申请/专利权人：武汉光迅科技股份有限公司

申请日：2018-09-04

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN109379143B

主分类号：H04B10/60(20130101)

分类号：H04B10/60(20130101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2019.03.19#实质审查的生效;2019.02.22#公开

摘要：本发明实施例提供一种波长可调谐光接收组件，包括：基板；设置于所述基板上的光输入部件；设置于所述基板上且位于所述光输入部件的输出端的一组或多组波长可调谐部件；设置于所述基板上、与所述一组或多组波长可调谐部件的反向输出端一一对应的一组或多组光接收部件；所述光输入部件用于输出光信号至所述波长可调谐部件；所述波长可调谐部件用于对入射的光信号进行波长调谐，使得预设波长范围内的光信号被反射，剩余光信号继续被传输；所述光接收部件用于接收被反射的预设波长范围内的光信号。所述波长可调谐光接收组件可靠性高、带宽宽、可调范围大、集成度高。

主权项：1.一种波长可调谐光接收组件，其特征在于，包括：基板；设置于所述基板上的光输入部件；设置于所述基板上且位于所述光输入部件的输出端的一组或多组波长可调谐部件；设置于所述基板上、与所述一组或多组波长可调谐部件的反向输出端一一对应的一组或多组光接收部件；所述光输入部件用于输出光信号至所述波长可调谐部件；所述波长可调谐部件用于对入射的光信号进行波长调谐，使得预设波长范围内的光信号被反射，剩余光信号继续被传输；所述光接收部件用于接收被反射的预设波长范围内的光信号；所述波长可调谐部件包括：设置于所述基板上且位于所述光输入部件的输出端的微光学环形器，所述微光学环形器的输入端对准所述光输入部件的输出端；设置于所述基板上且位于所述微光学环形器的正向输出端的半导体制冷器，用于进行温度控制；设置于所述半导体制冷器上的反射式布拉格光栅芯片；耦合在所述反射式布拉格光栅芯片的输入端的第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜对准所述微光学环形器的正向输出端；所述微光学环形器包括：沿光路依次设置的第一侧向位移偏振分光棱镜、第一半波片、法拉第旋转片、第二半波片和第二侧向位移偏振分光棱镜；所述第一半波片的光轴方向与晶体表面呈第一预设角度，所述第二半波片的光轴方向与晶体表面呈第二预设角度，所述法拉第旋转片的偏振旋转角为第三预设角度，旋转方向为顺时针；所述第一侧向位移偏振分光棱镜和所述第二侧向位移偏振分光棱镜，均是通过偏振分束器和侧向位移棱镜胶合而成，所述第一侧向位移偏振分光棱镜和所述第二侧向位移偏振分光棱镜的侧向位移量分别为第一预设位移量和第二预设位移量。

全文数据：一种波长可调谐光接收组件技术领域本发明实施例涉及光通信用光电子器件领域，尤其涉及一种波长可调谐光接收组件。背景技术基于时分和波分复用无源光网络TWDM-PON是下一代光接入网NG-PON2主流技术，FSAN已经明确TWDM-PON是NG-PON2的技术选择，与DWDM相比，TWDM-PON有更好的可管理性，兼容性。对于TWDM-PON，为了实现无色ONUOpticalNetworkUnit，ONU需要使用可调收发技术，因此，波长可调光接收机WavelengthTunableROSA是TWDM-PON系统的核心光电子器件之一，该器件主要应用于无源光网络PON系统中收发器部件光网络单元ONU或光网络终端ONT里面的接收部分。同时，在CDC-ROADM系统中，多播交换的方案采用的是MCSMulticastswitch结合可调滤波器实现，其中可调滤波器需要实现大带宽、高波长精度可调，在未来智能光网络和5G承载网络应用前景广阔。目前，实现波长可调光接收机的方案有多种，如多层介质膜的热调谐光接收法，小型马达带动滤波片旋转探测的方法，利用MEMS反射镜和滤波器实现对不同波长的接收等等。基于多层介质膜的热调谐光接收机是基于多层介质膜F-P腔的原理，其通带光谱很窄，对输入光的波长精度要求很高，且通道间隔离度较低。而基于小型马达带动滤波片旋转探测的方法则存在器件体积过大，功耗较高的不足。而MEMS反射镜稳定性较差，长期可靠性存在风险。发明内容针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种波长可调谐光接收组件。第一方面，本发明实施例提供一种波长可调谐光接收组件，包括：基板；设置于所述基板上的光输入部件；设置于所述基板上且位于所述光输入部件的输出端的一组或多组波长可调谐部件；设置于所述基板上、与所述一组或多组波长可调谐部件的反向输出端一一对应的一组或多组光接收部件；所述光输入部件用于输出光信号至所述波长可调谐部件；所述波长可调谐部件用于对入射的光信号进行波长调谐，使得预设波长范围内的光信号被反射，剩余光信号继续被传输；所述光接收部件用于接收被反射的预设波长范围内的光信号。本发明实施例提供的波长可调谐光接收组件，通过一个基板上设置的光输入部件、波长可调谐部件和光接收部件，实现对光波长的调谐和接收，具有高可靠性、带宽宽、可调范围大、集成度高的特点。当基板上设置一组波长可调谐部件时，其结构紧凑，封装体积小；当基板上设置多组波长可调谐部件时，可实现多通道数的光信号调谐，即实现了可调光滤波器阵列，其尺寸相对于一组波长可调谐部件时有所增大。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例波长可调谐光接收组件结构示意图；图2为本发明实施例波长可调谐光接收组件第一实施例结构示意图；图3为本发明实施例微光学环形器结构示意图；图4为本发明实施例波长可调谐光接收组件第二实施例结构示意图。附图标记说明100、基板，200、光输入部件，300、波长可调谐部件，400、光接收部件，310、微光学环形器，320、半导体制冷器，330、反射式布拉格光栅芯片，340、第一聚焦透镜，350、加热电极，311、第一侧向位移偏振分光棱镜，312、第一半波片，313、法拉第旋转片，314、第二半波片，315、第二侧向位移偏振分光棱镜，410、第二聚焦透镜，420、探测器，430、输出准直器，440、全反射镜。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图1为本发明实施例波长可调谐光接收组件结构示意图，请参考图1，所述波长可调谐光接收组件包括：基板100；设置于所述基板100上的光输入部件200；设置于所述基板100上且位于所述光输入部件200的输出端的一组或多组波长可调谐部件300；设置于所述基板100上、与所述一组或多组波长可调谐部件300的反向输出端一一对应的一组或多组光接收部件400；所述光输入部件200用于输出光信号至所述波长可调谐部件300；所述波长可调谐部件300用于对入射的光信号进行波长调谐，使得预设波长范围内的光信号被反射，剩余光信号继续被传输；所述光接收部件400用于接收被反射的预设波长范围内的光信号。请参考图1，基板100上设置有光输入部件200、一组或多组波长可调谐部件300和一组或多组光接收部件400。假设光输入部件200的右侧为输出端，则波长可调谐部件300位于光输入部件200的右侧；假设波长可调谐部件300的左下侧为反向输出端，则光接收部件400位于波长可调谐部件300的左下侧。具体的，一个光接收部件400对应一个波长可调谐部件300，光接收部件400与波长可调谐部件300是一一对应的关系。本发明实施例中，光输入部件200输出光信号，光信号进入波长可调谐部件300。所述光输入部件200为输入准直器或光纤阵列。具体的，若基板100上只设置一个波长可调谐部件300，则光输入部件200为输入准直器，输入准直器输出光信号至波长可调谐部件300，经过波长可调谐部件300的波长调谐后，一部分光信号被反射，一部分光信号被透过，继续通过介质进行传输。被反射的光信号是波长可调谐部件300进行波长调谐后的预设波长范围内的光信号。被反射的光信号通过波长可调谐部件300的反向输出端输出至光接收部件400。本实施例的波长可调谐光接收组件，结构紧凑，封装体积小，易于模块化集成具体的，若基板100上只设置多个波长可调谐部件300，则多个波长可调谐部件300实现了一个可调光滤波器阵列，每一个波长可调谐部件300可实现一个通道的光信号调谐，则多个波长可调谐部件300可实现一个通道的光信号调谐可实现多个通道的光信号调谐。此时，光输入部件200为光纤阵列，光纤阵列具有多根输出光纤，其中一根输出光纤对应一个波长可调谐部件300，为一个波长可调谐部件300提供光信号；多根输出光纤可以分别为多个波长可调谐部件300提供光信号。本实施例的波长可调谐光接收组件，由于集成了多个波长可调谐部件，因而体积比集成单个波长可调谐部件的结构增大了，但仍然结构紧凑，集成度高。需要说明的是，本发明实施例中基板100，可以是陶瓷基板，也可以是金属外壳的尾部，即光输入部件、波长可调谐部件和光接收部件可放置在陶瓷基板上，亦可放置在金属外壳的金属管尾部，通过光学平窗和金属外壳内部光学原件耦合连接。本发明实施例的波长可调谐光接收组件，通过一个基板上设置的光输入部件、波长可调谐部件和光接收部件，实现对光波长的调谐和接收，具有高可靠性、带宽宽、可调范围大、集成度高的特点。当基板上设置一组波长可调谐部件时，其结构紧凑，封装体积小；当基板上设置多组波长可调谐部件时，可实现多通道数的光信号调谐，即实现了可调光滤波器阵列，其尺寸相对于一组波长可调谐部件时有所增大。图2为本发明实施例波长可调谐光接收组件第一实施例结构示意图，基于上述实施例，所述波长可调谐部件300包括：设置于所述基板100上且位于所述光输入部件200的输出端的微光学环形器310，所述微光学环形器310的输入端对准所述光输入部件200的输出端；设置于所述基板100上且位于所述微光学环形器310的正向输出端的半导体制冷器320，所述半导体制冷器320用于进行温度控制；设置于所述半导体制冷器320上的反射式布拉格光栅芯片330；耦合在所述反射式布拉格光栅芯片330的输入端的第一聚焦透镜340，所述第一聚焦透镜340对准所述微光学环形器310的正向输出端。请参考图2，本发明实施例的波长可调谐部件300包括微光学环形器310、半导体制冷器320、反射式布拉格光栅芯片330和第一聚焦透镜340。其中，所述微光学环形器310的反向输出端即为波长可调谐部件300的反向输出端，光接收部件400位于所述微光学环形器310的反向输出端。本发明实施例中，反射式布拉格光栅芯片330中的光栅为一种均匀周期微型结构，其通过光刻、刻蚀等半导体工艺制作而成，作为滤波器带宽的优选，本实施例中反射式布拉格光栅为5阶布拉格光栅。本发明实施例中，半导体制冷器320用于对反射式布拉格光栅330进行温度控制，通过半导体制冷器TEC对反射式布拉格光栅芯片进行温控，使反射式布拉格光栅芯片稳定在固定温度状态，保持最佳工作特性，长稳定性更好。作为优选，所述第一聚焦透镜340为C透镜，其耦合端面和所述反射式布拉格光栅芯片直接耦合粘接。作为优选，反射式布拉格光栅芯片330芯层可以是掺锗的二氧化硅、SiN、Polymer或者硅。布拉格光栅通过光刻、刻蚀等半导体工艺制作而成。反射式布拉格光栅将作为一个光波选择镜，它是一种窄带光滤器。光谱光信号被注入到光栅中，只有非常窄光谱的光信号以布拉格波长为中心在光栅内被反射，剩余的光波将继续通过介质传输到下一个光栅，并且没有任何损失。基于反射式布拉格光栅的波长可调谐光接收组件的工作原理如下：对于任意单个波长可调谐部件，光输入部件输出的光信号，射入所述微光学环形器的输入端，经过所述微光学环形器进行正向传输，从所述微光学环形器的正向输出端输出至所述第一聚焦透镜，经过所述第一聚焦透镜透射后进入所述反射式布拉格光栅芯片，预设波长范围内的光信号被所述反射式布拉格光栅芯片反射，反射光经过所述第一聚焦透镜和所述微光学环形器，并从所述微光学环形器的反向输出端输出至所述光接收部件，以实现对预设波长范围内的反射光的接收。基于上述实施例，所述反射式布拉格光栅芯片330的表面设置有加热电极350，所述加热电极350用于通过热效应对所述反射式布拉格光栅芯片330的中心波长进行调谐，以获得预设波长范围的反射光。本实施例中，反射式光栅芯片表面设置有加热电极350，可以利用材料的热光效应对反射窄光谱中心波长进行调谐，加热电极通过沉积、剥离等半导体工艺制作而成。优选的，可以将加热电极350设置在距反射式光栅芯片中心有一定的偏移量的位置，这样可以适当的降低调节精度，实现更大范围的波长调谐。请参考图2，基于上述实施例，所述光接收部件400包括第二聚焦透镜410和探测器420；所述第二聚焦透镜410，设置于所述基板100上且对准所述波长可调谐部件300的反向输出端；其中，所述波长可调谐部件300的反向输出端，即为微光学环形器310的反向输出端；所述探测器420，设置于所述基板100上且位于所述第二聚焦透镜410的外侧。图2所示出的本发明实施例波长可调谐光接收组件第一实施例结构，可通过如下方式进行安装制作：首先，将半导体制冷器320粘接在基板100上，将反射式布拉格光栅芯片330固定在半导体制冷器320上。其次，令光输入部件200输出光信号，反射式布拉格光栅芯片330的末端通过单芯FA进行光功率监控，通过夹具夹持第一聚焦透镜340，调节第一聚焦透镜的位置使耦合光功率最大，通过紫外胶将第一聚焦透镜耦合固定在反射式布拉格光栅芯片的端面。其次，在第一聚焦透镜340输入端放置小型化的微光学环形器310，调整光输入部件200的位置和角度，使监控的光功率最大。最后，在小型化的微光学环形器310的反向输出端放置第二聚焦透镜410和探测器420，调整第二聚焦透镜410的位置，通过探测器420探测直流光电流，使光电流最大。待第二聚焦透镜410和探测器420位置固定后，通过楔角片固定光输入部件200例如输入准直器在基板100上。作为优选，在整个波长可调谐光接收组件制作完成后，可以在反射式布拉格光栅芯片330的输出端涂覆吸光材料，以防止透射光谱在环境内折射形成光串扰。作为优选，所述探测器420为侧入式PD，工作速率为10Gbs。根据PD的工作速率不同，其光敏面大小也不同，需要根据不同的PD来优化第二聚焦透镜的设计参数。作为优选，当所述光输入部件为输入准直器时，将输入准直器固定在基板上，所述输入准直器的竖直方向中心，与第一聚焦透镜和第二聚焦透镜的高度中心一致。图3为本发明实施例微光学环形器结构示意图，基于上述实施例，所述微光学环形器310包括：沿光路依次设置的第一侧向位移偏振分光棱镜311、第一半波片312、法拉第旋转片313、第二半波片314和第二侧向位移偏振分光棱镜315；所述第一半波片312的光轴方向与晶体表面呈第一预设角度，所述第二半波片314的光轴方向与晶体表面呈第二预设角度，所述法拉第旋转片313的偏振旋转角为第三预设角度，旋转方向为顺时针。所述第一侧向位移偏振分光棱镜311和所述第二侧向位移偏振分光棱镜315，均是通过偏振分束器和侧向位移棱镜胶合而成，所述第一侧向位移偏振分光棱镜311和所述第二侧向位移偏振分光棱镜315的侧向位移量分别为第一预设位移量和第二预设位移量。需要说明的是，第一预设位移量和第二预设位移量可以相等，也可以不相等，具体的第一预设位移量和第二预设位移量可根据封装的尺寸大小来衡量，本发明实施例对此不作具体限定。作为优选，所述第一侧向位移偏振分光棱镜、第一半波片，法拉第旋转片，第二半波片，第二侧向位移偏振分光棱镜可胶合为一个整体，减小封装尺寸，提高集成度。需要说明的是，若基板100上只设置一个波长可调谐部件300，作为优选，第一半波片，其光轴方向与晶体表面成22.5°角，第二半波片，其光轴方向与晶体表面呈45°角，所述法拉第旋转片偏振旋转角为45°，旋转方向为顺时针，及第一预设角度为22.5°，第二预设角度为45°，第三预设角度为45°。请参考图3，如图3中a所示，当光信号从微光学环形器的port1正向传输时沿X方向，光信号通过第一侧向位移偏振分光棱镜311，分为两个偏振态的光信号，分别经过第一半波片312、法拉第旋转片313、第二半波片314的偏振旋转后，通过第二侧向位移偏振分光棱镜315合束，光信号仍然沿X方向从port2输出；如图3中b所示，当光信号从port2反向传输时沿X的反方向，最后合束的光信号沿y的反方向从port3输出，这样就可以将传输的光束和反射的光束分开，实现环形器的功能，减小光接收组件的损耗。图4为本发明实施例波长可调谐光接收组件第二实施例结构示意图，基于上述实施例，所述光接收部件400包括输出准直器430和全反射镜440；所述全反射镜400，设置于所述基板100上且对准所述波长可调谐部件300的反向输出端；其中，所述波长可调谐部件300的反向输出端，即为微光学环形器310的反向输出端；所述输出准直器430，设置于所述基板100上且对准所述全反射镜440的光出射端。请参考图4，图4的第二实施例的光接收部件400由输出准直器430和全反射镜440组成，本实施例实现一种无源光学结构。与图2所示出的第一实施例的区别就在于光接收部件的组成不相同，第一实施例的光接收部件由二聚焦透镜410和探测器420，第二实施例的光接收部件由输出准直器430和全反射镜440组成。图2所示的第一实施例的其他可选实施例都适用于图4所示的第二实施例，例如，波长可调谐部件300的内部结构相同，微光学环形器310的内部结构也相同，第一聚焦透镜340、反射式布拉格光栅芯片330、加热电极350等都相同，一组或多组波长可调谐部件的设置方法也完全相同，此处不再赘述。具体的，图4所示的本发明实施例波长可调谐光接收组件第二实施例结构，包括陶瓷基板100，光输入部件200，小型化的微光学环形器310，第一聚焦透镜340，半导体制冷器320，反射式布拉格光栅芯片330，输出准直器430，全反射镜440。半导体制冷器320粘接在基板100上，反射式布拉格光栅芯片330固定在半导体制冷器320上。光输入部件200、小型化的微光学环形器310、半导体制冷器320固定在基板100上。第一聚焦透镜340通过紫外胶固定在反射式布拉格光栅芯片330的端面。全反射镜440胶合固定在小型化的微光学环形器310下方出口port3处，实现反射光束的90°转角，再和输出准直器430耦合对准，输出准直器430固定在基板100上。作为优选，在整个波长可调光学组件制作完成后，在反射式布拉格光栅芯片330的输出端涂覆吸光材料，防止透射光谱在环境内折射形成光串扰。作为优选，在制作可调光接收器件时，所述准直器等部分微光学原件可放置在陶瓷基板上，亦可放置在金属外壳的金属尾管内，通过光学平窗和金属外壳内部光学原件耦合连接。综上所述，本发明实施例的波长可调谐光接收组件，利用光波导的热光效应，实现波长的快速、精细切换，可达到小于10ms的切换速度，小于0.1nm的波长精度；其可调范围相比外腔和MEMS方案，其可调范围更广，可以覆盖整个C波段；通过TEC对布拉格光栅芯片进行温控，波长稳定性更好；集成化布拉格光栅芯片和小型化微光学环形器实现可调光接收组件结构紧凑，封装体积小，易于模块化集成。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

权利要求：1.一种波长可调谐光接收组件，其特征在于，包括：基板；设置于所述基板上的光输入部件；设置于所述基板上且位于所述光输入部件的输出端的一组或多组波长可调谐部件；设置于所述基板上、与所述一组或多组波长可调谐部件的反向输出端一一对应的一组或多组光接收部件；所述光输入部件用于输出光信号至所述波长可调谐部件；所述波长可调谐部件用于对入射的光信号进行波长调谐，使得预设波长范围内的光信号被反射，剩余光信号继续被传输；所述光接收部件用于接收被反射的预设波长范围内的光信号。2.根据权利要求1所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述波长可调谐部件包括：设置于所述基板上且位于所述光输入部件的输出端的微光学环形器，所述微光学环形器的输入端对准所述光输入部件的输出端；设置于所述基板上且位于所述微光学环形器的正向输出端的半导体制冷器，用于进行温度控制；设置于所述半导体制冷器上的反射式布拉格光栅芯片；耦合在所述反射式布拉格光栅芯片的输入端的第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜对准所述微光学环形器的正向输出端。3.根据权利要求2所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述微光学环形器包括：沿光路依次设置的第一侧向位移偏振分光棱镜、第一半波片、法拉第旋转片、第二半波片和第二侧向位移偏振分光棱镜；所述第一半波片的光轴方向与晶体表面呈第一预设角度，所述第二半波片的光轴方向与晶体表面呈第二预设角度，所述法拉第旋转片的偏振旋转角为第三预设角度，旋转方向为顺时针。4.根据权利要求2所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述反射式布拉格光栅芯片的表面设置有加热电极，所述加热电极用于通过热效应对所述反射式布拉格光栅芯片的中心波长进行调谐，以获得预设波长范围的反射光。5.根据权利要求1-4任一项所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述光输入部件为输入准直器或光纤阵列。6.根据权利要求1-4任一项所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述光接收部件包括第二聚焦透镜和探测器；所述第二聚焦透镜，设置于所述基板上且对准所述波长可调谐部件的反向输出端；所述探测器，设置于所述基板上且位于所述第二聚焦透镜的外侧。7.根据权利要求1-4任一项所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述光接收部件包括输出准直器和全反射镜；所述全反射镜，设置于所述基板上且对准所述波长可调谐部件的反向输出端；所述输出准直器，设置于所述基板上且对准所述全反射镜的光出射端。8.根据权利要求2所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述反射式布拉格光栅芯片的输出端涂覆有吸光材料。9.根据权利要求2所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述第一聚焦透镜设计为C透镜，其耦合端面和所述反射式布拉格光栅芯片直接耦合粘接。10.根据权利要求2所述的波长可调谐光接收组件，其特征在于，所述探测器为侧入式PD，工作速率为10Gbs。

百度查询： 武汉光迅科技股份有限公司 一种波长可调谐光接收组件

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