CN117420643A - 光信号传输装置和光学系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光信号传输装置，包括：光信号调制组件、光探测组件、耦合微环和光输入输出端口，所述耦合微环用于对进入所述光输入输出端口的第一入射光信号进行谐振，并耦合至所述光探测组件，且对流出所述光信号调制组件的第二入射光信号不发生谐振，使所述第二入射光信号直接进入所述光输入输出端口。本公开还提供一种光学系统。

Description

光信号传输装置和光学系统

技术领域

本公开涉及光通信设备，具体地，涉及一种光信号传输装置和一种光学系统。

背景技术

为了减少光纤铺设，出现了单线双向传输(BIDI，Bidirectional)技术。在相关技术中，通过分立的合分合分波器、透射反射光学组件，对光信号进行多次耦合，封装成器件的方式获得能够实现BIDI技术的光学输入输出器件，然后通过金属引脚与印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)相连的方式将光信号调制器件和光信号探测器件固定在PCB上的方式进行封装。这种封装方式工艺复杂，封装尺寸大，无法适用于光学输入输出(Optical I/O)的使用场景。且现有的合分波器、透射反射光学组件只能是单个组件的形式，无法在现有基础上进一步小型化，且无法实现硅基集成即无法实现芯片集成工艺。

发明内容

本公开的目的在于提供一种光信号传输装置和一种光学系统。

作为本公开的第一个方面，提供一种光信号传输装置，包括：光信号调制组件、光探测组件、耦合微环和光输入输出端口，所述耦合微环用于对进入所述光输入输出端口的第一入射光信号进行谐振，并耦合至所述光探测组件，且对流出所述光信号调制组件的第二入射光信号不发生谐振，使所述第二入射光信号直接进入所述光输入输出端口。

可选地，所述光探测组件包括光探测元件阵列和第一双直通波导微环阵列滤波器，

所述光探测元件阵列包括n个光探测元件，所述第一双直通波导微环阵列滤波器包括n个第一双直通波导微环，n个所述光探测元件和n个所述第一双直通波导微环的光路一一对应，n个所述第一双直通波导微环分别对应n种不同波长的光，其中，n为正整数。

可选地，所述光探测组件还包括第一光波导，所述光探测元件通过所述第一光波导与对应的所述第一双直通波导微环相连。

可选地，所述光探测元件阵列集成在同一芯片上。

可选地，所述光信号调制组件包括调制器阵列和第二双直通波导微环阵列滤波器；

所述调制器阵列包括n个调制器，所述第二双直通波导微环阵列滤波器包括n个第二双直通波导微环阵列滤波器，n个所述调制器和n个所述第二双直通波导微环的光路一一对应，n个所述调制器能够调制出n种不同波长的第二入射光信号，其中，n为正整数。

可选地，所述光信号调制组件还包括第一光波导，所述调制器通过所述第一光波导与对应的所述第二双直通波导微环相连。

可选地，所述调制器阵列集成在同一芯片上。

可选地，所述光输入输出端口包括光口波导。

作为本公开的第二个方面，提供一种光学系统，所述光学系统包括成对的光信号传输装置，其中，所述光信号传输装置为本公开第一个方面所提供的光信号传输装置。

可选地，在同一对所述光信号传输装置中，两个所述光信号传输装置的光输入输出端口通过光纤相连。

对于本公开所提供的光信号传输装置而言，在所述光输入输出端口接收到第一入射光信号时，所述耦合微环对第一入射光信号进行谐振耦合可以进入光探测组件中，而所述耦合微环对所述光信号调制组件发出的第二入射光信号不谐振，使得该第二入射光信号可以进入所述光输入输出端口、并直接从所述光输入输出端口出射。由此可知，在本公开中，仅通过设置耦合微环即可实现BIDI技术，简化了光信号传输装置的结构。

附图说明

图1是本公开所提供的光信号传输装置的一种实施方式的示意图；

图2是本公开所提供的光学系统的一种实施方式的示意图；

图3耦合微环实现BIDI的原理图；

图4是本公开所提供的光学系统中一个光信号传输装置的一种实施方式的示意图；

图5是本公开所提供的光学系统中一个光信号传输装置的另一种实施方式的示意图；

图6是本公开所提供的光学系统中另一个光信号传输装置的一种实施方式的示意图；

图7是本公开所提供的光学系统中另一个光信号传输装置的另一种实施方式的示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图对本公开提供的光信号传输装置和光学系统进行详细描述。

在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例，但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。

在不冲突的情况下，本公开各实施例及实施例中的各特征可相互组合。

如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由……制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。

作为本公开的一个方面，提供一种光信号传输装置，如图1中所示，该光信号传输装置包括光信号调制组件100和光探测组件200，其中，所述光信号传输装置还包括耦合微环300和光输入输出端口400，耦合微环300用于对进入光输入输出端口400的第一入射光信号进行谐振，并耦合至光探测组件200，且对流出光信号调制组件100的第二入射光信号不发生谐振，使所述第二入射光信号进入光输入输出端口400。需要指出的是，在本公开中，实线箭头表示的是第二入射光信号，虚线箭头表示的是第一入射光信号。

在光输入输出端口400接收到第一入射光信号时，耦合微环300对第一入射光信号进行谐振耦合可以进入光探测组件200中，而耦合微环300对光信号调制组件100发出的第二入射光信号不谐振，使得该第二入射光信号可以进入光输入输出端口400、并直接从光输入输出端口400出射。由此可知，在本公开中，仅通过设置耦合微环300即可实现BIDI技术，简化了光信号传输装置的结构。

在本公开中，如图3所示，光输入输出端口400可以包括输入口(Input port)、通过口(Through port)、跌落口(Drop port)、添加口(Add port)。

下面结合图2和图3介绍耦合微环300实现合分波及单纤双向的原理：

光经过耦合微环300的中间耦合区域时，一部分光信号(即，入射到光输入输出端口400的第一入射光信号λ’1、λ’2、……、λ’n-1、λ’n)耦合到环形的耦合微环300中，另一部分光信号(即，光信号调制组件100产生的第二入射光信号λ1、λ2、……、λn-1、λn)保留在光输入输出端口400中，并直接从光输入输出端口400的通过口出射。耦合进入耦合微环300中的光信号，经过耦合微环300半个周长的传播后，从跌落口输出，从而可以实现BIDI技术。

在本公开中，对光探测组件200的具体结构不做特殊的限定。如图2中所示，光探测组件200可以包括光探测元件阵列210和第一双直通波导微环阵列滤波器220。

光探测元件阵列210包括n个光探测元件(PD，Photodetector)，第一双直通波导微环阵列滤波器220包括n个第一双直通波导微环，n个光探测元件和n个所述第一双直通波导微环的光路一一对应，n个所述第一双直通波导微环分别对应n种不同波长的光，其中，n为正整数。

对端的光传输模块发出的光信号能够作为第一入射光信号进入光输入输出端口400，经过耦合微环300的谐振，进入相应波长的第一双直通波导微环，再进入相对应的光探测元件阵列210。

在图2和图4、图6中所示的实施方式中，波长为λ’1、λ’2、……、λ’n-1、λ’n的第一入射光信号分别进入n个第一双直通波导微环中，最后进入相应的光探测元件中。

为了缩小光探测组件200的体积，可选地，如图5所示，光探测组件200还包括第一光波导，光探测元件通过所述第一光波导与对应的所述第一双直通波导微环相连。

为了进一步缩小光探测组件200的体积，可选地，光探测元件阵列210集成在同一芯片上。

在本公开中，对光信号调制组件100的具体结构也不做特殊的限定。如图2和图4所示，所述光信号调制组件包括调制器阵列110和第二双直通波导微环阵列滤波器120。

调制器阵列110包括n个调制器(modulator)，第二双直通波导微环阵列滤波器120包括n个第二双直通波导微环阵列滤波器，n个调制器和n个所述第二双直通波导微环的光路一一对应，n个所述调制器能够调制出n种不同波长的第二入射光信号。

如图2、图4和图5所示，n个调制器发出波长为λ1、λ2、……、λn-1、λn的第二入射光信号，经过第二双直通波导微环阵列滤波器120中的n个第二双直通波导微环输出至光输入输出端口400。

在本公开中，对光信号调制组件100的结构不做特殊的限定，为了缩小光信号调制组件100的体积，如图5和图7所示，光信号调制组件100还可以包括第一光波导，调制器通过所述第一光波导与对应的所述第二双直通波导微环相连。

为了进一步缩小光信号调制组件100的体积，调制器阵列110集成在同一芯片上。

为了进一步缩小光信号传输装置的体积，光信号调制组件100的调制器阵列110、以及光探测组件200的光探测元件阵列210集成在同一电芯片上(也就是说，集成光探测元件阵列210的芯片、与集成调制器阵列110的芯片为同一电芯片)。并且，第一双直通波导微环阵列滤波器220和第二双直通波导微环阵列滤波器120集成在同一光路芯片上。在本公开中，耦合微环300也可以与第一双直通波导微环阵列滤波器220和第二双直通波导微环阵列滤波器120中的至少一者集成在同一光路芯片上，这样通过单片硅基集成芯片即可实现BIDI传输，降低了制造光信号传输装置的工艺难度、并降低了光纤铺设成本，还避免了光传输过程中多次耦合造成的损耗，并且可以提高封装密度以及数据传输容量。

当然，作为一种可选实施方式，在本公开中，光信号调制组件100、光探测组件200、以及耦合微环300可以集成在同一芯片上，以进一步降低光信号传输装置的体积。

在本公开中，对光输入输出端口400的具体结构不做特殊的限定，可选地，光输入输出端口400可以包括光口波导。

作为本公开的第二个方面，提供一种光学系统，所述光学系统包括成对的光信号传输装置，其中，所述光信号传输装置为本公开第一个方面所提供的光信号传输装置。

如上文中所述，本公开所提供的光信号传输装置可以通过简单的结构实现BIDI技术。

在传递光信号时，需要在同一对光信号传输装置的光学输入输出端口之间设置光纤500。在本公开中，对如何获得光纤500不做特殊的限定。例如，可以通过外购的方式获得光纤500。

可选地，在同一个对光信号传输装置中，两个所述光信号传输装置的光输入输出端口通过光纤500相连。

下面结合图2对同一对光信号传输装置的工作原理进行简单的介绍和说明。

如图2所示，同一对光信号传输装置包括光信号传输装置A和光信号传输装置B。光信号传输装置A和光信号传输装置B通过光纤500互联。

光信号传输装置A的光路说明：

光接收端：

光信号传输装置B通过光纤500输出的波长为λ’1、λ’2、……、λ’n-1、λ’n的第一入射光信号通过光信号传输装置A的光输入输出端口的直波导输入，然后耦合进入光信号传输装置A的耦合微环300，光信号传输装置A的耦合微环300里的波长分别为λ’1、λ’2、……、λ’n-1、λ’n的光信号耦合进入光信号传输装置A的第一双直通波导微环阵列滤波器220的直波导，然后再耦合进入光信号传输装置A的第一双直通波导微环阵列滤波器220的相应波长的第一双直通波导微环，通过第一双直通波导微环阵列滤波器220的另一直波导分别输出λ’1、λ’2、……、λ’n-1、λ’n光信号，并进入光信号传输装置A的光探测元件阵列210。

光发射端：

光信号传输装置A调制器阵列110分别调制出波长为λ1、λ2、……、λn-1、λn的第二入射光信号，上述第二入射光信号耦合进入第二双直通波导微环阵列滤波器120的相应波长的第二双直通波导微环，再耦合进入光信号传输装置A的光输入输出端口的直波导，经过光纤500输出给光信号传输装置B。

光信号传输装置B的光路说明：

光接收端：

光信号传输装置A通过光纤500输出的波长为λ’1、λ’2、……、λ’n-1、λ’n的第一入射光信号通过光信号传输装置B的光输入输出端口的直波导输入，然后耦合进入光信号传输装置B的耦合微环300，光信号传输装置B的耦合微环300里的波长分别为λ’1、λ’2、……、λ’n-1、λ’n的光信号耦合进入光信号传输装置B的第一双直通波导微环阵列滤波器220的直波导，然后再耦合进入光信号传输装置B的第一双直通波导微环阵列滤波器220的相应波长的第一双直通波导微环，通过第一双直通波导微环阵列滤波器220的另一直波导分别输出λ’1、λ’2、……、λ’n-1、λ’n光信号传输装置B的光探测元件阵列210。

光发射端：

光信号传输装置B调制器阵列110分别调制输出波长为λ1、λ2、……、λn-1、λn的第二入射光信号，上述第二入射光信号耦合进入第二双直通波导微环阵列滤波器120的相应波长的第二双直通波导微环，再耦合进入光信号传输装置B的光输入输出端口的直波导，经过光纤500输出给光信号传输装置A。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其它的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其它传输机制之类的调制数据信号中的其它数据，并且可包括任何信息递送介质。

一般说明性含义，并且不用于限制的目的。在一些实例中，对本领域技术人员显而易见的是，除非另外明确指出，否则可单独使用与特定实施例相结合描述的特征、特性和/或元素，或可与其它实施例相结合描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离由所附的权利要求阐明的本公开的范围的情况下，可进行各种形式和细节上的改变。

Claims (10)

1.一种光信号传输装置，其特征在于，包括：光信号调制组件、光探测组件、耦合微环和光输入输出端口，所述耦合微环用于对进入所述光输入输出端口的第一入射光信号进行谐振，并耦合至所述光探测组件，且对流出所述光信号调制组件的第二入射光信号不发生谐振，使所述第二入射光信号直接进入所述光输入输出端口。

2.根据权利要求1所述的光信号传输装置，其特征在于，所述光探测组件包括光探测元件阵列和第一双直通波导微环阵列滤波器，

所述光探测元件阵列包括n个光探测元件，所述第一双直通波导微环阵列滤波器包括n个第一双直通波导微环，n个所述光探测元件和n个所述第一双直通波导微环的光路一一对应，n个所述第一双直通波导微环分别对应n种不同波长的光，其中，n为正整数。

3.根据权利要求2所述的光信号传输装置，其特征在于，所述光探测组件还包括第一光波导，所述光探测元件通过所述第一光波导与对应的所述第一双直通波导微环相连。

4.根据权利要求2所述的光信号传输装置，其特征在于，所述光探测元件阵列集成在同一芯片上，和/或，所述第一双直通波导微环阵列滤波器与所述耦合微环集成在同一芯片上。

5.根据权利要求1所述的光信号传输装置，其特征在于，所述光信号调制组件包括调制器阵列和第二双直通波导微环阵列滤波器；

所述调制器阵列包括n个调制器，所述第二双直通波导微环阵列滤波器包括n个第二双直通波导微环阵列滤波器，n个所述调制器和n个所述第二双直通波导微环的光路一一对应，n个所述调制器能够调制出n种不同波长的第二入射光信号，其中，n为正整数。

6.根据权利要求5所述的光信号传输装置，其特征在于，所述光信号调制组件还包括第一光波导，所述调制器通过所述第一光波导与对应的所述第二双直通波导微环相连。

7.根据权利要求5所述的光信号传输装置，其特征在于，所述调制器阵列集成在同一芯片上，和/或，所述第二双直通波导微环阵列滤波器与所述耦合微环集成在同一芯片上。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的光信号传输装置，其特征在于，所述光输入输出端口包括光口波导。

9.一种光学系统，所述光学系统包括成对的光信号传输装置，其特征在于，所述光信号传输装置为权利要求1至8中任意一项所述的光信号传输装置。

10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，在同一对所述光信号传输装置中，两个所述光信号传输装置的光输入输出端口通过光纤相连。