CN207764430U - 一种集成plc平面波导型器件的光收发模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其包括至少一个平面光波导回路芯片、至少一个具有高度的支撑盖板、至少一个垂直腔面发射激光器、至少一个面接收光探测器以及至少一块印刷电路板；其中，所述平面光波导回路芯片支撑于支撑盖板上；所述支撑盖板和印刷电路板相平行设置，两者相粘接；所述垂直腔面发射激光器和面接收光探测器分别安装于印刷电路板上，并和平面光波导回路芯片连接并实现信号传输。本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块具有低成本，高速率，可实现多通道通信，并且结构紧凑，可扩展性强等诸多有点。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种有源光缆的光收发模块，具体涉及一种集成PLC平面波导型器件的光收发模块，属于光纤通信技术领域。
【背景技术】
有源光缆(AOC)作为高速大容量光互联传输的解决方案之一，其技术与成本相比于传统的铜传输电缆具有相当的优势。传统的铜线有电缆笨重，弯曲半径大，功耗高，传输距离短，速率低等缺点。而AOC有源光缆与之相比有众多优势，比如在链路上传输功率更低，重量仅为直连铜缆的四分之一，体积约为铜缆的一半，弯曲半径可以做的更小，在数据中心机房布线更方便，具有更好的空气流动散热性，传输距离远。
有源光缆的核心部分为其中的光收发模块，而收发模块中关键的部分之一就是其光学器件封装。目前，诸多有源光缆所用的光收发模块，采用的是TOSA和ROSA分立封装的形式，大量占用了模块内有限的设计空间，压缩了印刷电路板PCB设计的灵活性，并增加了整个模块组装的复杂度。
因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，以克服现有技术中的所述缺陷。
【实用新型内容】
为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种具有低成本，高速率，可实现多通道通信，并且结构紧凑，可扩展性强的集成PLC平面波导型器件的光收发模块。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其包括至少一个平面光波导回路芯片、至少一个具有高度的支撑盖板、至少一个垂直腔面发射激光器、至少一个面接收光探测器以及至少一块印刷电路板；其中，所述平面光波导回路芯片支撑于支撑盖板上；所述支撑盖板和印刷电路板相平行设置，两者相粘接；所述垂直腔面发射激光器和面接收光探测器分别安装于印刷电路板上，并和平面光波导回路芯片连接并实现信号传输。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块进一步为：所述平面光波导回路芯片包括至少一个矩形氧化硅光波导、至少一个45°抛光端面、至少一个0°或8°抛光端面、至少两个1*N阵列波导光栅AWG结构或两个N*N直波导阵列结构。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块进一步为：所述矩形氧化硅光波导由高折射率氧化硅芯层和位于其周围的低折射率氧化硅包层组成。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块进一步为：所述45°抛光端面与水平面成45°夹角；且所述45°抛光端面上镀有反射金属膜。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块进一步为：所述0°或8°抛光端面与垂直面成0°或8°夹角。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块进一步为：所述两个1*N阵列波导光栅AWG结构分别和垂直腔面发射激光器、面接收光探测器信号连接；所述N＝4。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块进一步为：所述两个N*N直波导阵列结构分别和垂直腔面发射激光器、面接收光探测器信号连接；所述N＝4。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块进一步为：所述支撑盖板的高度为150um-200um。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块还为：所述印刷电路板上进一步连接有接收驱动芯片、发射控制芯片以及微控制器芯片；所述接收驱动芯片和面接收光探测器信号连接；所述发射控制芯片和垂直腔面发射激光器信号连接；所述微控制器芯片分别控制所述接收驱动芯片、面接收光探测器、发射控制芯片和垂直腔面发射激光器。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1.本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块结构紧凑，其解决了传统依靠分立器件封装的光收发模块的成本问题以及组装复杂度问题，具有高速率，可实现多通道通信，且可扩展性强等优点。
2.本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块相比于传统的分立形式的光收组件，可有效降低成本，并可大大缩小光学部分的体积，且为片上波分复用WDM等丰富的光学设计提供基础。
3.本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块具有耦合效率高，功耗低，组装方便等优点，因此可以大大提高PLC设计部分的灵活性，如：方便集成波分复用功能等，并且大大减小光学部分封装体积。
【附图说明】
图1是本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块的结构示意图。
图2是本实用新型中含有两个1*4阵列波导光栅AWG结构的立体示意图。
图3是本实用新型中含有两个1*4阵列波导光栅AWG结构的局部俯视图。
图4是本实用新型中含有两个4*4直波导阵列结构的立体示意图。
图5是本实用新型中含有两个4*4直波导阵列结构的局部俯视图。
图6是本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块的侧视图。
图7是本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块另一视角的侧视图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1至附图7所示，本实用新型为一种集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其由至少一个平面光波导回路(Planar Lightwave Circuit，简称PLC)芯片1、至少一个具有高度的支撑盖板2、至少一个垂直腔面发射激光器4、至少一个面接收光探测器3以及至少一块印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)8等几部分组成。
其中，所述平面光波导回路芯片1支撑于支撑盖板2上。所述支撑盖板2和印刷电路板8相平行设置，两者相粘接。所述垂直腔面发射激光器4和面接收光探测器3分别安装于印刷电路板8上，并和平面光波导回路芯片1连接并实现信号传输。
具体的说，所述平面光波导回路芯片1中包括至少一个矩形氧化硅光波导9、至少一个45°抛光端面10、至少一个0°或8°抛光端面11、至少两个1*N阵列波导光栅AWG结构1-(1)或两个N*N直波导阵列结构1-(2)。其中，所述矩形氧化硅光波导9由高折射率氧化硅芯层和位于其周围的低折射率氧化硅包层组成。
所述45°抛光端面10由矩形氧化硅波导切割并研磨而成，切割后的截面与水平面成45°夹角；且所述45°抛光端面上镀有反射金属膜1-(3)。所述45°抛光端面10先由划片机在平面光波导回路芯片1上切割然后进行抛光，再然后采用真空电子束热蒸发工艺在45°端面上镀上金属膜1-(3)。
所述0°或8°抛光端面11由矩形氧化硅波导切割并研磨而成，切割后的截面与垂直面成0°或8°夹角，该端面与外界光纤12或光纤阵列13连接。
所述两个1*N阵列波导光栅AWG结构1-(1)分别和垂直腔面发射激光器4、面接收光探测器3信号连接。所述1*N阵列波导光栅AWG结构1-(1)可将N路不同特定波长的信号光合为一路，同时也可将一路信号光中N个不同特定波长的信号分成N路，从而实现片上N路粗波分复用CWDM功能。在本实施方式中，所述N＝4，故，可以将4个不同波长激光器发出来的光合为一路，也可将一路光波中的4个不同波长的光分离为4路，从而实现4路粗波分复用CWDM4的功能，该结构可扩展成：将N路不同波长的光合为一路，将一路中N个不同波长的光分离为N路。从而实现CWDMN。
所述两个N*N直波导阵列结构1-(2)分别和垂直腔面发射激光器4、面接收光探测器3信号连接。所述N*N直波导阵列结构1-(2)可将N路特定波长的信号光并行传输，配合单模光纤阵列13从而实现N通道并行单模传输PSMN功能。在本实施方式中，所述N＝4，由于氧化硅波导芯层采用了4*4直波导阵列结构1-(2)，配合单模光纤阵列，可实现4通道同波长并行单模传输PSM4，该结构可扩展成N通道同波长并行单模传输，从而实现PSMN。
所述两个1*N阵列波导光栅AWG结构1-(1)或两个N*N直波导阵列结构1-(2)中的一个结构用于发射信号光的耦合及传输，另一个结构用于接收信号光的耦合及传输，且发射光信号和接收光信号都以单模的形式在矩形波导芯层中传播。
所述支撑盖板2的高度为150um-200um，从而可以将平面光波导回路芯片1支撑到一定的高度。所述支撑盖板2与印刷电路板8之间利用UV胶进行黏合，然后利用紫外光、恒温箱进行固化处理，便于平面光波导回路芯片1与激光器4和探测器3之间的耦合，同时起到固定平面光波导回路芯片1的作用。
所述平面光波导回路芯片1与位于印刷电路板8上的垂直腔面激光器4和面接收探测器3之间用折射率平匹配的UV胶进行填充，然后利用紫外光进行固化处理，使激光器4和探测器3出射或入射的介质折射率连续，提高信号光的耦合效率。
所述垂直腔面发射激光器4采用了长波段垂直腔面激光器4，实现与单模光纤阵列的配合，可以实现较长距离的光互联传输并降低功耗。
所述印刷电路板8上进一步连接有接收驱动芯片6、发射控制芯片5以及微控制器芯片7。所述接收驱动芯片6和面接收光探测器3信号连接；所述发射控制芯片5和垂直腔面发射激光器4信号连接。所述微控制器芯片7分别控制所述接收驱动芯片6、面接收光探测器3、发射控制芯片5和垂直腔面发射激光器4。
本实用新型的集成PLC平面波导型器件的光收发模块的设计原理如下：发射电信号经发射控制芯片5调制后传递给垂直腔面发射激光器4，垂直腔面发射激光器4将电信号转换成光信号发射出去，经由镀有45°金属反射膜1-(3)的端面反射后，信号光进入1*N阵列波导光栅AWG结构1-(1)或N*N直波导阵列结构1-(2)，并到达另一0°或8°端面与单模或多模光纤12(阵列13)进行耦合，将光信号发射出去。当信号到达另一端平面光波导回路芯片1时，信号光经1*N阵列波导光栅AWG结构1-(1)或N*N直波导阵列结构1-(2)，并到达另镀有金属膜1-(3)的45°端面，经端面反射后，信号光垂直向下传输至光子探测器3，探测器3将微弱的光信号转换成电信号，再经接收驱动芯片6进行放大滤波等处理，将电信号还原，并传输给上位机。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：包括至少一个平面光波导回路芯片、至少一个具有高度的支撑盖板、至少一个垂直腔面发射激光器、至少一个面接收光探测器以及至少一块印刷电路板；其中，所述平面光波导回路芯片支撑于支撑盖板上；所述支撑盖板和印刷电路板相平行设置，两者相粘接；所述垂直腔面发射激光器和面接收光探测器分别安装于印刷电路板上，并和平面光波导回路芯片连接并实现信号传输。
2.如权利要求1所述的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：所述平面光波导回路芯片包括至少一个矩形氧化硅光波导、至少一个45°抛光端面、至少一个0°或8°抛光端面、至少两个1*N阵列波导光栅AWG结构或两个N*N直波导阵列结构。
3.如权利要求2所述的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：所述矩形氧化硅光波导由高折射率氧化硅芯层和位于其周围的低折射率氧化硅包层组成。
4.如权利要求2所述的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：所述45°抛光端面与水平面成45°夹角；且所述45°抛光端面上镀有反射金属膜。
5.如权利要求2所述的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：所述0°或8°抛光端面与垂直面成0°或8°夹角。
6.如权利要求2所述的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：所述两个1*N阵列波导光栅AWG结构分别和垂直腔面发射激光器、面接收光探测器信号连接；所述N＝4。
7.如权利要求2所述的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：所述两个N*N直波导阵列结构分别和垂直腔面发射激光器、面接收光探测器信号连接；所述N＝4。
8.如权利要求1所述的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：所述支撑盖板的高度为150um-200um。
9.如权利要求1所述的集成PLC平面波导型器件的光收发模块，其特征在于：所述印刷电路板上进一步连接有接收驱动芯片、发射控制芯片以及微控制器芯片；所述接收驱动芯片和面接收光探测器信号连接；所述发射控制芯片和垂直腔面发射激光器信号连接；所述微控制器芯片分别控制所述接收驱动芯片、面接收光探测器、发射控制芯片和垂直腔面发射激光器。
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