專利名稱：混合集成單纖三向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖到戶用戶端光收發(fā)器，是一種混合集成單纖三向器。 本發(fā)明可應(yīng)用于光纖接入網(wǎng)。
背景技術(shù)：
光纖到戶(FTTH)是目前國際上公認(rèn)的"最后一公里"高速、寬帶 到戶的最理想解決方案，是國內(nèi)外光通信領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬?的熱點研究開發(fā)項目。
目前，基于以太無源光網(wǎng)(EPON)和千兆無源光網(wǎng)(GPON)的FTTH 技術(shù)方案為多數(shù)專家所認(rèn)可。關(guān)于EPON和GPON技術(shù)規(guī)范中， IEEE802.3ah和ITU-T G984.2采用1310nm、 1490nm、 1550 nm三波長分 配方案。其中1490nm用于語音、數(shù)據(jù)和IP視頻信號的下傳；1550nm用 于模擬視頻信號下傳；1310nm專門用于數(shù)據(jù)和IP視頻信號的上傳。關(guān) 于三波長Triplexer，目前可商用的有分立器件的立體緊湊型封裝形式， 該方案有聚焦透鏡、TFF濾波器、激光器和探測器多個分立元構(gòu)成，需 大量人工組裝時間，且單獨封裝分立器件成本較高；另一種方法是基于 PLC平臺，通過倒裝焊技術(shù)，將TFF、 PD和LD混合集成，該方法采用 需在硅襯底上開槽、組裝TFF，且需采用波導(dǎo)型探測器，組裝工藝難度 較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種混合集成單纖三向器，具有工藝簡單、低 成本和混合集成的優(yōu)點。本發(fā)明的關(guān)鍵在于采用粗波分復(fù)用絕緣層上硅 陣列波導(dǎo)光柵，并將輸出波導(dǎo)末端拋光為4 5度角，有利于面探測器與 陣列波導(dǎo)光柵的混合集成。具體的，本發(fā)明提出的混合集成單纖三向器，包括 一襯底10 0;
一粗波分復(fù)用陣列波導(dǎo)光柵l 1，該陣列波導(dǎo)光柵l l制作在襯底 1 0 0的上面；
一第一輸入波導(dǎo)io，該第一輸入波導(dǎo)io制作在襯底io o上，
該第一輸入波導(dǎo)lQ在陣列波導(dǎo)光柵ll的一側(cè)；
一第一輸出波導(dǎo)l 2，該輸出波導(dǎo)l 2制作在襯底1 0 0上，位于
陣列波導(dǎo)光柵l1的另一側(cè)；
一第二輸出波導(dǎo)l 4，該輸出波導(dǎo)l 4制作在襯底1 0 0上，與第 一輸出波導(dǎo)l2位于陣列波導(dǎo)光柵同一側(cè);
一第二輸入波導(dǎo)l 3，該第二輸入波導(dǎo)l 3制作在襯底1 0 0上， 其一端與陣列波導(dǎo)光柵11相連；
第一輸出波導(dǎo)1 2 、第二輸出波導(dǎo)1 4和第二輸入波導(dǎo)1 3同處于 陣列波導(dǎo)光柵l l的同一側(cè)，與陣列波導(dǎo)光柵l l的三條輸出波導(dǎo)相連;
一激光器l 5，該激光器l 5混合集成在襯底1 0 0上，該激光器 15的輸出端與第二輸入波導(dǎo)13的一端相連接；
一第一監(jiān)視面探測器l 6，該監(jiān)視探測器l 6混合集成在第一輸出 波導(dǎo)l 2上，該監(jiān)視探測器l 6的接收窗口與第一輸出波導(dǎo)1 2的末端 上側(cè)相連接；
一第二監(jiān)視面探測器l 7，該監(jiān)視探測器l 7混合集成在第二輸出 波導(dǎo)l 4上，該監(jiān)視探測器l 7的接收窗口與第二輸出波導(dǎo)1 4的末端 上側(cè)相連接。
進(jìn)一步，所述第一輸出波導(dǎo)l 2的末端拋光為4 5度角。 進(jìn)一步，所述第二輸出波導(dǎo)l 4的末端拋光為4 5度角。 進(jìn)一步，所述監(jiān)視探測器l 6的接收窗口與所述第一輸出波導(dǎo)1 2
的末端上側(cè)通過4 5度反射相連接。
進(jìn)一步，所述監(jiān)視探測器l 7的接收窗口與所述第二輸出波導(dǎo)1 4
的末端上側(cè)通過4 5度反射相連接。
進(jìn)一步，，所述第一輸入波導(dǎo)l 0為公用波導(dǎo)，其下傳信號波長為l
4 9 0 nm和1 5 5 0 nm，上傳信號波長為1 3 1 0 nm。進(jìn)一步，所述陣列波導(dǎo)光柵l 1有一條輸入波導(dǎo)和三條輸出波導(dǎo)，
輸入波導(dǎo)與第一輸入波導(dǎo)l0相連，中間輸出波導(dǎo)與第二輸入波導(dǎo)l3
相連，另外二條輸出波導(dǎo)分別與第一輸出波導(dǎo)l 2、第二輸出波導(dǎo)l 4
相連；陣列波導(dǎo)光柵l l正向工作用于l 4 9 Onm和1 5 5 Onm下行 波長的分波，輸出到第一輸出波導(dǎo)l 2和第二輸出波導(dǎo)1 4,逆向工作 用于l 3 1 Onm上行波長的上傳，通過中間輸出波導(dǎo)逆向上傳到第一輸 入波導(dǎo)1 0 ;三個波長工作于陣列波導(dǎo)光柵1 1三個不同的衍射級數(shù)。
進(jìn)一步，所述第一輸出波導(dǎo)l 2和第二輸出波導(dǎo)1 4可傳輸1 4 9 0nm或1 5 5 Onm下行波長。
進(jìn)一步，所述襯底l 0 O的材料是絕緣層上硅，其中上層硅厚度在 2pm到l lpm之間，刻蝕波導(dǎo)的寬度和深度符合波導(dǎo)的單模條件。
本發(fā)明采用陣列波導(dǎo)光柵代替TFF，通過輸出波導(dǎo)末端4 5度拋光， 在波導(dǎo)上側(cè)組裝探測器，大大降低了混合集成工藝難度，降低了三向器 成本。制作的三向器可用于EPON或GPON光網(wǎng)中，傳輸速率最高 可達(dá)2.5 Gb/s。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參照圖1，在絕緣層上硅(S 0 I )襯底1 0 0上干法刻蝕制作三輸 出波長陣列波導(dǎo)光柵l 1、第一輸入波導(dǎo)l 0、第一輸出波導(dǎo)l 2、第 二輸出波導(dǎo)1 4和第二輸入波導(dǎo)13，其中S 0 I上層硅厚度為5 nm， 所涉及的各波導(dǎo)厚度為5 pm，刻蝕波導(dǎo)的寬度為4nm，深度為2pm。。
拋光第一輸出波導(dǎo)l 2和第二輸出波導(dǎo)1 4末端成4 5度角，用來將 輸出光反射到波導(dǎo)上側(cè)；在S 0 I襯底1 0 0上混合集成激光器1 5 ， 激光器l 5功能是發(fā)射1 3 1 0nm波長信號，上傳用戶數(shù)字和語音信號，其調(diào)制備速率為1.25Gbps;在第一輸出波導(dǎo)l 2和第二輸出波導(dǎo)1 4上側(cè)混合集成面探測器1 6 、面探測器1 7 ，面探測器16和面探測器 17的功能是接收l 4 9 Onm數(shù)字、語音信號和1 5 5 0 nm模擬視頻信 號，數(shù)字探測器的接收速率為].25Gbps。采用波導(dǎo)上側(cè)集成面探測器的方 法，避免使用波導(dǎo)型探測器精確對準(zhǔn)工藝，增大了制備容差。
其中第一輸入波導(dǎo)l 0位于陣列波導(dǎo)光柵1 l的左側(cè)，第一輸出波導(dǎo) 1 2、第二輸入波導(dǎo)l 3、第二輸出波導(dǎo)l 4分別位于陣列波導(dǎo)光柵1 l的右側(cè)，陣列波導(dǎo)光柵l1的輸入波導(dǎo)與第一輸入波導(dǎo)10相連，中 間輸出波導(dǎo)與第二輸入波導(dǎo)1 3相連，兩側(cè)輸出波導(dǎo)與第一輸出波導(dǎo)1 2、第二輸出波導(dǎo)l 4相連；
第一輸出波導(dǎo)l 2末端上側(cè)通過4 5度角與面探測器1 6連接；第二 輸出波導(dǎo)l 4末端上側(cè)通過4 5度角與面探測器1 7連接。第一輸出波 導(dǎo)1 2和第二輸出波導(dǎo)1 4分別傳輸1 4 9 0 nm和1 5 5 0 nm波長信 號。
第一輸入波導(dǎo)l O為公用波導(dǎo)，第一輸入波導(dǎo)l o和陣列波導(dǎo)光柵i 1的輸入端相連，功能為進(jìn)行下傳波長l 4 9 Onm、 1 5 5 Onm的和上 傳波長為l 3 1 Onm的雙向傳輸任務(wù)。
其中陣列波導(dǎo)光柵l l功能為正向工作可進(jìn)行l(wèi) 4 9 Onm和l 5 5 Onm下行波長的分波，輸出到第一輸出波導(dǎo)l 2和第二輸出波導(dǎo)1 4，逆向工作可用于l 3 1 Onm上行波長的上傳。陣列波導(dǎo)光柵1 l輸 入波導(dǎo)與第一輸入波導(dǎo)IO相連，輸出波導(dǎo)有三條，中間輸出波導(dǎo)可傳輸 1 3 1 Onm波長信號，兩側(cè)輸出波導(dǎo)可輸出1 4 9 Onm和1 5 5 Onm 波長信號；分別與第一輸出波導(dǎo)l 2和第二輸出波導(dǎo)1 4相連，用于下 傳1 4 9 0 nm和1 5 5 0 nm波長信號；與第二輸入波導(dǎo)1 3相連的輸 出端口用于上傳l 3 1 Onm波長信號，三個波長工作于陣列波導(dǎo)光柵l l三個不同的衍射級數(shù)。
采用陣列波導(dǎo)光柵l l將l 4 9 Onm、 15 5 Onm信號的分波和l 3 1 Onm信號上傳同時完成，取代了常用的兩次分波的1 4 9 Onm和 1 5 5 Onm濾波片，減少了三向器集成元件數(shù)和耦合次數(shù)，結(jié)構(gòu)更緊湊， 采用波導(dǎo)4 5度拋光反射光信號，面探測器就可提取光信號，使集成對準(zhǔn)容差增大，簡化了制作工藝，節(jié)約成本。制作的三向器可用于低成本
E P 0 N或G P 0 N光網(wǎng)中。
至此己經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它的改 變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實施例，而應(yīng) 由所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1. 一種混合集成單纖三向器，其特征在于，包括一襯底(100)；一粗波分復(fù)用陣列波導(dǎo)光柵(11)，該陣列波導(dǎo)光柵(11)制作在襯底(100)的上面；一第一輸入波導(dǎo)(10)，該第一輸入波導(dǎo)(10)制作在襯底(100)上，該第一輸入波導(dǎo)(10)在陣列波導(dǎo)光柵(11)的一側(cè)；一第一輸出波導(dǎo)(12)，該輸出波導(dǎo)(12)制作在襯底(100)上，位于陣列波導(dǎo)光柵(11)的另一側(cè)；一第二輸出波導(dǎo)(14)，該輸出波導(dǎo)(14)制作在襯底(100)上，與第一輸出波導(dǎo)(12)位于陣列波導(dǎo)光柵同一側(cè)；一第二輸入波導(dǎo)(13)，該第二輸入波導(dǎo)(13)制作在襯底(100)上，其一端與陣列波導(dǎo)光柵(11)相連；第一輸出波導(dǎo)(12)、第二輸出波導(dǎo)(14)和第二輸入波導(dǎo)(13)同處于陣列波導(dǎo)光柵(11)的同一側(cè)，與陣列波導(dǎo)光柵(11)的三條輸出波導(dǎo)相連；一激光器(15)，該激光器(15)混合集成在襯底(100)上，該激光器(15)的輸出端與第二輸入波導(dǎo)(13)的一端相連接；一第一監(jiān)視面探測器(16)，該監(jiān)視探測器(16)混合集成在第一輸出波導(dǎo)(12)上，該監(jiān)視探測器(16)的接收窗口與第一輸出波導(dǎo)(12)的末端上側(cè)相連接；一第二監(jiān)視面探測器(17)，該監(jiān)視探測器(17)混合集成在第二輸出波導(dǎo)(14)上，該監(jiān)視探測器(17)的接收窗口與第二輸出波導(dǎo)(14)的末端上側(cè)相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成單纖三向器，其特征在于，所述 第一輸出波導(dǎo)(12)的末端拋光為4 5度角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合集成單纖三向器，其特征在于，所述 第二輸出波導(dǎo)(14)的末端拋光為4 5度角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合集成單纖三向器，其特征在于，所述監(jiān)視探測器(16)的接收窗口與所述第一輸出波導(dǎo)(12)的末端上 側(cè)通過4 5度反射相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合集成單纖三向器，其特征在于，所述 監(jiān)視探測器(17)的接收窗口與所述第二輸出波導(dǎo)(14)的末端上 側(cè)通過4 5度反射相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合集成單纖三向器，其特征在于，所述 第一輸入波導(dǎo)(10)為公用波導(dǎo)，其下傳信號波長為1 4 9 0 nm和1 5 5 Onm，上傳信號波長為1 3 1 0 nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成單纖三向器，其特征在于，所述 陣列波導(dǎo)光柵(11)有一條輸入波導(dǎo)和三條輸出波導(dǎo)，輸入波導(dǎo)與第 一輸入波導(dǎo)(10)相連，中間輸出波導(dǎo)與第二輸入波導(dǎo)(13)相連， 另外二條輸出波導(dǎo)分別與第一輸出波導(dǎo)(12)、第二輸出波導(dǎo)(14) 相連；陣列波導(dǎo)光柵(11)正向工作用于1 4 9 0 nm和1 5 5 0 nm 下行波長的分波，輸出到第一輸出波導(dǎo)(12)和第二輸出波導(dǎo)(14)， 逆向工作用于l 3 1 Onm上行波長的上傳，通過中間輸出波導(dǎo)逆向上傳 到第一輸入波導(dǎo)(10);三個波長工作于陣列波導(dǎo)光柵(11)三個不 同的衍射級數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成單纖三向器，其特征在于，所述 第一輸出波導(dǎo)(12)和第二輸出波導(dǎo)(14)可傳輸1 4 9 0 nm或1 5 5 Onm下行波長。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成單纖三向器，其特征在于，所述 襯底(1 0 0 )的材料是絕緣層上硅，其中上層硅厚度在2 pm到1 1 pm 之間，刻蝕波導(dǎo)的寬度和深度符合波導(dǎo)的單模條件。
全文摘要
本發(fā)明提出一種混合集成單纖三向器，包括一襯底(100)；一粗波分復(fù)用陣列波導(dǎo)光柵(11)，一第一輸入波導(dǎo)(10)，一第一輸出波導(dǎo)(12)，一第二輸出波導(dǎo)(14)，一第二輸入波導(dǎo)(13)，一激光器(15)，一第一監(jiān)視面探測器(16)，一第二監(jiān)視面探測器(17)。本發(fā)明提出的混合集成單纖三向器簡化了制作工藝，節(jié)約成本，制作的三向器可用于低成本EPON或GPON光網(wǎng)中。
文檔編號G02B6/28GK101464540SQ20071017988
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者吳遠(yuǎn)大, 安俊明, 李俊一, 李建光, 胡雄偉 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所