具有光多路分解器的接收器光学组件及其制造方法

具有光多路分解器的接收器光学组件及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种接收波长多路复用光的具有光多路分解器的接收器光学组件和该光多路分解器的制造方法。光学组件安装有对波长多路复用光进行多路分解的光多路分解器。光多路分解器包括均由基板支撑的波长选择滤波器。所述基板的特征在于，基板的平面形状为平行四边形，该平面形状的两个侧边形成与输入到所述波长选择滤波器的波长多路复用光的入射角基本相等的角度。
【专利说明】具有光多路分解器的接收器光学组件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及接收波长多路复用光且输出多个电信号的接收器光学组件。
【背景技术】
[0002]随着在通信网络上传输的信息量增长，要求光发射器/接收器组件能够在超过40Gbps (有时达到IOOGbps)的传输速度下工作。这种光学组件不可避免地安装有多个有源器件，典型地为半导体激光二极管(下文表示为LD)和/或半导体光电二极管(下文表示为PD)以执行波分多路复用功能。
[0003]为了实现40Gbps的传输速度，在发射器内安装四组发射器光学组件和光多路复用器，每组发射器光学组件均能够以IOGbps的速度操作，光多路复用器对来自各发射器组件的光信号进行多路复用；而接收器安装有光多路分解器和四组接收器光学子组件(R0SA)，光多路分解器根据光信号的波长将包含四个波长的光信号多路分解为四个独立的光信号，每组接收器光学子组件都能接收多路分解光信号。
[0004]在用于光通信装置的另一方案中，使装置紧凑的迫切要求持续提高。就光收发器的领域而言，已经提出了使外壳的外部尺寸与当前常见的标准CFP相比更紧凑的例如CFP2、CFP4、QSFP+等新标准。在这种紧凑的外壳中，分配给发射器/接收器组件的空间进一步缩小。例如，新标准限定了用于接收器组件的空间的宽度窄于7_。对于上述主题的一个实际的解决方案是，在接收器组件中安装光多路分解器类型的多层介电膜。日本公开专利申请公报N0.JP-2009-198958A和JP-2011-209367A已经公开了这种光多路分解器。

【发明内容】

[0005]本申请的方案涉及接收输入光信号的接收器光学组件，输入光信号包含各自具有彼此不同的特定波长的信号。接收器光学组件包括光多路分解器和PD。光多路分解器包括主体和基板，主体接收所述输入光信号，在基板的一个表面上提供波长选择滤波器。附接到所述主体的波长选择滤波器根据信号的波长仅透射一个信号。ro接收由波长选择滤波器所选择的一个信号。光多路分解器的特征在于，基板的平面形状为平行四边形，所述平面形状的彼此相对的两个侧边与在基板中传输的一个信号的光轴基本平行地延伸。
[0006]基板沿着光轴的高度大于0.3mm,优选地大于1mm。甚至在这种基板布置方式中，一个信号从基板的表面的中部输出。
[0007]接收器光学组件还包括光反射器、支撑件和封装件。具有带底部的盒形的封装件将光多路分解器、光反射器、支撑件和ro封闭在内部。ro安装到封装件的底部上，而光多路分解器和光反射器上下倒置地安装到支撑件上。光反射器将从光多路分解器输出的信号以大致直角朝向H)反射。
[0008]本申请的另一方案涉及制造光多路分解器的方法。该方法包括以下步骤:Ca)制备用于主体的第一基材、用于基板的第二基材以及用于反射器的第三基材，其中所述第二基材具有如下的特征:具有平行四边形横截面；(b)将波长选择滤波器沉积到第二基材的相应表面上并且将反射膜沉积到第三基材的表面上；(C)将第三基材附着到第一基材的一个表面上，以使反射膜面向第一基材，并且将第二基材附着到第一基材的与所述一个表面相反的另一表面上，以使各个波长选择滤波器面向上述另一表面并且第二基材之间不形成间隙；以及(d)切割具有第二基材和第三基材的第一基材，从而获得多个波长多路分解器，多个波长多路分解器各自具有与其它波长多路分解器相同的布置方式。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]通过下面参考附图对各个实施例的详细说明，将更好地理解上述以及其它的目的、方案和优点，其中:
[0010]图1A是示出接收器光学组件的内部的透视图，并且图1B是接收器光学组件的内部的平面图；
[0011]图2A功能性地示出了安装在图1A所示的接收器光学组件中的光多路分解器和反射器，并且图2B放大了在图2A中所示的光多路分解器的第一部分；
[0012]图3A至图3C示出了图2A中所示的光多路分解器的变型例；
[0013]图4A至图4C示出了光多路分解器和反射器的安装的变型例；
[0014]图5A至图示出了制造光多路分解器的方法；以及
[0015]图6A是比较例光学组件的内部的平面图，并且图6B放大了图6B中所示的光多路分解器的主要部分。
【具体实施方式】
[0016]将参照【专利附图】

【附图说明】一些实施例。
[0017]首先，参照图6A和图6B对比较例进行说明。图6A示意性地示出了常规的接收器光学组件的平面图，并且图6B放大了将进入的光信号多路分解为四个独立的多路分解信号的主要部分。比较例的光学组件主要包括与外部光纤和封装件2光耦合的耦合部分I。具有盒形状的封装件2内安装有光多路分解器5、反射器6、多个PD7和电路8。
[0018]参照图6A，光多路分解器5提供主体5a，在主体一侧提供块状体5b，其中附接有由多层介电膜制成的多个波长选择滤波器Sb1至5b4使得多层介电膜被置于主体5a和块状体5b之间，每层介电膜透射具有彼此不同的特定波长的光信号且同时反射其余的光信号。与上述一侧相对的另一侧5d提供了反射膜5c，反射膜5c将从滤波器Sb1至5b3进入的光朝向下一滤波器5132至5134反射。光多路分解器5以上下倒置的布置方式安装到在图6A中由虚线表示的支撑件9上。
[0019]来自耦合部分I的例如对具有波长入1至λ 4的四个信号进行多路复用的光信号以预设角进入主体5a的一侧5d ;—侧5d的一部分去除了反射膜5c。进入的光信号在主体5a的一侧或界面5d处发生折射并且以角度92进入第一滤波器5blt)第一滤波器Sb1透射具有波长X1的一个光信号，但是朝向反射膜5c反射包括波长入2至λ 4的其余光信号。第二滤波器5b2透射具有波长λ 2的另一光信号，但是反射包含波长λ 3和λ 4的其余光信号。
[0020]重复如此描述的过程，第三滤波器5b3透射具有波长λ 3的一个光信号，并且第四滤波器5b4透射具有波长入4的一个光信号。多路分解的光信号由反射器6反射，由聚焦透镜(图中未明确示出)聚焦，并且最后进入相应的TO7。[0021]上文所描述的滤波器Sb1至5b4需要具有陡的截止性能以确切地区分开可透射波长。为了获得这样的性能，滤波器必然具有多个介电膜，有时超过一百层，总厚度为几十微米。形成这种滤波器的常规工艺是将介电膜沉积到具有5mm至IOmm厚度的基板上，利用例如抛光和/或研磨处理使基板变薄至设计厚度，并且将带有介电膜的变薄的基板附接到主体5a上。然而，当变薄的基板具有0.3mm或更小的厚度时，由于多层介电膜所造成的应力，该变薄的基板易于弯曲。
[0022]例如比0.3mm厚的较厚的基板将抑制其弯曲。然而，如图6B中所示，考虑用于各个滤波器Sb1至5b4的基板的平面尺寸，典型地，宽度W为500 μ m，高度H为800 μ m,通过从较宽的基板切块或切割而形成；因为切块或切割处理造成基板的周部X的碎裂和/或断裂，所以用于透射/反射光的有效区域Y被限制为比上述平面尺寸窄的内部。
[0023]来自主体5a的光束S2以角度Θ 2进入滤波器5b1;当基板5b的折射率与主体5a的折射率基本相同时，该光束透射过滤波器Sb1且保持该入射角Θ 2而变成另一光束S2’。当基板5b按通常方式如图6B中所示地与主体5a组装到一起时，随着基板变厚，从基板5b中输出光束S2’的位置相对于光束S2进入滤波器5bl的位置偏离，这偶尔迫使光束S2和S2’传播到有效区域Y的外部。减小入射角θ2，输入位置和输出位置之间的偏移变小；然而，该布置方式需要沿着光束S2的较大的光多路分解器以确保出射光束S3之间的距离。
[0024]接下来，将参照附图来说明一些实施例。图1A是接收器光学组件10的透视图，其中图1A去除了一些元件以显示出光学组件的内部；并且图1B是其平面图。接收器光学组件10主要包括光耦合部分11和外壳12。光耦合部分11与外壳12的一侧(将称为前侧)组装到一起。外壳12包括位于后侧的电插塞13。本说明书仅出于方便说明的原因而限定前侧和后侧。外壳12将光多路分解器15、反射器16、多个Η)17、集成电路(IC) 18和支撑件19封闭在由盒状封装件14形成的空间内。
[0025]在本实施例中封装件14由金属制成，而电插塞13由上面具有多个电极的多层陶瓷制成。耦合部分11包括一些光学元件，诸如套筒、短管、聚焦透镜等，耦合部分11将roi7与固定在光耦合部分Ii中的外部光纤光耦合。
[0026]光多路分解器和反射镜16以上下倒置方式安装到支撑件19上，以使反射器16的反射表面面向安装到封装件14的底部14a上的Η)17。光多路分解器根据包含在输入光信号中的波长将从光耦合部分11输出的输入光信号多路分解为多个光束。多路分解光信号被反射器16反射向roi7。设置在roi7旁边的IC18包括前置放大器，该前置放大器将由PD17生成的电信号放大且通过电插塞13将如此放大的电信号输出到组件10的外部。
[0027]图2A描述了光多路分解器15的功能，并且图2B放大了第一滤波器22a周围的部分。光多路分解器15包括:主体20，其典型地由玻璃制成，具有矩形平面形状；多个波长选择滤波器22a至22d，其由附接到主体20的一侧20a的多层介电膜制成；以及光反射器23，其附接至主体20的另一侧20b。光反射器23的表面提供面向主体20且附接到主体20的反射膜23a。另一侧20b还提供了使主体20露出的区域或入射表面20c，来自光耦合部分11且多路复用波长λ i至λ 4的输入光信号通过所述区域或入射表面20c进入。波长选择滤波器22a至22d分别发射具有彼此不同的特定波长的一个光信号并且朝向反射器23反射其余的光信号。在本实施例中，假设波长A1M入4分别为1331nm、1311nm、1291nm和1271nm，这遵循所谓的粗波分多路复用(CWDM)系统的标准。[0028]光束S1在一侧20b以入射角Θ 1进入区域20c，在本实施例中，该入射角为大约15°。光束S1在主体的界面或入射表面20c处通过菲涅尔折射而折射为角度θ2(角度θ2为与上述入射角对应的大约10° )并且以该角度Θ 2进入第一波长选择滤波器22a。第一波长选择滤波器22a仅透射具有波长X1的光信号，并且朝向反射器23反射具有波长入2至λ 4的其余光信号。通过第一波长选择滤波器22a的光束S2在输出表面或界面21c处相对于大气折射并且作为包含波长λ I的光束S3向反射器16和Η)17输出。
[0029]第二至第四滤波器22b至22d以与第一滤波器22a相同的方式操作，但是要透射的波长分别为第二至第四波长入2至λ4。因此，光多路分解器15根据其中所包含的波长而将光束S1多路分解为光束S3。
[0030]图2Β放大了本实施例的第一滤波器22a周围的部分。以入射角Θ:进入主体20的光束S1以入射角Θ 2进入第一滤波器22a的中部。光束S2的一部分透射过第一滤波器22a并且以角度Θ 2作为光束S2’进入基板21，这假设基板21由折射率与主体20的折射率基本相同的材料制成。在本实施例中，主体20和基板21均由玻璃制成。因此，光束S2’自第一滤波器22a的出射角与第一滤波器22a的入射角基本相等，其中两个角均表示为Θ 2。通过基板21的光束S2’作为仅包含一个波长λ I的光束S3从输出表面21c输出。
[0031]基板21的平面形状为平行四边形，其尺寸为:沿基板中传播的光束S2’的轴线的厚度为D，宽度W为大约500 μ m，并且高度H为大约800 μ m。通过切割较大尺寸的基板来形成与光束S2平行的两个侧边21a和另两个侧边21b。如已经描述的，切割和/或切块引起周边区域X中的碎裂和断裂；因此，在基板21的输入表面和输出表面21c中提供的有效区域Y被限制以免除这些碎裂和断裂。
[0032]图中所示的实施例具有如下特征:用于支撑滤波器22a至22d的基板21沿光束S2的厚度D为0.3mm或更大，并且光束S2’穿过的输入表面和输出表面21c相对于光束S2倾斜大致等于入射角92的角度。较厚的基板21牢固地支撑滤波器22a至22d;也就是说，补偿了由于层叠有多个介电膜的滤波器所引起的应力造成的波长滤波器22a至22d的弯曲。
[0033]另一方面，具有矩形平面形状的较厚的基板造成了光束S2所通过的位置之间的偏移，并且位置有时被迫离开有效区域Y。在实施例的基板21中，因为输入表面和输出表面21c相对于侧边21a形成了与光束S2的入射角Θ 2基本相等的角度，所以光束S2在输入表面和输出表面21c的大致中部处通过。
[0034]图3A至图3C示出了基板21的各种变型例。图3A中所示的光多路分解器15a提供了位于主体20的表面20a中的凹槽24，凹槽24用于限定基板21相对于主体20的位置。
[0035]基板21将用于波长选择滤波器22a至22d的介电膜附接到基板21的输入表面，基板21被布置为使得第一基板21沿凹槽24设置，而后续的基板21被设定为使其一侧边21a与邻近的基板21相接触而不在基板之间造成任何间隙并且使上方和下方的侧边21b与先前的基板21对准。反射器23形成为使得反射膜23a被直接沉积到侧边20b上，或者将具有反射膜23a的反射器23附接到侧边20b。
[0036]图3B中所示的光多路分解器15b提供了主体20，侧边20d大致平行于基板21的侧边21a。也就是说，侧边20d相对于入射表面20c和出射表面20a以与光束S2的入射角θ2大致相等的角度倾斜，如之前所描述的。也就是说，侧边20d与光束S2基本平行。主体20的这种布置方式使光多路分解器15b紧凑。[0037]图3C中所示的光多路分解器15c的主体20也具有与光束S2大致平行的侧边20d。光多路分解器15c的主体20的布置方式的特征在于，主体的宽度进一步缩小至基板21的总宽度，即，当基板21排列成阵列时的宽度。在该变型的光多路分解器中对准凹槽24是不必要的。
[0038]图4A至图4C为分别示出包括图3A至图3C中所示的光多路分解器15a至15c和设定在支撑件18上的光反射器16在内的组件的透视图。
[0039]由诸如铝土(Al2O3)等陶瓷制成的支撑件19具有表面19a，光多路分解器15a至15c和反射器16安装到表面19a上。反射器16是以斜面16a作为反射表面的棱镜类型。表面19a还提供将光多路分解器15a至15c和反射器16对准的标记物25。如此安装有光学元件15a至15c和16的支撑件19以表面19a面向封装件14的底部14a的状态组装在外壳12内。
[0040]图5A至图示出了形成光多路分解器15a至15c的方法。首先，制备用于形成主体20的基材30。基材30通常由玻璃制成且在本实例中具有矩形横截面。同时，制备用于基板31a至3Id的一组基材，其中基材31a至3Id中的每一个也由玻璃制成且提供了位于侧边上的波长选择滤波器32a至32d中的一个。相应的基材31a至31d的横截面的平行四边形的厚度t大于0.3mm，优选地大于1mm。平行四边形的两个侧边的夹角取决于基材31a至31d的折射率，并且两个侧边与通过基板31a至31d的光束S2的光轴大致平行地延伸。而且，还制备带有用于反射器23的反射膜33a的基材33。
[0041]接下来，将用于滤波器的基材31a至31d附接到基材30的一个表面，使得在基材31a至31d的表面上制备的滤波器32a至32d与基材30的上述一个表面相接触，并且各个基材31a至31d与邻接的基材相接触而不在基材之间形成间隙。将用于反射器块33的基材附接到基材30的与附接有基材31a至31d的上述一个表面相反的另一表面上。因此，制备基材31a至31d和与用于反射器23的基材33附接起来的基材30的中间组件。
[0042]然后，如图5C所示，该方法将如此形成的中间组件分成多个光多路分解器，每个光多路分解器都具有设计厚度。在上述方法中，基材30具有矩形形状；因此，由基材30形成的光多路分解器为图1A和图2A中所示的类型；也就是说，主体20呈具有直角角部的矩形块形状。当基材30提供图3A中所示的凹槽24时，形成图3A中所示的那些类型的光多路分解器15a。而且，当基材30的横截面为平行四边形且具有凹槽时，则获得图3B中所示的类型的光多路分解器。最后，使平行四边形基材30的宽度与用于滤波器的基材31a至31d的总宽度相等，其中基材无间隙地布置成阵列，获得图5C中所示的类型的光多路分解器 15c。
[0043]尽管出于示例的目的在本文已经描述了本发明的特定实施例，但是许多的变型和改变对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，所附的权利要求书意在包含落在本发明的真正精神和范围内的所有这样的变型和改变。
【权利要求】
1.一种接收器光学组件，其被构造为接收输入光信号，所述输入光信号包含各自具有彼此不同的特定波长的信号，所述接收器光学组件包括: 光多路分解器，其包括主体和基板，所述主体被构造为接收所述输入光信号，在所述基板的一个表面上提供波长选择滤波器，所述波长选择滤波器被置于所述主体和所述基板之间，所述波长选择滤波器根据信号的波长来透射一个信号，所述基板的平面形状为平行四边形，所述平面形状的彼此相对的两个侧边与在所述基板中传输的一个信号的光轴大致平行地延伸；以及 光电二极管，其被构造为接收从所述基板输出的一个信号。
2.如权利要求1所述的接收器光学组件， 其中，通过所述主体的所述输入光信号以入射角进入所述波长选择滤波器，并且一个信号以与所述入射角大致相等的出射角从所述波长选择滤波器输出到所述基板。
3.如权利要求2所述的接收器光学组件， 其中，所述主体和所述基板由玻璃制成，并且所述波长选择滤波器由多层介电膜制成。
4.如权利要求1所述的接收器光学组件， 其中，通过所述主体的所述输入光信号进入所述波长选择滤波器的大致中部，并且透射过所述基板的一个信号从所述基板的与所述波长滤波器相反的表面的大致中部输出。
5.如权利要求1所述的接收器光学组件， 其中，沿通过所述基板的一个信号的所述光轴，所述基板具有大于0.3mm的厚度。
6.如权利要求5所述的接收器光学组件， 其中，所述基板具有大于Imm的厚度。
7.如权利要求1所述的接收器光学组件， 其中，所述基板沿设置在所述主体的表面中的凹槽附接到所述主体。
8.一种接收器光学组件，包括: 光多路分解器，其被构造为将输入光信号多路分解为各自具有彼此不同的特定波长的信号; 光反射器，其被构造为以大致直角反射从所述光多路分解器输出的各个信号； 多个光电二极管，其被构造为接收从所述光多路分解器输出且由所述光反射器反射的所述信号； 支撑件，其被构造为将所述光多路分解器和所述光反射器安装到面向所述光电二极管的表面上， 其中，所述光多路分解器包括主体以及多个基板，所述主体被构造为在入射表面处接收所述输入光信号，所述多个基板各自提供波长选择滤波器，所述波长选择滤波器被构造为根据波长来透射一个信号，每个所述基板的平面形状为平行四边形，所述平面形状的侧边与在所述基板中传输的所述信号的光轴大致平行地延伸。
9.如权利要求8所述的接收器光学组件， 其中，所述主体和所述基板由玻璃制成。
10.如权利要求8所述的接收器光学组件， 其中，所述波长选择滤波器由多层介电膜制成。
11.如权利要求8所述的接收器光学组件，其中，沿着在所述基板中传输的所述信号的所述光轴，所述基板具有大于0.3mm的厚度。
12.如权利要求11所述的接收器光学组件， 其中，所述基板具有大于Imm的厚度。
13.如权利要求8所述的接收器光学组件， 还包括盒状封装件，所述盒状封装件将所述光多路分解器、所述光反射器、所述光电二极管和所述支撑件封闭在内部， 其中，所述光电二极管安装到所述封装件的底部上，并且所述光多路分解器和所述光反射器以上下倒置方式安装到所述支撑件的面向所述封装件的底部的表面上。
14.如权利要求8所述的接收器光学组件， 还包括电插塞和设定在所述光电二极管旁边的集成电路，所述集成电路包括前置放大器，所述前置放大器对由相应的光电二极管生成的电信号进行放大且通过所述电插塞将放大的信号输出到所述封装件的外部。
15.一种制造光多路分解器的方法，包括以下步骤: 制备用于主体的第一基材、用于基板的第二基材以及用于反射器的第三基材，其中，所述第二基材均具有平行四边形的横截面； 将波长选择滤波器沉积到所述第二基材的相应表面上且将反射膜沉积到所述第三基材的表面上，所述波长选择滤波器各自具有与其它波长选择滤波器的透射谱不同的特定透射谱； 将带有所述反射膜的所述第三基材附接到所述第一基材的一个表面，以使所述反射膜附接到所述第一基材； 将所述第二基材附接到所述第一基材的与所述一个表面相反的另一表面，以使各个波长选择滤波器面向所述另一表面而在所述第二基材之间不形成间隙；以及 切割具有所述第二基材和所述第三基材的所述第一基材，从而获得多个波长多路分解器，多个波长多路分解器各自具有与其它波长多路分解器相同的布置方式。
16.如权利要求15所述的方法， 其中，所述第一基材具有平行四边形的横截面，该平行四边形的彼此相对的侧边与每个所述第二基材的彼此相对的两个侧边大致平行地延伸。
17.如权利要求15所述的方法， 其中，所述第一基材具有位于所述另一表面中的凹槽，并且 将所述第二基材附接到所述第一基材的所述另一表面的步骤包括:使首先附接到所述第一基材的一个所述第二基材与所述凹槽对准。
【文档编号】H04B10/67GK103809255SQ201310559857
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】藤村康, 川村正信 申请人:住友电气工业株式会社