CN104065417A - 一体式光收发组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一体式光收发组件，所述一体式光收发组件包括光芯片、光发射器件、光耦合器件、光接收器件和光波导层，其中，所述光芯片的表面设置有隔离槽，所述隔离槽从所述光芯片的一侧延伸到另一侧，并且将所述光芯片分隔成在空间上相互独立的接收器区域和发射器区域，其中所述光发射器件和所述光耦合器件在所述发射器区域表面外延生长而成，所述光接收器件设置在所述光接收区域表面外延生长而成，且所述光发射器件、所述光接收器件和所述光耦合器件位于所述光芯片表面的同一层；所述光耦合器件通过所述光波导层分别与所述光发射器件和所述光接收器件相互连接。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术，特别地，涉及一种适用于无源光网络系统的一体式光收发组件。
背景技术
随着用户对带宽需求的不断增长，传统的铜线宽带接入系统越来越面临着带宽瓶颈；与此同时，带宽容量巨大的光纤通信技术日益成熟，应用成本逐年下降，因此，光纤接入网逐渐成为下一代宽带接入网的有力竞争者，其中，无源光网络(Passive Optical Network,PON)系统由于其点到多点的网络架构以及系统通过无源器件连接等优势，成为光纤接入领域运营商最青睐的解决方案。
一般而言，无源光网络系统包括一个位于中心局的光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)、多个位于用户侧的光网络单元(OpticalNetwork Unit,ONU)以及位于所述光线路终端和光网络单元之间用于进行光信号分支/耦合或者复用/解复用的光分配网络(OpticalDistribution Network,ODN)。其中，光线路终端和光网络单元一般统称为光接入设备，其主要是通过光收发组件进行上下行数据的收发。
通常，光收发组件主要包括发射器件、接收器件和光耦合器件，其中发射器件用于发射光信号并通过光耦合器件输出，而光耦合器件还外部光信号耦合到接收器件进行接收。
为提高光收发组件的集成度并且降低器件的整体尺寸，一种相关技术是将发射器件和接收器件制作在同一个半导体光芯片上而形成一体式光收发组件，不过，目前采用上述结构的一体化光收发组件，发射器件发射的光信号可能会在光芯片内部发生反射或者散射而产生反射光或散射光，而上述发射光和反射光有可能进入设置在发射器件附近的接收器件，从而对接收器件造成串扰，影响接收器件对于正常光信号的接收。
发明内容
本发明的其中一个目的是为了解决上述问题而提供一体式光收发组件。
一种一体式光收发组件，包括光芯片、光发射器件、光耦合器件、光接收器件和光波导层，其中，所述光芯片的表面设置有隔离槽，所述隔离槽从所述光芯片的一侧延伸到另一侧，并且将所述光芯片分隔成在空间上相互独立的接收器区域和发射器区域，其中所述光发射器件和所述光耦合器件在所述发射器区域表面外延生长而成，所述光接收器件设置在所述光接收区域表面外延生长而成，且所述光发射器件、所述光接收器件和所述光耦合器件位于所述光芯片表面的同一层；所述光耦合器件通过所述光波导层分别与所述光发射器件和所述光接收器件相互连接。
本发明提供的一体式光收发组件在光芯片设置隔离槽从而实现发射器区域和接收器区域的相互独立，并且通过相应的光路设计可以实现发射光和接收光的耦合，由于光发射器和光接收器在空间上相互独立，因此可以降低光发射器件的发射光由于散射或反射而形成的散射光和反射光对光接收器件造成串扰，保证光接收器件的接收性能；并且，当所述一体式光收发组件应用在无源光网络系统时，可以有效提高光网络单元的光收发性能，降低由于串扰而造成的误码，提升用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明提供的一体式光收发组件可以适用的无源光网络系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一体式光收发组件一种实施例的平面结构示意图；
图3是本发明提供的一体式光收发组件的侧面结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供的一体式光收发组件可以适用于无源光网络(PON)系统等点到多点光纤接入网络。请参阅图1，其为本发明提供的一体式光收发组件可以适用的PON系统的结构示意图。所述PON系统100包括至少一个光线路终端(OLT)设备110、多个光网络单元(ONU)设备120和位于所述OLT设备110和所述ONU设备120之间的光分配网络130。其中，从所述OLT设备110到所述ONU设备120的方向定义为下行方向；而从所述ONU设备120到所述OLT设备110的方向定义为上行方向。
所述PON系统100可以是不需要任何有源器件来实现所述OLT设备110和所述ONU设备120之间的数据分发的通信网络。在具体实施例中，所述PON系统110可以为ITU-T G.983系列标准定义的一步传输模式无源光网络(ATM PON,APON)系统或者宽带无源光网络(Broadband PON,BPON)系统、ITU-T G.984系列标准定义的吉比特无源光网络(Gagabit PON,GPON)、IEEE802.3ah标准定义的以太网无源光网络系统(Ethernet PON,EPON)或者下一代无源光网络(比如XGPON或者10G EPON等)。上述标准定义的各种PON系统的全部内容通过引用结合在本申请文件中。
所述OLT设备110通常位于中心局(Central Office,CO)位置，其可以统一管理所述多个ONU设备120。所述OLT设备110可以充当所述ONU设备120与上层网络之间的媒介，将从所述上层网络接收到的数据作为下行数据并通过所述光分配网络130转发给所述ONU设备120，以及将从所述ONU设备120接收到的上行数据转发到所述上层网络。
所述ONU设备120可以分布式地设置在用户驻地位置。所述ONU设备120为实现所述OLT设备110和用户设备进行通信的网络设备，具体地，其可以充当所述OLT设备110与用户设备之间的媒介，比如将从用户设备接收到数据作为上行数据并通过所述光分配网络130转发到所述OLT设备110，以及将从所述OLT设备110接收到的下行数据转发给用户设备。应当理解，所述ONU设备120与光网络终端(Optical Network Terminal,ONT)设备结构相近，因此，在本申请文件提供的方案中，所述ONU设备120与ONT设备之间可以互换，为便于描述，以下统称为ONU设备120。
所述ONU设备120可以通过设置在其内部或者与其相连接的光收发组件121进行上行光信号的发射和下行光信号的接收，所述光收发组件121可以采用本发明提供的一体式光收发组件来实现，其具体结构将在下面结合图2进行描述。
所述光分配网络130为数据分发系统，其可以包括光纤、光耦合器、光分路器和/或其他光器件。所述光纤、所述光耦合器、所述光分路器和/或所述其他光器件可以均为无源器件，即无需电源支持便可以实现所述OLT设备110和所述ONU设备120之间的数据分发的器件。在图1所示的PON系统100中，所述光分配网络130具体配置成采用两级分光结构；可替代地，所述光分配网络130也可以采用单级分光或者多级分光等其他任何点到多点的网络结构。
具体地，在图1所示的实施例中，所述光分配网络130采用两级分光结构来实现所述OLT设备110和所述ONU设备120之间的数据分发。所述光分配网络130包括第一级分光器131和多个第二级分光器132。其中，所述第一级分光器131的公共端通过主干光纤(TrunkFiber)连接到所述OLT设备110，且其分支端分别通过分布光纤(Distributed Fiber)对应地连接到所述第二级分光器132的公共端，每一个第二级分光器132的分支端进一步通过分支光纤(Branch Fiber)连接到对应的ONU设备120。
在下行方向，所述OLT设备110发送的下行光信号先经过所述第一级分光器131进行第一级分光之后，再通过所述第二级分光器132进行第二级分光，从而产生多路下行光信号并分别输出给所述ONU设备120，并且被所述ONU设备120的光收发组件121接收；在上行方向，所述ONU设备120的的光收发组件121发送的上行光信号依次通过所述第二级分光器132和所述第一级分光器131进行合路之后，形成一路上行光信号并输出到所述OLT设备110。在具体实施例中，可选地，所述第一级分光器131可以部署在距离中心局较近的光纤配线架(Optical Distribution Frame,ODF)，而所述第二级分光器132可以部署在远端节点(Remote Node,RN)。
请参阅图2和图3，其为本发明提供的一体式光收发组件一种实施例的结构示意图。所述一体式光收发组件200可以适用于图1所述的PON系统100的ONU设备120，并且作为所述ONU设备120的光收发组件121。所述一体式光收发组件200可以包括光芯片210、光耦合器件220、光发射器件230、光接收器件240、光波导层250和滤波器件270。
其中，所述光芯片210可以为半导体材料制作而成的芯片衬底，比如磷化铟(InP)衬底。所述光芯片210可以具有多边形平面结构，比如，在本实施例中，所述光芯片210可以为将矩形平面的半导体衬底的其中一侧的两个角落移除而得到两个斜面，图2所示的第一斜面211和第二斜面212。其中，所述第一斜面211位于所述光芯片210的第一侧面211和第二侧面212之间，而所述第二斜面212位于所述光芯片210的第一侧面211和第三侧面213之间，并且所述第二侧面212和所述第三侧面213之间还通过第四侧面214相连接。
具体地，所述光芯片210的第一侧面211、第一斜面215、第二侧面212、第四侧面214、第三侧面213、第二斜面212依次相连，并且均垂直于所述光芯片210的底面218。其中，所述第一侧面211与所述第四侧面214平行相对，而所述第二侧面212和所述第三侧面213平行相对，并且，所述第一侧面211和所述第四侧面214还与所述第二侧面212和所述第三侧面213相互垂直。另外，所述第一斜面215与所述第二侧面212和所述第一侧面211之间的夹角可以均为135°，而所述第二斜面216与所述第三侧面213和所述第一侧面211之间的夹角也可以为135°，也即是说，所述第一斜面215和所述第二斜面216彼此之间相互垂直。
并且，所述光芯片210的表面还形成有隔离槽280，所述隔离槽280可以从所述第一侧面211延伸到所述第四侧面214，且其延伸方向可以与所述光芯片210的第二侧面212和第三侧面213相平行。所述隔离槽280可以将所述光芯片210的表面分割成两个相互独立的区域，即发射器区域和接收器区域，二者分别用于设置所述光发射器件230和所述光接收器件240；由于所述光发射器件230和所述光接收器件240设置在相互独立的区域，因此可以有效降低二者之间的相互串扰。
具体地，在本实施例中，所述光发射器件230设置在所述光芯片210的发射器区域邻近所述第二侧面212的位置，而所述光耦合器件220设置在所述光芯片210的光发射区域邻近所述第四侧面214的位置；所述光接收器件240设置在所述光芯片210的光接收区域邻近所述第四侧面214的位置。
所述光发射器件230可以包括相互间隔设置的激光器231和背光探测器232，其中所述激光器231可以为分布反馈式(Distributed Feedback,DFB)激光器，所述背光探测器232可以为监控光探测器(MonitorPhoto-detector,mPD)，其设置在所述激光器231的背面，用于检测所述激光器231的背光。所述光接收器件240可以为光电探测器(Photodetector,PD)，而所述光耦合器件220可以为波分复用器(Wavelength Division Multiplexer,WDM)，其可以与外部光纤进行对接，从而实现将所述光发射器件230的发射光耦合到所述外部光纤，并且来自所述外部光纤的光信号作为接收光耦合到所述光接收器件240。
在本实施例中，由于所述光芯片210的发射器区域和接收器区域相互独立，因此所述光发射器件230、所述光接收器件240和所述光耦合器件220可以制作在所述光芯片210表面的同一层。具体地，所述激光器231、所述背光探测器232和所述光耦合器件250可以通过在所述光芯片210的发射器区域外延生长而成，而所述光接收器件240可以通过在所述光芯片210的光接收区域外延生长而成。
所述光波导层250为形成在所述光芯片210的表面的无源光波导层，其可以采用折射率较高且吸收峰较短的磷砷化铟镓(InGaAsP)制作而成。在本实施例中，所述光波导层250可以包括第一光波导251、第二光波导252和第三光波导253。其中，所述第一光波导251和所述第二光波导252均形成在所述光芯片210的发射器区域，并且二者的延伸方向可以均与所述光芯片210的第二侧面212相平行；而所述第三光波导253可以设置在所述光芯片210的接收器区域，且其延伸方向可以与所述光芯片210的第三侧面213相平行。
所述第一光波导251连接在所述激光器231和所述光耦合器件220之间，用于将所述激光器231的发射光输出给所述光耦合器件220。所述第二光波导252的一端连接到所述光耦合器件220，另一端从所述光芯片210的发射器区域表面延伸到所述光芯片210的第一斜面215。所述第三光波导253的一端连接到所述光接收器件240，另一端从所述光芯片210的接收器区域表面延伸到所述光芯片210的第二斜面216。并且，所述第三光波导253与所述第二斜面216相接的末端与所述第二光波导252与所述第一斜面215相接的末端彼此相对，且二者之间还可以设置有所述滤波器件270。具体地，所述滤波器件270可以设置在所述光芯片210表面的隔离槽280邻近所述第一侧面211的位置，其可以进一步滤除进入所述接收器区域的串扰光。
所述光芯片210的第一斜面215和第二斜面216可以作为反射面，比如，所述第一斜面215和所述第二斜面216的表面可以设置有高反射膜，并且所述光芯片210在所述第一斜面215和所述第二斜面216之间的区域可以设置有光波导材料。具体地，所述光耦合器220从外部接收到的光信号可以通过所述第二光波导252传输到所述第一斜面215，并被所述第一斜面215反射到所述第二斜面216并且进入所述第三光波导253，所述第三光波导253进一步将所述光信号传输到所述光接收器件240，从而实现光接收功能。
本发明提供的一体式光收发组件在光芯片设置隔离槽从而实现发射器区域和接收器区域的相互独立，并且通过相应的光路设计可以实现发射光和接收光的耦合，由于光发射器和光接收器在空间上相互独立，因此可以降低光发射器件的发射光由于散射或反射而形成的散射光和反射光对光接收器件造成串扰，保证光接收器件的接收性能；并且，当所述一体式光收发组件应用在无源光网络系统时，可以有效提高光网络单元的光收发性能，降低由于串扰而造成的误码，提升用户体验。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种一体式光收发组件，其特征在于，包括光芯片、光发射器件、光耦合器件、光接收器件和光波导层，其中，所述光芯片的表面设置有隔离槽，所述隔离槽从所述光芯片的一侧延伸到另一侧，并且将所述光芯片分隔成在空间上相互独立的接收器区域和发射器区域，其中所述光发射器件和所述光耦合器件在所述发射器区域表面外延生长而成，所述光接收器件设置在所述光接收区域表面外延生长而成，且所述光发射器件、所述光接收器件和所述光耦合器件位于所述光芯片表面的同一层；所述光耦合器件通过所述光波导层分别与所述光发射器件和所述光接收器件相互连接。
2.如权利要求1所述的一体式光收发组件，其特征在于，还包括滤波器件，其中所述滤波器件设置在所述隔离槽。
3.如权利要求2所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述光波导层包括第一光波导，且所述第一光波导连接在所述光发射器件和所述光耦合器件之间。
4.如权利要求2所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述光接收器件和所述光耦合器件邻近所述光芯片的同一侧面设置，且所述隔离槽位于所述光接收器件和所述光耦合器件之间。
5.如权利要求4所述的一体式光收发组件，其特征在于，且所述光芯片包括第一斜面和第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面分别位于所述隔离槽的两侧，并且二者均远离所述光接收器件和所述光耦合器件所邻近的侧面。
6.如权利要求5所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述光波导层还包括第二光波导和第三光波导，所述第二光波导和所述第三光波导均与所述隔离槽平行，其中所述第二光波导一端连接到所述光耦合器件，另一端延伸到所述第一斜面；所述第三光波导一端连接到所述光接收器件，另一端延伸到所述第二斜面。
7.如权利要求6所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述第三光波导与所述第二斜面相接的末端与所述第二光波导与所述第一斜面相接的末端彼此相对，且所述滤波器件设置在所述第三光波导与所述第二斜面相接的末端和所述第二光波导与所述第一斜面相接的末端之间。
8.如权利要求7所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述第一斜面和所述第二斜面均为反射面。
9.如权利要求8所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述第一斜面和所述第二斜面之间相互垂直。
10.如权利要求9所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述第一斜面和所述第二斜面均与其同所述光芯片相连接的侧面具有135°的夹角。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140924 |