双向多通道光收发模块

技术领域

本发明涉及一种光通讯装置，特别是一种双向多通道光收发模块。

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讯设备中。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。

随着应用需求的多元化，讯号传输的速率更高以及传输距离更远，为了保证讯号传输的稳定性，往往对光模块发射出的光讯号带宽要求更高，因此讯号的调制需要变得更加便利且有效率。目前，在光载无线通讯技术的应用中，双通道并行光收发模块一般都是采用两个单独的单通道光收发模块组装来实现，如图1所示，两个单独的单通道光收发模块2设置于光收发器的外壳3内。然而，两个单独的单通道光收发模块组装会占据较多的光通讯器件内部空间，这使得光通讯器件难以满足集成化、小体积的发展趋势。

另外，随着5G网络逐渐发展，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的光模块除了需要符合多源协议(MSA)标准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，且EML通常采用的分布式反馈(DFB)激光器难以应用于高带宽的光模块，这导致架设5G基站的成本高昂因而阻碍5G网络的普及化。

发明内容

本发明在于提供一种双向多通道光收发模块，有助于解决现有的双通道并行光收发模块采用两个单独的单通道光收发模块组装从而会占据较多的光通讯器件内部空间的问题。

本发明所揭露的双向多通道光收发模块包含封装外壳、光发射次模块、多个光接收次模块以及多个光路转折单元。光发射次模块容置于封装外壳内。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的光接收端口与光发射单元光耦合。光接收次模块容置于封装外壳内，且这些光接收次模块用以接收进入该封装外壳的外部光讯号。这些光路转折单元分别与薄膜铌酸锂调制器的多个光输出端口光耦合。光路转折单元用以改变光发射次模块的光路方向，且每一个光路转折单元被配置成使其中一个光接收次模块与光发射次模块共享光纤端口。

根据本发明揭露的双向多通道光收发模块，将至少两个光接收次模块与一个光发射次模块整合于单一封装外壳内。借此，只需要使用单个光发射单元就能实现多信道光讯号输出，有助于降低制造成本和光收发模块的体积。相较于多个单独的单通道光收发模块组装，多个光接收次模块与一个光发射次模块整合于单一封装外壳内的架构能提升集成度，有助于进一步缩减光收发模块的整体尺寸。

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为现有光收发器中的光收发模块的单通道收发模块的示意图。

图2为根据本发明一实施例的光收发器的立体示意图。

图3为图2中双向多通道光收发模块的立体示意图。

图4为图3中双向多通道光收发模块的俯视示意图。

图5为图4中双向多通道光收发模块的光发射次模块的光路示意图。

图6为图4中双向多通道光收发模块的光接收次模块的光路示意图。

【附图标记说明】

1 光收发器

2 单通道光收发模块

3、10 外壳

4 陶瓷插芯

5 陶瓷套筒

20 双向多通道光收发模块

210 封装外壳

211 光纤端口

220 光发射次模块

221 光发射单元

222 薄膜铌酸锂调制器

2221 光接收端口

2222 光输出端口

230 光接收次模块

231 光接收单元

232 耦合透镜

240 光路转折单元

241 直角棱镜

2411 通光面

2412 光学面

242 斜方棱镜

2421 通光面

2422 光学面

250 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保护范围。

请参照图2至图4，其中图2为根据本发明一实施例的光收发器的立体示意图，图3为图2中双向多通道光收发模块的立体示意图，且图4为图3中双向多通道光收发模块的俯视示意图。在本实施例中，光收发器1可包含外壳10以及容置于外壳10内的双向多通道光收发模块20。双向多通道光收发模块20可包含封装外壳210、光发射次模块220、多个光接收次模块230以及多个光路转折单元240。图2和图3示例性地绘示出双向多通道光收发模块20包含两个光接收次模块230以及两个光路转折单元240。另外，为了方便理解，图2和图3省略绘示封装外壳210的顶部部分。

封装外壳210可以是气密式或非气密式。在本实施例中封装外壳210为单件式的气密封装壳。光发射次模块220容置于封装外壳210内，且光发射次模块220可包含光发射单元221以及薄膜铌酸锂(LiNbO3)调制器222。

光发射单元221例如但不限于是激光发射器，且此激光发射器的带宽和光波长不受限制，例如光发射单元221可以是连续波激光器(CW laser)。薄膜铌酸锂调制器222可具有位于同一侧的光接收端口2221以及多个光输出端口2222。光接收端口2221与光发射单元221光耦合，且這些光输出端口2222分別与形成于封装外壳210上的数个光纤端口211光耦合。光纤端口211与光发射单元221位于薄膜铌酸锂调制器222的同一侧，并且光纤端口211可设置有陶瓷插芯(Ferrule)4及陶瓷套筒(Sleeve)5以供外部光纤(未绘示)插设。

光发射次模块220还可包含容置于封装外壳210内的热电冷却器。薄膜铌酸锂调制器222可与热电冷却器热接触，藉此通过热电冷却器进行散热降温。此外，光发射次模块220还可另外包含容置于封装外壳210内的耦合透镜以及光隔离器，其中耦合透镜与光隔离器可设置于光发射单元221和薄膜铌酸锂调制器222的光接收端口2221之间。

光接收次模块230容置于封装外壳210内，且各个光接收次模块230包含光接收单元231和耦合透镜232。光接收单元231例如但不限于是光电二极管，其用以接收进入封装外壳210的外部光讯号。在本实施例中，光接收次模块230还可包含转阻放大器(TIA)以将电流讯号转换成电压讯号。光接收次模块230与光纤端口211光耦合以接收外部光讯号。

光发射单元221可以发出波长为1270纳米的光讯号，且光接收单元231可以接收并响应波长为1330纳米的光讯号，但所述光讯号波长仅作为示例说明并非用以限制本发明。在其他实施例中，光发射单元和/或光接收单元可发出和/或接收波长适用于长距离传输的光讯号，例如波长为1270纳米以上的光讯号。此处提到的光讯号波长可以是指一个光谱线宽(Spectral linewidth)中的峰值。

光路转折单元240容置于封装外壳210内，并且光接收次模块230和光路转折单元240有相同数量。这些光路转折单元240分别与薄膜铌酸锂调制器222的这些光输出端口2222光耦合。光路转折单元240用以改变光发射次模块220的光路方向。如图4所示，每个光路转折单元240对应其中一个光接收次模块230设置，使得光路转折单元240可被配置成使相对应的光接收次模块230与光发射次模块220共享同一个光纤端口211。

每个光路转折单元240可包含直角棱镜241以及斜方棱镜242。直角棱镜241对应光接收单元231设置，且直角棱镜241具有与光接收次模块230的光路实质上垂直的通光面2411以及相对于光接收单元231的光路倾斜的光学面2412。直角棱镜241的通光面2411和光学面2412对于入射至光接收单元231的外部光讯号波长(例如1330纳米)为穿透面，也就是说通光面2411和光学面2412对于外部光讯号具有高穿透率，因此自光纤端口211进入封装外壳210内的外部光讯号可行进经过通光面2411和光学面2412而能在不转折光接收次模块230的光路的方向的情况下继续传递至光接收单元231。

斜方棱镜242对应薄膜铌酸锂调制器222设置，且斜方棱镜242具有与光发射次模块220的光路实质上垂直的两个通光面2421以及相对于光路倾斜的两个光学面2422，并且直角棱镜241的光学面2412与斜方棱镜242的其中一个光学面2422接合。斜方棱镜242的通光面2421对于自薄膜铌酸锂调制器222的光输出端口2222发射出的光讯号波长(例如1270纳米)为穿透面，且光学面2422对于光输出端口2222发射出的光讯号波长(例如1270纳米)为反射面。斜方棱镜242的通光面2421和光学面2422对于外部光讯号波长(例如1330纳米)为穿透面。也就是说，通光面2421对于光接收单元231所接收的光讯号号具有高穿透率，此处提到的“高穿透率”和“高反射率”是指满足光讯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。

在本实施例中，通光面2411、光学面2412和通光面2421对于特定光讯号波长(例如1270纳米或1330纳米)为穿透面的具体技术手段可以是分别在通光面2411和光学面2412贴上滤片膜，其中所述滤片膜对于特定光讯号波长具有95％以上的穿透率。并且，光学面2422对于特定光讯号波长(例如1270纳米)为反射面的具体技术手段可以是在光学面2422贴上滤片膜，其中所述滤片膜对于特定光讯号波长具有99％以上的反射率。

在本实施例中，薄膜铌酸锂调制器222的光输出端口2222、光接收次模块230、光路转折单元240及封装外壳210的光纤端口211具有相同数量。以图4为例来说，光输出端口2222、光接收次模块230、光路转折单元240及光纤端口211的数量皆为二个。薄膜铌酸锂调制器222的光接收端口2221可介于两光输出端口2222之间。更进一步来说，两光输出端口2222可相对于光接收端口2221对称分布，且两光路转折单元240相对于光发射单元221对称设置。

在本实施例中，双向多通道光收发模块20可包含陶瓷电路板(Feedthru)250。陶瓷电路板250设置于封装外壳210并且可借由密封焊料固定于封装外壳210。陶瓷电路板250可与薄膜铌酸锂调制器222电性连接。采用陶瓷电路板250实施电讯号收发能满足高带宽及降低射频损耗的需求。

图5为图4中双向多通道光收发模块的光发射次模块的光路示意图。光发射单元221射出的单通道光讯号被耦合到薄膜铌酸锂调制器222内。光讯号藉由薄膜铌酸锂调制器222进行讯号调制，并且经调制的光讯号自薄膜铌酸锂调制器222的光输出端口2222输出。自光输出端口2222输出的经调制光讯号的波长可为1270纳米。经调制光讯号依序通过斜方棱镜242的通光面2421、光学面2422、另一个光学面2422以及另一个通光面2421，并且光路TX在两个光学面2422分别被转折一次因而总共改变两次方向，从而经调制光讯号最终能被耦合至设置在光纤端口211的外部光纤。

图6为图4中双向多通道光收发模块的光接收次模块的光路示意图。外部光讯号(例如1330纳米)经由外部光纤通过光纤端口211进入封装外壳210内。外部光讯号行进通过通光面2411和光学面2412并能被光接收单元231接收。每个光纤端口211至相对应的光接收次模块230的光路RX方向平行于图5中光发射单元221至薄膜铌酸锂调制器222的光路TX方向。

根据本发明一实施例的多通道光收发模块包含薄膜铌酸锂调制器，且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；藉此，光收发模块的激光器可以使用成本跟耗能都远低于EML的类型，例如连续波激光(CWlaser)。此外，经薄膜铌酸锂调制器调制后的光讯号有助于防止光收发模块应用在高速长途传输时传输质量不佳的问题。

此外，根据本发明揭露的多通道光收发模块，将至少两个光接收次模块与一个光发射次模块整合于单一封装外壳内。借此，只需要使用单个光发射单元就能实现多信道光讯号输出，有助于降低制造成本和光收发模块的体积。相较于多个单独的单通道光收发模块组装，多个光接收次模块与一个光发射次模块整合于单一封装外壳内的架构能提升集成度，有助于进一步缩减光收发模块的整体尺寸。更进一步地，薄膜铌酸锂调制器的两个光输出端口可以相对于光接收端口对称分布，有助于多通道光收发模块中发射端信道与接收端信道配置分布较为均匀，使其适用的通讯设备种类更加广泛。