CN103513351B - 光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光模块，其以数字相干光收发方式接收光，光模块包括：用于输入信号光及本地光的两根光纤；一端与两根光纤连接，使信号光和本地光发生干涉后从与一端相对的另一端输出，将所输入的信号光的一部分分支后从一端的预定部位输出的光信号处理电路；对从光信号处理电路的另一端输出的光进行光电转换后将其作为信号而输出的信号输出部；以及配置在信号光的光路上、并监视被分支的信号光的能量的监视器PD，光信号处理电路具有基板、光波导层及衬底，在光信号处理电路的与监视器PD相对的端面上，在基板、包覆层及衬底的端面全体上设有遮光部件，遮光部件具有开口部，开口部的位置设置在输出被分支的信号光的预定位置上。

Description

光模块
技术领域
本发明涉及一种能够应用于实现数字相干光收发方式的光接收装置的光模块。
背景技术
近年，为了实现通信容量的大型化，面向100Gbit/sec以上的超高速光传输系统的实现，正在开发各种各样的光通信装置。作为用于100Gbit/sec以上的超高速光传输系统的光通信装置，利用数字相干技术的光通信装置受到关注。在数字相干光收发方式中，为了利用光的干涉来收发传输数据，在接收数据时，将本地振荡（LO：本地）光混合到信号光中并进行信号解调，再对其进行数字信号处理。通过这种方法来补偿由传输引起的波长分散或偏振波模式分散等的信号劣化。基于这样的背景，数字相干接收用光前端模块的开发正在进行。
图1中示出了数字相干接收光前端模块（简称作前端模块、光模块）的外观。如图1所示，前端模块100包括：分别输入信号光和本地光的两根光输入（光纤）101、102；向前端模块100的壳体104内的模块供应电力等的端子106a、106b；以及输出两个光输入被处理而生成的输出信号的输出端子105。在前端模块100中，为了将输入信号光的能量控制在一定级别，采用用于预先监视输入光能量的监视器PD103作为必要的结构。
在以往的前端模块中，如图1所示，监视器PD103被配置在前端模块的外侧。在该前端模块中，通过在输入光纤中设置5%分流率的光纤耦合器，使输入信号光分流，之后，由壳体104的外部的监视器PD103监视光能量。
然而，对于如图1所示在壳体外部设置监视器PD的结构，电路板上需要很大的面积，而且电路板安装变得复杂。因此，期望将监视器PD内置在前端模块中。
响应于这样的期望，具有将监视器PD103内置在前端模块110的壳体内的如图2所示的结构。在前端模块110的壳体内安装有：由PLC（PlanarLightwavecircuit：平面光波导电路）构成的光信号处理电路（偏振复用光学桥接器：DPOH：dualpolarizationopticalhybrid）111；光学透镜112、113；以及包含光半导体和电子电路的光电转换处理部（OE部）114。DPOH111对分别从两根光输入光纤101、102输入的信号光和LO光进行信号处理。光学透镜112、113对从DPOH111输出的输出光进行聚光。OE部114对被聚光后的光进行光电转换并将其输出为电信号。在图2所示的前端模块110中，在与DPOH111的信号光输出端口相同的端面上设置朝向PD103的输出端口。通过在DPOH111中设置5%分流电路的结构，将所输入的信号光的一部分能量输出至监视器PD103。这样的配置在DPOH的电路布局上容易实现。
发明内容
通常，利用前端模块的监视器PD要监视的信号光能量为－20～0dBm。因此，在5%分流的情况下，需要高精度地接收－33dBm的光。另一方面，由于LO光最大被输入+16dBm，因此需要对LO光和监视器PD进行50dB左右的隔离。然而，对于如图2所示在与DPOH111的信号光输出端口相同的端面设置朝向监视器PD103的输出端口的结构，在DPOH111的光输入端产生的LO光的非耦合光以杂散光的形式直接入射到监视器PD103中，因此不能实现充分的隔离。因此，存在无法高精度地监视信号光能量的问题。
于是，构想到图3所示的结构。在图3所示的前端模块120中，使用由光学透镜112、113构成的两个系统的光学系统将来自于DPOH的八个端口的输出信号光与OE部进行光连接，并且使朝向监视器PD103的输出端口在DPOH111内延伸，并在与DPOH111与输入光纤101、102的连接端面相同的端面上配置监视器PD103。如果形成为图3所示的结构，则安装工序变得容易，这是因为不再需要在从DPOH111至透镜112、透镜113或OE部114的狭小区域上配置监视器PD103。而且，避免了来自在DPOH111的光输入端产生的LO光的杂散光直接入射到监视器PD中。因此，与图2所示的结构相比，能够提高LO光和监视器PD的隔离。
然而，对于图3的结构，由于杂散光经过各部分的反射并经由复杂的路径到达监视器PD103，因此依然难以确保50dB的隔离。
本发明所要解决的技术问题是提供一种光模块，该光模块能够用作实现数字相干光收发方式的光接收装置的前端模块，并且通过使LO光和监视器PD的隔离充分，能够高精度地监视信号光能量。
为了解决上述的技术问题，本发明的实施方式所记载的方案是一种光模块，是通信用的光接收模块，其特征在于，包括：两根光纤，分别用于输入接收到的信号光以及用于与该信号光发生干涉的本地光；光信号处理电路，其一端与所述两根光纤连接，并使从该两根光纤输入的信号光和本地光发生干涉后从与所述一端相对的另一端输出，并且将所输入的所述信号光的一部分分支后从所述一端的预定部位输出；信号输出部，对从所述光信号处理电路的所述另一端输出的光进行光电转换后将其作为信号而输出；以及监视器PD，配置在从所述光信号处理电路的所述一端的预定部位输出的信号光的光路上，并监视所述被分支的信号光的能量，所述光信号处理电路具有基板、由层叠在该基板上的芯部以及包覆层构成的光波导层、以及在所述一端层叠在包覆层的上部的衬底，在光信号处理电路的与监视器PD相对的端面上，在基板、包覆层以及衬底的端面全体上设有遮光部件，所述遮光部件具有开口部，所述开口部的位置设置在输出所述被分支的信号光的预定位置上。
附图说明
图1是示出以往的前端模块的外观的图。
图2是示出以往的前端模块的构成例的图。
图3是示出改良后的前端模块的构成例的图。
图4（a）、图4（b）是说明杂散光的问题的图，图4（a）是光信号处理电路（DPOH）部的俯视图，图4（b）是光信号处理电路（DPOH）部的剖视图。
图5是示出被用作本发明的光模块的光模块的构成例的图。
图6（a）、图6（b）是示出第一实施方式的光模块的构成例的图。
图7（a）、图7（b）是示出第二实施方式的光模块的构成例的图。
图8（a）、图8（b）是示出第三实施方式的光模块的构成例的图。
图9（a）、图9（b）是示出第四实施方式的光模块的构成例的图。
图10（a）、图10（b）是示出第五实施方式的光模块的构成例的图。
图11（a）、图11（b）是示出第六实施方式的光模块的构成例的图。
图12（a）、图12（b）是示出第七实施方式的光模块的构成例的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。图5是示出被用作本发明的光模块的数字相干接收用光前端模块的构成例的图。前端模块1包括：两根光纤11、12；光信号处理电路13；透镜14、15；光电二极管（PD）16；电气配线部17；遮光部件18；以及监视器PD19。遮光部件18具有开口部。此外，在以下的说明中，作为光信号处理电路13的具体例之一，列举了DPOH，但对于DPOH以外的光信号处理电路或者将DPOH和具有其他的光信号处理功能的光电路集成在一起的光信号处理电路，也能够应用本发明。
DPOH13被构成为：在基板131上层叠构成光电路的包覆层132、并且在光输入端和光输出端中的包覆层132上部层叠衬底133、135。光纤11、12被排列和固定在由玻璃部件构成的光纤块134上，在衬底133、光纤块134的端面上光纤11、12与DPOH13连接。通过这种结构，连接强度提高。优选地，衬底133、光纤块134由热膨胀系数与DPOH13的热膨胀系数接近的材料构成。例如，如果DPOH13由在Si基板上累积由硅基玻璃构成的芯部以及包覆层而形成的硅基PLC构成，则衬底133、135、光纤块134也可由硅基玻璃构成。
在前端模块1中，分别从两根光纤11、12输入信号光和LO光。之后，所输入的信号光和LO光通过DPOH13被进行光信号处理。例如，两个输入信号被进行光信号处理后，成为八个光输出信号而从八个输出端口输出。利用DPOH13内的光电路，使接收到的信号光与LO光发生干涉而被进行相位调制。利用DPOH13内的光电路，使被进行相位调制后的信号光分离成具有90°的相位差的正交成分并被输出。从DPOH13输出的光信号被透镜14、15聚光、并通过PD16被进行光电转换处理之后，在电气配线部17中被进行电信号处理并从前端模块1被输出。
另外，DPOH13的电路被构成为，使从光纤11输入的信号光的一部分分流（分支）并从输入端面的预定部位输出。在该DPOH13的输入端面的预定部位的周围设置有具有开口部的遮光部件18。遮光部件18的开口的位置设置在被分流的信号光的光路上，并且遮光部件18被设置在DPOH13的基板、包覆层、衬底全体上。监视器PD19被配置为：以能够接收所被分流的信号光的方式，在DPOH13的与光输入端面相同的端面上，与从具有开口部的遮光部件18的开口输出的输出光进行光学连接。通过利用监视器PD19监视信号光的一部分，能够估计信号光的接收强度并控制LO光或信号光的强度。
本发明的发明人对图3的结构中的杂散光潜心研究后得知：如图4（a）、图4（b）所示，杂散光主要沿着以下的路径行进：1）在为了提高光纤101、102和DPOH111的连接强度而设置的衬底115、以及用于将光纤101、102排列并保持在预定位置并且供光纤101、102与DPOH连接的光纤块117内部、经过多次反射而到达监视器PD的路径；以及2）在基板118的底面和包覆层119的上表面反复反射、在基板118和包覆层119的内部传输、并在与输入端相对的端面上折返而到达监视器PD103的路径。特别地，基于以往未预见到的上述1）的路径以最短距离到达监视器PD，发现存在极大成分的杂散光，由此得到本发明。
在本发明的光模块中，根据以下的实施方式所示的结构，通过不仅使沿着以往未预见到的、经过在衬底133内部的多次反射而到达监视器PD的路径行进的杂散光（第一杂散光）不会入射到监视器PD19中，而且使沿着在基板131的底面和包覆层132上表面反复反射、在基板131和包覆层132的内部传输、并在与DPOH13的输入端相对的端面上折返而到达监视器PD19的路径行进的杂散光（第二杂散光）也不会入射到监视器PD19中，能够使LO光11与监视器PD19的隔离充分，从而能够高精度地监视信号光能量。
具体而言，如图6（a）、图6（b）所示，在与监视器PD19相对的DPOH13的电路端面上，在衬底133、包覆层132、基板131全体上设置具有开口部的遮光部18（第一实施方式）。另外，通过在该结构中结合使用以下的1至4的方式，能够进一步提高LO光与监视器PD的隔离。关于这些结构，分成以下的实施方式，对具体的结构进行说明。
1）对使杂散光反射的衬底玻璃的一部分实施防反射处理的方式（第二、第三实施方式）。
2）对包覆层上表面实施防反射处理的方式（第四实施方式）。
3）对Si基板或基板底面赋予吸光性的方式（第五、第六实施方式）。
4）对PDOH电路的与光输入端相反的一侧的反射杂散光的端面实施防反射处理的方式（第七实施方式）。
第一实施方式
图6（a）、图6（b）是示出第一实施方式的光模块的DPOH13部分的图。图6（a）是DPOH13部分的俯视图，图6（b）是DPOH13部分的剖视图。本实施方式的光模块如图6（a）、图6（b）所示为以下结构：在与监视器PD19相对的DPOH13的端面、即光输入端面上，将具有开口部的遮光部件18设置在衬底133、包覆层132、以及Si基板131全体上。遮光部件18例如可采用所谓的针孔、狭缝等的形态。例如，针孔可通过如下方式来设置：在300μm厚的硅玻璃板的一面（与DPOH13接触的面的相反的面）上涂覆含碳吸光树脂并形成图案、并将该硅玻璃板使用UV粘结剂粘贴在DPOH13的电路端面上。也可以使用高反射膜来代替含碳吸光树脂。另外，也可以在DPOH13的电路端面本身上直接形成高反射膜或吸光剂。
根据本实施方式，由于能够阻断从预先定位的开口部分以外过来的杂散光，因此实现了LO光与监视器PD的充分的隔离，并且获得能够高精度地监视信号光能量的光模块。特别地，如上所述，由于强度高的杂散光成分经过衬底玻璃、Si基板的路径而到达监视器PD，因此，通过不仅对光波导层而且在衬底、Si基板全体上设置遮光部件，能够有效地阻断杂散光。
第二实施方式
图7（a）、图7（b）是示出第二实施方式的光模块的DPOH13部分的图。图7（a）是DPOH13部分的俯视图。图7（b）是DPOH13部分的剖视图。本实施方式的光模块为以下方式：除了具有第一实施方式的结构以外，如图7（a）、图7（b）所示，设置了对反射杂散光的衬底133的一部分实施了防反射处理的防反射处理部20。防反射处理是指以使杂散光不向反射方向返回的方式进行处理，例如，包含粘贴施加了AR涂层的硅玻璃板的方式、涂覆吸光的黑色涂料的方式。该实施方式的光模块被构成为：将作为防反射处理部的带AR涂层的硅玻璃板使用UV粘结剂粘贴在作为强度最高的杂散光的第一反射点的部分、即衬底133的与DPOH13的光入射端相对的端面上。防反射处理部20也可以是涂覆吸光剂而不涂覆AR涂层的玻璃板，并且也可以在衬底上直接形成AR膜或吸光剂。
根据本实施方式，通过降低由杂散光的多重反射引起的向监视器PD入射的入射强度，能够进一步提高LO光与监视器PD的隔离，获得能够更高精度地监视信号光能量的光模块。
第三实施方式
图8（a）、图8（b）是示出第三实施方式的光模块的DPOH13部分的图。图8（a）是DPOH13部分的俯视图。图8（b）是DPOH13部分的剖视图。本实施方式的光模块为以下方式：除了具有第二实施方式的结构以外，如图8（a）、图8（b）所示，在衬底133的与杂散光的第一反射面（与光入射端相对的衬底133的端面）不同的第二反射面（上表面）上也设置了施加AR涂层的防反射处理部21。
根据本实施方式，通过降低由杂散光的多重反射引起的向监视器PD入射的入射强度，能够进一步提高LO光与监视器PD的隔离，获得能够更高精度地监视信号光能量的光模块。
第四实施方式
图9（a）、图9（b）是示出第四实施方式的光模块的DPOH13部分的图。图9（a）是DPOH13部分的俯视图。图9（b）是DPOH13部分的剖视图。本实施方式的光模块为以下方式：除了具有第一实施方式的结构以外，如图9（a）、图9（b）所示，在包覆层132的上表面设置了施加防反射处理的防反射处理部23。
根据本实施方式，通过消除由Si基板的底面与包覆层上表面之间的多重反射引起的杂散光路径，能够进一步提高LO光与监视器PD的隔离，获得能够更高精度地监视信号光能量的光模块。
第五实施方式
图10（a）、图10（b）是示出第五实施方式的光模块的DPOH13部分的图。图10（a）是DPOH13部分的俯视图。图10（b）是DPOH13部分的剖视图。本实施方式的光模块为以下方式：除了具有第一实施方式的结构以外，如图10（a）、图10（b）所示，基板使用了赋予了吸光性的基板131a。在该例中，作为赋予了吸光性的基板，使用了低电阻Si基板。
根据本实施方式，在低电阻Si基板内，由于基板的吸光性，使得杂散光的衰减率提高，而不能进行长距离传输，因此能够有效地消除杂散光。由此，能够进一步提高LO光与监视器PD的隔离，获得能够更高精度地监视信号光能量的光模块。
第六实施方式
图11（a）、图11（b）是示出第六实施方式的光模块的DPOH13部分的图。图11（a）是DPOH13部分的俯视图。图11（b）是DPOH13部分的剖视图。本实施方式的光模块为以下方式：除了具有第一实施方式的结构以外，如图11（a）、图11（b）所示，在基板131底面设置了赋予了吸光性的吸光性赋予部24。例如，在将PLC接合并固定在金属底座上时，使用含碳的黑色粘结剂，构成吸光性赋予部24。
根据本实施方式，通过降低基板底面的反射率，能够进一步提高LO光与监视器PD的隔离，获得能够更高精度地监视信号光能量的光模块。
第七实施方式
图12（a）、图12（b）是示出第七实施方式的光模块的DPOH13部分的图。图12（a）是DPOH13部分的俯视图。图12（b）是DPOH13部分的剖视图。本实施方式的光模块为以下方式：除了具有第一实施方式的结构以外，如图12（a）、图12（b）所示，在DPOH13的与光输入端相反的一侧的反射杂散光的端面设置了施加防反射处理的防反射处理部25。例如，通过在与监视器PD19相对的面的相反的面、即DPOH13的输出端面上也使用UV粘结剂粘贴施加了AR涂层的300μm厚的硅玻璃板，能够设置防反射处理部25。另外，优选地，防反射处理部25设置在位于DPOH13的八个输出端口之间的部位上，这是因为输出端口之间是杂散光最容易集中的部分。
根据本实施方式，通过使在DPOH的输出端面上反射的杂散光衰减，能够进一步提高LO光与监视器PD的隔离，获得能够更高精度地监视信号光能量的光模块。
以上所说明的第二实施方式至第七实施方式也可以分别进行组合，通过组合，能够获得能够更高精度地监视信号光能量的光模块。

Claims (6)

1.一种光模块，是通信用的光接收模块，其特征在于，包括：
两根光纤，分别用于输入接收到的信号光以及用于与该信号光发生干涉的本地光；
光信号处理电路，其一端与所述两根光纤连接，并使从该两根光纤输入的信号光和本地光发生干涉后从与所述一端相对的另一端输出，并且将所输入的所述信号光的一部分分支后从所述一端的预定部位输出；
信号输出部，对从所述光信号处理电路的所述另一端输出的光进行光电转换后将其作为信号而输出；以及
监视器PD，配置在从所述光信号处理电路的所述一端的预定部位输出的信号光的光路上，并监视所述被分支的信号光的能量，
所述光信号处理电路具有基板、由层叠在该基板上的芯部以及包覆层构成的光波导层、以及在所述一端上层叠在包覆层的上部的衬底，
在光信号处理电路的与监视器PD相对的端面上，在基板、包覆层以及衬底的端面全体上设有遮光部件，所述遮光部件具有开口部，所述开口部的位置设置在输出所述被分支的信号光的预定位置上，
所述基板为低电阻Si基板。
2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，
在衬底的与所述光信号处理电路的光输入端相对的端面上设有防反射处理部。
3.如权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，
在所述衬底的上表面上设有防反射处理部。
4.如权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，
在所述包覆层的上表面上设有防反射处理部。
5.如权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，
在所述基板的底面上设有吸光性赋予部。
6.如权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，
在所述光信号处理电路的输出端上设有防反射处理部。
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