CN1651954A - 双向光收发器 - Google Patents

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Abstract

一种双向光收发器，包括：光纤，其适于输入/输出光信号，且具有有倾角的抛光斜面；基底，其具有在其上部形成的、用于把光纤置于其中的槽；波长分配器滤光器，其以基本上与光纤中的倾角匹配的倾斜度被插入基底中；光电二极管，其位于基底上用于接收来自波长分配器滤光器的光信号；晶体管形罐(TO－Can)，其具有位于与光纤相对的位置、用于发射光信号的激光二极管；以及单外壳，其适于在其上安装光纤、基底和晶体管形罐。

Description

双向光收发器
技术领域
本发明涉及光通信，尤其是涉及具有最小限度的部件对准准则的低成本双向光收发器。
背景技术
一般，在使用光纤的光通信中，双向光收发器利用不同的光波长同时发送多个信道。在单模光纤的情况下，通信典型地在两个光波长(例如1.3m和1.55m)下发生，因为这些波长显示出较小的衰减。光纤到户(FTTH)系统是波分复用(WDM)系统，其使得把通信信道和有线电视(CATV)信号整合到一条光纤上成为可能。从而，不是使用分开的光纤用于发送和接收，而是使用单条光纤同时执行发送和接收。这节省了安装光纤的成本，减少了光学元件的数目，并实现了更经济的光通信系统。
常规的双向光收发器分为使用平面光波电路(PLC)基底的双向光收发器和使用晶体管形罐(TO-Can)基底的双向光收发器。图1显示了具有两个TO-Can的常规双向光收发器的横断面视图。双向光收发器1由以下部件组成：波长分配器6，其适于分配从外部信源输入的光信号，以及被输入到激光二极管(LD)3和光检测器(PD)4的光信号或从LD 3和PD4输出的光信号；以及由一组光纤5构成的收发器模块，它是适于识别从波长分配器6分配的各个波长的光接收器件。
波长分配器6由以下部件组成：波长分配器6，其适于分配由LD 3提供的光信号以及来自外部信源的光信号；以及Y分配器(未显示)，其作为光信号的传输/接收线。波长分配器6介于收发器模块和Y分配器之间。波长分配器6可以由波分复用滤光器构成，该波分复用滤光器根据输入的光信号的波长带对输入的光信号执行多重分离。在这种情况下，可以使用复用器滤光器或者布拉格衍射光栅。
Y分配器是光波导，其具有作为用于从外部信源输入的光信号和由LD 3提供的光信号两者的线的共同波导。收发器模块适于把输入的信号调制为光信号，适于检测通过光纤输入的光信号的光检测器(未显示)监测LD 3的光强。
双向光收发器1具有光发射部分和光接收部分，每一部分都由主动对准、且相互耦合的TO-Can 2构成。因为TO-Can 2自身是用普通技术制造的，因此双向光收发器的制造成本很低，从而具有高产量。
然而，常规双向光收发器的体积变得较大。例如，在双天线收发开关(triplexer)的情况下，三个TO-Can被使用且被耦合在一起。与使用两个TO-Can的双工器(diplexer)相比，双天线收发开关需要额外的时间和努力去主动地对准附加的TO-Can。更进一步，因为部件的数目增加了，因此缺陷发生的概率也增大了，由此生产量下降了。
图2显示了使用PLC基底20的常规双向光收发器。双向光收发器10包括：在PLC基底20上形成的连接器30；PD 40；LD 50；以及适于监测从LD 50输出的光的强度的光信号监测器(未显示)。波导60以Y形支管的结构被形成在PLC基底20上，该Y形支管结构分为两支分别连接到PD 40和LD 50。PD 40检测经由波导60输入的光信号。LD 50产生预定波长的光，其通过波导60输出到器件之外。具有Y形支管结构的波导60的每一分叉部分分别位于与PD 40和LD 50的每一个相对的位置。
双向光收发器10具有L形外壳70，PLC基底20位于该L形外壳70中。光纤80位于外壳70的一侧，且连接器30位于与光纤80相对的位置。双向光收发器10可以被配置为双向光收发器模块，其中光纤80被安装在PLC基底20上，并且手动地与波导60的一端对准。
具有手动对准结构的这种双向光收发器难以制造，这是因为光检测器、激光二极管和光信号监测器必须精确地对准，典型地在1-2μm的误差范围内，并且被固定在单一PLC基底上。除了这种高精度要求之外，制造的光器件还应该达到特定的要求。例如，制造的激光二极管必须使光以很小的出射角发出；否则，将发生高插入损失。进一步，当激光二极管是分布反馈激光器(DFB)时，没有留出地方用于包括光隔离器。而且，光检测器需要配合光波导。总之，由于特殊激光二极管和光检测器的要求，使得常规的制造光收发器的过程的成本进一步增加，并且产量低。
因此，在工业中，需要一种尺寸紧凑且制造过程简单的双向光收发器。
发明内容
因此，提出本发明以通过利用简单的制造过程提供小尺寸的双向光收发器，来解决在先有技术中的上述问题以及提供附加的优点。
本发明的一方面是提供一种具有单外壳的双向光收发器，其包括有源光子器件(例如LD、PD)和无源光子器件(例如波导、光纤)，以及改进的光源结构和光轴对准结构，从而具有低插入损耗且能够被容易地制造。
本发明的另一方面是提供一种具有单外壳的双向光收发器，其包括有源光子器件(例如LD、PD)和无源光子器件(例如波导和光纤)，从而其具有更少的部件和降低的制造成本。
在一个实施例中，双向光收发器包括：光纤，其适于输入/输出光信号，且具有有倾角的抛光斜面；基底，其具有在其上部形成的、用于把光纤置于其中的槽，优选地为V形槽；波长分配器滤光器，其倾斜地被插入基底中；光电二极管，其位于基底上用于接收来自波长分配器滤光器的光信号；晶体管形罐，其具有位于与光纤相对的位置、用于发射光信号的激光二极管；以及单外壳，其适于在其上安装光纤、基底和晶体管形罐。
附图说明
由以下连同附图的详细说明，本发明的以上特征和优点将更明显，其中：
图1是具有TO-Can的常规双向光收发器的横断面视图；
图2是具有PLC基底的常规双向光收发器的透视图；
图3是根据本发明的双向光收发器的结构的分解透视图；
图4是放大了图3的A部分的分解透视图；
图5是根据本发明一个实施例的双向光收发器的装配透视图；
图6是根据本发明一个实施例的双向光收发器的端截面视图；以及
图7是放大了图6的B部分的分解透视图。
具体实施方式
以下将参照附图说明本发明的实施例。为清楚和简明起见，当在此引入的周知功能和结构的详细说明可能使本发明的主题变得不清楚，将省略对这些周知功能和结构的说明。
图3至图7图解说明了根据本发明原理的双向光收发器100。图3图解说明了双向光收发器100的一个实施例的概观，而图4至图7图解说明了双向光收发器100的更详细方面。
参考图3，双向光收发器100包括：光纤200，基底300，波长分配器滤光器400，PD 500，TO-Can 600以及单外壳700。光纤200用于输入光信号800到双向光收发器100，以及从双向光收发器100输出光信号900(参见图7)。光纤200还包括一个倾斜的或有倾角的抛光斜面。基底300配有波长分配器滤光器400和PD 500。基底300具有在其上部形成的槽301，从而光纤200能够置于该槽301中。波长分配器滤光器400以基本上与光纤200的斜面(参见图4)相同的倾斜方向、基本上与槽301垂直或正交地插入基底300中。优选地，槽301是V形槽。然而，应该理解，可以形成和使用其它形式的槽或沟，而不改变本发明的范围。为了说明本发明，以下相对于V形槽301进行说明。
PD 500位于波长分配器滤光器400的上部之上，从而PD 500能够接收由波长分配器滤光器400反射的光信号900。TO-Can 600在其中有用于发射光信号800的LD(未显示)。该LD位于与光纤200相对的位置。在本发明的一方面，隔离器1000(参见图6)可以介于TO-Can 600与光纤200之间。单外壳700适于在其上面安装具有无源光子器件(即光纤200)和有源光子器件(PD 500、LD)的基底300，以及TO-Can 600。
参考图4，基底300可以由硅光具座(SiOB)构成，由此被称为硅基底。作为选择，基底300可以由PLC基底构成。波长分配器滤光器400位于基底300内的狭缝302中，该狭缝302以与光纤200的斜面相同的方向倾斜。在该范例情况下，当从顶视图看时，狭缝302基本上与V形槽301正交。
返回到图3，单外壳700具有U形结构，且在其一侧配有用于夹持(retain)光纤200的支撑支架(supporting holder)201，在其另一侧配有用于夹持TO-Can 600的夹持支架(retaining holder)601。单外壳700具有在其两侧形成的耦合孔701。耦合孔701贯穿支撑支架201和夹持支架601，将它们耦合在一起。单外壳700还配有基底座702，用于把基底300安放且固定在上面。V形槽301适于把各种类型的光纤200置于其中。在另一方面，波长分配器滤光器400可以用多种替换材料代替。在又一方面，波长分配器滤光器400可以包括布拉格光栅。
以下将参照图3至图7更详细地说明根据本发明的实施例的双向光收发器的操作。
如图3和图4所示，双向光收发器100把光纤200、基底300和TO-Can600安装到单外壳700上。
在这种状态下，位于TO-Can 600中的激光器(未显示)对通过被插入到基底300中的波长分配器滤光器400的光信号800进行调制。在一方面，TO-Can 600中的激光二极管(未显示)是边沿发光光源。当LD受到正向偏压时，光子的自生发射发生了，并且当注入的电子重新组合时，光增益增大了。
参考图6和图7，光信号800在通过波长分配器滤光器400之后，通过光纤200被输出到外壳700之外。
当光信号900经由光纤200被输入时，如图7所示，它在波长分配器滤光器400处被垂直反射，并被发射到位于分配器滤光器400之上的PD500。
PD 500检测输入的光信号900，并且响应由波长分配器滤光器400反射的光能，由此产生来自激光二极管的光的预定或已知测量。
返回到图5，单外壳700在其一侧配有光纤200，在与光纤200相对的位置配有上面安装有LD的TO-Can 600。从激光二极管输出的光信号800(参见图7)以第一方向沿着V形槽被传输到光纤200，而从外部提供的、即第二方向上的光信号900经由波长分配器滤光器400被提供给PD500。
如图6和图7所示，位于TO-Can 600与光纤200之间的光隔离器1000适于，当光信号800以第一方向传输时几乎不产生衰减，并且在相对的第二方向上产生足够的衰减，以防止与光信号800的干涉。
虽然以参照本发明的某些优选实施例显示和说明了本发明，但是本领域技术人员应该理解，可以对本发明进行各种形式和细节上的改变，而不背离由权利要求定义的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种双向光收发器，包括：
光纤，其适于输入/输出光信号，且具有有倾角的抛光斜面；
基底，其具有在其上部形成的、用于把光纤置于其中的槽；
波长分配器滤光器，其被插入到基本上与光纤的斜面的倾角匹配的狭缝中，其中该狭缝基本上与基底上部的槽正交；
光电二极管，其位于基底上用于接收来自波长分配器滤光器的光信号；
晶体管形罐，其具有位于与光纤相对的位置、用于发射光信号的激光二极管；以及
单外壳，其适于在其上安装光纤、基底和晶体管形罐。
2.根据权利要求1所述的双向光收发器，其中基底是由硅光具座构成的。
3.根据权利要求1所述的双向光收发器，其中基底是由其中具有光波导的平面光波电路基底构成的。
4.根据权利要求1所述的双向光收发器，其中单外壳具有U形结构。
5.根据权利要求1所述的双向光收发器，其中光纤通过支撑支架被夹持在单外壳的一侧，以及晶体管形罐通过夹持支架被夹持在单外壳的另一侧。
6.根据权利要求1所述的双向光收发器，其中单外壳具有在其两侧形成的至少一个耦合孔，该耦合孔贯穿支撑支架和夹持支架以便将它们耦合在一起。
7.根据权利要求1所述的双向光收发器，其中单外壳配有用于把基底安放且夹持在其上的基底座。
8.根据权利要求1所述的双向光收发器，其中隔离器被夹持在晶体管形罐与光纤之间。
9.根据权利要求1所述的双向光收发器，其中波长分配器滤光器包括布拉格光栅。
10.一种双向光收发器，包括：
基底，其在上表面中有槽；
狭缝，其基本上与基底上表面中的槽正交，且有角度地切入基底中；
波长分配器滤光器，其位于狭缝中；以及
光检测器，其位于基底上用于检测由波长分配器滤光器提供的光。
11.根据权利要求10所述的收发器，其还包括：
光纤，其位于槽中；以及
激光二极管，其相对于波长分配器滤光器位于与光纤相对的位置，用于产生光到光纤中。
12.根据权利要求11所述的收发器，其中光纤的一端具有以基本上平行于狭缝角度的角度形成的抛光面。
13.根据权利要求11所述的收发器，其还包括：
用于根据光电二极管检测的光能级使激光二极管偏压的装置。
14.根据权利要求10所述的收发器，其中波长分配器滤光器包括布拉格光栅。
15.根据权利要求10所述的收发器，其中基底是从包括硅或平面光波电路的组中选择的。
16.根据权利要求12所述的收发器，其中根据波长、光纤类型、光纤组成、反射率和插入损耗确定所述的角度。
17.一种双向光器件，包括：
光纤，其在第一端包括有倾角的抛光斜面；
基底，其具有在其上部上形成的、用于把光纤置于其中的槽；
波长分配器滤光器，其以基本上与光纤第一端的倾角匹配的倾斜度被插入基底中，且基本上与槽正交；
光电二极管，其位于基底上用于接收来自波长分配器滤光器的光信号；
激光二极管，其位于与光纤相对的位置，用于通过所述V形槽发射光信号；以及
单外壳，其适于安装光纤、基底和晶体管形罐，所述单外壳包括：
在第一侧和相对的第二侧的每一侧上形成的耦合孔，其中光纤通过支撑支架被夹持在第一侧上，以及激光器通过夹持支架被夹持在相对的第二侧上。
18.根据权利要求17所述的器件，其还包括：
位于激光器与基底之间的隔离器。
19.根据权利要求17所述的器件，其中滤光器包括布拉格光栅。
20.根据权利要求17所述的器件，其中激光器被安装在晶体管形罐中。
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