CN106405755B - 一种高速多通道的收发器件 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高速多通道的收发器件，包括阵列光发射器芯片(1)、平面光波导集成芯片(3)、阵列光探测器芯片(7)，所述平面光波导集成芯片(3)由一个实现波分复用作用的第一光波导芯片和一个实现波分解复用的第二光波导芯片单片集成于一体，第一光波导芯片的输入端与阵列光发射器芯片(1)对应耦合，第二光波导芯片的输入端与多波信号光耦合，第二光波导芯片的输出端与阵列光探测芯片(7)对应耦合；本发明装置集成化更高，成本更低，器件尺寸更小，有利于实现自动化。
Description
技术领域
本发明涉及一种光通信器件，尤其涉及一种高速多通道的收发器件，特别适合在高速收发模块中应用，属于光通信领域。
背景技术
近几年，互联网业务的飞速发展，对光传输网络的传输速率有了更高的要求，40Gbit/s和100Gbit/s的光传输***已经在市场上得到了广泛的应用。实现高速并行光传输模块的方案主要有波分复用CWDM/LAN-WDM和并行光束PSM4。IEEE802.ba定义了40Gbit/s和100Gbit/s以太网传输协议标准，根据不同传输距离，规范了40Gbit/s和100Gbit/s的发射器和接收器性能指标。随着高速传输模块应用的不断深入，高速模块的封装标准尺寸也逐年减小，这对光收发器件封装尺寸的小型化提出了更高的要求。
目前CWDM/LAN-WDM波分复用高速传输模块主要采用平面波导集成芯片和阵列薄膜滤光片的波分复用方案，其主要的光路设计原理相似，光发射和光接收器件分别采用波分复用技术实现波分复用和波分解复用，分立的光发射器件和分立的光接收器件限制了模块的封装尺寸，而且也不利于模块成本的降低。
利用阵列薄膜滤波片的光收发器件实现波长的复用和解复用，输入光进入阵列薄膜滤波片之前必须将输入光进行光准直，这增加封装工艺的难度，而且采用阵列薄膜滤光片输出光并不在阵列薄膜滤波片组件的中心，导致器件的输出光口偏离光收发器件中心，这会增加器件封装进入模块的工艺难度。
利用波导集成芯片方案能够在平面波导上实现波长的复用和解复用，只需将输入光耦合到平面波导集成芯片中，即可实现波长的复用和解复用。相对于阵列薄膜滤光片方案，利用平面波导集成芯片有效的降低了器件的尺寸，同时在不增加器件封装工序的前提下，极大的降低了器件的成本。
当前采用波导集成波分芯片方案的光收发模块大部分是将分立的发射器件和接收器件设置于模块中，不利于模块的小型化和模块成本的降低，当前分立的发射器件和接收器件尺寸并不一致，这并不有利于模块电路设计，也增加的模块封装工艺的难度。
发明内容
本发明克服现有技术存在的缺陷，为了有效降低光收发器件尺寸和封装工艺难度，发明提出一种高速多通道收发器件，可以实现高速多通道的光电和电光转换，满足高速收发模块的封装要求。
本发明采用技术方案是：
一种高速多通道的收发器件，包括阵列光发射器芯片、平面光波导集成芯片、阵列光探测器芯片，所述平面光波导集成芯片由一个实现波分复用作用的第一光波导芯片和一个实现波分解复用的第二光波导芯片单片集成于一体，第一光波导芯片的输入端与阵列光发射器芯片对应耦合，第二光波导芯片的输入端与多波信号光耦合，第二光波导芯片的输出端与阵列光探测芯片对应耦合。
所述阵列光发射器芯片与平面波导集成芯片之间设置有硅光透镜，所述第一光波导芯片的输出端光口设置有第一插针耦合透镜；所述第一光波导芯片的输出端与第一插针耦合透镜之间设置光隔离器。
所述阵列光发射器芯片采用高精度贴片、等间距粘接设置于基底上，其芯片间距与第一光波导芯片的输入端波导间距相同。
所述第一光波导芯片输出端与第二光波导芯片输入端之间间距和与该高速多通道收发器件配合使用的光器件的输入光口与输出光口之间的间距相同。
所述阵列光发射器芯片采用四个分立光发射器芯片，所述阵列光发射器芯片的发光中心高度与平面光波导集成芯片波导中心高度一致。
所述第一光波导芯片的输入波导设置有分光波导结构，分光波导结构与监控光输入探测器芯片相连，该分光波导结构将监控光输入探测器芯片实现对阵列光发射器芯片的光功率监控。
所述硅光透镜使得阵列光发射器芯片的电接口到平面光波导集成芯片的距离与阵列光探测器芯片的电接口到平面光波导集成芯片的距离相同。
所述第二光波导芯片的输入端设置有第二插针耦合透镜，第一插针耦合透镜、第二插针耦合透镜相对于平面波导集成芯片的距离相同。
所述阵列光探测器芯片的光探测面中心与第二光波导芯片波导中心一致；立式热沉粘贴于所述阵列光探测器芯片上，该立式热沉上表面采用电路垂直导通所述阵列光探测器芯片。
本发明的优点是：
本发明采用一个平面光波导集成芯片同时实现了波分复用和波分解复用，并且将发射端和接收端封装到一个器件中，相对于现有高速多通道收发器件集成化更高，成本更低，器件尺寸更小，有利于实现自动化。
附图说明
图1为本发明器件实施实例的结构示意图；
图2为本发明器件实施实例的阵列光发射器芯片与透镜放置示意图；
图3为本发明器件实施实例的阵列光探测器芯片与平面光波导集成波分芯片设置示意图；
图4为本发明器件实施实例的平面光波导集成芯片；
图5为本发明器件实施实例的插针耦合透镜与平面光波导集成芯片放置示意图；
具体实施方式
下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步说明。
一种高速多通道的收发器件，包括阵列光发射器芯片、平面光波导集成芯片、输出装置，阵列光探测器芯片，所述平面光波导集成芯片由一个实现波分复用作用的第一光波导芯片和一个实现波分解复用的第二光波导芯片单片集成于一体，第一光波导芯片的输入端与阵列光发射器芯片对应耦合，第二光波导芯片的输入端与多波信号光耦合，第二光波导芯片的输出端与阵列光探测芯片对应耦合，第一光波导芯片和第二光波导芯片由一个芯片集成实现。所述第一光波导芯片输出端与第二光波导芯片输入端之间间距和与该高速多通道收发器件配合使用的光模块的输入光口与输出光口之间的间距相同。
如图1所示，该收发器件设置有阵列光发射器芯片1，光发射芯片1的输出光经过四个硅光透镜2，光耦合进入平面光波导集成芯片3，在平面光波导集成芯片3的波分复用输入波导具有分光波导结构401，分光波导结构401与监控光输入探测器芯片4对应耦合，将分光耦合进入监控输入光探测器芯片4，实现光功率监控。该收发器件设置有阵列光探测器芯片7，阵列光探测器芯片7设置于立式热沉8上，阵列光探测器芯片7表面探测区域中心高度与平面光波导集成芯片3波导中心高度精确对准。两个相同参数的插针耦合透镜，即第一插针耦合透镜6-1和第二插针耦合透镜6-2实现该收发器件输出光和输入光的耦合。
阵列光发射器芯片1和四个硅光透镜2的布置如图2所示，阵列光发射器芯片构造为将满足IEEE 802.3ba协议标准规定的四个粗波分光发射芯片101、102、103、104通过高精度贴片设置于同一基底105上，确保其与平面波导集成波分复用芯片3的通道间距相同，并且确保光发射芯片101、102、103、104距离基底105边缘距离一致。四个硅光透镜2，即201、202、203、204设置于光发射芯片101、102、103、104与平面光波导集成芯片3之间，硅光透镜201、202、203、204的聚焦中心与平面光波导集成波分复用芯片3的输入波导精确对准。所述硅光透镜2作用实现使光发射器芯片101、102、103、104电接口到平面光波导集成芯片3的距离与阵列光探测器芯片7上跨主放大器电接口到平面光波导集成芯片3的距离相同，这样光发射芯片101、102、103、104的电接口和光接收芯片的电接口在一条直线上，有利于后期的封装设计和操作。
如图3所示，阵列光探测器芯片7的光探测面中心与第二光波导芯片输出波导中心一致，本发明采用立式热沉8将阵列探测器芯片7实现垂直光探测，该立式热沉8在粘贴有阵列探测器芯片7的面与该热沉8的上表面同时做镀金电极处理，实现电路垂直导通。
如图4所示，平面光波导集成芯片3单片集成有波分复用芯片和波分解复用芯片，即平面光波导集成芯片3由一个实现波分复用作用的第一光波导芯片和一个实现波分解复用的第二光波导芯片组成。波分复用芯片有四个输入波导301、302、303、304和一个输出波导309，波分复用芯片用于对四个不同波长的信号光进行合波，波分复用芯片的通道间隔与阵列发射芯片1的通道间隔相同，实现发射器芯片101、102、103、104与波分复用芯片波导对准。波分解复用芯片有四个输出波导305、306、307、308和一个输入波导310，波分解复用芯片将包含有四个不同波长的信号光进行分波，波分解复用芯片的通道间隔与阵列探测器芯片7的通道间隔相同，实现探测器芯片7与波分解复用芯片波导对准
如图5所示，平面光波导集成芯片3与模块光口之间设置两个插针耦合透镜，即第一插针耦合透镜6-1和第二插针耦合透镜6-2，分别对波分复用芯片的输出端309和波分解复用芯片的输入端310进行波导和插针的耦合。在波分复用芯片的输入端和插针耦合透镜6-1之间设置有光隔离器5。第一插针耦合透镜6-1与第二插针耦合透镜6-2之间相对于平面波导集成芯片3的距离相同。所述阵列光发射器芯片1是直接调制激光器。
虽然本发明已经详细地示出并描述了一个相关的特定的实施例参考，但本领域的技术人员应该能够理解，在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种高速多通道的收发器件，包括阵列光发射器芯片(1)、平面光波导集成芯片(3)、阵列光探测器芯片(7)，其特征在于：所述平面光波导集成芯片(3)由一个实现波分复用作用的第一光波导芯片和一个实现波分解复用的第二光波导芯片单片集成于一体，第一光波导芯片的输入端与阵列光发射器芯片(1)对应耦合，第二光波导芯片的输入端与多波信号光耦合，第二光波导芯片的输出端与阵列光探测芯片(7)对应耦合；所述阵列光发射器芯片(1)与平面波导集成芯片(3)之间设置有硅光透镜(2)，所述硅光透镜(2)使得阵列光发射器芯片(1)的电接口到平面光波导集成芯片(3)的距离与阵列光探测器芯片(7)的电接口到平面光波导集成芯片(3)的距离相同。
2.根据权利要求1所述的一种高速多通道的收发器件，其特征在于：所述第一光波导芯片的输出端光口设置有第一插针耦合透镜(6-1)；所述第一光波导芯片的输出端与第一插针耦合透镜(6-1)之间设置光隔离器(5)。
3.根据权利要求1所述的一种高速多通道收发器件，其特征在于：所述阵列光发射器芯片(1)采用高精度贴片、等间距粘接设置于基底(105)上，其芯片间距与第一光波导芯片的输入端波导间距相同。
4.根据权利要求1所述的一种高速多通道收发器件，其特征在于：所述第一光波导芯片输出端与第二光波导芯片输入端之间间距和与该高速多通道收发器件配合使用的光模块的输入光口与输出光口之间的间距相同。
5.根据权利要求1或2所述的一种高速多通道收发器件，其特征在于：所述阵列光发射器芯片(1)采用四个分立光发射器芯片(101、102、103、104)，所述阵列光发射器芯片(1)的发光中心高度与平面光波导集成芯片(3)波导中心高度一致。
6.根据权利要求1或2所述的一种高速多通道收发器件，其特征在于：所述第一光波导芯片的输入波导设置有分光波导结构(401)，分光波导结构(401)与监控光输入探测器芯片(4)对应耦合，该分光波导结构(401)将监控光输入探测器芯片(4)实现对阵列光发射器芯片(1)的光功率监控。
7.根据权利要求2所述的一种高速多通道收发器件，其特征在于：所述第二光波导芯片的输入端设置有第二插针耦合透镜(6-2)，第一插针耦合透镜(6-1)、第二插针耦合透镜(6-2)相对于平面波导集成芯片(3)的距离相同。
8.根据权利要求1或2所述的一种高速多通道收发器件，其特征在于：所述阵列光探测器芯片(7)的光探测面中心与第二光波导芯片输出波导中心一致；立式热沉(8)粘贴于所述阵列光探测器芯片(7)上，该立式热沉(8)上表面采用电路垂直导通所述阵列光探测器芯片(7)。
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