CN108292020B - 光学接收器及其装配方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种装配通过使信号光与本地光干涉来恢复数据的光学模块的方法。所述光学模块提供了：壳体，其一侧固定有信号端口和本地端口；以及光学组件，其光入射表面的法线相对于信号端口的轴线成除0°和90°以外的角度θ。所述方法首先通过以下步骤(1)和(2)调整装配设备的旋转：(1)在设备上设置工具，其中所述工具具有彼此平行的一对侧部和相对于所述一对侧部中的一个形成角度θ的基准侧，以及(2)使基准侧面朝预设方向。接着，将壳体按照与所述工具相同的姿态设置在设备上并且使得光学组件在壳体上方面朝预设方向，该处理将光学组件安装在壳体中。

Description

光学接收器及其装配方法

技术领域

本发明涉及一种光学接收器和一种生产该光学接收器的方法。

背景技术

美国专利US-2015/117865A公开了一种在相干光学通信***内实施的光学接收器。图20示意性地示出了一种在上述现有专利文献中公开的光学耦合***。图20中的光学接收器100提供了：光学衬底101、两个光学混合器111和112、光电检测器134和135、以及监测光电二极管(mPD)104，这些装置被包围在壳体105中。信号光L1和本地光L2通过光学衬底101的端部101a进入对应的光学波导106和107。

分束器(BS)131将信号光L1分为两部分，其一进入PD 104，而另一个传播至另一BS132，所述另一BS 132将来自BS 131的信号光L1也分为进入对应的光学混合器111和112的两部分。另一方面，本地光L2也被另一光学分束器133划分以进入对应的光学混合器111和112。因此，将信号光L1和本地光L2与光学混合器111和112进行光学耦合的光学耦合***为光学组件131至133提供的光学表面的法线相对于信号光L1和/或本地光L2的光轴成除0°和90°之外的角。为了通过光学混合器111和112提高光L1和L2的耦合效率，光学组件131和132的表面(确切地说，其法线)有必要与光L1和L2的光轴精确对齐，同时保持非0°和90°的预设角。

发明内容

本发明的一方面涉及一种装配光学模块的方法。所述光学模块提供壳体、输入端口和光学组件。壳体具有一侧和另一侧。输入端口具有轴线并且固定至壳体的所述一侧。所述光学组件的光学表面的法线相对于光学端口的轴线成除0°或90°以外的角度θ。所述方法包括以下步骤：(a)将工具放置在提供基准壁的旋转台上，其中所述工具具有彼此平行地延伸的一对侧部和相对于所述侧部中的一个形成角度θ的基准侧，该处理使工具的所述一对侧部中的一个紧靠着旋转台的基准壁；(b)通过旋转所述旋转台使工具的基准侧指向预设方向；(c)以壳体替换工具，其中该处理使壳体的所述另一侧紧靠着旋转台的基准壁；(d)使光学组件的法线与当前方向对齐；以及(e)将光学组件放置在壳体中的预设位置处。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的光学模块的平面图。

图2示意性地示出了多模干涉(MMI)装置与两个端口之间的光学耦合***。

图3示出了装配光学模块的处理，其中所述处理将MMI装置布置在对应的MMI载体上和将电路板布置在基座上。

图4示出了装配光学模块的处理，其中所述处理将基座上的中间装配件安装在壳体中。

图5示出了装配光学模块的处理，其中所述处理将监测光电二极管(mPD)布置在PD载体上，并且将第一组和第二组光学组件布置在载体上。

图6示出了将工具在其基准侧上朝着预设方向指向以装配第一组光学组件的处理。

图7示出了将第一组光学组件与当前方向对齐的处理。

图8示出了将工具在其基准侧朝着预设方向指向以装配第二组光学组件的处理。

图9示出了安装第三组光学组件的处理。

图10示出了利用伪端口对齐透镜***的处理。

图11示出了将可变光学衰减器(VOA)安装在VOA载体上的处理。

图12示出了通过替换用于对齐透镜***的伪端口将信号端口与本地端口对齐的处理。

图13是根据本发明的第二实施例的光学模块的平面图。

图14示意性地示出了多模干涉(MMI)装置与图13所示的光学模块的两个端口之间的光学耦合***。

图15示意性地示出了根据可与当前光学模块进行比较的示例的从信号端口和本地端口至两个MMI装置的光学耦合***。

图16示意性地示出了在MMI装置的输入处的信号光与本地光之间的相位失配。

图17示意性地示出了根据本发明的第三实施例的光学模块的光学耦合***。

图18示出了在图17所示的光学模块中实现的倾斜镜相对于向其供应的偏压的倾斜角的行为。

图19示出了在倾斜镜与MMI装置之间的光学耦合中的两个MMI装置之间的偏离。

图20示意性地示出了包括两个MMI装置的光学模块和从信号端口和本地端口至MMI装置的光学耦合***的常规排布。

具体实施方式

接着，将参照附图描述根据本发明的实施例。本发明不限于实施例。本发明旨在具有包括通过权利要求及其等同物确定的全部修改和改变的范围。在对附图的描述中，彼此相同或相似的数字或符号将指代彼此相同或相似的元件，而不进行重复说明。

(第一实施例)

图1是根据本发明的光学模块1A的平面图，并且图2示意性地示出了在光学模块1A中实施的光学耦合***。光学模块1A使其相位被调制的信号光L1与本地光L2干涉，以提取信号光L1中包含的信息。受本发明的光学模块1A作用的信号光L1包含彼此垂直的两个偏振和同样彼此垂直的两个相位分量，即，通过0°与180°之间的相位调制的分量和通过90°与270°之间的相位调制的另一分量，其中前一相位分量通常被称作同相分量，而后一相位分量被称作正交分量。通过被称作双偏振正交相移键控(DP-QPSK)的算法来调制这种信号光。本地光L2主要含所述偏振中的一个，也就是说，信号光具有线偏振。

光学模块1A提供了盒状壳体2、信号端口11和本地端口13，其中这些端口11和13设置在壳体2的侧部2b中的一个中。信号端口11和本地端口13具有彼此平行并且基本上垂直于侧部2b的对应的光轴。信号端口11通过单模光纤(SMF)接收信号光L1，而本地端口13通过偏振保持光纤(PMF)接收本地光L2。本地光L1和信号光L2分别通过信号端口11和本地端口13进入壳体2中。从本地端口引出的PMF与通常为半导体激光二极管(LD)的光源耦合。

信号端口11使容纳外部套环的圆柱形套筒与在其中包围准直透镜的透镜保持器形成一体，其中透镜保持器固定至壳体2的端部2b。在SMF上传播的信号光L1进入壳体2中同时被准直透镜校准。本地端口13还使容纳固定在偏振保持光纤(PMF)的端部处的套环的圆柱形套筒与在其中包围另一准直透镜的透镜保持器形成一体，其中所述另一透镜保持器固定至壳体2的端部2b。在PMF上传播的本地光L2进入壳体2中同时被另一准直透镜校准。

两个输入端口11和13各自包括圆柱形部件(即，套筒)、透镜保持器等；它们中直径最宽的通常是透镜保持器，其具有彼此面对并且有时彼此接触的平表面11a和13a，这使得输入端口11和13的光轴能够更加靠近。透镜保持器可具有5.5mm的直径，这表示光轴之间的间距至少为11mm。然而，具有对应的平表面的当前实施例的透镜保持器可将光轴之间的间距设为比10mm更窄；具体地说，光轴之间的间距设为3.4mm。

壳体2可由可伐合金(Kovar)制成，并且在除固定有输入端口11和13的侧部2b以外的侧部中提供端子3。端子3各自包括引线端子通过其被拉出的多层陶瓷。端子3包括用于输出从接收到的光学信号转换而来的信号的那些端子、用于将偏压和功率供应至安装在壳体2中的电子电路的那些端子以及接地端子。壳体2的各个拐角突出凸缘4以使壳体2固定在电路板等上。

光学模块1A还包括使信号光L1与本地光L2干涉的第一和第二多模干涉(MMI)装置。第一MMI装置32a使具有一个偏振的信号光L1与本地光L2干涉，以恢复该偏振中包含的信息；而第二MMI装置32b使具有垂直于前一偏振的另一偏振的信号光L1与本地光L2干涉，以恢复在后一偏振中包含的另一信息。被称作90°光学混合器的类型的这些MMI装置32a和32b相对于壳体2的侧部2b并排排布。

光学模块1A还包括将两个输入端口11和13与两个MMI装置32a和32b进行光学耦合的光学耦合***。光学耦合***包括偏振分束器(PBS)26、歪斜调整器27、半波长(λ/2)板29、镜21和30、分束器(BS)22和34、可变光学衰减器(VOA)23和四个透镜***28、31、36和38。镜21、BS 22和VOA 23布置在输入端口11和13与PBS 26之间。

进一步具体地说，设置在壳体的底部上的载体20a将镜21和BS22安装在其上；但是VOA 23安装在独立于前一载体20a的VOA载体20b上。其它光学组件通过基座20c安装在独立于两个载体20a和20b的另一载体20d上。基座20c可由铜钨合金(CuW)制成，而载体20a、20b和20d可由氮化铝(AlN)制成。

可为平面镜类型的当前实施例的镜21布置在信号端口11的光轴上。镜21提供了耦合至信号端口11并且面对信号端口11的反射表面。也就是说，镜21的反射表面接收信号光L1，并且将信号光L1朝着BS 24全反射。朝着BS 22外出的信号光L1的光轴相对于进入的信号光L1形成直角。

布置在通过镜21反射的信号光L1的光轴上的BS 22提供主体和通过多层介电薄膜形成的滤光器，其中主体具有前表面和与前表面相对的后表面，而由多层介电薄膜制成的滤光器布置在前表面上。滤光器示出了大于90％的反射率，其中当前实施例的BS 22的反射率为95％。BS 22将从镜21进入的信号光L1分为两个部分，其中的一个L11被反射因此朝着光学耦合***，而另一个作为信号光L10朝着mPD24透射通过。信号光L10的光轴与信号光L1的光轴对齐，而通过BS22反射的信号光L11的光轴相对于信号光L1的光轴形成直角。

mPD 24安装在子安装件24a的一侧上，并且子安装件24a安装在载体20a的端部上。参照图2，mPD 24布置在BS 22的后表面的后方，以接收透射通过BS 22的信号光L10。mPD 24可产生与因此接收的信号光L10对应的光电流，并且通过形成在载体20a上的互连部分和将互连部分与设置在与面对mPD 24的侧部相对的侧部的端子3电连接的接合线将光电流输出至壳体2的外部。

VOA 23布置在信号光的光轴L11上。也就是说，VOA 23布置在第一MMI装置32a的信号输入端口的光轴上。VOA 23可使从中通过的信号光L11衰减。具体地说，根据从mPD 24输出的光电流的幅度，VOA 23可调整从中通过的信号光L11的幅度。端子3中的一个可供应可调整通过VOA 23进行的衰减的控制信号。当mPD 24检测到过度输入时，VOA 23使其衰减增大，以减小进入MMI装置32a和32b的信号光L12和L13的功率。从面对mPD 24的端子3将控制信号通过接合线直接提供至VOA 23的焊盘。VOA 23的顶部提供所述焊盘；因此，从端子3至焊盘引线接合，VOA 23可接收控制信号。因为mPD 24的载体20a的顶部水平比用于VOA 23的载体20b的顶部水平高约1.5mm，另外，VOA 23的顶部提供接合了接合线的焊盘；因此，接合线不会因为mPD 24而干涉光轴L10。

具有平面板排布的PBS 26具有通过VOA 23面对BS 22的入射表面。PBS 26可将信号光L11分为两个部分L12和L13，其中它们具有彼此垂直的偏振。例如，信号光L12的偏振平行于基座20d(X-偏振)，而另一信号光L13的另一偏振以1:1的比率垂直于基座20d(Y-偏振)。前一信号光12透射通过PBS 26，而后一信号光L13被其朝着镜30反射。也就是说，信号光L13朝着与向BS 22前进的信号光L1相反的方向传播。信号光L12相对于信号光L13形成直角。

歪斜调整器27和透镜***28布置在从PBS 26至第一MMI装置32a的信号输入端口的信号光L12的光轴上。也就是说，从PBS 26输出的信号光L12透射通过歪斜调整器27并通过透镜***28进入MMI装置32a。可由硅(Si)块制成的歪斜调整器27补偿从PBS 26至镜30的信号光L13的光学路径长度。也就是说，信号光L13具有从PBS 26至第二MMI装置32b的信号输入端口的光学路径，其比信号光L12的从PBS 26至第一MMI装置32a的信号输入端口的光学路径长从PBS 26至镜30的光学路径。歪斜调整器32可通过使信号光L12延迟来补偿该光学路径长度。通过歪斜调整器27的信号光L12通过透镜***28的两个透镜28a和28b进入第一MMI装置32a的信号输入端口。

λ/2板29、镜30和透镜***31布置在将PBS 26与第二MMI装置32b连接的光轴上，也就是说，信号光L13的光轴上。通过PBS26反射并且具有Y-偏振的信号光L13通过镜被再次反射，以将其光轴与第二MMI装置32b的信号输入端口对齐。通过了λ/2板29并且被透镜***31的两个透镜31a和31b集中的信号光13进入第二MMI装置32b。λ/2板29可使从中透射通过的光的偏振旋转90°。因此，通过λ/2板的信号光L13的偏振平行于基座20c，也就是说，所述偏振与进入第一MMI装置32a的其它信号光L12的偏振相同。该实施例将λ/2板布置在镜30与透镜***31之间；然而，光学耦合***可将λ/2板布置在PBS 26与第二MMI装置32b的信号输入端口之间的位置。例如，耦合***可将λ/2板布置在PBS 26与镜30之间。

光学模块1A包括用于将本地端口13与两个MMI装置32a和32b进行光学耦合的偏振器33、BS 34和透镜***36和38(各自包括两个透镜36a和36b以及38a和38b)。用于本地光L2的耦合***提供与用于信号光L1的光学耦合***共同的歪斜调整器27和镜30。也就是说，歪斜调整器27和镜30各自具有用于彼此独立的信号光L1和本地光L2的两个光轴。

偏振器33确保通过本地端口13进入的本地光L2的偏振。也就是说，即使携带本地光L2的PMF在光学模块1A的装配过程中使其偏振方向从设计方向偏离，偏振器33也可确保本地光L2的偏振基本上与设计方向对齐，正好垂直于或者正好平行于基座20c。当***使用半导体激光二极管(LD)作为本地光12的源时，LD一般发射具有椭圆偏振光的光，椭圆偏振光的长轴平行于LD的有源层。然而，所述***有时安装LD，其伴有有源层中由于晶格失配导致的应力，从而提高振荡稳定性、材料可靠性和/或调谐发射波长。这种LD的输出光有时改进椭圆偏振光的短轴。即使本地光L2具有偏振的这种排布，偏振器33也可将椭圆偏振光转换为线偏振光。

可具有与先前的BS 22类似的板状排布的BS 34将来自偏振器33的本地光L2分为1:1比率的两部分，其一L22从中穿过，而另一个L23朝着镜30被反射。本地光L22的光轴相对于另一本地光L23的光轴形成直角。本地光L23平行于被PBS 26反射的信号光L13前进。

所述***将歪斜调整器27和透镜***38布置在BS 34与第一MMI装置32a的本地输入端口之间，也就是说，在第一MMI装置32a的本地输入端口的光轴上。从BS 34输出的本地光L22穿过对本地光L22与L23之间的光学路径差异进行补偿的歪斜调整器27。也就是说，与信号光L12和L13相似，本地光L23具有从BS 23至第二MMI装置32b的光学路径，其比本地光L22的从BS 34至第一MMI装置32a的光学路径长从BS 34至镜30的长度。歪斜调整器27可导致与从BS 34至镜30的该光学路径对应的本地光L22的相位延迟。穿过歪斜调整器27的本地光L22进入第一MMI装置38的本地输入端口，同时被透镜***38的两个透镜38a和38b集中。

镜30和透镜***36布置在BS 34与第二MMI装置32b的本地输入端口之间的本地光L23的光学路径上。被BS 34划分和反射的本地光L23被镜30再次反射，以使其光轴与第二MMI装置32b的本地输入端口的光轴对齐。被镜30反射的本地光L23通过被透镜***36的两个透镜36a和36b集中而进入本地输入端口32b。

所述光学模块1A将信号光L1和本地光L2分为各自进入MMI装置32a和32b的对应的两个部分。将光电二极管(PD)单片集成在其中的、可由例如磷化铟(InP)的半导体材料制成的MMI装置32a和32b通过使信号光L12和L13与本地光L22和L23干涉，各自提取被包含在信号光L12和L13中的信息。通过集成在MMI装置32a和32b中的PD产生的光电流由设置在MMI装置32a和32b的下游的放大器39a和39b转换为电压信号。MMI装置32a和32b被安装在由铜钨合金(CuW)制成的对应的基座上，而放大器39a和39b被安装在各自具有围绕MMI装置32a和32b的C字符的平面形状的电路板20e上。

接着，将参照图3至图12描述形成光学模块1A的处理。下面的描述假设将光入射表面的法线相对于输入端口11和13的光轴形成除0°和90°以外的角度(具体地说，形成45°的角度)的光学组件统称为第一组组件。PBS 26、镜30和BS 34被包含在第一组中。另一方面，将光入射表面的法线形成的角度与前一角度互补(也就是说，形成135°的角度)的光学组件称作第二组组件。镜21和BS 22被包含在第二组中。

形成光学模块1A的处理首先装配MMI装置32a和32b。具体地说，如图3所示，该处理将MMI装置32a和32b、载体20d和电路板20e布置在基座20c上。在布置MMI装置之前将其安装在对应的MMI载体20f和20g上，并且在布置电路板20e之前还将诸如电容器的电子组件安装于电路板20e上。MMI装置32a和32b通过诸如金锡合金(AuSn)的共晶焊料安装在MMI载体20f和20g上。然后，所述处理将其上安装有载体20d、MMI装置32a和32b以及电路板20e的基座20c安装在壳体2的底部上，如图4所示。接着，放大器39a和39b通过导电树脂被安装在电路板20e上。载体20a也独立于基座20c被安装在壳体2的底部上。载体20a通过常规树脂类型的紫外线可固化树脂被固定在壳体的底部上。

接着，如图5所示，所述处理通过子安装件24a将mPD 24安装在载体20a上。具体地说，首先将mPD 24安装在壳体2以外的子安装件24a上，以形成中间装配件；然后，所述处理将mPD 24和子安装件24a的该中间装配件安装在壳体2中的载体20a上。可通过在载体20a上制备的标记通过视觉执行中间装配件相对于载体20a的对齐。

所述处理接着通过粘合剂将第一组组件(即PBS 26、镜30和BS 34)固定在载体20d上。图6和图7详细示出了将第一组组件固定在载体20d上的处理。该处理使用图6所示的特殊工具60，其中块状的特殊工具60提供了彼此平行地延伸的一对侧部61和62和相对于所述侧部61和62形成角度θ的另一侧部63，其中侧部63被称作基准侧。图6所示的实施例表示基准侧63相对于侧部61形成角度θ。

该处理首先将壳体2的前部2b相对于输入端口11和13的光轴以预设角度对齐。具体地说，该处理将上述工具60安装在旋转台70上，以使得工具60的侧部61和62中的一个紧靠着在旋转台70中预备的基准壁71。在用从图6未示出的自准直仪输出的光束La辐射基准侧63的同时，所述处理使旋转台70旋转，以使得衍生自光束La并且被基准侧63反射的光束Lb返回至自准直仪。也就是说，所述处理使旋转台70旋转，以使得反射的光束Lb的光轴与入射光束La的光轴对齐。因此，基准壁71的角度可在预设方向上对齐。

然后，用壳体2替代特殊工具60。也就是说，所述处理将壳体2设置在台70上，以使所述侧部中的一个紧靠着台70的基准壁71。然后，如图7所示，将第一组组件固定于壳体2上方，并且用光束La辐射组件的入射表面，组件相对于自准直仪以一定角度对齐，以使得反射的光束Lb的光轴与入射光束La对齐。然后，保持如此确定的组件的旋转角，所述处理将组件安装在壳体2中的设计的位置。因为载体20d预备有用于定位组件的标志，所以仅通过视觉检查就可将组件设置在载体20d上的预设位置上。针对PBS 26、镜30和BS 34执行针对组件的上述工作。在上述的这些对齐操作中，仅使用从自准直仪提供的光束。没有执行利用信号光或本地光的主动对齐。

再参照图5，所述处理随后将第二组组件(即，镜21和BS 22)安装在壳体2中。具体地说，如图8所示，所述处理首先将设置在台70上的壳体2替换为特殊工具60，其中特殊工具60倒置在台上。具体地说，使侧部62紧靠着基准壁71，也就是说，所述侧部与首先紧靠着基准壁以对齐第一组组件的侧部相对，所述处理调整工具60的旋转角，使来自自准直仪的光束辐射基准侧63。因此，基准侧63转向预设方向。

然后，将特殊工具60替换为壳体2，使壳体2的一侧紧靠着基准壁71，并且将第二组组件安装在壳体2中。具体地说，将组件固定于壳体2上方并且通过用自准直仪提供的光束辐射入射表面来调整其旋转，组件相对于壳体2的基准侧以其角度对齐，并且布置在载体20d上。与第一组组件相似，针对第二组组件没有执行利用信号光和本地光的主动对齐。

接着，将入射表面相对于输入端口11和13的轴形成0°或90°的角度的其余组件安装在壳体2中。歪斜调整器27、λ/2板29和偏振器33这些组件可统一被包括在第三组中。具体地说，在旋转台70上设置具有两个相邻侧部形成直角的矩形块的另一工具，使相邻侧部中的一个紧靠着基准壁71。用自准直仪提供的光束辐射相邻侧部中的另一个，可将工具的旋转角对齐，以使得被相邻侧部中的所述另一个反射的光束的光轴与入射至相邻侧部中的所述另一个的光束的光轴对齐。然后，用壳体2替换所述另一工具，并且将壳体2设为使所述一侧紧靠着基准壁71，将第三组组件设置在壳体2中的载体20d上的对应的位置上。将第三组组件固定于壳体2上方，并且用来自自准直仪的光束辐射入射表面，第三组组件的旋转可相对于自准直仪对齐。然后，将第三组组件设在壳体2中。

然后，透镜***28至38主动地对齐和固定在载体20d上。在对齐透镜***28至38之前，所述处理在侧部2b中设置两个伪端口。对输入端口11和13进行模拟的伪端口提供波长等于信号光和本地光的测试光束，以对齐透镜***28至38。伪端口各自安装准直透镜；因此，从中提供的测试光束是基本上被校准的光束。

首先确定伪端口相对于壳体2的位置。从壳体2中的伪端口中的一个输入测试光束和通过集成在第一MMI装置32中的PD检测穿过第一至第三组件的测试光束，所述处理确定伪端口相对于壳体2的临时位置，从而在伪端口在侧部2b上滑动的同时，第一MMI装置32a中的PD产生最大输出。相似地，在伪端口在侧部2b上滑动并且通过集成在第二MMI装置32b中的PD检测穿过第一至第三组件的测试光束的同时，可确定另一伪端口相对于壳体2的位置。虽然MMI装置32a和32b的信号输入端口和本地输入端口仅具有几平方微米的尺寸，并且第一组件至第三组件未被主动地或被动地对齐，但因为从伪端口输出的测试光束被转换为被校准的光束，所以集成在MMI装置32a和32b中的PD可根据伪端口的位置改变其输出。

首先将透镜***28和38(具体地，更靠近MMI装置32a和32b的对应的第一透镜28a至38a)对齐。将第一透镜28a至38a放置在载体20d上并且通过MMI装置32a和32b中的PD检测测试光束，可将第一透镜28a至38a布置在PD产生对应的最大输出的位置处；然后，第一透镜28a至38a从确定的位置偏移预设距离，以从MMI装置32a和32b分离。在将第一透镜28a至38a偏移之后，第一透镜28a至38a通过例如紫外线可固化树脂固定在载体20d上。接着，所述处理通过与针对第一透镜28a至38a的方式基本相同的方式将第二透镜28b至38b对齐，以设为相对远离MMI装置32a和32b。

从伪端口输出的测试光束进入MMI装置32a和32b，通过PBS 26和BS 24分离，这意味着在对齐透镜***28至38之前，MMI装置32a和32b的集成在其中的PD中通常产生不均匀的输出。因此，由于MMI装置32a和32a中的一个表现出与伪端口的光学耦合较差，首先针对其透镜***执行透镜***28至38的对齐。也就是说，在对齐伪端口的过程中，所述处理比较MMI装置32a和32b的输出，以确定MMI装置32a和32b中的哪一个在对齐时表现出与伪端口的光学耦合较差。然后，所述处理首先针对表现出较差的光学耦合的MMI装置对齐透镜***，然后，将另一透镜***对齐以使得光学耦合变得基本上与前一透镜***相同。因此，可补偿两个伪端口之间的MMI装置的光学耦合的不均匀。可通过将对应的第二透镜28b至38b沿着其光轴偏移来执行通过对齐透镜***调整光学耦合。

然后，将VOA 23放置在载体20b上，如图11所示。在安装VOA23的该处理中，通过提供用于调整VOA 23的衰减的电信号的夹套来保持VOA 23，并从对信号端口11进行模拟的伪端口提供测试光束，在检查由VOA 23导致的测试光束的消光比的同时，集成在第一MMI装置32a中的PD检测通过VOA 23衰减并且穿过第一组至第三组组件的测试光束。所述处理将VOA23固定在第一MMI装置32a中的PD检测到测试光束的最大消光比的位置处。在固定VOA 23之后，优选地在用于固定部件的紫外线固化树脂不降解的温度下执行从端子3至VOA 23的焊盘的引线接合。

最终，所述处理将伪端口替换为信号端口11和本地端口13，如图12所示。信号端口11和本地端口13主动地对齐，以将信号光实际提供至第一MMI装置32a。在将信号端口11在侧部2b上滑动的同时通过第一MMI装置32a中的PD监视信号光，可确定信号端口11的位置在光学耦合变得基本上等于通过伪端口获得的光学耦合的位置。还通过与针对信号端口11的处理基本相同的处理确定本地端口13在侧部2b上的部位，但是第二MMI装置32b中的PD检测本地光。在如此确定位置之后，将信号端口11和本地端口13焊接至壳体2的侧部2b。将本地端口13在其光轴周围的角度调整为与本地光的偏振方向对齐的预设方向。最终，在用干燥氮气替换壳体2的内部的空气的同时，所述处理用盖子覆盖壳体2的内部。因此，完成形成光学模块1A的所述处理。

形成当前实施例的光学模块1A的所述处理的特征在于，图6和图8所示的特殊工具60确定第一组组件(即，PBS 26、镜30和BS 34)的角度以及第二组组件(即，镜32和BS 22)的角度。即使组件的对应入射表面相对于信号光和本地光的光轴形成除90°和0°以外的角度，也可精确地对齐组件的角度，而不用引入复杂的步骤。而且，这两组组件通过一个工具60对齐，也就是说，在法线方向上设置的工具60用于对齐第一组组件，而倒置设置的工具60用于对齐第二组组件。因此，即使基准侧63相对于侧部61和62形成偏移45°的角，第一组组件和第二组组件的组合也可执行光轴的平行移位。

接着，将通过与图15中示意性地示出其光学耦合***的光学模块1C对比来描述光学模块1A的优点。光学模块1C的排布与当前光学模块1A的排布的区别在于，信号光L1的光轴与第一MMI装置32a的信号输入端口的光轴对齐。也就是说，从PBS 26输出的信号光L12的其偏振平行于基座20c的那部分直接行进至第一MMI装置32a的信号输入端口，而通过PBS26反射的信号光L13穿过λ/2板29并且被镜30a反射以进入第二MMI装置32b。另一方面，BS34还将穿过偏振器33的本地光L2分为两部分，其一L23直接行进至第二MMI装置32b，而被反射的另一部分L22被镜30b再次反射以进入第一MMI装置32a。

所述光学模块1C存在固有问题，也就是说，光学模块1C可能无法确保信号光L12和L13以及本地光L22和L23的二元性。具体地说，就各自进入第一MMI装置32a的信号光L12和本地光L22而言，信号光L12从信号端口11直接抵达第一MMI装置32a。另一方面，本地光L22从本地端口13在经过比信号光L12的路径长从BS 34至镜30b的距离的路径之后行进至第一MMI装置32a。因此，进入第一MMI装置32a的本地光L22的相位相对于信号光L12的相位延迟。相似地，对于第二MMI装置32b，信号光L13的相位相对于本地光L23的相位延迟对应于从BS34至镜30b的距离的量。

图16示意性地说明了上述相位延迟。图16分别示出了各自进入MMI装置32a和32b的信号光和本地光。假设从PBS 26至镜30a或从BS 34至镜30b的距离等同地对应于时间差ΔT，第一MMI装置32a使在时刻P1处的信号光L12与在时刻P2(＝P1+ΔT)处的本地光L22干涉。另一方面，第二MMI装置32b使在时刻P1处的本地光L23与在时刻P2处的信号光L13干涉。

与光学模块1C相反，当前实施例的光学模块1A通过BS 21和镜22将信号光L1的光轴从与信号端口11对齐的光轴平行地移位至靠近本地端口13的一侧，这使得信号光L1和本地光L2的光轴之间的距离基本上等于第一MMI装置32a的信号输入端口与本地输入端口之间的距离。而且，从PBS 26输出的信号光L12和本地光L22在保持其平移位置的同时，同时进入第一MMI装置32a。另外，信号光L13和本地光L23在保持其平移位置的同时，同时进入第二MMI装置32b。

光学模块1A通过使信号光与本地光干涉并经由在MMI装置下游(或者确切地说，集成在MMI装置中的PD的下游)实施的数字信号处理器(DSP)处理所提取的信号来恢复数据。DSP可补偿两个MMI装置之间的相位差，这提高了信息恢复的精确度。然而，当进入MMI装置的信号光和本地光在其输入显示出相位差时，DSP使信息恢复的精确度变差。本发明的光学模块1A可确保信号光L12和L13以及本地光L22和L23的二元性，这可抑制DSP中的信息恢复的精确度变差。

常规光学模块1C中的歪斜调整器27a和27b可补偿由于光学路径差异导致的相位延迟。然而，设置这些歪斜调整器27a和27b是用于调整信号光L12与L13之间的相位延迟或者本地光L22与L23之间的相位延迟，而不是用于调整信号光L12与本地光L23或者信号光L13与本地光L22之间的相位差。歪斜调整器27a和27b由硅(Si)制成，具体地说，从厚度为约1mm并且顶表面和背面有防反射涂层的Si晶圆中开采出歪斜调整器27a和27b。其厚度的公差直接反映在光学路径长度或者相位延迟的不均匀中。常规光学模块1C提供两个彼此独立的歪斜调整器27a和27b。因此，Si晶圆的厚度的不均匀直接反映在MMI装置32a和32b中的干涉性能中。歪斜调整器27a和27b可一定程度地补偿相位延迟ΔT，但是第一MMI装置32a的补偿的延迟ΔT可能与第二MMI装置32b的补偿的延迟ΔT不同。当前实施例的光学模块1A针对信号光L12和本地光L22仅提供了一个歪斜调整器27，这抑制了来源于彼此独立的两个歪斜调整器27a和27b的公差。

另外，常规光学模块1C需要将信号端口11与第一MMI装置32a的信号输入端口对齐，并且将本地端口13与第二MMI装置32b的本地输入端口对齐。因此，MMI装置中的信号输入端口与本地输入端口之间的间距和两个MMI装置32a和32b之间的间距自动地确定信号端口11和本地端口13之间的间距。根据在MMI装置中实施波导中的光学损失确定的波导的最大曲率自动地确定信号输入端口与本地输入端口之间的最小间距。因此，两个端口11和13的最小间距受到限制。

在光学模块1A中，BS 21和镜22使信号光L1的光轴从与信号端口11对齐的光轴平移至更靠近本地端口13的光轴的位置。因此，通过调整BS 21与镜22之间的间距，可以可选地调整信号端口11与本地端口13之间的间距。例如，两个端口11和13一体地形成。也就是说，可从单个端口提取两个光纤(其一为信号光的信号模式光纤SMF而另一个是本地光的偏振保持光纤PMF)。

(第二实施例)

图13是根据本发明的第二实施例的光学模块1B的平面图，并且图14示意性地示出了在图13所示的光学模块1B中实施的光学耦合***。光学模块1B与第一实施例的光学模块1A的区别特征在于，光学模块1B将mPD 24设置在与第一实施例不同的位置。也就是说，光学模块1B提供了替换BS 21的镜42和替换镜22的BS 43。光学模块1B的mPD 24设置在BS 43后面。BS 43和镜42安装在载体20a上，而mPD 24安装在另一载体20d上。

进入信号端口11的信号光L1首先被BS 43分为一部分信号光L10和另一部分信号光L11。前一部分L10透射通过BS 43并进入mPD24；而另一部分L11被BS 43反射，再次被镜42反射，然后进入VOA23。在图1所示的前述模块1A中，透射通过BS 22的信号光L10的光轴与从本地端口13提供的本地光L2的光轴交叉。光学模块1A的这种排布使得本地光L2有可能与进入mPD 24的信号光L10干涉。当本地光L2过度干涉信号光L10时，mPD 24可能无法准确地检测信号光L10的功率，导致扰乱了通过VOA 23进行的衰减。

当前实施例的光学模块1B将BS 43和mPD 24放置在信号端口11的光轴上，其中BS43将一部分信号光L10朝着mPD 24透射。因此，信号光L10的光轴不与本地光L2的光轴交叉，这确保了信号光L10与本地光L2之间的光学隔离，并且mPD 24可产生刚好对应于信号光L10的光电流。

在本发明的光学模块1A和1B中，信号端口11和本地端口13提供准直透镜，以将信号光L1和本地光L2转换为对应的校准光束，以被装配在基座20c上的光学耦合***处理。在壳体2中实施的光学组件通过在对应的入射表面处的菲涅尔反射不可避免地导致杂散光。当光学耦合***处理被校准的光束时，即使杂散光的光学路径长度与耦合***处理集中光束的情况相比变得更长，由对应的组件导致的杂散光也仍然具有大幅度。杂散光的这种状况按照相同方式反映在mPD24上。也就是说，处理校准的光束的光学耦合***与***处理集中光束的情况相比更加受到杂散光的影响。mPD 24和BS 43的光学排布可抑制信号光L10与本地光L2之间的干涉。

当前实施例的mPD 24安装在载体20d上，载体20d上还安装将信号端口11和本地端口13与MMI装置32a和32b光学耦合的光学组件。载体20d还提供延伸跨过载体20d的互连部分41a和41b。如图13所示，光学组件26、30和34可安装在互连部分41a和41b上，因为互连部分41a和41b携带与信号光的平均光学功率对应的信号，也就是说，仅含有DC分量的信号。即使其上安装任何构件以与其接触，信号的质量也不衰退。而且，互连部分41a和41b不与光学组件26、30和34的光轴干涉。因此，互连部分41a和41b可跨过载体20c以在其上安装光学组件26、30和34。mPD 24可通过接合线将信号提取至在第二MMI装置32b的侧部上的端子3。

(第三实施例)

接着，将描述根据本发明的第三实施例的另一光学模块1C。图17示出了相对于图2所示的第一实施例的光学耦合***进行了修改的光学模块1D的光学耦合***。第三实施例的光学耦合***与第一实施例的光学耦合***的区别特征在于，去除了第一实施例中的VOA23，但是设置在信号光L1的光学路径上的镜21替换为旋转轴垂直于载体20a的表面的倾斜镜21A。光学耦合***的其它排布与第一实施例中的基本相同。

与第一实施例相同的信号端口11和本地端口13提供准直透镜并且输出信号光L1和本地光L2作为直径为240至260μm的被校准的光束。另一方面，以模场直径(MFD)为单位，MMI装置32a和32b中的信号输入端口和本地输入端口的尺寸为2.2至2.8μm。

将倾斜镜绕着其轴线旋转，从而反射的信号光L1绕光轴枢转，这改变了投射在MMI装置32a和32b的信号输入端口上的平面以及与所述端口重叠的区域。因此，倾斜镜的旋转可显示出光学衰减器的功能。

倾斜镜21A从光学模块1D的外部接收设置其倾斜角的偏压。当mPD 24检测到信号光L1的过大功率时，所述偏压增大倾斜镜21A的倾斜角以使信号光L12和L13与MMI装置32a和32b的信号输入端口的重叠区域更窄。

图18示出了在水平轴上提供至倾斜镜的偏压相对于竖直轴的倾斜角之间的关系，其中倾斜角0°对应于倾斜镜21A的主表面相对于信号光L1的光轴形成45°角的状态。供应7V的偏压，倾斜镜21A旋转约0.5°。图19示出了两个MMI装置32a和32b之间的、信号光L1与其信号输入端口之间的光学耦合的偏离。在±0.2°的范围内的倾斜角中，图19中所示的偏离在±0.5dB内。

当前实施例的光学模块1D通过BS 26将信号光L11分为两个光束L12和L13，各自与MMI装置32a和32b的信号端口耦合。然而，信号光L13的从BS 26至MMI装置32b的光学路径比将要与另一MMI装置32a耦合的信号光L12的光学路径更长。从倾斜镜21A至第一MMI装置32a的信号端口的光学路径为约12.5mm，而至第二MMI装置32b的信号端口的光学路径为约15.0mm。因此，该实施例的光学模块1D中出现约2.5mm的差异。该差异基本等于从BS 26至镜30的距离或者MMI装置32a和32b的信号输入端口之间的跨度。下表总结了倾斜角与相对于信号输入端口的中心的偏移之间的关系，其中所述中心对应于倾斜角0°的条件。因为以下评价未考虑透镜***28和31的功能，所以光束的偏移与MMI装置32a和32b的信号输入端口的尺寸相比变得显著。

[表1]

透镜***28和31实际上将信号光L12和L13集中至其中场直径变为几微米的信号输入端口上。因此，即使倾斜镜21A使投射在信号输入端口上的光束偏移，MMI装置32a和32b之间光学耦合的偏离也可确保在0.5dB的范围内。进入倾斜镜21A的信号光L1是光束直径为240至260μm的被校准的光束，并且通过BS 26分离的信号光L12和L13在到达透镜***28和31之前也是被校准的光束。透镜***28和31将信号光L12和L13集中至场直径为2.2至2.8μm(相当于MMI装置32a和32b的信号输入端口的模场直径)的MMI装置32a和32b的信号输入端口上，但是两个MMI装置32a和32b之间的偏离确保在±0.5dB的范围内并同时具有15dB的衰减。

虽然当前实施例的光学模块1D将倾斜镜放置在信号光L1的光轴上，也就是说，信号端口11的轴线上。然而，光学模块1B(其中其光学耦合***在图14中示出)可用倾斜镜替代镜42。在这种排布中，从倾斜镜至MMI装置32a和32b的信号输入端口的距离变得比上述光学模块1D的更短。因此，可进一步压缩两个MMI装置32a和32b之间光学耦合的偏离。倾斜镜可设置在信号端口11与PBS 26之间的任何位置。

虽然本文为了示出的目的描述了本发明的特定实施例，但是许多修改和改变将对于本领域技术人员变得清楚。因此，所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这些修改和改变。

本申请要求于2015年11月27日提交的日本专利申请No.2015-232076和No.2015-232138、于2016年1月13日提交的日本专利申请No.2016-004615和于2016年1月27日提交的日本专利申请No.2016-013528的优先权的利益，所述申请以引用方式并入本文中。

Claims (9)

1.一种装配光学模块的方法，所述光学模块提供壳体、输入端口和光学组件，所述壳体具有一侧和另一侧，所述输入端口具有轴线并且固定至所述壳体的所述一侧，所述光学组件的光学表面的法线相对于光学端口的轴线形成不同于0°或90°的角θ，所述方法包括以下步骤：

将工具放置在具有基准壁的旋转台上，所述工具具有彼此平行地延伸的一对侧部和相对于所述侧部中的一个侧部形成角度θ的基准侧，所述工具的所述一对侧部中的一个侧部紧靠着所述旋转台的基准壁；

通过旋转所述旋转台使所述工具的基准侧指向预设方向；

以壳体替换所述工具，使其所述另一侧接触所述旋转台的基准壁；

将所述光学组件的法线与当前方向对齐；以及

将所述光学组件放置在所述壳体中的预设位置处。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，通过利用自准直仪来执行调整所述工具的基准侧的指向的步骤和对齐所述光学组件的法线的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中，角度θ是45°和135°中的一个。

4.根据权利要求1所述的方法，

其中，仅通过视觉检查所述预设位置来执行放置所述光学组件的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述光学模块还包括另一光学组件，其光学表面的法线相对于输入端口的轴线形成另一角度，所述另一角度和角度θ是彼此互补的角度，

其中，在安装所述光学组件的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：

针对所述另一光学组件通过以下步骤调整所述旋转台：从所述旋转台去除壳体；将所述工具放置在所述旋转台上，使所述一对侧部中的另一侧部紧靠着所述旋转台的基准壁；以及通过旋转所述旋转台将所述工具的基准侧指向所述预设方向；以及

在壳体中安装所述另一光学组件，使所述另一光学组件的法线与所述预设方向对齐。

6.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述输入端口被构造为使信号光进入其中，并且

其中，所述光学模块还包括被构造为使本地光进入其中的另一输入端口、使所述信号光与所述本地光干涉的多模干涉(MMI)装置、和用于将所述输入端口和所述另一输入端口与MMI装置光学耦合的透镜***，

所述方法还包括以下步骤：

在安装所述光学组件的步骤之前将所述MMI装置安装在所述壳体中，

制备其中设置了准直透镜的一对伪端口，所述伪端口使测试光束进入所述壳体中，所述测试光束被所述准直透镜转换为对应的被校准的光束，

使所述伪端口在所述壳体的所述一侧上滑动，以使得从所述伪端口输出的所述测试光束与所述MMI装置光学耦合，

将所述透镜***安装在所述壳体中，所述透镜***将所述测试光束集中于所述MMI装置上，以及

以所述输入端口和所述另一输入端口替换所述伪端口，以使得从所述输入端口输出的信号光和从所述另一输入端口输出的本地光与所述MMI装置按照与通过所述测试光束进行耦合实质相同的对应的效率进行光学耦合。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中，所述光学模块还提供用于衰减所述信号光的可变光学衰减器(VOA)，并且

其中，所述方法还包括以下步骤，

将所述VOA放置在所述输入端口与所述光学组件之间。

8.根据权利要求6所述的方法，

其中，所述MMI装置具有信号输入端口和本地输入端口，所述信号输入端口接收来自所述输入端口的信号光，所述本地输入端口接收来自所述另一输入端口的本地光，所述MMI装置的所述信号输入端口与所述本地输入端口之间的间距小于所述输入端口与所述另一输入端口之间的间距，

其中，所述光学组件包括各自设置在从所述输入端口至所述MMI装置的所述信号输入端口的光学路径上的镜和分束器(BS)，并且

其中，所述镜和所述BS通过平移所述信号光的光轴将在所述输入端口处的信号光与所述另一输入端口处的本地光之间的间距匹配所述MMI装置的所述信号输入端口与所述本地输入端口之间的间距。

9.根据权利要求6所述的方法，

其中，所述光学模块还包括另一MMI装置、偏振分束器(PBS)、另一BS和半波长(λ/2)板，所述PBS和所述另一BS构成第一组，其表面的法线相对于所述输入端口的轴线成角度θ，所述BS和所述镜构成第二组，其表面的法线形成与角度θ互补的另一角度，并且λ/2板构成第三组，其表面的法线平行于所述轴线，

其中，放置所述光学组件的步骤包括以下步骤：仅通过视觉检查所述PBS和所述另一BS的对应的预设位置，将第一组光学组件中的所述PBS和所述另一BS放置在对应的预设位置，并且

其中所述方法还包括以下后续步骤：

通过以下步骤调整旋转台：从所述旋转台去除壳体；将所述工具放置在所述旋转台上，使所述一对侧部中的所述另一侧部紧靠着所述旋转台的基准壁；以及通过旋转所述旋转台将所述工具的基准侧指向所述预设方向；

将所述第二组光学组件中的所述BS和所述镜的法线与所述预设方向对齐，以及

仅通过视觉检查所述BS和所述镜的对应的预设位置将所述第二组光学组件中的所述BS和所述镜放置在对应的预设位置。