CN104865654A - 基片、激光阵列和光探测器阵列及模块、发射接收模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤发射接收技术领域，具体为一种基片、激光阵列和光探测器阵列及模块、发射接收模块，其能够实现百万兆比特的光纤通讯，光学透明基片和基于光学透明基片的大单元激光器阵列、激光器阵列模块后，可以实现运用多个小阵列激光器集成来合成一个大单元数激光器阵列，从而解决激光器阵列成品率的问题，再通过波分复用的方法减少所需光纤的数目从而使使用标准光纤接插件变为可能，再将其与VLSI驱动芯片集成得到百万兆比特的光纤发射模块，同样的使用光学透明基片的大单元光探测器阵列、光探测器阵列模块以及与VLSI接收芯片集成百万兆比特的光纤发射模块。

Description

基片、激光阵列和光探测器阵列及模块、发射接收模块

技术领域

本发明涉及光纤发射接收技术领域，具体为一种基片、激光阵列和光探测器阵列及模块、发射接收模块。

背景技术

高速大宽带数据通讯对现代电子系统性能起着越来越重要的作用。随着互联网技术、云计算的飞速发展，网络、计算机系统向着更大规模、更高的性能发展，更多的计算、存储、交换和数据库系统等需要通过高速大宽带数据通讯紧密互连成一个有机的高性能信息搜索、处理和交换系统。大宽带的光纤发射接收器是实现现代通讯、互联/物联网络和数据中心等海量数据传输通讯的关键技术。各种规格的万兆比特光纤发射器已经被广泛应用于高性能计算系统、无线网络和数据中心等各种系统中。十万兆比特和四十万兆比特光纤发射接收器已经有了多种技术实现方案，并逐渐被标准化，随着技术不断进步，更大型数据的传输需要百万兆比特的光纤发射接收器，这是未来数据互联传输的关键技术。

现有技术中使用集成透镜的直接调制分布式反馈（DFB）激光器来实现25Gbps的光发射器。传统的DFB都是边缘发射激光器，由于其激光波导出射模尺寸和单模光纤基模尺寸存在较大的差别，一般需要外置透镜来实现和光纤的低损耗耦合，这种用多个分立器件的集成来制作光纤发射器的方式比较复杂，制作成本也比较高，特别是大宽带的模块需要集成多个光发射通道，集成封装的难度就很高，集成透镜的直接调制分布式反馈（DFB）激光器（LISEL）很好地解决了这个问题，可以大大简化集成的工艺，如图1所示，在DFB表面通过湿或干刻蚀的方法可以实现激光波导反射面，45度波导反射面可以将DFB激光的出射光导向垂直基底出射，再通过刻蚀的方法将汇聚透镜直接集成在DFB基底的背面，选择合适的基底厚度和与之相匹配的透镜焦距就可以实现与光纤的低损耗直接耦合，采用1×4 25G LISEL阵列和相匹配的光纤阵列，可以以很低成本实现10万兆比特的光纤发射模块。而要实现更大带宽如百万兆比特的光纤发射器，如果采用同样的25G的调制速率，万兆比特的光纤发射就需要有至少40个通道，不仅成本很高，而且以当前的技术，40个单元的激光器阵列的成品率会非常低，而且标准的多通道单模光纤接插件最多只支持2×12，即24个通道，无法实现百兆比特的光纤发射接收器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基片、激光阵列和光探测器阵列及模块、发射接收模块，其能够实现百万兆比特的光纤通讯。

其技术方案是这样的：一种光学透明基片，其特征在于，所述光学透明基片上下表面上分别设置有N个波分复用滤波器，N为大于1的整数，所述光学透明基片上下表面上的所述波分复用滤波器错开布置。

一种大单元激光器阵列，其特征在于，其包括上述所述的光学透明基片，所述光学透明基片下表面上设置有（N+1）个集成透镜的DFB激光器阵列，除去一端的一个所述集成透镜的DFB激光器阵列、剩余的N个所述集成透镜的DFB激光器阵列与N个所述波分复用滤波器分别一一对应，每个所述集成透镜的DFB激光器阵列的波长不同。

其进一步特征在于，所述集成透镜的DFB激光器阵列的出射光在所述光学透明基片中与基片底面垂线的角度θ₁、相邻的集成透镜的DFB激光器阵列间距p₁、光学透明基片厚度D₁满足一下关系：p₁=2D₁*tanθ₁。

一种激光器阵列模块，其特征在于，其由光纤阵列、微透镜阵列、反射棱镜和上述所述的一种大单元激光器阵列集成而成，所述集成透镜的DFB激光器阵列的出射光顺次通过所述反射棱镜、微透镜阵列、光纤阵列；或其由光纤阵列、平面透镜阵列和上述所述的一种大单元激光器阵列集成而成，所述集成透镜的DFB激光器阵列的出射光顺次通过所述平面透镜阵列、光纤阵列。

一种光纤发射模块，其特征在于，其由VLSI驱动芯片与上述所述的一种激光器阵列模块集成而成。

一种大单元光探测器阵列，其特征在于，其包括上述所述的光学透明基片，所述光学透明基片下表面上设置有（N+1）个PIN表面垂直PD阵列，除去一端的一个所述PIN表面垂直PD阵列、剩余的N个所述PIN表面垂直PD阵列与N个所述波分复用滤波器分别一一对应。

其进一步特征在于，所述PIN表面垂直PD阵列接收到的入射光在所述光学透明基片中与基片底面垂线的角度θ₂、相邻的PIN表面垂直PD阵列间距p₂、光学透明基片厚度D₂满足一下关系：p₂=2D₂*tanθ₂。

一种光探测器阵列模块，其特征在于，其由光纤阵列、微透镜阵列、反射棱镜和上述所述的一种大单元光探测器阵列集成而成，接收到的入射光顺次通过所述光纤阵列、微透镜阵列、反射棱镜进入所述光学透明基片；或其由光纤阵列、平面透镜阵列和上述所述的一种大单元激光器阵列集成而成，接收到的入射光顺次通过所述光纤阵列、平面透镜阵列进入所述光学透明基片。

一种光纤接收模块，其特征在于，其由VLSI接收芯片与上述的一种光探测器阵列模块集成而成。

采用本发明的光学透明基片和基于光学透明基片的大单元激光器阵列、激光器阵列模块后，可以实现运用多个小阵列激光器集成来合成一个大单元数激光器阵列，从而解决激光器阵列成品率的问题，再通过波分复用的方法减少所需光纤的数目从而使使用标准光纤接插件变为可能，再将其与VLSI驱动芯片集成得到百万兆比特的光纤发射模块，同样的使用光学透明基片的大单元光探测器阵列、光探测器阵列模块以及与VLSI接收芯片集成百万兆比特的光纤发射模块，实现了百万兆比特的光纤通讯。

附图说明

图1为现有技术中集成透镜的DFB激光器阵列示意图；

图2为本发明中大单元激光器阵列示意图；

图3为本发明中一种激光器阵列模块主视示意图；

图4为图3仰视示意图；

图5为本发明中另一种激光器阵列模块主视示意图；

图6为本发明中光纤发射模块示意图；

图7为本发明中大单元光探测器阵列示意图；

图8为本发明中一种光探测器阵列模块示意图；

图9为本发明中另一种光探测器阵列模块示意图；

图10为发明中光纤接收模块示意图。

具体实施方式

见图2，图3，图4所示，一种光学透明基片，这里的光学基片可以是玻璃基片，光学透明基片1上下表面上分别设置有三个波分复用滤波器，光学透明基片上下表面上的波分复用滤波器等间距错开布置，从右至左分别记为第一上滤波器2-1、第二上滤波器2-2、第三上滤波器2-3、第一下滤波器2-4、第二下滤波器2-5、第三下滤波器2-6；一种大单元激光器阵列，其包括上述的光学透明基片1，光学透明基片1下表面上设置有四个集成透镜的DFB激光器阵列3，除去最右端的一个集成透镜的DFB激光器阵列3、剩余的三个集成透镜的DFB激光器阵列3与三个波分复用滤波器，即第一下滤波器2-4、第二下滤波器2-5、第三下滤波器2-6分别一一对应，在每个集成透镜的DFB激光器阵列3上可以刻上精密对准标记4，可以保证对应整齐，每个集成透镜的DFB激光器阵列3的波长不同。通过集成透镜中心相对于激光波导反射面的小量平移，或用干刻蚀得方法实现特殊角度激光波导反射面而使上述集成透镜的DFB激光器阵列3的出射光在光学透明基片1中与基片底面垂线的角度θ₁、相邻的集成透镜的DFB激光器阵列3间距p₁、光学透明基片1厚度D₁满足一下关系：p₁=2D₁*tanθ₁。

集成透镜的DFB激光器阵列3内设置有1×12单元的LISEL阵列，四个集成透镜的DFB激光器阵列3可以出射出四个不同波长的出射光，从右至左分别记为第一出射光、第二出射光、第三出射光、第四出射光，波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ_4，第一上滤波器2-1、第一下滤波器2-4反射第一出射光，第一下滤波器2-4透过第二出射光，第二上滤波器2-2、第二下滤波器2-5反射第一出射光、第二出射光，第二下滤波器2-5透过第三出射光，第三上滤波器2-3、第三下滤波器2-6反射第一出射光、第二出射光、第三出射光，第三下滤波器2-6透过第四出射光，这样从右至左的四个不同波长的第一出射光、第二出射光、第三出射光、第四出射光合成在一起从光学透明基片上表面出射，通过分立集成，用四个1×12的激光器阵列合成了一个具有精确间距的4×12DFB激光阵列。

一种激光器阵列模块，其由光纤阵列5、微透镜阵列6、反射棱镜7和上述的一种大单元激光器阵列集成而成，上述的四个集成透镜的DFB激光器阵列3的合成的出射光顺次通过反射棱镜7、微透镜阵列6、光纤阵列5，通过反射棱镜7将出射光转向水平方向，再用一个与上述大单元激光器阵列相同间距的微透镜阵列6实现低损耗耦合。见图5所示，另一种激光器阵列模块也可以由光纤阵列5、平面透镜阵列8和上述的一种大单元激光器阵列集成而成，上述的四个集成透镜的DFB激光器阵列3的合成的出射光顺次通过平面透镜阵列8、光纤阵列5，通过平面透镜阵列8将出射光聚焦在平面透镜阵列8上表面，然后与Angle Polished的光纤阵列5直接耦合，对模块高度尺寸没有特别限制的场合中，这是一种更加简单的实现方式。采用光学塑料模压技术，上述的反射棱镜7和微透镜阵列6可以即成为一个器件，光纤阵列5可以用V型槽阵列定位，也可以将其一起集成，大大简化整个模块的集成和安装，这样的一个波分复用的百万兆比特激光器阵列通过表面的Bonding Pads与多通道的VLSI驱动芯片9集成在一起组成一种完成的百万兆比特光纤发射模块，见图6所示为其中一种光纤发射模块。

而对应的光纤接收模块采用相同的光学设计，只是用PIN表面垂直PD阵列10取代集成透镜的DFB激光器阵列，PIN表面垂直PD阵列10也是现有技术，其结构与集成透镜的DFB激光器阵列3类似，其作用在于接收入射光，不是发射激光。见图7所示，一种大单元光探测器阵列，其包括上述的光学透明基片1，光学透明基片1下表面上设置有四个等间距布置的PIN表面垂直PD阵列10，除去右端的一个PIN表面垂直PD阵列10、剩余的三个PIN表面垂直PD阵列10与三个波分复用滤波器，即第一下滤波器2-4、第二下滤波器2-5、第三下滤波器2-6分别一一对应，由于光探测器阵列成品率要远好于激光器阵列，在这边可以采用单个4×12的PIN表面垂直PD阵列而不要用四个1×12的阵列组合，其光学原理与上述相同，只是光线传输路线相反，在这边不再赘述。

PIN表面垂直PD阵列10接收到的入射光在光学透明基片1中与基片底面垂线的角度θ₂、相邻的PIN表面垂直PD阵列间距p₂、光学透明基片厚度D₂满足一下关系：p₂=2D₂*tanθ₂。见图8所示，一种光探测器阵列模块，其由光纤阵列5、微透镜阵列6、反射棱镜7和上述的一种大单元光探测器阵列集成而成，接收到的入射光顺次通过光纤阵列5、微透镜阵列6、反射棱镜7进入光学透明基片1；见图9所示，另一种光探测器阵列模块由光纤阵列5、平面透镜阵列8和上述的一种大单元激光器阵列集成而成，接收到的入射光顺次通过光纤阵列5、平面透镜8阵列进入光学透明基片1。一种光纤接收模块，其由VLSI接收芯片11与上述的两种光探测器阵列模块中任意一种集成而成，见图10所示，为其中一种光纤接收模块。

因为不同的波长通道有不同的光程，我们可以将每个透镜阵列设计成不同的焦距，以实现与光纤的最低损耗耦合，另外，同样的集成方案也可以用来进一步增大光纤发射或接收模块的带宽，只要增加波分复用的波长数量，即更多不同波长的4*12激光器阵列就可以，相应的波分复用的数目和VLSI驱动或接收芯片也要相应的增加做改变与之对应。

Claims (9)

1.一种光学透明基片，其特征在于，所述光学透明基片上下表面上设置有N个波分复用滤波器，N为大于1的整数，所述光学透明基片上下表面上的所述波分复用滤波器错开布置。

2.一种大单元激光器阵列，其特征在于，其包括权利要求1所述的光学透明基片，所述光学透明基片下表面上设置有（N+1）个集成透镜的DFB激光器阵列，除去一端的一个所述集成透镜的DFB激光器阵列、剩余的N个所述集成透镜的DFB激光器阵列与N个所述波分复用滤波器分别一一对应，每个所述集成透镜的DFB激光器阵列的波长不同。

3.根据权利要求2所述的一种大单元激光器阵列，其特征在于，所述集成透镜的DFB激光器阵列的出射光在光学透明基片中与基片底面垂线的角度θ₁、相邻的集成透镜的DFB激光器阵列间距p₁、光学透明基片厚度D₁满足一下关系：p₁=2D₁*tanθ₁。

4.一种激光器阵列模块，其特征在于，其由光纤阵列、微透镜阵列、反射棱镜和权利要求2所述的一种大单元激光器阵列集成而成，所述集成透镜的DFB激光器阵列的出射光顺次通过所述反射棱镜、微透镜阵列、光纤阵列；或其由光纤阵列、平面透镜阵列和权利要求2所述的一种大单元激光器阵列集成而成，所述集成透镜的DFB激光器阵列的出射光顺次通过所述平面透镜阵列、光纤阵列。

5.一种光纤发射模块，其特征在于，其由VLSI驱动芯片与权利要求4所述的一种激光器阵列模块集成而成。

6.一种大单元光探测器阵列，其特征在于，其包括权利要求1所述的光学透明基片，所述光学透明基片下表面上设置有（N+1）个PIN表面垂直PD阵列，除去一端的一个所述PIN表面垂直PD阵列、剩余的N个所述PIN表面垂直PD阵列与N个所述波分复用滤波器分别一一对应。

7.根据权利要求6所述的一种大单元光探测器阵列，其特征在于，所述PIN表面垂直PD阵列接收到的入射光在光学透明基片中与基片底面垂线的角度θ₂、相邻的PIN表面垂直PD阵列间距p₂、光学透明基片厚度D₂满足一下关系：p₂=2D₂*tanθ₂。

8. 一种光探测器阵列模块，其特征在于，其由光纤阵列、微透镜阵列、反射棱镜和权利要求6所述的一种大单元光探测器阵列集成而成，接收到的入射光顺次通过所述光纤阵列、微透镜阵列、反射棱镜进入所述光学透明基片；或其由光纤阵列、平面透镜阵列和权利要求6所述的一种大单元激光器阵列集成而成，接收到的入射光顺次通过所述光纤阵列、平面透镜阵列进入所述光学透明基片。

9.一种光纤接收模块，其特征在于，其由VLSI接收芯片与权利要求8所述的一种光探测器阵列模块集成而成。