CN106950659A - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光模块，包括：依次相连的第一波导、阵列波导和第二波导，其中，所述第二波导用于与激光器或探测器相连；所述第一波导上设有耦合光栅，用于与光纤耦合。本发明提供的光模块具有较长的使用寿命。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及光通信器件结构技术，尤其涉及一种光模块。

背景技术

波分复用(Wavelength Division Multiplexing，简称：WDM)技术是利用多光束之间的光程差所形成的光谱间距，在一根光纤中传输多光束的技术，能够提高光纤的利用率。在波分复用网络系统中，设置有发射光模块和接收光模块，分别用于对输出和输入的光信号进行耦合。

以4波长的WDM系统为例，图1为现有的发射光模块的结构示意图一。如图1所示，发射光模块包括：第一平板波导11、第二平板波导12、阵列波导2、多束光耦合器3和四个单束光耦合器4。其中，一个单束光耦合器4的输入端与一个激光器5相连，每个单束光耦合器4均与第二平板波导12连接，第二平板波导12与第一平板波导11之间通过阵列波导2相连。第一平板波导11与多束光耦合器3相连，多束光耦合器3还与光纤6相连。四个激光器5发出的光束通过对应的单束光耦合器4依次进入第二平板波导12、阵列波导2、和第一平板波导11内。由于四个激光器5发出光束的波长不同，具有一定的光程差，则4个光束在第一平板波导11产生的相干光波的波长也是不同的，因此，4个光束从第二平板波导12传输至第一平板波导11会产生各自独立的无损耦合，从而实现4个波长的光束的合并。合并后的4个波长的光波从多束光耦合器3进入光纤6，实现光的发射。

图2为现有的接收光模块的结构示意图一。如图2所示，仍然以4波长的WDM系统为例，接收光模块包括：第一平板波导11、第二平板波导12、阵列波导2、多束光耦合器3和四个单束光耦合器4。其中，一个单束光耦合器4的输入端与一个探测器7相连，每个单束光耦合器4均与第二平板波导12连接，第二平板波导12与第一平板波导11之间通过阵列波导2相连。第一平板波导11与多束光耦合器3相连，多束光耦合器3还与光纤相连。4个不同波长的光波从光纤6入射至多束光耦合器3，并依次进入第一平板波导11、阵列波导2和第二平板波导12。由于4个光束的波长不同，具有一定的光程差，则4个光束在第二平板波导12处产生的相干光波的波长也是不同的，因此，4个光束从第一平板波导11传输至第二平板波导12会产生各自独立的无损耦合，从而实现4个波长的光束的分离，分离后的4个光束各自通过一个单束光耦合器4后被探测器7接收。

上述接收光模块和发射光模块中的光纤6均通过多束光耦合器3与第一平板波导11相连，多束光耦合器3中并存多个波长的光束，多束光耦合器3内的光能量也是各个光束光能量的总和。通常，多束光耦合器3采用阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，简称：AWG)，由于阵列波导光栅中波导芯层的尺寸非常小，因此，较大能量的光线通过较小面积的波导芯层，使得阵列波导光栅较容易发生损坏，进而缩短了光模块的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种光模块，能够延长使用寿命。

本发明提供一种光模块，包括：依次相连的第一波导、阵列波导和第二波导，其中，所述第二波导用于与激光器或探测器相连；所述第一波导上设有耦合光栅，用于与光纤耦合。

本发明提供的技术方案，通过采用依次相连的第一波导、阵列波导和第二波导，其中，第二波导用于与激光器或探测器相连，第一波导上设置用于与光纤直接耦合的耦合光栅，无需采用如现有技术中采用的多束光耦合器，光纤和第一波导之间能够直接进行光信号传递。由于光纤的芯径比较大，能够承受较大的光功率，不易损坏，且第一波导也具有宽大的平板波导区域，也能够承受较大的光功率，因此，上述光模块不但不会受到较大功率光信号的影响而缩短使用寿命，而且传输光信号的数量能够得到大幅度提升，有利于提高通信带宽。

附图说明

图1为现有的发射光模块的结构示意图一；

图2为现有的接收光模块的结构示意图一；

图3为本发明实施例二提供的光模块的结构示意图一；

图4为本发明实施例三提供的光模块的结构示意图二；

图5为本发明实施例四提供的光模块中的第一波导的结构示意图；

图6为本发明实施例四提供的光模块中的第一波导的截面图；

图7为现有的发射光模块的结构示意图二；

图8为现有的接收光模块的结构示意图二；

图9为实施例四提供的光模块中第一波导与光纤耦合的结构示意图；

图10为现有技术的光模块中多束光耦合器与光纤耦合的结构示意图；

图11为实施例四提供的光模块中第一波导与光纤耦合的截面图。

附图标记：

11-第一平板波导； 12-第二平板波导； 13-第一波导；

131-耦合光栅； 132-硅基底； 133-凹槽；

14-第二波导； 2-阵列波导； 3-多束光耦合器；

4-单束光耦合器； 5-激光器； 6-光纤；

7-探测器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供一种光模块，能够解决现有技术中由于阵列波导光栅受大功率光束影响而较容易发生损坏，进而缩短光模块使用寿命的问题。该光模块包括：依次相连的第一波导、阵列波导和第二波导，第二波导用于与激光器或探测器相连。第一波导上设有耦合光栅，用于与光纤耦合。

其中，阵列波导和第二波导均可参照现有技术来实现，阵列波导可参照图1和图2中的阵列波导2，第二波导可参照图1和图2所示的第二平板波导12。阵列波导2的一端与第一波导相连，另一端与第二波导相连。第二波导通过至少两个单束光耦合器4与激光器5或探测器7相连。

第一波导具有宽大的平板波导区域，仍然具有现有技术中第一平板波导11的功能，并且，第一波导上还设有耦合光栅，用于与光纤6耦合，以使光纤6出射的光线能够通过耦合光栅耦合进入第一波导，再进入阵列波导2；以及从阵列波导2出射的光线进入第一波导，然后通过耦合光栅后进入光纤6。

通过设置在第一波导上的耦合光栅与光纤6进行耦合，则耦合后的光线直接进入第一波导内，无需再经过如现有技术中采用的多束光耦合器3，光纤6和第一波导均不会受到功率较大的光束影响，一方面能够增加单根光纤传输光信号的数量，提高通信带宽；另一方面，即便光束数量很多，光功率很大，光模块的使用寿命均不会受此影响。

本实施例提供的技术方案，通过采用依次相连的第一波导、阵列波导和第二波导，其中，第二波导用于与激光器或探测器相连，第一波导上设置用于与光纤直接耦合的耦合光栅，无需采用如现有技术中采用的多束光耦合器，光纤和第一波导之间能够直接进行光信号传递。由于光纤的芯径比较大，能够承受较大的光功率，不易损坏，且第一波导也具有宽大的平板波导区域，也能够承受较大的光功率，因此，上述光模块不但不会受到较大功率光信号的影响而缩短使用寿命，而且传输光信号的数量能够得到大幅度提升，有利于提高通信带宽。

由于光模块可分为发射光模块和接收光模块两种，根据光路传播方向的不同，本实施例所提供的光模块既能够应用于发射光模块，又能够应用于接收光模块。通过下面两个实施例分别对发射光模块和接收光模块的实现方式进行具体的说明。

实施例二

本实施例是对实施例一中的光模块作为发射光模块的实现方式进行详细说明。

图3为本发明实施例二提供的光模块的结构示意图一。如图3所示，本实施例提供的光模块包括：依次相连的第一波导13、阵列波导2和第二波导14，其中，第二波导14用于与激光器5相连。第一波导13上设有耦合光栅131，用于与光纤6耦合。

其中，阵列波导2和第二波导14均可参照现有技术来实现，阵列波导2可参照图1和图2中的阵列波导2，第二波导14可参照图1和图2所示的第二平板波导12。

阵列波导2的一端与第一波导13相连，另一端与第二波导14相连。第二波导14通过至少两个单束光耦合器4与激光器5相连。图3中，第二波导14的输入端分别与4个单束光耦合器4相连，每个单束光耦合器4与一个激光器5相连。4个激光器5发出的光束经过对应的单束光耦合器4进入第二波导14，再经过阵列波导2之后，到达第一波导13并在第一波导13处发生干涉。

第一波导13具有宽大的平板波导区域，仍然具有现有技术中第一平板波导11的功能，并且，第一波导13上还设有耦合光栅131，用于与光纤6耦合，以使第一波导13出射的光线能够通过耦合光栅131耦合后进入光纤6。

通过设置在第一波导13上的耦合光栅131与光纤6进行耦合，无需再经过如现有技术中采用的多束光耦合器3，由于光纤6和第一波导13均不会受到功率较大的光束影响，一方面能够增加单根光纤能够传输光信号的数量，提高通信带宽；另一方面，即便光束数量很多，光功率很大，光模块的使用寿命均不会受此影响。

本实施例提供的技术方案，通过采用依次相连的第一波导、阵列波导和第二波导，其中，第二波导用于与激光器相连，第一波导上设置用于与光纤直接耦合的耦合光栅，无需采用如现有技术中采用的多束光耦合器，光纤和第一波导之间能够直接进行光信号传递。由于光纤的芯径比较大，能够承受较大的光功率，不易损坏，且第一波导也具有宽大的平板波导区域，也能够承受较大的光功率，因此，上述光模块不但不会受到较大功率光信号的影响而缩短使用寿命，而且传输光信号的数量能够得到大幅度提升，有利于提高通信带宽。

实施例三

本实施例是对实施例一中的光模块作为接收光模块的实现方式进行详细说明。

图4为本发明实施例三提供的光模块的结构示意图二。如图4所示，本实施例提供的光模块包括：依次相连的第一波导13、阵列波导2和第二波导14，其中，第二波导14用于与探测器7相连。第一波导13上设有耦合光栅131，用于与光纤6耦合。

其中，阵列波导2和第二波导14均可参照现有技术来实现，阵列波导2可参照图1和图2中的阵列波导2，第二波导14可参照图1和图2所示的第二平板波导12。

阵列波导2的一端与第一波导13相连，另一端与第二波导14相连。第二波导14通过至少两个单束光耦合器4与探测器7相连。图4中，第二波导14的输入端分别与4个单束光耦合器4相连，每个单束光耦合器4与一个探测器7相连。从光纤6耦合进入第一波导13的光束，经过阵列波导2和第二波导14之后，分为四个单束光，分别通过一个单束光耦合器4后被探测器7接收。

第一波导13具有宽大的平板波导区域，仍然具有现有技术中第一平板波导11的功能，并且，第一波导13上还设有耦合光栅131，用于与光纤6耦合，以使光纤6发出的光束能够通过耦合光栅131耦合后进入第一波导13。

通过设置在第一波导13上的耦合光栅131与光纤6进行耦合，无需再经过如现有技术中采用的多束光耦合器3，由于光纤6和第一波导13均不会受到功率较大的光束影响，一方面能够增加一根光纤能够传输光信号的数量，提高通信带宽；另一方面，即便光束数量很多，光功率很大，光模块的使用寿命均不会受此影响。

本实施例提供的技术方案，通过采用依次相连的第一波导、阵列波导和第二波导，其中，第二波导用于与探测器相连，第一波导上设置用于与光纤直接耦合的耦合光栅，无需采用如现有技术中采用的多束光耦合器，光纤和第一波导之间能够直接进行光信号传递。由于光纤的芯径比较大，能够承受较大的光功率，不易损坏，且第一波导也具有宽大的平板波导区域，也能够承受较大的光功率，因此，上述光模块不但不会受到较大功率光信号的影响而缩短使用寿命，而且传输光信号的数量能够得到大幅度提升，有利于提高通信带宽。

实施例四

本实施例是在上述实施例的基础上，对光模块进行进一步的优化，尤其是对第一波导13上设置耦合光栅131的实现方式进行进一步的举例说明。

第一波导13可以在现有技术中第一平板波导11的基础上进行改进。图5为本发明实施例四提供的光模块中的第一波导的结构示意图，图6为本发明实施例四提供的光模块中的第一波导的截面图。如图5和图6所示，耦合光栅131可设置在第一波导13的顶面，光纤6位于第一波导13的顶部与耦合光栅131进行耦合。

耦合光栅131可通过刻蚀的方式，形成在第一波导13的顶面。具体的，在第一波导13中硅基底132的顶面通过刻蚀形成多个凹槽133，在凹槽133内填充二氧化硅，则硅基底132与凹槽133内填充的二氧化硅形成耦合光栅131。

对于平板波导区域为发散状的第一波导13，可将耦合光栅131设置为聚焦状，如图5所示。光纤6的朝向与耦合光栅131的聚焦方向相反，也即：从光纤6至阵列波导2的方向，耦合光栅131呈发散状。

与现有技术对比一下，图7为现有的发射光模块的结构示意图二，图8为现有的接收光模块的结构示意图二。如图7所示，图7展示的是发射光模块的结构，现有的发射光模块若采用聚焦形的多束光耦合器3，则其聚焦方向与光纤6的朝向相同。从图7的视图角度来看，光纤6朝向右边，多束光耦合器3的聚焦方向也朝向右边，与光纤6的朝向相同。

图8展示的是接收光模块的结构，现有的接收光模块若采用聚焦形的多束光耦合器3，则其聚焦方向与光纤6的朝向相同。从图8的视图角度来看，光纤6朝向右边，多束光耦合器3的聚焦方向也朝向右边，与光纤6的朝向相同。

再以图9和图10对照来看，其中，图9为实施例四提供的光模块中第一波导与光纤耦合的结构示意图，图10为现有技术的光模块中多束光耦合器与光纤耦合的结构示意图。以图10的视图角度来看，现有技术中，光纤6的方向朝向右边与多束光耦合器3耦合，而多束光耦合器3的聚焦方向朝向右边，与光纤6的朝向一致。

以图9的视图角度来看，本实施例中，光纤6的方向朝向右边，而耦合光栅131的聚焦方向朝向左边，与光纤6的朝向相反。从图3和图4也可以看出，光纤6朝上与第一波导13耦合，耦合光栅131的聚焦方向朝下，与光纤6的朝向相反。

具体的，呈发散状的耦合光栅131的张角α为30°-60°，优选为35°。技术人员可设置上述凹槽133的数量、宽度及深度，以使耦合光栅131的周期为400nm-700nm，占空比为0.5。耦合光栅131的周期数为20-30，优选为25。

另外，如图5所示，与阵列波导2距离最远的凹槽133(即：第一根光栅线)与耦合光栅131的焦点F之间的距离L为10μm-30μm，优选为13μm。

如图6所示，第一波导13中硅基底132的厚度H为220nm，所述凹槽的深度D(也即：耦合光栅131的刻蚀深度)为70nm。

图11为实施例四提供的光模块中第一波导与光纤耦合的截面图。如图11所示，光纤入射角度θ为6°至10°，优选为8°。

除了上述内容所提到的实现方式之外，本领域技术人员还可以对上述技术方案进行改进，以及对各参数进行修改。例如：上述硅基底132的厚度H还可以为310nm或340nm等。硅基底132也可以替换为氧化硅基底，其凹槽内填充二氧化硅。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：依次相连的第一波导、阵列波导和第二波导，其中，所述第二波导用于与激光器或探测器相连；所述第一波导上设有耦合光栅，用于与光纤耦合。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述耦合光栅设置在所述第一波导的顶面。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一波导中硅基底的顶面通过刻蚀形成有多个凹槽，所述凹槽内填充有二氧化硅，所述硅基底与所述凹槽内填充的二氧化硅形成所述耦合光栅。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，从光纤至阵列波导的方向，所述耦合光栅呈发散状。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述耦合光栅的张角为30°-60°。

6.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述耦合光栅的周期数为20-30。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述耦合光栅的周期为400nm-700nm。

8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述耦合光栅的占空比为0.5。

9.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述耦合光栅中，与阵列波导距离最远的凹槽与所述耦合光栅的焦点之间的距离为10μm-30μm。

10.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第一波导中硅基底的厚度为220nm，所述凹槽的深度为70nm。