单纤双向光收发模块

技术领域

本发明涉及一种光通讯装置，特别是一种单纤双向光收发模块。

背景技术

在现代高速光通网络中，通常有光通讯器件安装于电子通信设备中。随着通讯系统的升级和各种因特网服务对通讯带宽需求的快速增加，现有通讯系统存在着内部容置空间不足和能耗大的两大问题需要克服。如何在提升带宽和传输速率的前提下提供小尺寸、高内部空间利用率以及低能耗的通讯系统，是本技术领域目前重要的课题之一。

随着5G网络逐渐发展，为了确保高传输速率和传输稳定性，电吸收调制激光器(EML)逐渐取代直调激光器(DML)成为现有光模块中的主流激光器。EML电吸收调制激光，拥有不改变激光特性的特点，在长途传输应用(通常传输距离大于10公里)方面具有优势。然而，使用EML的光模块除了需要遵循MSA(Multi-Source Agreement，多源协议)而可能设计成气密封装结构之外，也需要更高的功率和更复杂的电路布局来实现运作，这导致架设5G基站的成本高昂因而阻碍5G网络的普及化。因此，提供低成本且能满足长途高速传输需求的光模块，是目前本技术领域急需解决的问题之一。

此外，由于5G基站中含有的光模块数量大幅增加，单纤双向设计作为传统单纤单向设计的一种光模块架构取代方案，这有助于减少光模块尺寸以避免5G基站体积过大，但是使用单纤双向传输会产生比较严重的反射噪声，因此单纤双向设计应用在高速率传输方面仍有缺点需要改善。

发明内容

本发明在于提供一种单纤双向光收发模块，有助于解决现有的使用EML的光模块成本高昂以及单纤双向应用在高速传输有传输质量不佳的问题。

本发明所揭露的单纤双向光收发模块包含光发射次模块、光接收次模块以及滤光元件。光发射次模块包含光发射单元以及薄膜铌酸锂调制器，且薄膜铌酸锂调制器与光发射单元光耦合。光接收次模块接合于光发射次模块。滤光元件配置成使光发射次模块与光接收次模块共享光纤端口。

本发明另揭露的单纤双向光收发模块包含光发射次模块以及光接收次模块。光发射次模块包含封装外壳、光发射单元以及薄膜铌酸锂调制器。光发射单元与薄膜铌酸锂调制器容置于封装外壳内，且薄膜铌酸锂调制器与光发射单元光耦合。光接收次模块包含TO封装壳以及光接收单元。TO封装壳接合于光发射次模块的封装外壳。光接收单元容置于TO封装壳内，且光发射次模块与光接收次模块共享光纤端口。

根据本发明揭露的单纤双向光收发模块，薄膜铌酸锂调制器能够调制光讯号，而使调制后的光讯号其波长和带宽满足高速长途传输需求。借此，单纤双向光收发模块内的激光器可以使用成本跟耗能都较低的类型，有助于节省制造成本。

此外，本发明揭露的单纤双向光收发模块还包含与光发射次模块接合的光接收次模块。借此，薄膜铌酸锂调制器和光接收单元可封装在不同的封装壳内，并且藉由焊接或胶黏方式将封装壳接合，有助于避免任何一个次模块尺寸过大而影响单纤双向光收发模块的小型化。

以上关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明系用以示范与解释本发明的精神与原理，并且为本发明的保护范围提供更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的单纤双向光收发模块的俯视示意图。

图2为图1中单纤双向光收发模块的光发射次模块的俯视示意图。

图3为图1中单纤双向光收发模块的光接收次模块的俯视示意图。

图4为图1中单纤双向光收发模块的光发射次模块的光路示意图。

图5为图1中单纤双向光收发模块的光路示意图。

【附图标记说明】

1 单纤双向光收发模块

2 光纤

3 陶瓷插芯

4 陶瓷套筒

10光发射次模块

100 光纤端口

110 封装外壳

111 凹槽

120 光发射单元

130 薄膜铌酸锂调制器

131 收光口

132 出光口

140 热电冷却器

150 热沉

161、162 耦合透镜

170 光隔离器

20光接收次模块

210 TO封装壳

211 TO管帽

212 载座

220 光接收单元

230 转阻放大器

30滤光元件

310 第一光学面

320 第二光学面

40陶瓷电路板

TX、RX 光路

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、保护范围及附图，本领域普通技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例系进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

根据本发明一实施例揭露的单纤双向光收发模块可包含接合在一起的光发射次模块及光接收次模块。请参照图1至图3，其中图1为根据本发明一实施例的单纤双向光收发模块的俯视示意图，图2为图1中单纤双向光收发模块的光发射次模块的俯视示意图，且图3为图1中单纤双向光收发模块的光接收次模块的俯视示意图。在本实施例中，单纤双向光收发模块1例如为单通道光收发模块，其可包含光发射次模块10以及光接收次模块20。

光发射次模块10可包含气密式或非气密式的封装外壳110、光发射单元120以及薄膜铌酸锂(LiNbO

光发射次模块10还可包含容置于封装外壳110内的热电冷却器140。薄膜铌酸锂调制器130可承载于热电冷却器140上并且与热电冷却器140热接触。具体来说，热电冷却器140的顶面上可设置有热沉150，并且薄膜铌酸锂调制器130可置于热沉150上。

此外，光发射次模块10还可另外包含容置于封装外壳110内的耦合透镜161、162以及光隔离器170。耦合透镜161与光隔离器170可设置于光发射单元120和薄膜铌酸锂调制器130的收光口131之间，且耦合透镜162可设置于薄膜铌酸锂调制器130的出光口132和光纤端口100之间。光发射单元120经由耦合透镜161和光隔离器170与薄膜铌酸锂调制器130光耦合，并且薄膜铌酸锂调制器130经由耦合透镜162与插设于光纤端口100的单条光纤(未绘示)光耦合。光发射单元120产生的光讯号通过耦合透镜161、光隔离器170和出光口132而传递至薄膜铌酸锂调制器130内。薄膜铌酸锂调制器130可对光讯号进行信号调制，然后通过耦合透镜162将光信号耦合进插设于光纤端口100的光纤。

光接收次模块20可包含TO封装壳210以及光接收单元220。TO封装壳210接合于光发射次模块10的封装外壳110。更具体来说，TO封装壳210可包含TO管帽211以及载座212，封装外壳110可具有截面形状匹配TO管帽211的凹槽111，TO管帽211设置于凹槽111内，并且TO管帽211与封装外壳110焊接在一起。TO管帽211可具有通光孔，且于通光孔内可提供有透明气密窗(例如石英玻璃片)，以使光讯号可穿过通光孔进入到光接收次模块20内。光接收单元220例如但不限于是光电二极管，其容置于TO封装壳210内。在本实施例中，光接收次模块20还可包含转阻放大器(TIA)230以将电流讯号转换成电压讯号。

在本实施例中，单纤双向光收发模块1可包含容置于光发射次模块10的封装外壳110内的滤光元件30。滤光元件30可改变入射至光接收次模块20的接收光光路方向。详细来说，滤光元件30可允许自薄膜铌酸锂调制器130的出光口132输出的经调制光信号(例如波长1270纳米的光信号)穿透而传递至光纤端口100。并且，滤光元件30可将自光纤端口100输入的外部光信号(例如波长1330纳米的光信号)的传输方向改变成朝向光接收次模块20传递。更具体来说可参照图3，滤光元件30将自光纤端口100输入的外部光信号反射，使外部光信号传递进入光接收次模块20内从而能被光接收单元220接收。此处提到的光信号波长并非用以限制本发明，且光信号波长可以是指一个光谱线宽(Spectral linewidth)中的峰值，且不同波长可以是指两个光信号的峰值不同。

图1至图3示例性绘出滤光元件30可包含45度反射型二向色滤光片，其具有相对的第一光学面310以及第二光学面320。第一光学面310及第二光学面320上的分光镀膜对于薄膜铌酸锂调制器130输出的光信号波长(例如1270纳米)为穿透面，也就是说第一光学面310及第二光学面320对于光发射次模块10产生的光信号具有高穿透率。此外，第二光学面320上的分光镀膜对于自光纤端口100输入的外部光信号(例如1330纳米)为反射面，也就是说第二光学面320对于自光纤端口100输入的外部光信号具有高反射率。此处提到的“高穿透率”和“高反射率”是指满足光信号传输需求的穿透率和反射率，例如以相关技术领域标准来说，若要满足光通讯应用，所述高穿透率例如但不限需要至少95％以上的穿透率，以及所述高反射率例如但不限需要至少99％以上的反射率。

复参照图1，在本实施例中，单纤双向光收发模块1还可包含陶瓷电路板(Feedthru)40，其可藉由密封焊料固定于光发射次模块10的封装外壳110，且陶瓷电路板40可与薄膜铌酸锂调制器130电性连接。采用陶瓷电路板40实施电信号收发能满足高带宽及降低射频损耗的需求。

可藉由滤光元件30使光发射次模块10与光接收次模块20共享光纤端口100，从而实现单纤双向设计。图4为图1中单纤双向光收发模块的光发射次模块的光路示意图。图5为图1中单纤双向光收发模块的光路示意图。如图4所示，光发射单元120射出的单通道光讯号被耦合到薄膜铌酸锂调制器130内。光讯号藉由薄膜铌酸锂调制器130进行信号调制，并且经调制的光信号自薄膜铌酸锂调制器130的出光口132输出，此光讯号被允许穿过滤光元件30的第一光学面310及第二光学面320，而能在光讯号的光路TX不被转折的情况下沿着原本行进方向被耦合进与外部设备连接的光纤2内。光纤2可与图1中的光纤端口100连接。

如图5所示，外部光信号经由光纤2进入光发射次模块10内部。外部光讯号被滤光元件30的第二光学面320反射，使其光路RX在第二光学面320被转折一次改变方向而进入光接收次模块20內部。外部光信号最终能被与光纤2不同轴的光接收单元220接收。光接收单元220可响应接收到的外部光信号而将其转换成电信号。借此，配置有滤光元件30的光路设计能让光收发模块被制作成一收一发的单纤双向类型。

根据本发明一实施例的单纤双向光收发模块1包含薄膜铌酸锂调制器130，且薄膜铌酸锂调制器130能够调制光讯号，而使调制后的光讯号其波长和带宽满足高速长途传输需求；借此，单纤双向光收发模块1的激光器可以使用成本跟耗能都远低于EML的类型，例如连续波雷射(CW laser)。此外，经薄膜铌酸锂调制器130调制后的光讯号有助于防止单纤双向光收发模块1应用在高速长途传输时传输质量不佳的问题。

现有的单纤双向光收发模块普遍是将光发射次模块和光接收次模块封装在单一壳件中，并且光发射次模块与光纤同轴；在这种情况下，为了让光接收次模块能接收到自外部通过光纤传递到壳件内的光，光收发模块还需要在壳件内额外配置一或多个光反射件(例如反射镜或分光棱镜)以实施光路转折，导致光收发模块需要使用大尺寸壳件。根据本发明一实施例的单纤双向光收发模块1包含接合在一起的光接收次模块20与光发射次模块10。更具体来说，光发射次模块10与光接收次模块20可以是两个独立光器件，因此薄膜铌酸锂调制器130和光接收单元220可封装在不同的封装壳内，并且藉由焊接(例如焊接接合)或胶黏方式将封装壳接合，有助于避免任何一个次模块尺寸过大而影响单纤双向光收发模块1的小型化，且封装壳接合的工艺简单而有利于在规格满足MSA的前提下提升生产效率和降低制造成本。

综上所述，根据本发明揭露的单纤双向光收发模块，薄膜铌酸锂调制器能够调制光讯号，而使调制后的光讯号其波长和带宽满足高速长途传输需求。借此，单纤双向光收发模块内的激光器可以使用成本跟耗能都较低的类型，有助于节省制造成本。

此外，本发明揭露的单纤双向光收发模块还包含与光发射次模块接合的光接收次模块。借此，薄膜铌酸锂调制器和光接收单元可封装在不同的封装壳内，并且藉由焊接或胶黏方式将封装壳接合，有助于避免任何一个次模块尺寸过大而影响单纤双向光收发模块的小型化。