面的选择性覆盖，而定向沉积技术不是很好地适用于只垂直表面的选择性覆盖。图18A/18B的布置实现起来会是最容易的，通过简单涂覆全部或者近乎全部波导衬底10和光波导层20的暴露表面。如果没有理由避免涂层330在波导106或者波导衬底10或光波导层20的其它部分上的存在，而且如果可以采用至少有些保形的沉积的话，那么可以采用那种方法。介于之间的方法是由图19A/19B中所示的示例性布置例示的，其中涂层330部分地跨波导衬底10或光波导层20的水平表面延伸。衬底10或者波导层20的部分可以被掩模，以防止涂层330沉积到不期望的区域上。
光波导106和光波导层20的不同布置在图17A/17B、18A/18B或者19A/19B的示例布置中示出。那些例子中的任何一种波导布置都可以与那些例子中的任何一种针对涂层330示出的布置以任意组合的方式采用。在图17A/17B所示的例子中，光波导106包括在顶部和底部较低折射率的包层之间的单个较高折射率芯部。在图17A中，侧表面312示出为在波导106附近，在图17B中所示的侧表面322附近只存在两个包层。在图18A/18B所示的例子中，光波导层106包括一对较高折射率的芯部及顶部、中间和底部较低折射率的包层。在图18A中，侧表面312示出为在波导106附近，在图18B中所示的侧表面322附近存在仅三个包层。在图19A/19B所示的例子中，光波导106包括一个较高折射率的芯部及两个较高折射率的芯层，而包层包括顶部、中上部、中下部和底部较低折射率的包层。在图19A中，侧表面312示出为在波导106附近，在图19B中所示的侧表面322附近存在四个包层和两个芯层（没有芯部）。在各个包层之间示出边界，以指示包层沉积在何处中断，以便允许中间芯部或芯层的沉积或构图，但是，这种边界可能或者可能不容易在完成的设备中显见，尤其是如果采用相同的材料用于不同的包层的话。
在图15和16的示例实施方式中，第一光收集器310a是弯曲的的，从而反射并重定向从光源116发散的杂散光信号36的一部分，朝光阱320的开口324会聚。收集器310a可以例如近似椭圆的一部分，其中光源116位于该椭圆的一个焦点附近，而光阱320的开口324位于该椭圆的另一个焦点附近。光收集器310a的布置仅仅是示例性的；也可以采用弯曲的光收集器表面的其它布置。
而且，在图15和16的示例实施方式中，光收集器310b和310c具有一个或多个平的表面312，这些表面布置成重定向杂散光信号36（一个这种表面312用于光收集器310b；三个不同的平的片段用于光收集器310c）。那些各个平的表面312布置成通过两次或更多次相继的反射把杂散光信号36的一部分重定向到光阱320的开口324中。光收集器310b和310c的布置仅仅是示例性的；也可以采用平的光收集器表面的其它布置。
为了进一步减小避开光收集器和光阱的杂散光信号36的量，光波导106可以包括弯曲的片段。在其弯曲的片段之前，光波导可以在光收集器310a和310b之间通过。在其弯曲的片段之后，波导可以在光收集器310a和光阱320的开口324之间通过。光收集器310b布置成基本上阻挡从光源116通过位于第一光收集器310a与光阱320的开口324之间的光波导层20的基本上所有直线传播路径。
在此公开的光收集器和光阱可以在利用波导衬底上的光波导实现的广泛多种光电子设备中采用。一个这种例子在图20中示意性地例示，并且包括分束器110和111及光电检测器114和118。光源116发射沿光波导106传播的发射光信号16。部分18由分束器111分出来并导引到光电检测器118。来自光电检测器118的电信号可以用作例如光源116的反馈控制。发射光信号16的剩余部分沿光波导106传播，直到其离开设备。进入设备的输入光信号14沿波导106传播，直到其被分束器110导引到光电检测器114。光电检测器114/118中任何一个或者两者的性能都会受到在光波导层20中传播的杂散光信号36的影响；那些影响可以通过光收集器310和光阱320的存在而减小或消除。分束器110/111可以以任何合适的方式实现，同时仍然在本公开内容或所附权利要求的范围之内。可以采用波导分束器或者抽头（例如，象在已经通过引用并入于此的共同拥有的专利和公报中所公开的）。作为替代，光波导106可以包括一个间隙，光信号14、16或18可以在波导的片段之间跨该间隙作为自由空间光束（即，无引导的）传播。分束器可以插入到波导片段之间，用于导引各个自由空间光信号沿其它波导传播（例如，象在已经通过引用并入于此的共同拥有的专利和公报中所公开的）。应当指出，不管是怎么实现的，分束器110/111本身都可以充当光源116和作为杂散光信号36的源。提供一个或多个光收集器310或光阱320来减小从用于光波导的分束器产生的杂散光信号的传播是期望的，而且这种实现应当属于本公开内容或者所附权利要求的范围。
多功能封装
在根据本公开内容的多通道或双向光学设备的一种示例性实施方式中，采用多功能封装件500来封装多通道或双向光电子设备，包括一个或多个信号光电检测器114、一个或多个光源116、一个或多个监视光电检测器118（如果存在的话）、光波导102（如果存在的话）、104、106和108（如果存在的话）、导电迹线124、126和128（如果存在的话）及导电导线134、136和138（如果存在的话）。如果代替所列出的那些或者除此之外还采用其它的光学或电气元件，那么那些元件也可以（或者代替地）被封装。
封装件500的一个目的是提供对光电检测器、光源、波导和双向设备的电气连线的化学与机械保护；因此，封装件500可以被称为保护性封装件。设备的部件可以是相对精密的，可以在相对恶劣的环境中（大的温度波动、高湿度，等等）部署，或者在安装过程中或者部署的时候会忍受粗暴的处理或对待。出于那些原因中的一个或多个，传统上是把这种设备的精密部分封装起来。一般来说，保护性封装件可以包括合适的聚合物（例如，硅酮、环氧树脂或者聚氨酯聚合物；在有些实例中光学透明的聚合物会是优选的），所述聚合物在处于未固化形态（一般是液态或半液态）时涂到衬底10上，在衬底10上放置双向设备的部件（例如，就象在图21中示意性例示的双向设备的侧面正视图中；为了清晰起见，省略了许多结构性细节和所有的信号）。如果衬底10安装在另一个更大的衬底或电路板上，那么封装件可以延伸超出衬底10，到另一个衬底或者电路板上。依赖于双向设备的本质和期望的部署环境，封装件500可以根据其多种属性来选择。未固化的封装件优选地是充分流动的，以基本上填满双向设备的构形（例如，填满部件之间的空间、围绕导线完全流动，等等）；是充分粘滞的，以在涂覆和固化过程中保留在适当的位置；在固化之后是充分硬的，以便提供足够的机械支撑和保护；在固化之后是充分软的，使得热膨胀或收缩不会过度压迫或者甚至折断设备或者其任何部件（包括例如互连，如电线），并且对在使用环境中有可能遇到的适当的物质阵列（例如，潮湿环境中的水蒸气）有化学抵抗力。合适封装件的例子包括，但不限于，硅酮橡胶、凝胶、环氧树脂或者聚氨酯。
封装件500还可以进一步包括光吸收体。吸收体可以是可以混合到封装件配方中而（在固化之前或之后）基本上不会破坏其物理化学属性适用性的任何物质。吸收体可以溶解、悬浮或者以别的方式分散在未固化的封装件中（并且在涂覆过程中和固化之后都保留在那里），并且吸收光信号14和16一个或多个波长的光。作为把这种吸收体混合到封装件500中的结果，不希望的光信号34/36/38在衬底10之上（即，在封装件500中）传播的部分被衰减了。因此，包括光吸收体的保护性封装件500可以用来减小由于那些不希望的光信号而产生的光串扰。
适当选择的染料可以溶解在封装件500中，充当光吸收体。作为代替或者附加地，不可溶的粒子510可以悬浮在封装件中，充当光吸收体（图22和24）。合适的粒子的例子可以包括碳粒子（例如，碳黑、灯黑或者乙炔黑）、矿物颜料（例如，黑色铁氧体或赤铁矿、黑色尖晶石、钴黑、锰黑、矿物黑或者黑土）、金属粒子或者半导体粒子，优选地具有在大约0.01μm和大约50μm之间的平均粒子尺寸。一个优选的例子包括具有在大约20μm和大约30μm之间的平均粒子尺寸的碳黑粒子，而且其中碳黑粒子占封装件成分重量的大约0.1%和大约2%之间。吸收体（不管其类型或成分）可以以一定的量存在，使得产生在大约1-5cm-1和大约200cm-1之间的消光系数κ（在工作相关的波长范围上）（其中吸收系数κ是用透射的光功率除以等于e-κL的入射光功率定义的，其中L是通过封装件的光路长度）。（相对于对具有相同封装件但没有光吸收体的相同设备所观察到的光串扰代价）当光吸收体结合到封装件500中时，观察到了大约1dB和大约5dB之间的光串扰代价的减小。
相对于在具有更高介电常数的封装件中将存在的电串扰，通过减小保护性封装件500的平均或有效介电常数，双向设备中由于不希望的电信号44/46/48在衬底10上传播的部分而产生的电串扰的水平可以降低。为了减小封装件500的平均介电常数，它可以包括悬浮的、中空介电微球520（见图23和24）。可以商业获得各种尺寸的这种微球，而且常常包括基于二氧化硅的玻璃。在一种示例实施方式中，采用中空二氧化硅微球，其具有大约60μm的中值直径和从大约30μm到大约105μm（百分之十到百分之九十）或者从大约10μm到大约120μm（全范围）的直径范围；也可以采用其它合适的材料或尺寸（例如，大约40μm和大约70μm之间的中值直径）。微球可以悬浮在未固化的封装件中，并且在涂覆过程中和固化之后保留在那里。为了适当地减小双向设备中的电串扰，微球可以占封装件成分体积的大约25%和大约75%之间，对应于封装件有效介电常数大约25%和大约50%之间的减小（相对于无微球的封装件）。相对于无微球时大约2.8的介电常数，具有在那个体积分数范围内的微球的硅酮封装件500可以分别呈现出在大约2.5和大约1.7之间的有效介电常数。当中空微球结合到封装件500中时，（相对于对具有相同封装件但没有微球的相同设备观察到的电串扰代价，）观察到了大约0.1dB和大约3dB之间的电串扰代价的减小。可归因于中空微球的电串扰减小的量会依赖多种因素而变，例如，衬底上光电子部件和导电元件的具体布置；其中电信号耦合到光电子设备或者从光电子设备耦合的方式，例如单极、双极或者差分耦合；或者除中空微球之外用来减小电串扰的其它措施。
在保护性封装件500的许多例子中，需要填料来增加未固化聚合物的粘滞性，以方便把它涂到设备上。如果没有足够的粘滞性，在涂覆的过程中，未固化的聚合物易于流动超出期望被封装的那些区域（例如，就象对于粘滞性小于大约400-600cps的未固化封装件配方的情况）。常常使用填料把未固化聚合物的粘滞性提高到一个在涂覆过程中合适的水平，并且在固化之后填料保持结合到封装件中。固态二氧化硅粒子常常用作填料，但易于呈现出相对大的介电常数（依赖于具体成分，在大约3和8之间）。将这种高介电填料粒子结合到封装件500中将趋于提高其有效介电常数，由此也增加了被封装的设备中的电串扰（超过了若封装件500不包括填料时所呈现的电串扰）。但是，中空微球520可以充当填料，把未固化聚合物的粘滞性提高到涂覆所期望的水平，同时还减小了其有效介电常数（和被封装的设备的电串扰）。
已经观察到，中空微球大约25%和大约50%之间的体积分数产生未固化硅酮封装件混合物在适于涂到设备的范围之内的粘滞性（例如，从几千厘泊直到几万厘泊；更粘滞的配方也可以采用，但由于流得慢，所以很难涂）。那个范围的体积分数似乎还使得微球可以保持分散在较低粘滞性的封装件配方中；如果在较低粘滞性的封装件配方中有较低的体积分数，微球会趋于与封装件分离。但是，如果可以促使所得混合物以期望的微球体积分数在期望的地方流动，那么，对于具有不同粘滞性（更高或更低）的其它未固化封装件配方，也可以采用其它的体积分数（更高或更低）。快速固化封装件可以用来降低或避免低粘滞性封装件流到不希望的区域上。
在此对包括中空介电微球的封装件所公开或请求保护的有效介电常数或电串扰的减小是相对于没有微球或任何其它填料的相同封装件来表达的。串扰中的那些减小在工作中是显著的和期望的。但是，有可能一种更实际的比较是在具有微球的封装件和具有固态填料粒子的相同封装件之间，以产生类似粘滞性的各自的体积分数（在适于涂到设备的范围之内）进行比较。从这种方式来看，利用中空微球实现的有效介电常数和电串扰的相对减小甚至大于在此所公开的那些。除了提供由于微球的存在而产生的减小之外，用中空微球代替固态填料粒子还消除了由于填料粒子而产生的有效介电常数的增大。
太高的中空微球体积分数会产生太粘滞以至于不能在设备上正确流动的未固化封装件混合物，限制了通过结合微球可以减小有效介电常数的程度。粘滞性在大约400cps和大约600cps之间的未固化聚合物（无微球）会具有高达大约50%的微球体积分数，并且保持充分流动，用于涂到设备上。更高的体积分数或者更高的初始粘滞性趋于产生不能很好地流动来封装设备的封装件混合物。可以采用更小初始粘滞性的未固化封装件配方来容纳更高的微球体积分数（并因此有更低的有效介电常数），同时仍然充分流动，用于涂到设备上。一定范围的未固化封装件粘滞性与微球体积分数的组合可以用来产生封装件混合物的流动与封装件有效介电常数的减小的期望组合。
在一种优选实施方式中，光吸收体粒子510和中空介电微球520都结合到保护性封装件500中（图24）。以这种方式，单种封装件500可以同时实现双向光电子设备中电和光串扰的减小。在有些实例中，通过充当光散射器，微球520的存在可以增强光吸收体粒子510的作用。从微球520散射的光通过封装件500传播更大的距离，从而增加了遇到吸收体粒子510的可能性。如果与中空微球结合，避免高介电或导电吸收体粒子（例如，金属或者碳粒子）会是期望的，这是因为那些将趋于增大封装件介电常数。另一方面，中空介电微球可以用来至少部分地偏移（或者完全偏移，或者不止偏移）由于这种吸收体粒子而产生的封装件有效介电常数的增大。如果采用导电的吸收体粒子，优选地是确保封装件的完全固化，来降低或避免导电粒子不希望的聚集或还原及封装件有效介电常数的伴随增加。
除了保护性封装件500之外，还可以采用光学封装件600（在此也称为“第一级封装件”；图25）（保护性封装件500在与光学封装件600结合使用时也可以称为“第二级”封装件）。如果双向设备包括由光信号14、16或18遵循的光路的任何自由空间部分，那么一般需要光学封装件600，至少在那些空间排除了保护性封装件。例如，如果采用包括位于波导102、104和106的端面之间的分束器的分光器/光组合器110，那么光学封装件可以填充波导与分束器之间的光路。类似地，波导端面与光电检测器或光源之间的任何间隙都可以利用光学封装件填充。这种封装件600的使用可以防止封装件500或外来物质对光透射表面的污染或者对光路的阻挡。光学封装件600还可以选择成提供与波导、光电检测器、光源或其它元件匹配的折射率，以便减小设备中不希望的反射。这种反射会充当期望光信号的光学损耗的源，而且还充当会导致附加光串扰的不希望的光信号的源。第一级封装件600还可以提供防止设备的环境性降级（例如，在存在湿气的情况下被侵蚀）的保护。合适材料的例子可以包括，但不限于，硅酮或者环氧树脂聚合物。
当采用光学封装件600时，它可以在封装件500的涂覆与固化之前涂到双向设备并固化。作为替代，假定封装件500和600在固化之前可以保留在适当的位置并且基本上不混合，那么封装件500可以在光学封装件600涂覆之后但在其固化之前涂覆，而且两种封装件可以在公共的固化工艺中一起固化。
组合
在此公开了用于减小多通道或双向光电子设备中串扰的三种技术：用于光源的双极驱动的驱动电路、波导衬底上的光收集器和光阱及具有减小的介电常数或者充当光吸收体的封装件。那些技术中的每一种都可以单独使用。但是，在其所公开的任何变体中，在单个光电子设备中组合使用任何两种或全部三种技术也都应当被认为属于本公开内容或者所附权利要求的范围。在一个例子中，光收集器和光阱的使用结合光学吸收封装件的使用可以比单独使用这些技术更大程度地减小光串扰；在这种实施方式中，如果需要或者期望的话，封装件可以基本上覆盖光收集器或光阱的侧表面。在另一个例子中，使用双极激光驱动电路和具有中空微球的封装件可以比单独使用这些技术更大程度地减小电串扰。光收集器和光阱、双极激光驱动电路及同时结合光吸收体和中空微球的封装件的使用在有些例子中呈现出还要低的电或光串扰水平。
所公开的示例实施方式与方法的等同都应当属于本公开内容或者所附权利要求的范围。所公开的示例实施方式与方法及其等同都可以改变，但是仍然属于本公开内容或者所附权利要求的范围。
在以上的具体描述中，在几种示例实施方式中，为了使所公开内容流畅，各个特征可以分组到一起。本公开内容的这种方法不是要解释为反映任何所要求保护的实施方式都需要比在对应权利要求中明确陈述更多的特征的意思。相反，就象所附权利要求所反映的，创新性主题可以处于比单个所公开示例实施方式的全部特征少的状态。因而，所附权利要求在此结合到具体描述中，每项权利要求都自己代表一种单独的所公开实施方式。但是，本公开内容还应当被认为隐含地公开了具有出现在本公开内容或所附权利要求中的一个或多个所公开或保护特征的任何合适组合的任何实施方式（即，不兼容或相互排斥的特征集合），包括可能没有在此明确公开的一个或多个特征的那些集合。除了在此明确公开或保护的用于如下的方法：（i）用于使用任何明确或隐含公开的设备或装置；或者（ii）用于制造任何明确或隐含公开的设备或装置，本公开内容还应当被认为隐含地公开了用于使用或制造任何明确或隐含公开的设备或装置的一般性方法。还应当指出，所附权利要求的范围不一定包含了在此所公开的全部主题。
对于本公开内容和所附权利要求来说，除非：（i）明确地另外陈述，例如，通过使用“不是…就是…”、“只有其中一个”或者类似的语言；或者（ii）所列出的备选方案中的两个或者更多个在特定的背景下相互排斥，在这种情况下“或者”将只包含涉及非相互排排斥选方案的那些组合，否则连接词“或者”应当认为是包含性的（例如，“一只狗或者一只猫”将解释为“一只狗或者一只猫或者二者兼有”；例如，“一只狗、一只猫或者一只老鼠”将解释为“一只狗或者一只猫或者一只老鼠或者任何两个或者全部三个”）。对于本公开内容或所附权利要求来说，不管在哪里出现，措辞“包含”、“包括”、“具有”及其变体都应当认为是开放性术语，具有就象在其每个实例之后附上短语“至少”一样的意义。
在所附权利要求中，如果在装置权利要求中期望引用美国法典第35卷112节第6段的规定，那么措辞“装置（means）”将出现在那项设备（apparatus）权利要求中。如果在方法权利要求中期望引用那些规定，那么措辞“用于…的步骤”将出现在那项方法权利要求中。相反，如果措辞“装置”或“用于…的步骤”没有在一项权利要求中出现，那么对那项权利要求就不打算引用美国法典第35卷112节第6段的规定。
按照要求提供了摘要，作为对本专利著作中具体主题的那些搜索的帮助。但是，摘要不是要暗示所陈述的任何元件、特征或限制有必要被任何特定的权利要求包含。由每项权利要求包含的主题的范围应当只由那项权利要求的陈述来确定。

Claims (15)

1.一种双向光电子设备，包括：
(a)衬底；
(b)在衬底上的一个或多个光波导；以及
(c)在衬底上的一个或多个导电迹线，
所述双向光电子设备的特征在于，还包括：
(d)第一光电子部件，包括光电检测器，该光电检测器布置成(i)通过所述一个或多个光波导中的至少一个光波导接收调制成编码第一发送信息的输入光信号，及(ii)响应于所述输入光信号而生成调制成编码所述第一发送信息的输出电信号，并且通过所述一个或多个导电迹线中的至少一个导电迹线发送所述输出电信号；
(e)第二光电子部件，包括光源，该光源布置成(i)通过所述一个或多个导电迹线中的至少一个导电迹线接收调制成编码第二发送信息的输入电信号，及(ii)响应于所述输入电信号而生成调制成编码所述第二发送信息的输出光信号，并且通过所述一个或多个光波导中的至少一个光波导发送所述输出光信号，所述光源具有用于接收所述输入电信号的第一电导线和第二电导线；以及
(f)保护性封装件，布置成封装所述光电检测器、所述光源、所述一个或多个光波导以及所述一个或多个导电迹线，
其中，
(g)该封装件包括分散在其体积中的中空介电微球，从而把由于所述封装件中存在的不希望的电信号所产生的串扰代价减小到低于在所述封装件中不存在所述中空介电微球的情况下由所述双向光电子设备呈现出的水平，并且，
(h)所述封装件还包括分散在其体积中的光吸收体，从而把由于所述封装件中存在的不希望的光信号所产生的串扰代价减小到低于在所述封装件中不存在所述光吸收体的情况下由所述双向光电子设备呈现出的水平。
2.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所述光电检测器呈现出小于3dB的串扰代价。
3.如权利要求2所述的双向光电子设备，其中，所述第一和第二光电子部件位于公共衬底上，且在彼此的2mm范围之内。
4.如权利要求2所述的双向光电子设备，其中，所述衬底的边缘尺寸小于10mm。
5.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所存在的所述中空介电微球的量使得所述封装件的介电常数在1.7和2.5之间。
6.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所存在的所述中空介电微球的量使得具有所述中空介电微球的封装件的平均介电常数比无所述中空介电微球的封装件的介电常数小25％和50％之间。
7.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所述封装件包括体积占25％和50％之间的中空介电微球。
8.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所述中空介电微球具有40μm和70μm之间的中值直径。
9.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所述中空介电微球包括中空二氧化硅微球。
10.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所述封装件包括硅酮、环氧树脂或者聚氨酯聚合物。
11.如权利要求1所述的双向光电子设备，还包括光学封装件，该光学封装件布置成填充所述双向光电子设备中自由光路的一个或多个片段，并且在所述保护性封装件下面封装所述双向光电子设备的一部分。
12.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所存在的所述光吸收体的量使得在所述双向光电子设备的工作波长范围上所述封装件的消光系数κ在1cm-1和200cm-1之间。
13.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所述光吸收体包括分散在所述封装件中的碳粒子。
14.如权利要求1所述的双向光电子设备，其中，所述封装件包括重量占0.1％和2％之间的碳粒子。
15.一种双向光电子设备，包括：
(a)衬底；
(b)在衬底上的一个或多个光波导；以及
(c)在衬底上的一个或多个导电迹线，
所述双向光电子设备的特征在于，还包括：
(d)第一光电子部件，包括光电检测器，该光电检测器布置成(i)通过所述一个或多个光波导中的至少一个光波导接收调制成编码第一发送信息的输入光信号，及(ii)响应于所述输入光信号而生成调制成编码所述第一发送信息的输出电信号，并且通过所述一个或多个导电迹线中的至少一个导电迹线发送所述输出电信号；
(e)第二光电子部件，包括光源，该光源布置成(i)通过所述一个或多个导电迹线中的至少一个导电迹线接收调制成编码第二发送信息的输入电信号，及(ii)响应于所述输入电信号而生成调制成编码所述第二发送信息的输出光信号，并且通过所述一个或多个光波导中的至少一个光波导发送所述输出光信号，所述光源具有用于接收所述输入电信号的第一电导线和第二电导线；及
(f)保护性封装件，布置成封装所述光电检测器、所述光源、所述一个或多个光波导以及所述一个或多个导电迹线，
其中，
(g)所述封装件包括硅酮、环氧树脂或者聚氨酯聚合物并且包括中空二氧化硅微球和分散在其体积内的碳粒子；
(h)所述封装件包括体积占25％和50％之间的中空二氧化硅微球以及重量占0.1％和2％之间的碳粒子；
(i)所述中空二氧化硅微球具有40μm和70μm之间的中值直径；
(j)所述衬底的边缘尺寸小于10mm；并且
(k)所述光电检测器呈现出小于3dB的串扰代价。
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