CN105607191A - 时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,包括:取一宽带滤波器;在其后端分别连接有复用器阵列波导光栅输出波导和解复用器阵列波导光栅输入波导;并分别连接有复用第一平板波导区和解复用第一平板波导区连接;在其之后分别连接有与复用器4通道阵列波导光栅和解复用器4通道阵列波导光栅;在其之后分别连接有复用第二平板波导区和解复用第二平板波导区;该复用第二平板波导区和解复用第二平板波导区分别与复用器阵列波导光栅输入波导和解复用器阵列波导光栅输出波导连接;该复用器阵列波导光栅输入波导的另一端与10Gbps电吸收调制激光器的输出端连接,该解复用器阵列波导光栅输出波导的另一端与10Gbps探测器的输入连接。

Description

时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法
技术领域
本发明涉及一种时分波分复用无源光网络光线路终端收发集成芯片的制作方法,特别是在结构紧凑的一个芯片上,同时实现4个波长的发射和4个波长接收的方法。
背景技术
在当今以计算技术和光纤通信网络为代表的信息社会中,光纤通信网络数据量以年增50%的速度急剧增加,而超级并行计算系统的运算速度年复合增长率则接近100%。2.5G和10G是目前网络中最常用的接口,受到网络数字影音、云端运算、在线游戏及电视数字化等应用趋势带动,高带宽与高速率的宽带网络需求持续增加,将光纤直接接至用户家(FibertotheHome,FTTH),其带宽、波长和传输技术种类都没有限制,适于引入各种新业务,是最理想的业务透明网络,是接入网发展的最终方式。光进铜退正在全球轰烈上演,其中又以中国对光纤建设最积极,政策推动宽带中国,目标2017年要将全部城市铜线宽带改为光纤宽带,而今年三大电信运营商用于网络基础设施的投资已高达4300亿人民币。
原本外界预期十二五计划及光进铜退宽带升级,将带动家庭整合服务商机,商机上看千亿人民币,甚至喊出网通厂黄金十年来临,看好的程度不言而喻。
目前运营商主要通过GPON技术实现将光纤网络向用户侧的延伸。GPON技术可以充分满足未来几年驻地用户对于带宽的要求。但从未来业务和市场角度考虑,运营商必须及时找到合适的技术来实现对GPON在传输带宽上的超越,从而发挥光纤网络的极致能力,获得收益的最大化。
许多运营商希望拥有一张灵活弹性的网络,可以支持很多可盈利业务,有效地利用已有资产,并降低大规模部署极速宽带时的成本。基于时分和波分复用的PON(TWDM-PON)技术在每根光纤提供四根或更多波长,每根波长可提供2.5Gbps或10Gbps对称或非对称速率的传输能力。2012年,FSAN将TWDM-PON技术定为NG-PON2架构实施的方案选择。
TWDM技术既可以实现更高带宽(总带宽最高40Gbps,每用户最高可实现10Gbps),也可以提供最理想化的灵活性,用于每用户带宽的调整、光纤的管理、业务的融合和资源的共享等。这些改进使TWDM在设备资产投入(CAPEX)方面相比DWDM下降30%,同时维护复杂度也大大降低。由此可见,TWDM技术结合了TDM和DWDM两种系统的优势,是NG-PON2理想的选择之一。
时分波分复用无源光网络(TWDMPON)是下一代光接入网络的技术标准,在光线路终端侧(OLT)需要实现4个波长4x10Gbps的发射和接收,为实现OLT这一功能,需要4个电吸收调制器(EML)、4个探测器、波分复用器、波分解复用器、上下载宽带滤波器十一功能单元,采用分离器件,通过光纤耦合连接的方式,会使整个功能器件尺寸增大,无法装配在QSFP小型化的模块中,减小OLT侧收发器件的尺寸,实现结构紧凑的光电集成芯片是一种现实可行的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的方法,可以达到制作结构紧凑收发芯片的效果。
本发明提供一种时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,包括以下步骤:
步骤1:取一宽带滤波器;
步骤2:在宽带滤波器的后端分别连接有复用器阵列波导光栅输出波导和解复用器阵列波导光栅输入波导;
步骤3:该复用器阵列波导光栅输出波导的输出端与复用第一平板波导区连接,该解复用器阵列波导光栅输入波导的输入端与解复用第一平板波导区连接;
步骤4:该复用第一平板波导区和解复用第一平板波导区分别与复用器4通道阵列波导光栅和解复用器4通道阵列波导光栅连接;
步骤5:该复用器4通道阵列波导光栅和解复用器4通道阵列波导光栅的另一端分别连接有复用第二平板波导区和解复用第二平板波导区;
步骤6:该复用第二平板波导区和解复用第二平板波导区分别与复用器阵列波导光栅输入波导和解复用器阵列波导光栅输出波导连接;
步骤7:该复用器阵列波导光栅输入波导的另一端与10Gbps电吸收调制激光器的输出端连接,该解复用器阵列波导光栅输出波导的另一端与10Gbps探测器的输入连接。
本发明的有益效果是,通过两个具有波分复用和解复用功能的阵列波导光栅交叠倒扣的方式,混合或单片集成方式将4个电吸收调制激光器和4个探测器与波分复用及解复用器集成在同一芯片;开槽嵌入滤波片或波导型宽带滤波器,芯片尺寸只有10mm×5mm,极大地提高了芯片集成度,从而实现结构紧凑一体化收发集成芯片。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容,以下结合实施例及附图详细说明如后,其中:
图1是本发明集成芯片发射接收的整体结构示意图。
图2是本发明探测器混合集成的放大结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示,本发明提供一种时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,包括以下步骤:
步骤1:取一宽带滤波器11,要求宽带滤波器11包含一根上传下载波导,两路后端输出;
步骤2:在宽带滤波器11的后端分别连接有复用器阵列波导光栅输出波导12和解复用器阵列波导光栅输入波导13,该复用器阵列波导光栅输出波导12和解复用器阵列波导光栅输入波导13通过一个宽带滤波器11合成一根上传下载波导,要求在宽带滤波器11上传下载波导输入波长范围1524nm-1527nm和1596nm-1603nm的复合信号,可以实现波长范围1524nm-1527nm信号光与波长范围1596nm-1603nm信号光从宽带滤波器11两个不同后端输出,两通道串扰要求小于-40dB;反之,在宽带滤波器11两个后端分别输入波长范围1524nm-1527nm和1596nm-1603nm的信号光,可以实现波长范围1524nm-1527nm信号光与波长范围1596nm-1603nm信号光从宽带滤波器11上传下载波导同时输出。宽带滤波器11是嵌入的薄膜滤波,或是波导型定向耦合器或马赫-曾德尔干涉器;
步骤3:该复用器阵列波导光栅输出波导12的输出端与复用第一平板波导区12’连接,该解复用器阵列波导光栅输入波导13的输入端与解复用第一平板波导区13’连接,要求解复用器阵列波导光栅输入波导13间距取到足够大,满足相邻通道之间波导的耦合串扰小于-40dB,复用信号光在复用第一平板波导区12’内衍射,解复用信号光在解复用第一平板波导区13’内发生干涉,所述复用第一平板波导区12’和解复用第一平板波导区13’采用交叉倒扣形式放置,可以有效的保证复用第一平板波导区12’和解复用第一平板波导区13’内光信号的衍射和干涉,并实现减小器件面积,其中复用第一平板波导区12’和解复用第一平板波导区13’长度计算公式为:
R=Δx0·ns·d·nc/(Δλ·m·ng)(1)
其中Δx0为输出波导间距,ns平板波导有效折射率,d阵列波导光栅间距,nc阵列波导有效折射率,Δλ相邻通道波长间隔,m为衍射级数,ng阵列波导群折射率。
步骤4:该复用第一平板波导区12’和解复用第一平板波导区13’分别与复用器4通道阵列波导光栅15和解复用器4通道阵列波导光栅14连接,复用信号光与解复用信号光分别在复用器4通道阵列波导光栅15和解复用器4通道阵列波导光栅14通过相邻波导长度差产生与信号光中心波长相关的特定相位延迟,其长度差计算公式为:
ΔL=m·λ0/nc(2)
该复用器4通道阵列波导光栅15要求满足复用器的波长间隔为100GHz,波长范围为1524nm-1527nm功能,其中心波长λ0可取1525.5nm;该解复用器4通道阵列波导光栅14要求满足解复用器波长间隔为100GHz,波长范围1596nm-1603nm功能,其中心波长λ0可取1599.5nm;
步骤5:该复用器4通道阵列波导光栅15和解复用器4通道阵列波导光栅14的另一端分别连接有复用第二平板波导区15’和解复用第二平板波导区14’该复用第二平板波导区15’和解复用第二平板波导区14’采用交叉倒扣形式放置,该复用器4通道阵列波导光栅15和解复用器4通道阵列波导光栅14是具有周期性循环功能的阵列波导光栅,即要求复用器4通道阵列波导光栅器件光谱的自由波谱区(FSR)长度为3nm,要求解复用器4通道阵列波导光栅器件光谱的自由波谱区长度为7nm,自由波谱计算公式为:
FSR=λ0·nc/(m·ng)(3)
所述用器4通道阵列波导光栅15和解复用器4通道阵列波导光栅14的材料为二氧化硅、绝缘体上硅、磷化铟、BCB、Epoclad/Epocore、ZP41、ZP51、PMMA或SU8,当材料选定时,其波导有效折射率和群折射率可以基本确定,通过选择合适的衍射级数m,必要时微调中心波长,可以实现复用器4通道阵列波导光栅器件光谱的自由波谱区(FSR)长度为3nm,解复用器4通道阵列波导光栅器件光谱的自由波谱区长度为7nm;
步骤6:该复用第二平板波导区15’和解复用第二平板波导区14’分别与复用器阵列波导光栅输入波导16和解复用器阵列波导光栅输出波导117连接,要求复用器阵列波导光栅输入波导16间距取到足够大,满足相邻通道之间波导的耦合串扰小于-40dB;
步骤7:该复用器阵列波导光栅输入波导16的另一端与10Gbps电吸收调制激光器18的输出端连接,该解复用器阵列波导光栅输出波导17的另一端与10Gbps探测器19的输入连接。
其中该复用器阵列波导光栅输入波导16与4个10Gbps电吸收调制激光器18集成,其集成方式是混合集成或单片集成,该混合集成4个10Gbps电吸收调制激光器18是通过高精度贴片机,倒装焊装配;单片集成4个10Gbps电吸收调制激光器18是通过刻蚀再生长电吸收调制量子阱激光器;
其中该解复用器阵列波导光栅输出波导17与4个10Gbps探测器19集成,其集成方式是混合集成或单片集成,该混合集成4个10Gbps探测器19是通过45度机械切割槽,再溅射金属反射镜,接收信号面向下倒装焊,如图2所示;单片集成4个10Gbps探测器19是通过刻蚀再生长波导探测器。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,包括以下步骤:
步骤1:取一宽带滤波器;
步骤2:在宽带滤波器的后端分别连接有复用器阵列波导光栅输出波导和解复用器阵列波导光栅输入波导;
步骤3:该复用器阵列波导光栅输出波导的输出端与复用第一平板波导区连接,该解复用器阵列波导光栅输入波导的输入端与解复用第一平板波导区连接;
步骤4:该复用第一平板波导区和解复用第一平板波导区分别与复用器4通道阵列波导光栅和解复用器4通道阵列波导光栅连接;
步骤5:该复用器4通道阵列波导光栅和解复用器4通道阵列波导光栅的另一端分别连接有复用第二平板波导区和解复用第二平板波导区;
步骤6:该复用第二平板波导区和解复用第二平板波导区分别与复用器阵列波导光栅输入波导和解复用器阵列波导光栅输出波导连接;
步骤7:该复用器阵列波导光栅输入波导的另一端与10Gbps电吸收调制激光器的输出端连接,该解复用器阵列波导光栅输出波导的另一端与10Gbps探测器的输入连接。
2.根据权利要求1所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中该复用器4通道阵列波导光栅的波长间隔为100GHz,波长范围为1524nm-1527nm。
3.根据权利要求1所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中解复用器4通道阵列波导光栅的波长间隔为100GHz,波长范围1596nm-1603nm。
4.根据权利要求1所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中所述复用第一平板波导区和解复用第一平板波导区采用交叉倒扣形式放置;该复用第二平板波导区和解复用第二平板波导区采用交叉倒扣形式放置。
5.根据权利要求1所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中复用器4通道阵列波导光栅和解复用器4通道阵列波导光栅是具有周期性循环功能的阵列波导光栅。
6.根据权利要求1所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中复用器阵列波导光栅输入波导与4个10Gbps电吸收调制激光器集成,其集成方式是混合集成或单片集成;解复用器阵列波导光栅输出波导与4个10Gbps探测器集成,其集成方式是混合集成或单片集成。
7.根据权利要求6所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中混合集成4个10Gbps电吸收调制激光器是通过倒装焊装配;单片集成4个10Gbps电吸收调制激光器是通过刻蚀再生长电吸收调制量子阱激光器。
8.根据权利要求6所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中混合集成4个10Gbps探测器是通过45度机械切割槽,再溅射金属反射镜,接收信号面向下倒装焊;单片集成4个10Gbps探测器是通过刻蚀再生长波导探测器。
9.根据权利要求1所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中复用器阵列波导光栅输出波导和解复用器阵列波导光栅输入波导通过一个宽带滤波器合成一根上传下载波导,宽带滤波器是嵌入的薄膜滤波,或是波导型定向耦合器或马赫-曾德尔干涉器。
10.根据权利要求1所述的时分波分复用无源光网络终端收发集成芯片的制作方法,其中所述用器4通道阵列波导光栅和解复用器4通道阵列波导光栅的材料为二氧化硅、绝缘体上硅、磷化铟、BCB、Epoclad/Epocore、ZP41、ZP51、PMMA或SU8。
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