CN109416439A - 光检测器与解复用器输出的直接光耦合技术及使用该技术的光收发器 - Google Patents

光检测器与解复用器输出的直接光耦合技术及使用该技术的光收发器 Download PDF

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Abstract

公开了一种光收发器中使用的阵列波导光栅装置，这种阵列波导光栅装置可将光信号解复用为N个信道波长。阵列波导光栅装置可包括阵列波导光栅芯片，阵列波导光栅芯片提供平面光波电路以解复用信道波长且将其发射至输出波导内。阵列波导光栅芯片的区域可以是锥形，使得通过输出波长传输的光线遇到锥形区域的倾斜表面并且朝阵列波导光栅芯片的输出接口区域反射。因此，检测器装置与阵列波导光栅芯片的输出接口区域直接光耦合，并且可避免通过光线阵列或其他中间装置耦合阵列波导光栅的输出到检测器的其他方式所引入的插入损耗。

Description

光检测器与解复用器输出的直接光耦合技术及使用该技术的 光收发器
技术领域
本公开是关于光收发器模块，特别是关于光检测器与光解复用器输出的直接光耦合以减少光纤使用和插入损耗。
背景技术
光收发器用于针对各种应用发送与接收光信号，这些应用包括不限于互联网数据中心、有线电视宽带以及光纤到屋(fiber to the home；FTTH)应用。举例而言，与在铜电缆上的传输相比，光收发器在长距离上提供更高的速度和带宽。举例而言，在维持光学效率(功率)、热管理、插入损耗和制造产量方面，为了实现较低成本在较小的光收发器模块中提供更高的速度的期望已经带来了挑战。为了发送和接收光信号，光收发器可包括一或多个光发射次组件(transmitter optical subassembly；TOSA)和光接收次组件(receiveroptical subassembly；ROSA)。随着信道密度变成光收发器的一个日益重要的方面，在保持标称收发器性能的同时规模缩小的能力提出了许多重要的挑战。
发明内容
一方面公开了阵列波导光栅芯片。阵列波导光栅(arrayed waveguide grating；AWG)芯片包括第一端、基板、平面光波电路、多个输出波导以及锥形区域。第一端用于耦合至光耦合插座以接收包括多个信道波长的光信号。平面光波电路被放置於此基板上，平面光波电路与第一端耦合且被配置为解复用多个信道波长的每一信道波长。多个输出波导耦合至平面光波电路，输出波导的每一个被配置为接收与平面光波电路发送的相关解复用信道波长对应的光线并且沿朝AWG芯片的第二端方向延伸的光程提供光线。AWG芯片的第二端处放置的锥形区域被配置为接收通过多个输出波导的光线并且将其朝AWG芯片的暴露输出接口区域的方向反射。此暴露输出接口区域将从位于此基板同侧上的阵列波导光栅芯片接收的光线发射，并未将接收的光线传递穿透基板。
另一方面，公开了一种光收发器模块。光收发器模块包括收发器外壳、多信道光接收次组件、检测器装置的阵列以及多信道光发射次组件。多信道光接收次组件位于收发器外壳中并且包括阵列波导光栅芯片，AWG芯片包括第一端、平面光波电路、多个输出波导以及锥形区域。第一端用于与光耦合插座耦合以接收包括多个信道波长的光信号。用于耦合至光耦合插座的第一端包括一倾斜表面以降低被发射至AWG芯片内的光信号的背向反射。与第一端耦合的平面光波电路被配置为解复用多个信道波长的每一信道波长，多个输出波导耦合于平面光波电路，每一输出波导被配置为接收平面光波电路发送的相关解复用信道波长所对应的光线并且沿朝AWG芯片的第二端方向延伸的光程提供光线。AWG芯片的第二端处放置的锥形区域被配置为通过多个输出波导接收光线并且将其朝AWG芯片的输出接口区域的方向反射。检测器装置的阵列被放置为邻接AWG芯片的输出接口区域。多信道光发射次组件包括位于收发器外壳中的至少一个激光器封装，用于以不同的信道波长发送光信号。
再一方面，公开了一种阵列波导光栅的形成方法。这种方法包括在基板上沉积包层和纤芯材料的顺序层以形成平面光波电路，移除基板的一部分以暴露平面光波电路的输出接口区域，以及移除平面光波电路的一部分以提供接近平面光波电路的输出接口区域的锥形区域。
附图说明：
图1是示例性阵列波导光栅(arrayed waveguide grating；AWG)装置的示意图。
图2是输出与光纤阵列耦合的图1的阵列波导光栅装置的透视图。
图3表示包括多信道光发射次组件和多信道光接收次组件的光收发器模块的实施例。
图4是依照本公开实施例的具有多信道光发射次组件配置和包括直接耦合阵列波导光栅装置的多信道光接收次组件的小型(small form-factor；SFF)示例性可插拔收发器的透视图。
图5A表示依照本公开实施例的图4的阵列波导光栅装置的侧面图。
图5B表示依照本公开实施例的沿线A-A的图5A的阵列波导光栅装置的剖面图。
图6表示依照本公开实施例的图4的阵列波导光栅装置的俯视图。
图7表示依照本公开实施例的沿线B-B的图6的阵列波导光栅装置的放大细节图。
图8表示依照本公开实施例的图4的阵列波导光栅装置的直接耦合端的放大示意图。
图9表示依照本公开实施例的图4的阵列波导光栅装置的直接耦合端的透视图。
具体实施方式
下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例：
如上所述，光收发器可包括光接收次组件(ROSA)，光接收次组件被配置为通过公共光纤接收多个信道波长并对其解复用，用于检测、放大和转换目的。光接收次组件的一些方法包括使用阵列波导光栅(AWG)，阵列波导光栅基于识别彼此线性干涉的不同波长的光波的一些基本光学原理进行操作。这些基本原理在波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing；WDM)信号中证实自己，波分复用信号允许通过单根光纤载送多个信道波长，并且信道之间的串扰可忽略不计。阵列波导光栅可复用且解复用WDM信号。
图1表示被配置为复用/解复用WDM信号的示例性阵列波导光栅装置100。AWG装置100可以是使用平面光波电路(planar lightwave circuit；PLC)技术制造的基于二氧化硅的AWG装置，平面光波电路技术与用于生产集成电路的半导体工艺相似并且可包括在基板比如硅上沉积掺杂和未掺杂的二氧化硅层。AWG装置100包括输入耦合区域102和输出耦合区域104。输入耦合区域102耦合于光纤101、AWG芯片区域103或者用于解复用信道波长的电路。输出耦合区域104用于与光纤阵列106耦合，每一光纤106-1至106-4被配置为接收不同的信道波长。AWG芯片区域103包括波导107的阵列(也被称为相位阵列)以及两个耦合器109和111。输入波导例如波导105将由多个波长λ1–λn组成的光信号载送至第一输入耦合器109内，然后在波导阵列中分配光。接下来，光通过波导107的阵列传播至第二输出耦合器111。选择每一波导107的长度，使得邻接波导(dL)之间的光程长度差等于解复用器的中心波长λc的整数倍。当光在输出耦合器111中混合时，阵列波导107的线性增加长度将导致干涉和衍射。因此，每一波长聚焦到N个输出波导106-1至106-N的仅仅其中之一，N个输出波导106-1至106-N也被称为输出信道。
图1所示的特定配置是1x4PLC导解复用器(或者分路器)，但是根据本公开，其他的信道配置例如1x8、1x16、2x8、2x16等应该是显而易见的。PLC式解复用器在操作温度的范围内可提供相对低的插入损耗、低偏振相关损耗(polarization dependent loss；PDL)和功能。图2表示AWG装置100的一个示例性封装。如图所示，AWG装置100包括与光纤阵列106耦合的输出耦合区域104，光纤阵列106与检测器装置比如光电二极管(图未示)耦合。
使用时，通过输入光纤101接收复用的光信号(例如，波分复用)，以及通过例如AWG电路103的波导107将其划分为分离的信道波长。然后，AWG装置100将分离的信道波长发射(launch)到光纤阵列106的各个光纤106-1至106-N内。基于例如光纤101和输入耦合区域102之间的光耦合，以及凭借AWG电路103本身，AWG装置100可引入大约3到7db的插入损耗。在输出端，基于输出耦合区域104和光纤阵列106之间的光耦合，可引入额外的损耗。虽然光纤阵列106可包括45度切口以降低背向反射和插入损耗，引入的总插入损耗可为约0.5至1.0db，如果不更大的话。同样，光纤阵列106和检测器装置(图未示)之间的光耦合可进一步引入约0.5至1.0db的插入损耗。因此，使用光纤阵列106引入的总插入损耗可总计约1.0至2.0db，可明显地降低光接收次组件装置的灵敏度，于是降低整体的收发器性能。
因此，依照实施例，公开了一种直接耦合AWG装置，提供AWG装置的输出信道和检测器装置之间的直接耦合，无需中间光纤或其他物理装置。直接耦合AWG装置用于与检测器和相关的电路组合，并且可包括用于光收发器装置中的光接收次组件，或者寻求将光WDM信号解复用的其他光学装置。
更详细而言，例如使用PLC技术或者其他合适的形成工艺形成直接耦合AWG装置。实施例中，在基板比如硅晶片或者任意其他合适的基板上形成AWG装置，以及可包括在其上沉积包层和纤芯材料的顺序层。实施例中，包层包括硅(Si)以及纤芯材料包括二氧化硅(SiO2)，也被称为氧化硅(Silica)。但是，也可使用其他的包层和纤芯材料，其他包层和纤芯材料也在本公开的范围内。然后，形成的AWG装置可基本形成整体结构(monolithicstructure)，以及提供PLC，PLC被配置为将一个WDM信号解复用为多个不同的信道波长用于输出至相关的检测器。形成的AWG装置可包括从第一端向第二端纵向延伸的多个侧壁，多个侧壁至少部分由包层材料形成。AWG装置的第一端被配置为与输入光纤光耦合，与AWG装置的第二端接近的部分被配置为与多个检测器装置光耦合。因此，出于参考目的，第一端通常被理解为输入耦合端，以及第二端通常被理解为提供一个输出耦合区域。
举个例子，AWG装置的输入耦合端耦合于LC连接器插座或者其他合适的连接器插座。连接器插座可通过例如粘合剂或其他合适的方式耦合于AWG装置。输入端被配置为具有倾斜大约8度的表面，用于降低相关输入光线发射至AWG装置内的光信号的背向反射。
AWG装置的输出耦合区域可包括具有纤芯材料的输出波导或输出通道，被配置为沿朝实际反射面纵向延伸的第一光程，实际上可约束例如至少80％的入射光。包括锥形区域的输出耦合端的一部分提供实际反射面。如本文通常所述，术语实际反射是指能够反射至少80％的入射光的表面。通过切割和抛光AWG芯片的一部分形成锥形区域，使得形成倾斜表面，但是提供锥形区域的其他方法将是显而易见的。纤芯材料具有与AWG芯片邻近的介质比如空气不同的折射率。因此，依照斯涅尔定律(Snell’s law)，通过输出波导提供的纵向路径传输的光可遇到倾斜表面并且实际上沿第二光程反射。第二光程通常与第一光程正交。倾斜表面反射的光线的特定数量可为80％或更多。沿第二光程的光线可遇到AWG芯片的侧壁，以及从那里朝检测器装置的方向发射。发出远离AWG装置光线的侧壁区域的表面可被准确地描述为输出接口(output interface)或直接耦合接口。
检测器装置比如光电二极管以使得其光敏区域与AWG装置的直接耦合接口对准的方式放置。针对每一信道输出提供检测器装置，使得相关的检测器接收并检测每一信道波长。每一检测器装置被配置为检测信道波长，并且将其提供相关的电路用于放大和转换为电信号。检测器装置被放置为与AWG装置的直接耦合接口距离D，从而例如当在主动对准过程期间移位/移动ROSA部件时，降低对检测器装置和/或AWG装置的潜在损害。在制造期间，通过提供测试WDM信号至AWG装置内并且监视检测器接收的信号的光功率、移动部件(例如，AWG装置和/或检测器)和重新测试，可进行主动对准过程。因此，通过在AWG装置和检测器装置之间提供小间隙，可降低潜在损害。一些情况下，在AWG装置和检测器装置之间插入例如凝胶的材料。这种材料的折射率为大约1.0或者允许光线进入检测器装置内的其他合适的折射率。其他情况下，检测器装置被直接放置于形成直接耦合接口的AWG芯片的表面上。
因此，根据本公开直接耦合AWG装置的众多优点将是显而易见的。举例而言，可消除光纤阵列与AWG装置的输出端耦合的相关插入损耗。所以，也可消除光纤阵列与相关检测器装置耦合的相关插入损耗。因此，总的插入损耗可减少至少1db至2db。为此，随着ROSA的灵敏度增加相同的数量例如1db至2db，ROSA的整体性能也得到改善。此外，因为AWG的直接耦合接口允许检测器装置放置于AWG装置旁边，与光纤阵列比如从AWG装置一端延伸的尾纤相比，可减少AWG装置的总长度。当针对高度约束的外壳比如小型配置设计AWG装置时，这种长度的减少尤其重要。
本文使用的“信道波长”指与光信道相关的波长并且包括中心波长周边的特定波段。一个例子中，国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)标准比如是ITU-T密集波分复用(dense wavelength division multiplexing；DWDM)网格(grid)或者粗波分复用(course wavelength division multiplexing；CWDM)定义信道波长。
本文使用的术语“耦合”是指任意连接、耦合、链接等，以及“光耦合”是指使得光线从一个元件被传递至另一元件的耦合。这种“耦合”装置并非必须直接连接至另一个，可通过操纵或修改这种信号的中间部件或装置被分离。同样，本文使用的术语“直接耦合”或“直接光耦合”是指没有中间装置比如光纤而允许光线从一个元件被传递至另一元件的任意光连接。
示例性光收发器系统:
现在转向图3，图中是与本公开实施例一致的光收发器300。更详细而言，光收发器300发送和接收使用四个不同的信道波长(λ1,λ2,λ3,λ4)的四个(4)信道，并且能够实现每一通道至少25千兆比特(gigabit；Gb)或更高的传输速率。一个例子中，信道波长λ1、λ2、λ3、λ4分别为1270nm、1290nm、1310nm和1330nm。光收发器300还能够实现例如几十米至2公里或更远距离的短传输距离。举例而言，可在互联网数据中心应用或FTTH应用中使用光收发器300。实施例中，光收发器300实现了四通道小型插拔式(Quad Small Form-FactorPlugging；QSFP)收发器。举例而言，可在QSFP收发器内实施光收发器300，QSFP收发器与2013年5月10日发布的“用于QSFP+28Gb/s 4X可插拔收发器解决方案(QSFP28)的小型化委员会规范SFF-8665”相符。本文公开的方面和实施例可在其他收发器类型内使用，并且不一定限制于QSFP或QFSP+收发器。根据期望的配置，光收发器300可被配置为DWDM或CWDM。虽然本文公开的方面和场景讨论了四个(4)信道的配置，但是其他信道配置例如2、4、16、32等也在本公开的范围内。
如图所示，光收发器300包括外壳302，外壳302包括用于在不同信道波长上发送光信号的多信道TOSA布置310，以及用于在不同信道波长上接收光信号的多信道ROSA 312。在收发器外壳302内，发送连接电路304和接收连接电路308分别提供与多信道TOSA 310和多信道ROSA 312的电连接。发送连接电路304和接收连接电路308通过数据总线303连接外部系统。一些情况下，数据总线303是与物理连接器QSFP标准和数据通信协议一致的38针连接器。
任意情况下，发送连接电路304电耦合至多信道TOSA布置310中的电子部件，例如激光组件，以及接收连接电路308电耦合至多信道ROSA 312中的电子部件例如AWG、检测器、放大电路等。发送连接电路304和接收连接电路308包括至少导电路径以提供电连接，并且还包括额外的电路。多信道TOSA 310发送且复用多个不同的信道波长，并且与光接口端口314耦合。光接口端口314包括LC连接端口，但是其他的连接器类型也在本公开的范围内。
在光接口端口314包括双工或者双向的LC插座，LC连接器插座提供与多信道TOSA310的光连接，并且提供与多信道ROSA 312的光连接。LC连接器插座被配置为接收且耦合于匹配的LC连接器316，使得外部光纤324的发送光纤322与多信道TOSA 310布置光耦合，以及外部光纤324的接收光纤317与多信道ROSA 312光耦合。
多信道TOSA布置310可包括用于产生相关信道波长的多个激光器封装311-1至311-N(图4)和光学器件，以及可将其耦合至发送光纤322。特别地，多信道TOSA布置310中的激光器311-1至311-N可将通过发送连接电路304接收的电数据信号(TX_D1至TX_D4)转换为在发送光纤322上传输的调制光信号。激光器包括例如具有衍射光栅的分布反馈(distributed feedback；DFB)激光器。其他情况下，激光器包括电吸收调制激光(electro-absorption modulated laser；EML)激光器二极管封装。多信道TOSA 310还包括用于监视激光器发射的光线的监视光电二极管。多信道TOSA 310进一步包括一或多个温度控制装置，比如电阻加热器和/或热电冷却器(thermoelectric cooler；TEC)用于控制激光器的温度，例如控制或稳定激光波长。
多信道ROSA 312可包括解复用光学器件比如以下进一步讨论的AWG装置402，以及多个检测器比如被配置为接收解复用信道波长的光电二极管封装。多信道ROSA 312可使用检测器和相关电路(例如，跨阻放大器TIA)以检测、放大和转换解复用信道波长，以及可将其提供作为电数据信号，比如RX_D1至RX_D4。
请参考图4，图中更详细地表示了具有多信道TOSA布置和多信道ROSA的示例性小型可插拔光收发器400。图4所示的实施例是图3的光收发器300实施为小型的一个例子。一些情况中，光收发器400实施QSFP+规范，或者其他可应用的可插拔小型规范。为此，实施例中，光收发器400符合QSFP28MSA标准，以及包括符合SFF-8661规范的物理尺寸。其他情况下，光收发器400实施C型可插拔(C form-factor pluggable；CFP)标准。任意这种情况下，光收发器400被配置为分别以至少100Gb/s的线速率发送和接收。当例如在100GBASE-LR4应用中使用光收发器时，照常是IEEE 802.3ba标准，尤其具有优势。如图所示，光收发器400包括收发器外壳302、具有多个激光器组件以产生相关信道波长的多信道TOSA布置310以及相关的电路。多信道TOSA布置310电耦合于发送柔性印刷电路(flexible printed circuit；FPC)304且耦合于外壳302一端处的光接口端口314。多信道光ROSA布置312电耦合于接收柔性印刷电路308，以及耦合于外壳302一端处的光接口端口315。实施例中，收发器400可被配置为在WDM无源光网络(passive optical network；PON)下操作，为此，AWG 402被配置为无源光学装置。然而，一些情况下，AWG 402可包括有源元件，在这方面没有限制。
多信道TOSA布置310可包括多个激光器封装311-1至311-N，每一个包括例如EML激光二极管封装。每一EML激光器可包括例如单个芯片上的集成电吸收调制器(electro-absorption modulator；EAM)。其他的激光类型也在本公开的范围内，比如举个例子，直接调制激光器(directly modulated laser；DML)二极管或者TO can类型的激光二极管。可基于期望的应用选择特定的激光器类型。例如，需要长距离比如大约10公里或者更长的应用青睐EML激光器。相反地，需要较短距离的应用可能使用DML。任意情况下，依照实施例，多信道TOSA布置的每一激光二极管装置可被配置为以大约25Gb/s更大的速率发送。多信道TOSA布置310的每一激光器封装可提供相对窄光谱的信道波长比如单个信道波长，或者被配置为基于相关的光学器件提供宽光谱的信道波长。实施例中，例如，激光器可提供375nm至1650nm的中心波长。
多信道ROSA布置312可包括解复用装置，比如直接耦合AWG装置402。直接耦合AWG装置402被配置为将信号例如通过光接口端口315接收的WDM信号解复用为单独的信道波长。光纤或其他波导(图未示)可从光接口端口315延伸至AWG装置402的输入。AWG 402装置的输出可耦合于例如四P-本征-N(p-intrinsic-n；PIN)二极体的阵列和相关的跨阻放大器403，用于检测、放大和转换每一信道波长为电信号。AWG装置402可兼容于例如符合25nmIEEE LX-4网格、20-nm ITU G.694.2CWDM网格以及400Ghz至800Ghz(例如，2nm至4nm)范围中的ITU G.694.1DWDM网格范围的信道间隔配置。AWG装置402可直接耦合于检测器装置，例如光电检测器801阵列(图8)，以下将更加详细地进行讨论。
请参考图5A，图中更详细地表示依照本公开实施例的直接耦合AWG装置402的一个例子。如图所示，AWG装置402包括AWG芯片503，AWG芯片503具有与输入耦合区域504耦合的第一端505以及具有第二端506，第二端506接近直接耦合接口517或区域。输入耦合区域504可包括光耦合端口507，光耦合端口507被配置为接收且光耦合于光耦合插座215的光纤。通常，AWG装置可支持光信号的复用和解复用，由此第一端505不一定是所有应用中的“输入”。然而，出于本文中公开的方面和场景的目的，第一端505被配置为通过光纤508接收光信号，以及通常沿光纤508出现的箭头所指的纵向路径将其发送，以发送WDM光信号至AWG芯片503内。一些情况下，光耦合端口507是LC插座。输入耦合区域504不一定包括光纤的长度，而是包括例如腔室或其他波导结构。另外，图5A描绘的光纤508的长度可由与光耦合端口507匹配的光缆提供，并且不一定是单独的光纤长度。
输入耦合区域504例如可使用粘合剂耦合至AWG芯片503，但是根据本公开其他的固定方法应该是显而易见的。输入耦合区域504可包括一端，这一端具有角度509的安装表面510，角度509为大约8度。当发射光线至AWG芯片503内时，角度509可降低背向反射。为此，AWG芯片的第一端505还可以包括具有大约8度角的安装表面，由此允许光纤508的纤芯和AWG芯片503的输入之间的适当对准。
举例而言，AWG芯片503可包括PLC比如基于二氧化硅的平面光波PLC装置。可使用用于集成硅微芯片和集成电路的相似的晶片工艺制造PLC装置。用于AWG芯片的工艺可包括，例如使用光刻形成电路图案，在基板比如硅或硅基的基板上蚀刻和沉积和/或外延生长。形成的AWG芯片503可包括例如二氧化硅(silica；SiO2)的包层材料，以及掺杂二氧化硅的纤芯材料，或者可提供光约束目的的对比折射率的其他合适的成分。通过形成工艺期间的二氧化硅的成形/蚀刻或者比如切割和抛光的后工艺定义AWG芯片503的轮廓。因此，AWG芯片503可包括由包层材料层形成的多个侧壁。然而，AWG芯片503可包括额外的保护层/涂层(coatings)，比如金属外壳，以及不一定限制于图示的实施例。
转向图5B，沿图5A的线A-A的放大剖面图更加详细地表示了AWG芯片503额外方面。如图所示，AWG芯片503可包括多个光程511或者通过沉积/生长纤芯层形成的输出波导，输出波导511沿AWG芯片503纵向延伸。举例而言，输出波导511可使用顺序地沉积/生长的掺杂二氧化硅或者合适的纤芯材料层而形成。输出波导511形成至少AWG芯片503的波导电路的一部分，以及与印刷电路板上的导电引线/迹线的操作相似。输出波导511的每一个具有约6微米的宽度W2和约3微米的高度H3，但是其他的纤芯配置也在本公开的范围内。以下结合图7讨论每一波导之间的信道间隔例如宽度W3。同样，顺序地沉积/生长二氧化硅或者其他合适的包层材料层可形成包层513。
实施例中，AWG芯片503的输出波导511可实现AWG芯片503上图案化的电路所定义的波导内的光约束。这种功能性至少部分基于纤芯对包层的组成之间的相对折射率。举例而言，基于二氧化硅的包层材料可包括大约1.45的折射率N1。相比之下，输出波导511可由具有折射率N2的纤芯材料形成，折射率N2处于大约N1的0.7％之内。可选择纤芯和包层的特定材料成分，以降低光纤508的插入损耗，这也被称为折射率匹配。任何情况下，本文公开的方面和实施例不一定限制于硅或者硅基的成分，并且可同样应用到用于形成AWG装置的其他材料。
回到图5A，AWG芯片503可包括输出接口517(也被称为直接耦合接口)，以下将更加详细地加以讨论。如图所示，AWG芯片503的第二端506包括倾斜表面520，从第一侧壁519延伸至第二侧壁523，倾斜表面520定义AWG芯片503的锥形区域。倾斜表面520可包括相对于纵轴521的角度514，选择角度514以使得入射光以90度角朝515处指示的区域方向向下反射，将参考图8进一步详细地表示和讨论。根据用于形成AWG芯片503的特定材料，更特别地是其各自的折射率，角度514可变化。同样，角度514可在标称制造公差例如±2％的范围内变化。实施例中，角度514处于约40度至45度之间的范围。一些情况下，通过切割、抛光、蚀刻或者要不然移除一部分AWG芯片503提供倾斜表面520。出于说明的目的，这种移除区域通常由516表示。第二端506的表面被抛光以确保移除工艺导致的表面水平缺陷被移除或者以其他方式被降低，这样光线的实际部分例如至少80％朝515指示的区域方向向下反射。形成AWG芯片503可包括移除515处通常指示的基板的一部分，以暴露输出接口区域517。暴露的输出接口区域517被抛光以确保适当的光耦合。
实施例中，AWG装置402可包括约13毫米(mm)的总长度L1。总长度L1可少于使用光纤阵列耦合方案的相似配置的AWG芯片，比如以上结合图1和图2所讨论的那一个。AWG芯片503可包括约10mm的长度L2，包括基板502的约1.30mm的高度H2，以及没有基板时约为1mm。为此，基板可包括约0.3mm的高度H1。通常515所指示的区域，尤其是输出接口区域517可包括约0.60mm的长度L3。
转向图6，图中表示依照实施例的AWG 402的俯视图。如图所示，AWG 402可包括大约1.5mm的宽度W。其他配置也在本公开的范围内，并且本文提供的特定例子不应该被理解为限制性的。图7表示依照本公开实施例的沿线B-B的AWG 402的一部分的详细示意图。如图所示，输出波导511包括约0.25mm的信道间隔W3，但是根据本公开其他的信道间隔布置将是显而易见的。
转向图8，图中表示依照本公开实施例的AWG芯片503的第二端506的放大透视图。出于清楚和实用的目的，采用高度简化和放大的方式表示图8的实施例。如图所示，输出波导511可各自提供806处通常指示的第一光程，第一光程806朝直接耦合端506纵向延伸。检测器阵列801比如光电二极管(photodiode；PD)阵列或条可位于距离直接耦合接口517距离D1处，D1约为50微米。如前所述，第二端506可包括表面520，根据AWG芯片的组成，表面520具有相对光程806大约40度至45度的角度514。举例而言，在输出波导511和包层513为硅基或者具有约1.45至1.5的折射率的其他方式的情况下，角度514为大约41度。每一输出波导511形成倾斜表面520至少的一部分，由此可包括具有角度514的锥形区域。注意例如当AWG芯片503的一部分被切割或者依照其他方式被移除时，引入输出波导511的锥形区域。
任意情况下，角度514可提供一个可允许例如至少80％的实际光线量朝检测器801的方向反射的入射角。举例而言，如图所示，入射到倾斜表面520或锥形区域的光线可沿第二光程530向下反射，并且穿透直接耦合接口517，第二光程530通常与第一光程806正交。如前所述，包层513(标记为n1)和输出波导511之间的折射率的差值允许光信号被实际约束在输出波导511内。另外，AWG 402邻接的外部区域809，尤其是倾斜表面520可包括折射率n3，折射率N3小于折射率n1和n2。举例而言，外部区域809包括折射率大约为1.00的空气。因此，作为折射率n2和n3之间的对比结果，沿光程806沿输出波导511相关其一发送的分离信道波长可朝检测器804的方向反射。基于斯涅尔定律计算产生的反射角：
n1 sinθ1＝n2 sinθ2 方程(1)
其中n1是第一介质的折射率，n2是第二介质的折射率，sinθ1是入射角以及sinθ2是反射角，因此：
使用时，输出波导511的每一个可提供沿806通常指示的第一光程的相关信道波长。然后，沿光程806的光线遇到倾斜表面520并且从此沿第二光程530反射，第二光程530通常与第一光程806正交。然后，沿第二光程530传输的光线可遇到检测器804的光敏区域。图9更加详细地表示检测器804相对每一波导511的方向。
转向图9，并且请额外参考图8，另一透视图表示依照本公开实施例的检测器801阵列所邻接的AWG芯片503的第二端506。为了实用和清楚，采用全透明的简化方式表示第二端506。如图所示，输出波导511的每一个纵向延伸至第二端506，使得输出波导511的每一个提供各自的第一光程，例如第一光程806。如前参考图7所述，输出波导511可依照标称距离W3分隔，根据期望的信道间隔配置，标称距离W3为大约0.25mm或不同的距离。如进一步所示，检测器装置804的每一个在输出接口区域517下方对准，尤其是在输出波导511各自其一下方对准。因此，AWG 402可以被理解为直接耦合至检测器804，无需两者之间额外的波导或光纤装置。检测器804可以通过例如引线键合901或者其他合适的电互联电耦合至接收连接电路108的相关电路比如跨阻放大器。
虽然本文已经描述了本发明的原理，本领域的普通技术人员应该理解此说明仅为示例说明以及并非限制本发明的范围。除了所示及描述的代表性实施例外，在本发明的范围内可预想到其它的实施例。本领域的普通技术人员其中之一的修改或替代被视为在本发明的范围内，本发明的范围不受以下权利要求书的限制。

Claims (20)

1.一种阵列波导光栅芯片，包括：
一第一端，用于耦合至一光耦合插座，以接收包括多个信道波长的一光信号；
一平面光波电路，耦合于该第一端，被配置为解复用所述多个信道波长的每一信道波长；
多个输出波导，耦合于该平面光波电路，所述多个输出波导的每一个被配置为接收该平面光波电路发射的相关解复用信道波长所对应的光线，并且沿朝该阵列波导光栅芯片的一第二端延伸的一第一光程提供该光线；以及
一锥形区域，被放置于该阵列波导光栅芯片的该第二端，被配置为接收通过所述多个输出波导的光线，并且将其朝该阵列波导光栅芯片的一输出接口区域反射。
2.如权利要求1所述的阵列波导光栅芯片，其中该输出接口区域被配置为沿一第二光程将通过所述多个输出波导接收的反射光线传递出该阵列波导光栅芯片，该第二光程实际上与该第一光程正交。
3.如权利要求1所述的阵列波导光栅芯片，其中该阵列波导光栅芯片定义从该第一端向该第二端纵向延伸的多个侧壁，以及其中该第二端的该锥形区域定义一倾斜表面，该倾斜表面从所述多个侧壁的一第一侧壁向所述多个侧壁的一第二侧壁延伸。
4.如权利要求3所述的阵列波导光栅芯片，其中该倾斜表面具有相对于该输出接口区域约41至45度的一内角。
5.如权利要求3所述的阵列波导光栅芯片，其中所述多个波导的每一个包括一纤芯材料，以及其中一包层材料被放置于该纤芯材料上，该纤芯材料定义该阵列波导光栅芯片的所述多个侧壁的至少一部分。
6.如权利要求5所述的阵列波导光栅芯片，其中所述多个输出波导的每一个的该纤芯材料具有一第一折射率，该锥形区域外部和邻接的一介质具有一第二折射率，该第一折射率大于该第二折射率。
7.如权利要求5所述的阵列波导光栅芯片，其中所述多个输出波导的每一个的该纤芯材料提供该倾斜表面的一部分，以及其中该倾斜表面被配置为基于该倾斜表面的至少一内角反射光线。
8.如权利要求5所述的阵列波导光栅芯片，其中该纤芯材料包括具有约1.45至1.50折射率的掺杂二氧化硅。
9.如权利要求6所述的阵列波导光栅芯片，其中外部的该介质包括具有约1.0折射率的一材料。
10.如权利要求1所述的阵列波导光栅芯片，其中该阵列波导光栅芯片被配置为1xN解复用装置，由此单个光输入信号被解复用为N个不同的信道波长。
11.如权利要求1所述的阵列波导光栅芯片，其中该阵列波导光栅芯片被实施于一阵列波导光栅装置封装中。
12.一种光收发器模块，包括：
一收发器外壳；
一多信道光接收次组件，位于该收发器外壳中并且包括一阵列波导光栅芯片，该阵列波导光栅芯片包括：
一第一端，用于耦合至一光耦合插座，以接收包括多个信道波长的一光信号；
一平面光波电路，耦合于该第一端，被配置为解复用所述多个信道波长的每一信道波长；
多个输出波导，耦合于该平面光波电路，所述多个输出波导的每一个被配置为接收该平面光波电路发射的相关解复用信道波长所对应的光线，并且沿朝该阵列波导光栅芯片的一第二端延伸的一第一光程提供该光线；以及
一锥形区域，被放置于该阵列波导光栅芯片的该第二端，被配置为接收通过所述多个输出波导的光线，并且将其朝该阵列波导光栅芯片的一输出接口区域反射；
一检测器装置阵列，被放置为邻接该阵列波导光栅芯片的该输出接口区域；以及
一多信道光发射次组件，包括位于该收发器外壳中的至少一个激光器封装，用于以不同的信道波长发送光信号。
13.如权利要求12所述的光收发器模块，其中一空气间隙分离该阵列波导光栅芯片的该输出接口区域和该检测器装置阵列。
14.如权利要求12所述的光收发器模块，其中该阵列波导光栅芯片的该输出接口区域与该检测器装置阵列分隔约50微米。
15.如权利要求12所述的光收发器模块，其中该阵列波导光栅芯片定义从该第一端向该第二端纵向延伸的多个侧壁，以及其中该第二端的该锥形区域定义一倾斜表面，该倾斜表面从所述多个侧壁的一第一侧壁向所述多个侧壁的一第二侧壁延伸。
16.如权利要求15所述的光收发器模块，其中该倾斜表面具有相对该输出接口区域约41至45度的一内角。
17.如权利要求15所述的光收发器模块，其中所述多个输出波导的每一个包括一纤芯材料，以及其中一包层材料被放置于该纤芯材料上，该纤芯材料定义该阵列波导光栅芯片的所述多个侧壁的至少一部分。
18.如权利要求17所述的光收发器模块，其中所述多个输出波导的每一个的该纤芯材料提供该倾斜表面的一部分，以及其中该倾斜表面被配置为基于该倾斜表面相对该阵列波导光栅芯片的该输出接口的至少一内角反射入射光。
19.如权利要求12所述的光收发器模块，其中该收发器为小型可插拔收发器模块，以及该光接收次组件被配置为依照每信道至少约25Gbps的传输速率接收至少四个不同的信道波长。
20.一种阵列波导光栅的形成方法，包括：
在一基板上沉积包层和纤芯材料的顺序层以形成一平面光波电路；
移除该基板的一部分以暴露该平面光波电路的一输出接口区域；以及
移除该平面光波电路的一部分以提供与该平面光波电路的该输出接口区域接近的一锥形区域。
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