[发明专利]集成WDM光收发器

说明书

一种集成波分复用(WDM)光收发器，包括以下元件：(1)光源；(2)光电二极管的阵列，其响应于多个光信号并由此形成多个电接收信息信号；以及(3)光子集成模块(PIM)，其包括提供收发器功能所必需的传输部件和接收部件。传输部件包括解复用器、电光调制器阵列、和用于将多个调制光信号组合到单个输出信号路径上作为收发器输出的复用器。接收部件包括响应于输入WDM信号以分离每个波长分量并产生多个接收的光信号的解复用器。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月7日提交的美国临时申请第62/516,349号的权益，并且该申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种光收发器，且更具体地说，涉及一种波分复用(WDM)光收发器，其形式相对紧凑并且需要最少数量的独立部件。

发明背景

当今的许多光通信系统是基于对WDM的使用的，其中多个信息信号是沿着相同通信介质(例如光纤)通过独立的波长携带的。WDM通信允许可以沿着给定信号路径传输(和接收)的独立信息信号的数量增加。在WDM收发器中，以不同波长操作的激光器是通过独特的电数据信号独立进行调制的，并产生多个光信息信号，然后该光信息信号被复用在一起并沿着公共输出信号路径传输。

为了沿着单个光波导(光纤)传输所有这些独立调制光信号，独立调制的光信号通常被用作光波分复用器的输入，该光波分复用器用于组合所有信号以沿着公共光输出信号路径进行传输。在一个或更多个实施例中，光波分复用器可以采用以下形式：导波结构(例如，阵列波导光栅(AWG)结构)、无源器件，其能够以受控方式复用各种光波长。

典型现有技术配置的至少一个问题是需要多个分立部件，包括用于与系统相关联的每个波长的分立激光源。具体而言，每个独立的激光源需要分别与其相关调制器的光波导输入端对准。这种对准需要在收发器的整个寿命期间保持，而收发器可能由于老化、环境条件变化等而出问题。此外，需要单独(并且连续)控制每个激光器的操作波长，以保持在关于WDM系统的该“信道”所选定的光谱内。使用独立的激光源还需要相对大尺寸的封装，以便容纳所有不同的部件。光通信装备仍然受限于使用相对较小的封装“占用面积”，使得对独立的激光模块的需求成为问题。

这个问题的一个解决方案是利用作为单个芯片制造的激光二极管的集成阵列来代替分立的激光器件。使用激光二极管的阵列(每个激光二极管在不同的波长操作)可以是减少对准次数的解决方案。然而，这种阵列的成本通常高于单个激光二极管的成本总和(这与激光阵列芯片固有的低产量相关)。事实上，如果只有一台激光器不能工作，那么整个激光阵列芯片将需要报废。此外，多波长激光阵列芯片的制造比都以相同波长进行发射的器件的激光阵列的制造更复杂，且因此成本更高。鉴于所有这些缺点，对于使用四个或更多波长的系统，激光阵列选项通常不是可行的解决方案。

发明概述

本发明解决了现有技术中保留的需求，本发明涉及一种光收发器，且更具体地说，涉及一种波分复用(WDM)光收发器，其形式相对紧凑并且需要最少数量的独立部件。

根据一个或更多个实施例，本发明采取集成波分复用(WDM)光收发器的形式，该集成波分复用光收发器包括以下元件：(1)光源；(2)光电二极管阵列，其响应于多个光信号并由此形成多个电接收信息信号；以及(3)光子集成电路模块(PIM)，其包括传输相关光学和电光部件以及接收相关光学部件。PIM可以体现在任何合适的半导体材料系统中，包括但不限于硅基模块、基于磷化铟的模块、和基于GaAs的模块。传输部件包括：波分解复用器，其用于将入射光束光谱分割成一组独立的光波长分量；电光调制器阵列，其被耦合到该组独立的光波长组件，并响应于一组输入电信息信号生成多个调制光信号；以及波分复用器，其用于将多个调制器光信号组合到单个输出信号路径上，作为以收发器输出传输的复用光信号。接收光学部件包括波分解复用器，其响应于输入WDM信号分离该输入WDM信号中的每个波长分量，并产生多个接收的光信号，该多个接收的光信号随后被用作光电二极管的阵列的输入，以被转换成一组接收的电子信息信号。