CN115622657A - 多通道波分复用光发射器件及光收发器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多通道波分复用光发射器件及光收发器，光收发器包含壳体以及容置于壳体内的光通信组件；光通信组件包含基板、设置于基板的多个第一光发射单元与多个第二光发射单元、以及容置于壳体内的第一波分复用器与第二波分复用器；第一光发射单元对应第一波分复用器，且第二光发射单元对应第二波分复用器。

Description

多通道波分复用光发射器件及光收发器
技术领域
本发明涉及一种光通信装置，特别涉及一种含有波分复用器的多通道波分复用光发射器件及光收发器。
背景技术
在现代高速通信网络中，一般设有光收发器以实现光通信，而光收发器通常安装于电子通信设备中。为了增加系统设计的弹性及维修方便，光收发器以可插拔方式插入设置于通信设备中对应的笼子内而构成光通信组件。一般而言，此笼子系设置于外部电路板上，为了界定光收发模组件与对应的笼子之间的电气及机械接口，已提出各种不同的标准，例如用于10GB/s通信速率的XFP(10Gigabit Small Form Factor Pluggable)标准以及QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)标准等。随着通信系统的升级和各种因特网服务对通信带宽需求的快速增加，现有通信系统存在着内部容置空间不足和能耗大的两大问题需要克服。如何在提升带宽和传输速率的前提下提供小尺寸、高内部空间利用率以及低能耗的通信系统，是本技术领域目前重要的课题之一。
通常，具有波分复用(Wavelength Division Multiplexing)传输功能的光通信模组包含承载平台和波长分波多工光元件，其中波分复用光元件例如波分复用(MUX)和/或波分解复用器(DMUX)，结构上承载平台和波分复用光元件相对分立，这种设计不利于光发射及光接收模组小型化及高密度化的发展趋势。另外，随着光通信模组的通道数提升，波分复用光元件还面临着E波段(约1360纳米至1460纳米)的光讯号插入损耗过大的问题。目前，市面上的光通信模组多包含适用于四通道或更少通道数的波分复用光元件，但若此波分复用光元件的结构应用于高通道数(例如八通道)，部分通道会由于光程太长、反射太多次而发生光斑变形，从而降低光耦合效率。
发明内容
本发明在于提供一种多通道波分复用光发射器件及光收发器，有助于解决现有的波分复用器无法应用于高通道数的问题。
本发明所揭露的多通道波分复用光发射器件包含壳体以及容置于壳体内的光通信组件。光通信组件包含基板、多个第一光发射单元与多个第二光发射单元、第一波分复用器与第二波分复用器。第一光发射单元与第二光发射单元设置于基板。第一波分复用器与第二波分复用器容置于壳体内。第一光发射单元对应第一波分复用器，且第二光发射单元对应第二波分复用器。
本发明所揭露的光收发器包含前述的多通道波分复用光发射器件。
根据本发明揭露的多通道波分复用光发射器件及光收发器。高通道的多路光线可被分成两组分别通过两个波分复用器。以波分复用器应用于八通道来作具体示例性说明，两个波分复用器的配置能让八通道光路在进行波长分波多工作业时的光程长度等同于四通道光路进行波长分波多工作业时的光程长度。藉此，有助于避免高通道数的光通信模组在进行波长分波多工作业时存在光程太长的问题，有效维持甚至提升光耦合效率。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明系用以示范与解释本发明的精神与原理，并且为本发明的保护范围提供更进一步的解释。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的多通道波分复用光发射器件的立体示意图；
图2为图1中多通道波分复用光发射器件的俯视示意图；
图3为图1中多通道波分复用光发射器件的内部侧视示意图；
图4为图2中多通道波分复用光发射器件的光路示意图；
图5为根据本发明一实施例的光收发器的立体示意图。
【附图标记说明】
1a 多通道波分复用光发射器件
2 光纤适配器
3 光收发器
10 壳体
100 空间
110 底内壁面
20 光通信组件
210 基板
211 上表面
212 下表面
220 第一光发射单元
221 光主动元件
222 光主动元件
230 第二光发射单元
231 光主动元件
232 光主动元件
240 承载平台
250 第一波分复用器
251 光波导主体
252 带通滤光片组
253 全反射单元
254 抗反射膜
260 第二波分复用器
261 光波导主体
262 带通滤光片组
263 全反射单元
264 抗反射膜
270 光学透镜
30 温度控制器
40 光学隔离器
50 焊环
60 光学透镜
A1 参考箭头
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、保护范围及附图，本领域普通技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例系进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请先参照图1和图2，其中图1为根据本发明一实施例的多通道波分复用光发射器件的立体示意图，且图2为图1中多通道波分复用光发射器件的俯视示意图。在本实施例中，多通道波分复用光发射器件1a包含壳体10以及光通信组件20。壳体10例如但不限于是金属制封装用外壳。为了让本发明揭露的内容易于理解，图1和图2中省略绘制壳体10的一部分顶部，以方便观察位于壳体10内的光通信组件20。
光通信组件20容置于壳体10内的空间100，且光通信组件20包含基板210、多个第一光发射单元220、多个第二光发射单元230、承载平台240、第一波分复用器250以及第二波分复用器260。请一并参照图3，为图1中多通道波分复用光发射器件的内部侧视示意图。基板210例如但不限于是为了满足光路设计需求而用来承载光器件的基座。第一光发射单元220与第二光发射单元230设置于基板210的上表面211。各个第一光发射单元220包含光主动元件221、222，且各个第二光发射单元230包含光主动元件231、232。光主动元件221、231可以是发光二极管、光发射次模组(TOSA)或其封装构件，且光主动元件222、232可为背光接收光电二极管。光主动元件222、232分别与光主动元件221、231电性连接，以监控光主动元件221、231的光强度和工作状况。本实施例的第一光发射单元220以及第二光发射单元230各自包含发光二极管(光主动元件221、231)及背光接收光电二极管(光主动元件222、232)两种光主动元件互相搭配，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，第一光发射单元220以及第二光发射单元230可以仅配置发光二极管。
承载平台240例如但不限于是硅基座，其设置于壳体10的底内壁面110，并且第一波分复用器250以及第二波分复用器260设置于承载平台240。本实施例中的光通信组件20包含承载平台240，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，光通信组件可不包含承载平台，并且波分复用器设置于壳体的底内壁面。
第一波分复用器250包含光波导主体251、带通滤光片组252、全反射单元253以及抗反射膜254，且第二波分复用器260包含光波导主体261、带通滤光片组262、全反射单元263以及抗反射膜264。光波导主体251、261为平形四边形块状或菱形块状，其横向截面尺寸可满足单模传输的条件。光波导主体251、261的制备材料可采用任意常规制程中使用的波导材料，例如二氧化硅、由硅层和锗层堆栈形成的复合材料、由硅层和二氧化硅层堆栈形成的复合材料等。带通滤光片组252、262分别位于光波导主体251、261的光输入侧(图2中光波导主体251、261的左侧)。带通滤光片组252、262包含多个不同带通的滤光片，各个滤光片的适用波长段分别对应于各个光主动元件221、231(各个通道)的工作波长。带通滤光片组252、262可实现让适用波长段的光穿透，并且反射适用波长段以外的光。带通滤光片组252、262的多个滤光片可以是一体成型的对象，也可以是各自独立的滤光片阵列。全反射单元253、263分别位于光波导主体251、261的光输出侧(图2中光波导主体251、261的右侧)。在本实施例中，全反射单元253、263可实现反射全部波长光的镀膜或反射镜。抗反射膜254、264分别位于光波导主体251、261的光输出侧，并且全反射单元253、263并未覆盖抗反射膜254、264；换句话说，抗反射膜254、264设置于光波导主体251、261的光输出侧中未与抗反射膜254、264重叠的区域。抗反射膜254、264是可选择性抗反射膜254、264的元件；在其他实施例中，如果光线在光波导主体与空气的接口处不会产生严重的折射或全反射时，可不需要额外设置抗反射膜。
在本实施例中，光通信组件20的第一波分复用器250和第二波分复用器260为独立的两个波分复用器。如图2所示，第一波分复用器250和第二波分复用器260相邻设置，甚至两者各自有其中一边紧贴在一起，而使第一波分复用器250和第二波分复用器260共同构成近似V形状的波分复用器组件，并且V形的开口是相对远离第一光发射单元220与第二光发射单元230。所述V形状是指图2中的两个参考箭头A1交会所形成的V形。
另外在本实施例中，光通信组件20更包含设置于基板210的多个光学透镜270。在图2中，多个光学透镜270排列成两排透镜阵列，并且每一排透镜阵列中的透镜数量对应光主动元件221、231的数量的总和。在本实施例中，第一光发射单元220与第二光发射单元230的总数量大于四个。如图2和图3所示，第一光发射单元220的数量为四个，第二光发射单元230的数量大于等于四个，而构成总共有八通道的多通道波分复用光发射器件1a，但通道数并非用以限制本发明。在其他实施例中，第一光发射单元220和第二光发射单元230的数量都可以是四个以上，因此多通道波分复用光发射器件1a的通道数可以是八个以上。
在本实施例中，多通道波分复用光发射器件1a更进一步包含温度控制器30。温度控制器30例如但不限于是热电偶温度控制器。其容置于壳体10的空间100并且与光通信组件20的基板210热接触。更进一步来说，温度控制器30设置于基板210的下表面212与壳体10的底内壁面110之间，且温度控制器30的相对二侧分别与基板210的下表面212和壳体10的底内壁面110热接触，也就是说光通信组件20与温度控制器30分别设置于基板210的相对两表面(上、下表面)。温度控制器30有助于使得壳体10内部温度控制在适合运作的一定范围。
另外在本实施例中，壳体10内的空间100为气密腔，其相对于壳体10周围的外部环境具有气密性，使得外部环境的空气和水气无法进入到壳体10内。藉此，可防止位于气密腔(空间100)的光主动元件221、231和温度控制器30的性能表现遭到灰尘或水气干扰。在部分实施例中，于壳体10上可形成有窗口，并且还可设置玻璃盖于窗口。玻璃盖与壳体10壳体10采用焊接方式固定在一起而封闭窗口，以保证壳体10内部的气密性。光通信组件20产生的光线可以自壳体10内部经过光窗传输到壳体10外部。
在本实施例中，多通道波分复用光发射器件1a更包含容置于壳体10的空间100的二光学隔离器40，并且二光学隔离器40分别对应第一波分复用器250和第二波分复用器260。光学隔离器40可限制发光二极管产生的光线向特定方向行进。从第一波分复用器250和第二波分复用器260的光输出侧射出的光线可被光学隔离器40限制行进方向。
在本实施例中，多通道波分复用光发射器件1a更包含设置于壳体10的二焊环50，且焊环50分别对应第一波分复用器250和第二波分复用器260。如图2和图3所示，焊环50裸露于外。光纤适配器2插入至焊环50中，并且采用激光穿透焊接的方式把焊环50和光纤适配器2固定在一起，进而让光纤适配器2与光通信组件20光耦合，同时实现壳体10的空间100的良好气密性。进一步地，为了更加提升光纤适配器2与光通信组件20之间的光耦合效率，多通道波分复用光发射器件1a更包含二光学透镜60，且二光学透镜60分别容置于二焊环50内。
图4为图2中多通道波分复用光发射器件的光路示意图。一并参照图3和图4，第一光发射单元220和第二光发射单元230产生的光线经过位于壳体10内的光学透镜(未另标号，其可设置于基板210的沟槽中)形成平行光，然后八路(通道)光线分成两组分别进入第一波分复用器250和第二波分复用器260，其中每四路为一组。对于第一波分复用器250，通过带通滤光片组252而进入光波导主体251的四路光线在全反射单元253的反射作用下沿Z形或W形波导光路依次进入下一段波导传播，在光波导对光线传播方向的限制作用下，最终四路光线都通过抗反射膜254出射，并接着经过光学隔离器40后与光纤适配器2耦合。相同地，对于第二波分复用器260，通过带通滤光片组262而进入光波导主体261的另四路光线在全反射单元263的反射作用下沿Z形或W形波导光路依次进入下一段波导传播，在光波导对光线传播方向的限制作用下，最终四路光线都通过抗反射膜264出射，并接着经过光学隔离器40后与光纤适配器2耦合。波导光路可以是直线式Z形或W形连续分布，也可以是弯曲式Z形或W形连续分布。
图5为根据本发明一实施例的光收发器的立体示意图。在本实施例中，光收发器3包含外壳以及内部的光通信元件。其中，光收发器3内部的光通信元件可包含前述的多通道波分复用光发射器件。图5示例性绘出光收发器3包含多通道波分复用光发射器件1a，但光收发器内的多通道波分复用光发射器件数量并非用以限制本发明。
综上所述，根据本发明揭露的多通道波分复用光发射器件以及光收发器包含两个波分复用器。高通道的多路光线可被分成两组分别通过两个波分复用器。以波分复用器应用于八通道来作具体说明，两个波分复用器的配置能让八通道光路在进行波长分波多工作业时的光程长度等同于四通道光路进行波长分波多工作业时的光程长度。藉此，有助于避免高通道数的光通信模组在进行波长分波多工作业时存在光程太长的问题，有效维持甚至提升光耦合效率。

Claims (10)

1.一种多通道波分复用光发射器件，其特征在于，包含：
壳体；以及光通信组件，容置于该壳体内，该光通信组件包含：
基板；
多个第一光发射单元，设置于该基板；
多个第二光发射单元，设置于该基板；
第一波分复用器，其中该多个第一光发射单元对应该第一波分复用器；以及
第二波分复用器，其中该多个第二光发射单元对应该第二波分复用器。
2.如权利要求1所述的多通道波分复用光发射器件，其特征在于，其中该第一波分复用器和该第二波分复用器为独立的两个波分复用器。
3.如权利要求1所述的多通道波分复用光发射器件，其特征在于，其中该多个第一光发射单元的数量大于等于四个，该多个第二光发射单元的数量大于等于四个。
4.如权利要求1所述的多通道波分复用光发射器件，其特征在于，该壳体具有气密腔，且该光通信组件容置于该气密腔。
5.如权利要求4所述的多通道波分复用光发射器件，其特征在于，更包含容置于该气密腔的温度控制器，且该温度控制器与该基板的下表面和该壳体热接触。
6.如权利要求1所述的多通道波分复用光发射器件，其特征在于，更包含容置于该壳体内的二光学隔离器，其中该二光学隔离器分别对应该第一波分复用器和该第二波分复用器。
7.如权利要求1所述的多通道波分复用光发射器件，其特征在于，其中各个该多个第一光发射单元与各个该多个第二光发射单元皆包含光主动元件，多个该光主动元件为发光二极管或发光二极管搭配背光接收光电二极管。
8.如权利要求1所述的多通道波分复用光发射器件，其特征在于，更包含设置于该壳体的二焊环，且该二焊环分别对应该第一波分复用器和该第二波分复用器。
9.如权利要求8所述的多通道波分复用光发射器件，其特征在于，更包含二光学透镜分别容置于该二焊环内。
10.一种光收发器，包含如权利要求1至9任一项所述的多通道波分复用光发射器件。
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