[发明专利]一种多通道集成光波分复用/解复用的组件结构

说明书

技术领域

本发明本涉及光通信技术领域，尤其是指一种多通道集成光波分复用/解复用的组件结构。

背景技术

随着现代通信对带宽需求的极速增长，光通信系统对高速光收发模块以及模块内部的光发射组件和光接收组件的要求随之不断提高，主要发展趋势为速率越来越高，光收发模块体积也越来越小，功耗也越来越低。

目前半导体激光器的速率受半导体光电技术的瓶颈限制，单通道的商用化产品速率暂时无法提高。为了提高光通信设备的单位体积内的传输容量，高速光收发模块目前主要采用将多通道半导体激光器/探测器阵列通过光波分复用/解复用技术封装在只有一个光口输入/输出的发射/接收光组件里，来提高单端光口的传输速率。例如40Gbps QSFP+光收发模块中的发射/接收光组件将4个CWDM不同波长的10Gbps的激光器/探测器芯片利用光波分复用/解复用技术和单根光纤耦合，以实现单根光纤传输40Gbps信号，而40Gbps QSFP+光收发模块的体积仅比常规10Gbps SFP+光收发模块稍大一点，传输速率却是其4倍。电气电子工程师学会 (Institute of Electrical and Electronics Engineers ，IEEE) 对这种新的高速网络协议进行了部署和制订了相关标准。P802.3ba 工程任务组下的 40Gbps 和 100Gbps 以太网标准已经发布，400Gbps标准也正在制定中。

这种多通道集成光波分复用/解复用功能的发射/接收光组件的关键技术就是如何实现在体积非常小的组件内部实现光波分复用/解复用功能，既要实现所有通道高效率的光耦合，还要实现小尺寸封装以满足光收发模块的体积要求。

目前，业内主要采用的一种技术方案如图1所示。对于发射光组件，其中激光器阵列101是多个不同波长的激光器芯片组成的多通道阵列，通道数量可以是4、12、16或其他任意数量，（本专利中以4通道为代表进行说明），通道间距必须严格相等。带通滤光片组103的通带波长和各通道激光器的波长相对应，带通滤光片103可实现对通带内的波长进行透射，对通道外的波长进行反射。全反射镜105对所有波长的光全部反射。玻璃基板104是具有良好的透光率的玻璃或其他透光材质，其有两个平面对相互的平行度和相互距离公差要求极高。

带通滤光片组103安装在玻璃基板104的一个平面上，玻璃基板104的另一个平面上安装有全波长反射镜105。激光器阵列101发射的光通过准直透镜组102变成多通道互相平行的准直光，多通道准直光以一定的入射角斜入射到带通滤光片组103上并透射到玻璃基板104内，经过全反射镜105的反射和带通滤光片组103对非通带波长光的反射，光线在玻璃基板上沿Z形或W形前进，具体光路图如图1中的“箭头”所示。最终所有通道的光束在玻璃基板104的出口处基本重合，然后入射到耦合透镜106，耦合进入光纤107。根据组件性能需要，也可在耦合透镜106和光纤107之间加入光隔离器。

对于接收光组件，结构原理和图1基本相同，只是将激光器阵列101变成探测器阵列，多个不同波长的光从光纤107出射，光路沿图1中箭头光路的逆向前进，最终多个不同波长的光路分开，耦合进探测器阵列分别对应的通道。

上述发多通道集成光波分复用/解复用功能的发射/接收光组件结构的关键在于必须保证所有通道的光路在耦合透镜106的前端能够全部尽可能重合，这样才能通过一个耦合透镜106使得所有通道的光和光纤耦合都具有较高的耦合效率，以达到光组件的性能要求。由于玻璃基板对光束没有限制作用，总体光路的控制主要由带通滤光片103和全反射镜105的位置来决定，因此这种Z形或W形光路对来回反射面的角度和距离非常敏感，例如玻璃基板两个表面之间如果存在0.3度夹角或者二者之间的距离和目标值有十几个微米的偏差，都可能导致最末通道的光束和第一通道的多光束在光路上产生十几或几十微米的偏移，从而使得这两个通道的光耦合效率相差甚远。除此之外，多通道准直光之间的平行度和间距的偏差也会导致所有通道的光束最终无法较好地重合，因此激光器阵列101的每个通道之间的间距、准直透镜组的安装位置、准直光的准直度等众多相关因素都对总体光路光组件最终的性能都有着较大影响。而在通道数量较多的组件中，由于光路更长，同样的精度偏差或导致最终光路更大的偏移。综上所述，传统的这种多通道集成光波分复用/解复用功能的发射/接收光组件结构对相关物料的加工公差和安装精度有着十分苛刻的要求，极大增加了物料成本和生产工艺成本，在实际组件生产过程中由于物料公差和工艺精度不可避免的影响，全部通道合格的成品率也受到很大的影响。

发明内容