光接收装置及光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光接收装置及光模块。

背景技术

光收发器用于发送和接收用于各种应用的光信号，包括互联网数据中心、有线电视宽带和光纤到户(fiber to the home，FTTH)应用等。光收发器可以包括用于发送和接收光信号的光发射模块(transmitter optical subassemblies，TOSA)和光接收模块(receiver optical subassemblies，ROSA)。传统光接收模块耦合到光接收芯片的光是靠解复用(DEMUX)芯片的45度面反射后再耦合到光接收芯片上，而光纤中传输和纤芯有不超过8度的夹角，影响光学耦合效率，并且耦合过程中容易碰伤光接收芯片。

发明内容

有鉴于此，本发明一实施方式揭露一种光接收装置，包括基板；光接收芯片，设置于所述基板上；光解复用器，设置于所述基板上，用于光信号区分为不同波长的光信号；光传递结构，光学耦合于所述光解复用器，并提供所述光信号至所述光解复用器；以及光纤阵列，与所述光解复用器的光纤线缆熔接，并将所述不同波长的光信传输至所述光接收芯片。光传递构件光学耦合于光解复用器，并提供光信号至光解复用器。

根据本发明一实施方式，所述光纤阵列为90度光纤阵列，所述光纤阵列的光纤线缆排序和所述光接收芯片的接收波长排序一致。

根据本发明一实施方式，所述光解复用器为薄膜型光解复用器，包括多个三端口器件，每个三端口器件包括输入端、透射端及反射端。

根据本发明一实施方式，所述每个三端口器件的透射端通过光纤线缆与下一个三端口器件的输入端连接；第一个三端口器件的输入端通过光纤线缆接收所述光信号；最后一个三端口器件的透射端的光纤线缆打结。

根据本发明一实施方式，所述光解复用器的每个三端口器件的透射端的光纤线缆与所述光纤阵列的输入端光纤线缆熔接。

根据本发明一实施方式，所述光解复用器的透射端波长与所述光纤阵列的输出端波长保持一致。

根据本发明一实施方式，所述通过芯片键合工艺将所述光接收芯片贴在所述基板上。

根据本发明一实施方式，还包括支架结构，通过芯片键合工艺将所述支架结构贴在所述光接收芯片的外围。

根据本发明一实施方式，所述光纤阵列扣接在所述支架结构上。

有鉴于此，本发明一实施方式还揭露一种光模块，包括上述任一项所述的光接收装置。

根据本发明实施方式所述的光接收装置，将光解复用器的光纤线缆直接与光纤阵列的光纤线缆直接熔接，光纤阵列的光纤线缆排序和光接收芯片的接收波长排序一致及光解复用器的透射端波长与光纤阵列的输出端波长保持一致，使得光信号从光纤线缆中出来直接耦合到光接收芯片上，相比较于传统的通过解复用器芯片45度面和光接收芯片的耦合，不仅提高了耦合效率更高还避免了光接收芯片碰撞外部器件导致破损。

附图说明

图1A为根据本发明一实施方式所述的光发射装置的方块示意图。

图1B为根据本发明一实施方式所述的光接收装置的方块示意图。

图2为根据本发明一实施方式所述的光接收装置的结构示意图。

主要元件符号说明

10A：光发射模块

10B：光接收模块

11A：光发射接口

11B：光接收接口

12A：光复用器

12B、36：光解复用器

14A：激光器模块

14B：光检测器模块

16A：发送处理电路

16B：接收处理电路

20：基板

21：光传递构件

22：光接收芯片

23：光解复用器

24：光纤阵列

25：容置槽

26：支架结构

211：光纤线缆

210：光接收接口

230：三端口器件

231：结

TR：透射端

RE：反射端

IN：输入端

RX_D1、RX_D2、RX_D3、RX_D4、TX_D1、TX_D2、TX_D3、TX_D4：电数据信号

L1、L2：光信号

λ1、λ2、λ3、λ4：波长

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于本发明技术领域的技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施方式对本发明进一步的详细描述，应当理解，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。本发明技术领域的技术人员可利用这些实施方式或其他实施方式所描述的细节及其他可以利用的结构，逻辑和电性变化，在没有离开本发明的精神与范围之下以实施发明。

本发明说明书提供不同的实施方式来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施方式中的各元件的配置是为说明之用，并非用以限制本发明。且实施方式中图式标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施方式之间的关联性。其中，图示和说明书中使用的相同的元件编号表示相同或类似的元件。本说明书的图示为简化的形式且并未以精确比例绘制。为清楚和方便说明起见，方向性用语(例如顶、底、上、下以及对角)是针对伴随的图示说明。而以下说明所使用的方向性用语在没有明确使用在以下所附的申请专利范围时，并非用来限制本发明的范围。

再者，在说明本发明一些实施方式中，说明书以特定步骤顺序说明本发明的方法以及(或)程序。然而，由于方法以及程序并未必然根据所述的特定步骤顺序实施，因此并未受限于所述的特定步骤顺序。本发明技术领域的技术人员可知其他顺序也为可能的实施方式。因此，于说明书所述的特定步骤顺序并未用来限定申请专利范围。再者，本发明针对方法以及(或)程序的申请专利范围并未受限于其撰写的执行步骤顺序，且本发明技术领域的技术人员可了解调整执行步骤顺序并未跳脱本发明的精神以及范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

图1A为根据本发明一实施方式所述的光发射装置的方块示意图。根据本发明实施方式，光发射装置包括光发射接口11A以及光发射模块(Transmitter OpticalSubassembly，TOSA)10A。光发射模块10A包括发送处理电路16A、激光器模块14A以及光复用器12A。光发射装置透过光发射接口11A与光纤缆线连接。图1B显示根据本发明一实施方式所述的光接收装置的方块示意图。根据本发明实施方式，光接收装置包括光接收接口11B以及光接收模块(Receiver Optical Subassembly，ROSA)10B。光接收模块10B包括光解复用器12B、光检测器模块14B以及接收处理电路16B。光接收装置透过光接收接口11B与光纤缆线连接。在本实施方式中，光发射接口11A以及光接收接口11B可以是ST型、SC型、FC型、与LC型等形式。

密集波长分波多任务(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)技术利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。本发明一实施方式利用密集波长分波多任务技术，光模块装置可以使用四个不同的通道波长(λ1、λ2、λ3、λ4)来接收或发送四个通道，因此，光发射接口11A所发射的光信号L1可以具有λ1、λ2、λ3、λ4等四种波长，而光接收接口11B所接收的光信号L2可以具有λ1、λ2、λ3、λ4等四种波长，而光检测器模块14B的光检测组件以及激光器模块14A的激光组件个数也与信道的个数对应配置。虽然本实施利是以四个信道配置为例，但是其他信道配置(例如，2、8、16、32等等)也在本发明的范围内。

参阅图1A，发送处理电路16A接收的电数据信号(TX_D1至TX_D4)，经过转换处理后，输出至激光器模块14A，激光器模块14A将所接收的电数据信号分别调制为光信号。激光器模块14A可以包括单个或多个垂直腔面发射雷射二极体(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser Diode，VCSEL)，或称面射型雷射二极体，多个垂直腔面发射雷射二极体构成阵列，并由驱动晶片驱动而发射光讯号。在其他实施方式中，亦可使用其他可作为光源的元件，例如发光二极管(LED)、边射型雷射二极管(Edge Emitting Laser Diode，EELD)、具有衍射光栅的分布式反馈(Distributed Feedback Laser，DFB)激光器或电吸收调制激光(Electlro-absorption Modulated Laser，EML)激光二极管封装。光复用器12A将对应于电数据信号(TX_D1至TX_D4)的调制光信号转换为包括λ1、λ2、λ3、λ4等四种波长的光信号L1，并传送至光发射接口11A以输出至光纤缆线。

参阅图1B，光信号L2经由光接收接口11B传送至光解复用器12B，根据本发明实施方式，光解复用器12B利用介质薄膜滤光片(Thin-film filter，TFF)技术将光信号L2区分为对应于λ1、λ2、λ3、λ4等四种波长的光信号。光检测器模块14B(在本实施方式中为四个)检测光信号并产生对应的电信号，根据本发明实施方式，光检测器模块14B可包括PIN(P-doped-intrinsic-doped-N)二极管或雪崩式光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)。光检测器模块14B所产生的电信号再经由接收处理电路16B的放大电路(例如跨阻放大器(Trans-impedanceamplifier，TIA))以及转换电路处理之后，即可取得光信号L2所传送的电数据信号(例如RX_D1至RX_D4)。根据本发明其他实施方式，光解复用器12B也可使用光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)等相关技术来将光信号L2转换为不同波长的光信号。

根据本发明实施方式，光发射模块10A与光接收模块10B都包含于光模块中，光发射模块10A与光接收模块10B还可以包括其他功能电路元件,例如用来驱动激光器模块14A的激光器驱动器、功率控制器(Automatic Power Control；APC)，用来监测激光器功率的监控光学二极管(Monitor Photo Diode,MPD)，及其他实施光信号发射功能以及接收光信号并处理所必要的电路元件，以及用以处理光接收模块10B传来的电讯号和要传送至光发射模块10A的电讯号的数位讯号处理积体电路，此为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述以精简说明。

图2为根据本发明一实施方式所述的光接收装置的结构示意图。如图2所示，根据本发明一实施方式所述的光接收装置，包括基板20、光传递构件21、光接收芯片22、光解复用器23以及光纤阵列24。光传递构件21包括光接收接口210以及光纤缆线211。光纤缆线211置于基板20上，根据本发明一实施方式，基板20具有容置槽25，容置槽25朝光解复用器23的输入端延伸并对准光解复用器23的输入端。根据本发明一实施方式，容置槽25可为U形槽或V形槽，供光纤缆线211放置。光纤缆线24与容置槽25之间，可透过粘着层固定。另外，容置槽25的尺寸可根据光纤缆线211的线径而对应设计，在其他实施方式中，也可以将光纤缆线211置于容置槽25处的外层绝缘层剥离，以减小容置槽的25尺寸。根据本发明一实施方式，还可设置盖板(图未示)于容置槽25上并覆盖光纤缆线211的一部份以保护光纤缆线211。

光接收接口210透过光纤缆线211光学耦合至光解复用器23。光纤缆线211用以将经由光接收接口210所接收的光信号传送至光解复用器23。光解复用器23将所接收的光信号区分为不同波长的光信号，并传送至光接收芯片22。波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing,WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术,称为波分复用。WDM传输的基本元件是光学滤波器，可通过光纤熔融拉锥(fused biconical taper，FBT)、介质薄膜滤光片(Thin Film Filter,TFF)、阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)和光学梳状滤波器等技术实现。

在本实施方式中，光接收芯片22设置于基板20上。光接收芯片22通过芯片键合工艺(Die Bonding)贴在基板20上，并对于光接收芯片22执行打线接合(Wire Bonding)、卷带自动接合(Tape Automated Bonding，TAB)、覆晶接合(Flip Chip，FC)等电性连接程序。基板20可用不同的材料制作，如塑料材料、环氧材料、复合材料、FR-4材料或陶瓷材料制作。基板20上具有预先设计的内连线结构、透过网版印刷方式形成的印刷电路以及用来实施光信号发射或接收功能所必要的电路元件，此为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述以精简说明。

在本实施方式中，光解复用器23为介质薄膜光解复用器，包括多个三端口器件230，每个三端口器件包括输入端IN、透射端TR及反射端RE。在本实施方式中，以4个三端口器件为例说明，可以理解的是，三端口器件的数量可根据实际需求而定，在此不做限定。如图2所示，为了将所有波长解复用，需要将4个三端口器件串联起来，即，每个三端口器件230的透射端TR通过光纤线缆与下一个三端口器件230的输入端IN连接。第一个三端口器件230的输入端IN通过光纤线缆接收所述光信号；最后一个三端口器件230的透射端RE的光纤线缆打结231，该结231的直径小于6mm。每个三端口器件230中的TFF滤光片，其透射波长不同。不同波长经过不同数量的三端口WDM器件，因此产生不同的插入损耗。随着端口数增加，损耗均匀性劣化，因此，最后端口处的最大损耗是限制端口数的一个因素。

在本实施方式中，光解复用器23的每个三端口器件的透射端RE的光纤线缆与光纤阵列24的输入端光纤线缆熔接，使得光信号从光纤线缆中出来直接耦合到光接收芯片22上，而不用通过解复用器芯片45度面和光接收芯片的耦合，不仅提高了耦合效率更高还避免了解复用器芯片撞裂和碰伤光接收芯片。

在本实施方式中，光纤阵列24为90度光纤阵列，光纤阵列24的光纤线缆排序和光接收芯片22的接收波长排序一致。光解复用器23的透射端波长与光纤阵列24的输出端波长保持一致。

在本实施方式中，光接受装置还包括支架结构26，通过芯片键合工艺将支架结构26贴在光接收芯片22的外围，光纤阵列24扣接在支架结构26上。

在组装光接收装置时，首先将光接收芯片22通过芯片键合工艺贴在基板20上，进而对光接收芯片22执行打线接合、卷带自动接合、覆晶接合等电性连接程序；接着，在光接收芯片22的外围通过标记点用芯片键合工艺贴上支架结构26；进而在确保光纤阵列24的光纤线缆排序和光接收芯片22的接收波长排序一致及光解复用器23的透射端波长与光纤阵列24的输出端波长保持一致后，将光解复用器23的每个三端口器件230的透射端的光纤线缆与光纤阵列24的输入端光纤线缆直接熔接，使得光信号从光纤线缆中出来直接耦合到光接收芯片22上；接着将最后一个三端口器件230的透射端的光纤线缆打结231；最后，将光纤阵列24直接扣接在光接收芯片22外围的支架结构26上。

根据本发明实施方式所述的光接收装置，将光解复用器的光纤线缆直接与光纤阵列的光纤线缆直接熔接，光纤阵列的光纤线缆排序和光接收芯片的接收波长排序一致及光解复用器的透射端波长与光纤阵列的输出端波长保持一致，使得光信号从光纤线缆中出来直接耦合到光接收芯片上，相比较于传统的通过解复用器芯片45度面和光接收芯片的耦合，不仅提高了耦合效率更高还避免了光接收芯片碰撞外部器件导致破损。

以上概述之许多实施方式的特征使得本领域的普通技术人员能够更了解本发明之范围。本领域的普通技术人员能够以本揭露为基础而设计或修改其他制程以及结构，以实现在本发明之实施方式所介绍的相同特征及/或达成相同的优点。本领域的普通技术人员也了解，这些等效的结构并不背离本揭露之精神与范围，并且他们也能够在不背离本发明之精神与范围的情况下，改变、替换、以及变动本发明之特征，而这些改变和调整都应属于本发明权利要求的保护范围。