CN104092500A - 一体式光收发组件 - Google Patents

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包括光衬底、光发射器件、光耦合器件和光接收器件；其中，所述光耦合器件设置在所述光衬底的第一主表面，所述光发射器件和所述光接收器件分别设置在所述光衬底的相对的第一侧面和第二侧面；所述光衬底与所述第一主表面平行相对的第二主表面形成有隔离槽，所述隔离槽包括相互垂直的第一斜面和第二斜面；所述光发射器件通过第一光波导连接到所述隔离槽的第一斜面，并进一步通过第二光波导连接到所述光耦合器，所述光接收器件通过第三光波导连接到所述隔离槽的第二斜面，并进一步通过第四光波导连接到所述光耦合器。

Description

一体式光收发组件

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衬底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衬底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。

本发明提出的一体式光收发组件，包括光衬底、光发射器件、光耦合器件和光接收器件；其中，所述光耦合器件设置在所述光衬底的第一主表面，所述光发射器件和所述光接收器件分别设置在所述光衬底的相对的第一侧面和第二侧面；所述光衬底与所述第一主表面平行相对的第二主表面形成有隔离槽，所述隔离槽的延伸方向与所述第一侧面和所述第二侧面平行，其用于在所述光衬底定义出在空间上相互独立的发射器区域和接收器区域，且其包括相互垂直的第一斜面和第二斜面；所述光发射器件通过设置在所述发射器区域的第一光波导连接到所述隔离槽的第一斜面，并进一步通过第二光波导连接到所述光耦合器，所述光接收器件通过设置在所述接收器区域的第三光波导连接到所述隔离槽的第二斜面，并进一步通过第四光波导连接到所述光耦合器。

本发明提供的一体式光收发器件通过所述隔离槽以及所述光发射器件、所述光接收器件和所述光耦合器件的特殊位置设计，可以所述一体式光收发器件的光发射功能和光接收功能分别位于相互独立的发射器区域和接收器区域，从而可以有效降低所述光发射器件的发射光进入所述接收器区域并被所述光接收器件误接收而造成的接收串扰，有效提高所述一体式光收发器件的接收性能。

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立体结构示意图；

图3是图2所示的一体式光收发组件的侧面结构示意图；

图4是本发明提供的一体式光收发组件另一种实施例的立体结构示意图。

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可以包括光衬底210、光耦合器件220、光发射器件230、光接收器件240和光波导251～254。

其中，所述光衬底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。所述光衬底210具有长方体结构，其包括顶面201、底面202以及垂直于所述顶面201和所述底面202的第一侧面203、第二侧面204、第三侧面205和第四侧面206。所述顶面201和所述底面202分别为所述衬底210的两个相对的主表面，所述第一侧面203、所述第二侧面204、所述第三侧面205和所述第四侧面206依序相连，且相邻两个侧面之间相互垂直；其中，所述第一侧面203和所述第三侧面205平行相对，而所述第二侧面204和第四侧面206位于所述第一侧面203和所述第三侧面205之间且二者同样平面相对。

所述光衬底210的顶面201的中间区域被部分移除从而形成一个隔离槽280，在本实施例中，所述隔离槽280为V形槽，其从所述光衬底210的第二侧面204延伸到所述第四侧面206，并且其延伸方向分别于所述第一侧面203和所述第三侧面205平行。在本实施例中，所述隔离槽280包括两个相交的斜面211和212，为便于描述，以下分别将所述斜面211和212命名为第一斜面211和第二斜面212。其中，所述第一斜面211和所述第二斜面212之间的夹角可以为90°，即二者相互垂直，在本实施例中，所述第一斜面211和所述第二斜面212与所述顶面201之间的夹角可以均为135°。并且，所述第一斜面211和所述第二斜面212可以分别作为反射面，比如，所述第一斜面211和所述第二斜面212的可以分别设置有高反射膜，从而实现高反射率。

所述隔离槽280可以将所述光衬底210在空间上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设置在相互独立的发射器区域和接收器区域，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设置在所述衬底210的第一侧面203，且其顶部可以与所述衬底210的顶面201齐平；而所述光接收器件240设置在所述衬底210的第三侧面205，且其顶部可以与所述衬底210的顶面201齐平。在本实施例中，如图3所示，所述光发射器件230和所述光接收器件240可以位于同一高度，即二者与所述底面202之间的距离基本相同。所述光耦合器件220设置在所述光衬底210的底面202，并且其恰好位于所述隔离槽280所在的区域，也即是说，所述光耦合器件220在所述衬底210的顶面201的投影可以覆盖所述隔离槽280的部分区域。

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可以在所述光衬底210的相应区域外延生长而成，其中，所述光发射器件230可以包括激光器231，所述激光器231可以为分布反馈式(Distributed Feedback,DFB)激光器。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。

所述光波导251～254可以是形成在所述光衬底210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251～254可以包括第一光波导251、第二光波导252、第三光波导253和第四光波导254。其中，所述第一光波导251和第三光波导253分别与所述衬底210的底面202平行，且二者均位于所述衬底210的顶部；而所述第二光波导252和所述第四光波导254分别于所述衬底210的底面202垂直，且二者均位于所述衬底210的中间区域。

具体地，所述第一光波导251从所述衬底210的第一侧面203延伸到所述隔离槽280的第一斜面211，所述第二光波导252从所述隔离槽280的第一斜面211延伸到所述衬底210的底面，并且所述第一光波导251和所述第二光波导252在所述第一斜面211垂直连接。所述第三光波导253从所述衬底210的第三侧面205延伸到所述隔离槽280的第二斜面212，所述第四光波导254从所述隔离槽280的第二斜面212延伸到所述衬底210的底面，并且所述第三光波导253和所述第四光波导254在所述第二斜面212垂直连接。

所述光发射器件230的发射面可以与所述第一光波导251在所述第一侧面203的末端相互对准，所述光接收器件240的接收面可以与所述第三光波导253在所述第三侧面205的末端相互对准，而所述光耦合器件220可以与所述第二光波导252和第四光波导254在所述底面202的末端相互对准。

通过上述结构，所述光发射器件230提供的发射光可以从所述第一侧面203进入所述光衬底210，并且经过所述第一光波导251传输到所述隔离槽280的第一斜面211，并在所述第一斜面211发生反射，所述经过反射的发射光进一步进入所述第二光波导252并且沿所述第二光波导252传输到所述底面202，并通过所述底面202进入所述光耦合器件220；所述光耦合器件220可以进一步将所述发射光耦合到外部光纤并且传输到外部光纤网络，比如传输到图1所述的光分配网络130。

而在接收方面，所述光耦合器件220可以将其从外部光纤接收到的接收光耦合到所述第四光波导254，并通过所述第四光波导254传输到所述隔离槽280的第二斜面212；所述接收光可以在所述第二斜面212发生反射并进入所述第三光波导253，并且沿所述第三光波导253传输到所述第三侧面205，且进一步穿过所述第三侧面205并被所述光接收器件240接收。

综上可见，本发明提供的一体式光收发器件200通过所述隔离槽280及其反射功能，以及所述光发射器件230、所述光接收器件240和所述光耦合器件220的特殊位置设计，可以所述一体式光收发器件200的光发射功能和光接收功能分别位于相互独立的发射器区域和接收器区域，从而可以有效降低所述光发射器件230的发射光进入所述接收器区域并被所述光接收器件240误接收而造成的接收串扰，有效提高所述一体式光收发器件200的接收性能。

并且，在本发明提供的一体式光收发组件200中，为了进一步降低所述接收串扰，还可以在所述隔离槽280设置滤波器件270，所述滤波器件270可以为垂直于所述光衬底210的顶面201的滤波片，其具体立设在所述隔离槽280的底面，并且其高度可以至少延伸到所述第一光波导251和第三光波导253的高度，优选地，所述滤波器件270的高度可以设计成恰好与所述光衬底210的顶面齐平，从而便于封装。

可替代地，在另一种实施例中，为了便于设置所述滤波器件270，所述隔离槽280可以设计成具有倒梯形的横截面，也即是说，所述隔离槽280可以具有底面，由此，所述滤波器件270便可以直接立设在所述隔离槽280的底面。

另外，在其他替代实施例中，所述隔离槽280的位置也可以设计成邻近所述第一侧面203或者邻近所述第三侧面205设计，即将所述光衬底210设计成非对称结构，其一方面可以减小所述第一光波导251或者所述第三光波导253的长度而实现串扰降低，另一方面还可以使得所述光耦合器件220可以设置在邻近所述第一侧面203或者邻近所述第三侧面205的区域，便于实现所述一体式光收发组件200的封装。

请参阅图4，其为本发明提供的一体式光收发组件另一种实施例的结构示意图，所述一体式光收发组件400与图3所示的光收发器件结构相似，主要区别在于，在所述一体式光收发组件400中，第一光波导451和第三光波导453并非位于同一高度，相对应地，光发射器件430和光接收器件440也并非位于同一高度，由此可以进一步降低所述光发射器件430的发射光可能对所述光接收器件440造成的串扰。

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，包括光衬底、光发射器件、光耦合器件和光接收器件；其中，所述光耦合器件设置在所述光衬底的第一主表面，所述光发射器件和所述光接收器件分别设置在所述光衬底的相对的第一侧面和第二侧面；所述光衬底与所述第一主表面平行相对的第二主表面形成有隔离槽，所述隔离槽的延伸方向与所述第一侧面和所述第二侧面平行，其用于在所述光衬底定义出在空间上相互独立的发射器区域和接收器区域，且其包括相互垂直的第一斜面和第二斜面；所述光发射器件通过设置在所述发射器区域的第一光波导连接到所述隔离槽的第一斜面，并进一步通过第二光波导连接到所述光耦合器，所述光接收器件通过设置在所述接收器区域的第三光波导连接到所述隔离槽的第二斜面，并进一步通过第四光波导连接到所述光耦合器。

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，其中所述滤波器件立设在所述隔离槽，并且与所述第二主表面相垂直。

3.如权利要求2所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述隔离槽为V形槽，且其第一斜面和第二斜面均与所述光衬底的第二主表面之间具有135°的夹角。

4.如权利要求2所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述隔离槽具有倒梯形的横截面，且其还包括与所述第二主表面相垂直的底面，所述滤波器件设置在所述隔离槽的底面。

5.如权利要求1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光反射面，且二者均镀设有高反射膜。

6.如权利要求1所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述第一光波导从所述第一侧面延伸到所述隔离槽的第一斜面，所述第二光波导从所述第一主表面延伸到所述隔离槽的第一斜面，并与所述第一光波导垂直相交。

7.如权利要求6所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述第三光波导从所述第二侧面延伸到所述隔离槽的第二斜面，所述第四光波导从所述第一主表面延伸到所述隔离槽的第二斜面，并与所述第二光波导垂直相交。

8.如权利要求1所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述光耦合器件在所述第二主表面的投影至少覆盖所述隔离槽的部分区域。

9.如权利要求1至8中任一项所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述第一光波导和所述第二光波导相对于所述第二主表面具有相同的高度。

10.如权利要求1至8中任一项所述的一体式光收发组件，其特征在于，所述第一光波导和所述第二光波导与所述第二主表面的距离不同。