專(zhuān)利名稱(chēng)：雙向光學(xué)收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及光學(xué)數(shù)據(jù)鏈和光學(xué)收發(fā)器模塊。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā) 明涉及將光耦合進(jìn)入和導(dǎo)出光纜的裝置。
背景技術(shù)：
為了接入網(wǎng)絡(luò)布設(shè)，比如光纖到戶(hù)(FTTH)或光纖到路邊(FTTC)， 人們通常希望僅使用一條光纜或?qū)Рㄆ鱽?lái)降低成本。在此種布設(shè)下尤 其如此，因?yàn)樵谶@樣的布設(shè)中纜線(xiàn)的長(zhǎng)度可到達(dá)20千米，而傳統(tǒng)方式 使用具有雙重纖維的雙光纖收發(fā)器會(huì)更加昂貴。然而，在跨越如此距 離的單一光纖上使用光子或光信號(hào)提供雙向通信卻很具有挑戰(zhàn)性。
在單一光纜上的雙向通信中，發(fā)送和接收光子或光信號(hào)是在相同 的單一光纜或?qū)Рㄆ魃线M(jìn)行的。為了達(dá)到這個(gè)目的，用具有不同波長(zhǎng) 和頻率的兩種光使發(fā)射數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)在單一光纜上多路復(fù)用。輸入 或發(fā)射數(shù)據(jù)多路復(fù)用進(jìn)入光纜而輸出或接收數(shù)據(jù)從光纜上多路分解。 使用一種波長(zhǎng)光的輸入或發(fā)射數(shù)據(jù)的路徑通常被稱(chēng)做發(fā)射信道。使用 另一波長(zhǎng)光的輸入或接收數(shù)據(jù)的路徑通常被稱(chēng)做接收信道。在單一光 纜的每一端，數(shù)據(jù)多路復(fù)用進(jìn)入發(fā)射信道，并從輸出信道中多路分解。
在典型的光學(xué)數(shù)據(jù)鏈的每一端為光學(xué)收發(fā)器，用來(lái)分別在發(fā)射和 接收信道上發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。在每一端的光學(xué)收發(fā)器都需要支持單一 光纖上的雙向通信以用于此種布設(shè)方式。為了在同一單一光纜上提供
有效的雙向通信，需要在發(fā)射和接收信道之間將光串?dāng)_減到最小，并 在光學(xué)收發(fā)器中提供良好耦合并降低其生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于在單一光纖上進(jìn)行光發(fā)射和光接收的雙向 光學(xué)收發(fā)器，該雙向光學(xué)收發(fā)器包括 一個(gè)整合的光學(xué)區(qū)塊，具有 用于與單一光纖對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)光纖端口，用于接納一光發(fā)射器的一個(gè)發(fā) 射器端口，用于接納一光接收器的一個(gè)接收器端口，用于接納一濾光 器的一個(gè)槽， 一個(gè)與槽相聯(lián)的槽開(kāi)口，用于將濾光器保持在槽中的接 合到槽開(kāi)口中的止動(dòng)件，在光纖端口中的一個(gè)第一透鏡，在發(fā)射器端 口中的一個(gè)第二透鏡，以及在接收器端口中的一個(gè)第三透鏡；接合到 光學(xué)區(qū)塊的發(fā)射器端口中的光發(fā)射器，用于將具有第一波長(zhǎng)的第一光 束發(fā)射到所述單一光纖；接合到光學(xué)區(qū)塊的接收器端口中的光接收器，
用于從所述單一光纖接收具有第二波長(zhǎng)的所述第二光束；接合到光學(xué)
區(qū)塊的槽中的濾光器，該濾光器對(duì)于第一和第二光束中的一個(gè)是透射 性的，且對(duì)于第一和第二光束中的另一個(gè)是反射性的。
本發(fā)明還提供了一種用于在單一光纖上進(jìn)行光發(fā)射和光接收的雙
向光學(xué)收發(fā)器，該雙向光學(xué)收發(fā)器包括 一個(gè)光學(xué)區(qū)塊，具有用于 與單一光纖對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)光纖端口，用于接納一光發(fā)射器的一個(gè)發(fā)射器 端口，用于接納一光接收器的一個(gè)接收器端口，在光纖端口中的一個(gè) 第一透鏡，在發(fā)射器端口中的一個(gè)第二透鏡，以及在接收器端口中的 一個(gè)第三透鏡；接合到光學(xué)區(qū)塊的發(fā)射器端口中的光發(fā)射器，用于發(fā) 射具有第一波長(zhǎng)的第一光束；接合到光學(xué)區(qū)塊的接收器端口中的光接
收器，用于接收具有第二波長(zhǎng)的所述第二光束；其中該光學(xué)區(qū)塊包括
一個(gè)第一光學(xué)區(qū)塊半部件，包括所述光纖端口、第一對(duì)角平面、以及
所述發(fā)射器端口和所述接收器端口兩者之一；第二光學(xué)區(qū)塊半部件，
具有與第一光學(xué)區(qū)塊半部件的第一對(duì)角平面相接合的第二對(duì)角平面，
以及所述發(fā)射器端口和所述接收器端口兩者中的另外一個(gè)，從而第一 和第二光學(xué)區(qū)塊半部件在它們之間沿著第一和第二對(duì)角平面形成一個(gè)
槽；接合到所述槽中的濾光器，該濾光器對(duì)于第一和第二波長(zhǎng)中的一 個(gè)是透射性的，且對(duì)于光的第一和第二波長(zhǎng)中的另一個(gè)是反射性的。


參考對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述，本發(fā)明的特點(diǎn)將顯而易見(jiàn)，其中 圖1A是典型的光學(xué)數(shù)據(jù)鏈的框圖。 圖1B是典型的光纖到戶(hù)系統(tǒng)的框圖。 圖1C是典型的光纖到路邊系統(tǒng)的框圖。
圖2A-2B是光學(xué)子組件的實(shí)施例的剖面圖，包括一光學(xué)區(qū)塊以及耦 合在其中的部件。
圖3A是形成光學(xué)區(qū)塊的蛤殼法的圖示。
圖3B是形成光學(xué)區(qū)塊的單一或整合方法的圖示。
圖4A-4G是說(shuō)明雙向光學(xué)收發(fā)器的蛤殼光學(xué)區(qū)塊的形成過(guò)程的圖示。
圖5A-5E是說(shuō)明雙向光學(xué)收發(fā)器的單一或整合的光學(xué)區(qū)塊的形成 過(guò)程的圖示。
圖6A-6F是說(shuō)明雙向光學(xué)收發(fā)器的 一個(gè)示例組件的圖示。 圖7A-7D是在光學(xué)區(qū)塊中使用的濾光器的實(shí)施例的圖解。 圖中相似的標(biāo)號(hào)和標(biāo)識(shí)表示提供相似的功能的相似元件。
具體實(shí)施例方式
在下面本發(fā)明的詳細(xì)描述中，列出了許多具體細(xì)節(jié)來(lái)幫助完全理 解本發(fā)明。然而，本發(fā)明也可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)施。
在其它情況下，廣為人知的方法，程序，組件和電路沒(méi)有被詳細(xì)描述， 避免使本發(fā)明不必要地難以理解。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中用光學(xué)子組件(OSA)的光學(xué)區(qū)塊的塑 料模技術(shù)提供一個(gè)低成本的雙向光學(xué)收發(fā)器。雙向光學(xué)收發(fā)器更容易 以低成本生產(chǎn)并更加可靠。
現(xiàn)參考圖1A，其說(shuō)明了一個(gè)典型光學(xué)數(shù)據(jù)鏈。 一個(gè)光學(xué)數(shù)據(jù)鏈包
括一個(gè)光學(xué)收發(fā)器100A， 一個(gè)光學(xué)收發(fā)器100B，和一個(gè)單一光纜102。 光學(xué)收發(fā)器i00A和100B均為與單一光纖102通過(guò)接口連接的雙向光學(xué) 收發(fā)器。光纖102包括一個(gè)第一個(gè)插頭104A和一個(gè)第二插頭104B。光學(xué) 收發(fā)器100A的典型功能塊元件包括一個(gè)凸頭或光纖插座110， 一個(gè)光學(xué) 區(qū)塊112，光電器件114，發(fā)射和接收電子設(shè)備116，和插腳、端子、觸 片或連接件118。凸頭或光纖插座110接收光纖接頭104A。光學(xué)收發(fā)器 100A與主機(jī)系統(tǒng)106接合。為了達(dá)到此目的，主機(jī)系統(tǒng)106可包括插孔、 端子、觸片或連接件120來(lái)與光學(xué)的收發(fā)器100A的插腳、接線(xiàn)端、觸片 或連接件118分別接合。光學(xué)區(qū)塊112用于在光電器件114和光纖102之 間耦合光。光纖插座110固定與光學(xué)區(qū)塊對(duì)準(zhǔn)的插頭104A。光電器件114
在電信號(hào)(比如，電壓或電流)和光信號(hào)(比如，光或光子)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 發(fā)射和接收電子設(shè)備116恰當(dāng)?shù)目刂乒怆娖骷?14來(lái)產(chǎn)生光信號(hào)或接收 光信號(hào)以及通過(guò)插腳、端子、觸片或連接件118收發(fā)電信號(hào)。光學(xué)收發(fā) 器的插腳、端子、觸片或連接件118用于接合到主機(jī)系統(tǒng)106上。
現(xiàn)參考圖1B，其表示了光纖到戶(hù)(FTTH)系統(tǒng)。光纖102在房屋130 中與光學(xué)收發(fā)器100A接合。光纖102另一端的光學(xué)收發(fā)器100B是光纖服 務(wù)提供商(OSP)的光纖網(wǎng)絡(luò)的一部分。
現(xiàn)參考圖1C，其表示了光纖到路邊(FTTC)系統(tǒng)。該光纖102在路 邊131與光學(xué)收發(fā)器100A相接合。從位于路邊131的光學(xué)收發(fā)器100A到 房屋130中形成了一個(gè)電連接132。
為了接入網(wǎng)絡(luò)布設(shè)，比如光纖到戶(hù)(FTTH)系統(tǒng)或光纖到路邊 (FTTC)系統(tǒng)，需要具有一個(gè)與單模光纖耦合的單模光學(xué)收發(fā)器來(lái)降低 光纖布設(shè)成本。此種布設(shè)方式的距離可以達(dá)到20km。上傳(發(fā)射)和 下載(接收)是通過(guò)使用單模光纖102來(lái)完成的。在一個(gè)實(shí)施例中，在 單一模式光纖上用于兩個(gè)信道的兩個(gè)波長(zhǎng)是1310納米(nm)和1550nm。 ONU(光纖網(wǎng)絡(luò)單元，即，光收發(fā)器100A)的光源或發(fā)射器在客戶(hù)房屋
處(即住戶(hù)130處)為1310nm的波長(zhǎng)。在光學(xué)的網(wǎng)絡(luò)服器上的OLT(光 線(xiàn)路終端，即，收發(fā)器100B)的光源或發(fā)射機(jī)的波長(zhǎng)為1550nm。兩個(gè)波 長(zhǎng)允許在光學(xué)收發(fā)器100A和100B的兩個(gè)信道中解耦或多路分解。即在 收發(fā)器100A或100B中的光接收器可以是相同的，因?yàn)樗鼈兛梢越邮沾?范圍的頻率，光源或發(fā)射器將在不同中心波長(zhǎng)下工作以允許數(shù)據(jù)在單 一光纖上的兩個(gè)光通信信道中多路復(fù)用，或多路分解。在另一個(gè)實(shí)施 例中，單一光纖為多模光纖并不是單模光纖。
通常在包括本發(fā)明在內(nèi)的在每個(gè)端點(diǎn)具有一對(duì)光學(xué)收發(fā)器的光通 信系統(tǒng)中，在單一光纖的第一端上的第一光源能產(chǎn)生波長(zhǎng)范圍為 1200nm到1400nm的光或光子，在單一光纖的第二端上的第二光源能產(chǎn) 生波長(zhǎng)范圍為1450nm到1650nm的光或光子。在第一端上的第一光接收 器能接收來(lái)自第二光源的波長(zhǎng)范圍為1450nm到1650nm的光或光子。在 第二端點(diǎn)上的第二光接收器能接收來(lái)自第一光源的波長(zhǎng)范圍為1200nm
到1400nm的光或光子。光學(xué)收發(fā)器的每一端包括一個(gè)光學(xué)子組件，其 包括了具有濾光器的光學(xué)區(qū)塊。
光學(xué)區(qū)塊有一個(gè)固定濾光器的槽，濾光器與光學(xué)區(qū)塊的光軸對(duì)準(zhǔn)。 在光學(xué)通信系統(tǒng)的一端，濾光器對(duì)第一光源產(chǎn)生的光或光子透明但反 射第二光源產(chǎn)生的光或光子。在光學(xué)通信系統(tǒng)的相反一端，濾光器對(duì) 第二光源產(chǎn)生的光或光子透明和但反射第一光源產(chǎn)生的光或光子。
圖2A表示了一個(gè)光學(xué)子組件(OSA)，其包括一個(gè)光學(xué)區(qū)塊200 和一個(gè)光源或發(fā)射器(TX) 202， 一個(gè)光接收器或光電探測(cè)器(RX) 204， 一個(gè)濾光器206， 一個(gè)光學(xué)端口207，包括一個(gè)套管(ferrule) 208， 三個(gè)光區(qū)塊開(kāi)口 209A-209C ，以及如圖所示接合在 一 起的透鏡 210A-210C。該光學(xué)區(qū)塊200包括一個(gè)槽來(lái)固定濾光器206。在一個(gè)優(yōu)選 實(shí)施例中，光學(xué)區(qū)塊200由固體材料比如塑料制成?？蛇x擇地，光學(xué)區(qū) 塊200可以由任何固體材料，比如玻璃、金屬、陶瓷、或任何其它固體 制成。形成光學(xué)區(qū)塊的固體材料具有開(kāi)口、孔、槽、或者空穴，以及
一個(gè)槽，它們或者是沒(méi)有材料填充，或者是對(duì)沿著光軸上的光路中的 光透明。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)區(qū)塊是通過(guò)將材料模鑄而成形的，比 如將塑料模鑄為模鑄塑料。在另一實(shí)施例中，光學(xué)區(qū)塊是通過(guò)蝕刻或 鉆孔、和/或切割材料來(lái)成形的。在一個(gè)實(shí)施例中，在光學(xué)區(qū)塊200的裝
配過(guò)程中，有一個(gè)開(kāi)口允許濾光器206插入到槽中。即，光學(xué)區(qū)塊200 可以被認(rèn)為包括了濾光器206。
光學(xué)區(qū)塊中的槽按照光發(fā)射器202光軸的方向、光接收器204的方 向、以及與光學(xué)端口207和套管208相配合的單一光纖的方向來(lái)確定濾 光器206的方向。在一個(gè)實(shí)施例中，濾光器206和光學(xué)區(qū)塊中的端口或 開(kāi)口被導(dǎo)向，使入射光纖與光纖的光軸所成角為45度。隨著對(duì)濾光器 和光區(qū)塊中的端口或開(kāi)口的再定位，獲得入射光與光纖的光軸所形成 的其它入射角。
在一個(gè)實(shí)施例中，濾光器206對(duì)光源202產(chǎn)生的具有一個(gè)中心波長(zhǎng) 如1310nm的出射光或發(fā)射光束(箭頭211所示)透明或可透射。發(fā)射光 束211代表了光發(fā)射信號(hào)。同時(shí)，濾光器206反射具有不同中心波長(zhǎng)， 比如1550nm的入射光束或接收光束(箭頭212所指示)。接收光束212 代表了光學(xué)接收信號(hào)。光接收器204所接收的接收光束的中心波長(zhǎng)在通 信信道的相反端由不同的發(fā)射器所產(chǎn)生。
發(fā)射光束211和接收光束212具有與雙向通信中使用的單一光纖 208相同的光軸201A。然而，光源202和光接收器204與在光區(qū)塊200內(nèi) 的不同光軸對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，光源202和光接收器204具有互相 基本垂直的光軸。光源202與光軸201A對(duì)準(zhǔn)，而發(fā)射光束211在光軸201A 上傳播。光接收器204與光軸201B對(duì)準(zhǔn)，在其中接收光束212被濾光器 206，比如被其反射面，重新導(dǎo)向。
現(xiàn)參考圖2B，光源202和光接收器204可作為選擇地被交換，并按 圖示使用一個(gè)不同的濾光器206'。在此種情況下，發(fā)射光束211被濾
光器206從光軸201B上再導(dǎo)向并被濾光器206'再導(dǎo)向到光軸201A中， 而接收光束212仍然通過(guò)濾光器206'與光軸201A對(duì)準(zhǔn)。透鏡210A和 210B的光軸與光軸201A對(duì)準(zhǔn)。套管208的光軸與光軸201A對(duì)準(zhǔn)。透鏡 210C的光軸與光軸201B對(duì)準(zhǔn)。
一個(gè)包括了具有反射和透射樣本波長(zhǎng)的濾光器的光學(xué)收發(fā)器可以 用在例如光纖網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)的客戶(hù)房屋處。在一個(gè)可選擇的實(shí)施 例中，濾光器206或206'被設(shè)計(jì)為對(duì)1550nm波長(zhǎng)的光透明并反射 1310nm波長(zhǎng)的光，以便在OLT中與產(chǎn)生1550nm波長(zhǎng)光的光源一起使用。
濾光器206和206'可以由玻璃以外的材料形成，并具有標(biāo)準(zhǔn)電介 質(zhì)涂覆材料來(lái)允許一個(gè)波長(zhǎng)的光透射而將另一波長(zhǎng)的光反射。也就是 說(shuō)，濾光器206可以是鍍膜玻璃，使其對(duì)于一個(gè)中心波長(zhǎng)(例如1310nm) 附近的光具有高透射性并對(duì)于一個(gè)不同的中心波長(zhǎng)(例如1550nm)附 近的光具有高反射性?？蛇x擇地，也可以使用在剛性襯底上的具有合
適透射和反射特性的任何其它薄膜。需要注意的是，濾光器不可以是 不透明或透明的并且可以透射多于一個(gè)中心頻率或波長(zhǎng)的光，無(wú)論該 光在或不在可見(jiàn)光譜內(nèi)。
暫時(shí)參考圖7A-7D,其表示了濾光器206或206，的例子。圖7A表 示了濾光器的206或206'的一個(gè)主視圖。圖7B表示濾光器206或206' 的俯視圖。濾光器206或206'可以為如圖所示的方形或矩形來(lái)分別插 入到方形或矩形的槽中?？蛇x擇地，濾光器可以為卵形或圓形來(lái)分別 插入到卵形或圓形的槽中。
圖7C為濾光器206或206'實(shí)施例的放大圖。該濾光器206或206' 包括一個(gè)襯底材料700，比如玻璃、石英、或塑料，以及在襯底材料700 的任何一側(cè)或兩側(cè)的第一材料層702和/或第二材料層704。也就是說(shuō)， 圖7C中表示的濾光器206或206'可以包括襯底700和材料層702、襯底700和材料層704、或襯底700和材料層702以及704。材料層702和/或704 中的每一個(gè)的厚度都可以與需要反射和/或透射的光的波長(zhǎng)成正比。材 料層702和/或704可以為標(biāo)準(zhǔn)電介質(zhì)涂覆材料，以允許一個(gè)波長(zhǎng)的光透 射而將另一波長(zhǎng)的光反射。
材料層702和/或材料層704將具有第一波長(zhǎng)(入R)的入射光束712a 反射到被反射的出射光束712b中。材料層702和/或材料層704將允許具 有第二波長(zhǎng)(入p)的入射光束711a象出射光束711b—樣透過(guò)濾光器206 或206，。
圖7D表示了濾光器206或206'的另一實(shí)施例的放大圖。濾光器206 或206'包括襯底材料700，比如玻璃或塑料，以及在襯底材料700的任 一側(cè)或兩側(cè)的第一多對(duì)交替材料層702a-702n和/或第二多對(duì)交替材料 層704a-704n。也就是，圖7D中所表示的濾光器206或206'可包括在襯 底上每一對(duì)應(yīng)側(cè)上的襯底700和第一多對(duì)交替材料層702a-702n、襯底 700和多對(duì)交替材料層704a-704n 、或襯底700和多對(duì)交替材料層 702a-702n以及704a-704n。多對(duì)交替材料層702a-702n禾口/或704a-704n中 的每一對(duì)都可以具有與要反射或透射的光的波長(zhǎng)成正比的厚度。交替 的多對(duì)材料層702a-702n和/或704a-704n可以為標(biāo)準(zhǔn)電介質(zhì)涂覆材料，其 允許一個(gè)波長(zhǎng)的光透射并反射另外一個(gè)波長(zhǎng)的光。
多對(duì)交替材料層702a-702n和/或多對(duì)交替材料層704a-704n將具有 第一波長(zhǎng)(XR)的入射光束722a反射到被反射的出射光束722b中。多對(duì) 交替材料層702a-702n和/或多對(duì)交替材料層704a-704n允許具有第二波 長(zhǎng)aP)的入射光束721a象出射光束721b—樣透射濾光器206或206，。
濾光器的樣例在第5，241，417; 5,341,238; 5,399,298; 6,115,180; 和6，278，549號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中介紹。提供濾光器的其它樣例手段在第 4,229,066; 5,056,099; 5,272,332; 5,410,431;和5,475，531號(hào)美國(guó)專(zhuān)利
中介紹?；剡^(guò)來(lái)參考圖2A-2B，光源(TX) 202和光接收器(RX) 204為在 光信號(hào)和電信號(hào)之間轉(zhuǎn)換的光電器件。也就是，光源(TX) 202將電信 號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)而光接收器(RX)204將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光源202 也可以稱(chēng)為光學(xué)發(fā)射器、光發(fā)射器、或光電發(fā)射器，比如激光器。光 接收器204也可以稱(chēng)為光學(xué)接收器、光接收器、或光電接收器，比如光 電二極管。
光源(TX) 202為一個(gè)封裝的透射光源，比如半導(dǎo)體激光器。光 源(TX) 202耦合進(jìn)入或毗鄰光區(qū)塊開(kāi)口或端口209A。光源(TX) 202 可使用各種保護(hù)封裝和組件，包括TO-can、引線(xiàn)框(leadframe)封裝、 或其它封裝類(lèi)型。在一個(gè)實(shí)施例中，光源(TX) 202為一個(gè)1310nm或 1550nm的法布里(Fabry Perot)器件或封裝在TO-can或其它類(lèi)型的封 裝件，例如，封裝在引線(xiàn)框封裝中的分布反饋(DFB)激光器。也可使 用垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)、邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器、或發(fā) 光二級(jí)管(LED)作為具有相似封裝類(lèi)型的光源202。
光源(TX) 202可產(chǎn)生某個(gè)中心波長(zhǎng)附近的一個(gè)波長(zhǎng)的光子或光， 比如1310nm或1550nm，與廣播電臺(tái)或電視臺(tái)的載波頻率相似。
光接收器(RX) 204為一個(gè)封裝的光接收器，比如半導(dǎo)體光電二 級(jí)管或光檢測(cè)器。光接收器(RX) 204接合進(jìn)或毗鄰光學(xué)區(qū)塊開(kāi)口或端 口209C中。光接收器(RX) 204可以為封裝的PIN光電二級(jí)管或APD光 電二級(jí)管，其由例如INGaAsP的材料制成，或由任何其它響應(yīng)于被利用 的波長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料制成。光接收器(RX) 204可以使用各種保護(hù)封裝 和組件，包括TO-can、引線(xiàn)框封裝或其它封裝類(lèi)型。
在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡210A-210C被模鑄到光學(xué)區(qū)塊200中。透鏡 210A-210C可以是具有相似曲率的球面或非球面透鏡。在可選實(shí)施例 中，非連續(xù)透鏡可以成型并分開(kāi)封裝和插入光學(xué)區(qū)塊的端口或開(kāi)口
209A-209C中，或可選擇地與光源202或光接收器204的封裝件整合，該 光源202或光接收器204隨后將插入在光學(xué)區(qū)塊200的端口或開(kāi)口209A 和209C中或接合在與其相鄰的位置。
光學(xué)區(qū)塊200的端口或開(kāi)口209A-209C的每一個(gè)都可包括一個(gè)在其 中模制的金屬套。每一個(gè)金屬套都可用來(lái)分別與光源、光接收器、或 光學(xué)端口207相接合。
在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)端口207的纖維套管或光學(xué)套管208為單模 光學(xué)套管來(lái)，用作與單模光纖連接的接口。在一個(gè)可選擇實(shí)施例中， 光學(xué)套管可以為多模光學(xué)套管，以與多模光纖接合。在一個(gè)實(shí)施例中， 光學(xué)套管附著或接合在光學(xué)區(qū)塊200的一端，并以單模耦合精度與光源 (TX) 202和光接收器(RX) 204對(duì)準(zhǔn)。該光學(xué)套管可以被環(huán)氧樹(shù)脂粘 連到光學(xué)端口207和/或開(kāi)口209B?？蛇x擇地，該光學(xué)套管可以焊接到 光學(xué)端口207和域開(kāi)口209B中。套管的相反一端與光纖102的光纖接頭 相連接，例如MU、 SC或LC標(biāo)準(zhǔn)光纖接頭。在雙向通信中應(yīng)用的單一 光纖102，其端部的光纖接頭為一個(gè)與雙向光學(xué)收發(fā)器相連的單工光纖 接頭。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光源(TX) 202、光接收器(RX) 204、和 套管208通過(guò)透鏡210A-210C互相對(duì)準(zhǔn)，并用環(huán)氧樹(shù)脂或其它粘膠永久 粘連或接合到模制的光學(xué)區(qū)塊200。按照此種方式用環(huán)氧樹(shù)脂或其它粘 膠來(lái)接合光學(xué)元件，在光學(xué)區(qū)塊200的組裝過(guò)程中提供了低生產(chǎn)成本。
在光學(xué)區(qū)塊200的組件的可選實(shí)施例中，可結(jié)合在模制過(guò)程中模制 到三個(gè)光學(xué)區(qū)塊開(kāi)口209A-209C中的金屬套筒。光源(TX) 202、光接 收器(RX) 204、和套管208可以在不用環(huán)氧樹(shù)脂膠的情況下焊接到金 屬套筒上。用此種方法進(jìn)行組裝成本更高，但可以由使用模制塑料制 造OSA所補(bǔ)償，而制造OSA的成本占了成本的很大部分。
在此公開(kāi)兩種光學(xué)子組件的組裝、成形和構(gòu)建的實(shí)施例，光學(xué)子 組件包括用于支持在單一光纖上進(jìn)行雙向通信的光學(xué)區(qū)塊。
圖3A為一個(gè)光學(xué)區(qū)塊300A的蛤殼狀設(shè)計(jì)的框圖。光學(xué)區(qū)塊300A 包括第一半部件302A和第二半部件302B。第一半部件302A和第二半部 件302B沿著光學(xué)區(qū)塊300A的對(duì)角面接合。此種情況下，固定濾光器的 槽也為蛤殼狀設(shè)計(jì)。該濾光器206或206'位于光學(xué)區(qū)塊中第一半部件 上的凹槽中，并被光學(xué)區(qū)塊的第二半部件包裹住。蛤殼狀光學(xué)區(qū)塊300A 的第一半部件302A和第二半部件302B可利用環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)化學(xué)粘膠和 幾何干涉規(guī)律連接在一起。
圖3B為一種光學(xué)區(qū)塊300B的單式、整合式、單一式、或稱(chēng)整件式 設(shè)計(jì)的框圖。該光學(xué)區(qū)塊300B并不是分瓣成型，而是在其中具有空腔 其它開(kāi)口來(lái)使組件能夠安置在其中，與光學(xué)區(qū)塊裝配成完整的光學(xué)子 組件。在此種情況下，槽在整塊光學(xué)區(qū)塊300B中成型。此時(shí)，濾光器 掉落到光學(xué)區(qū)塊300B的槽中，并可使用環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)化學(xué)粘膠和幾何 干涉規(guī)律牢固定位。
包括光學(xué)區(qū)塊300A的光學(xué)子組件的裝配情況在圖4A-4G中示出， 其中兩半部件包裹了濾光器206。
在圖4A中，光學(xué)端口組件400被成型。光學(xué)端口組件400包括在第 一端具有開(kāi)口或端口402、在第二端具有透鏡開(kāi)口404的空心圓柱體 401。該開(kāi)口402和透鏡開(kāi)口404中沒(méi)有材料或?qū)廨S的光路上的光透 明。開(kāi)口402可容納一個(gè)套管。開(kāi)口404中容納一個(gè)被壓入其中的球形 透鏡410。球形透鏡410提供了與上述透鏡210B相似的功能。球形透鏡 410為呈球形的透鏡，并對(duì)所需波長(zhǎng)的光透明，以便使其恰當(dāng)?shù)膮R聚。
在圖4B中，光學(xué)端口組件400通過(guò)將其壓入開(kāi)口422中來(lái)組裝到凹 光學(xué)區(qū)塊半部件420上。該凹光學(xué)區(qū)塊半部件420包括一個(gè)凸邊424來(lái)與
凸頭或光纖插座對(duì)準(zhǔn)并配合。該凹光學(xué)區(qū)塊半部件420還包括開(kāi)口426 以接納光源或光接收器。此外，該凹光學(xué)區(qū)塊半部件420包括在開(kāi)口426 中的透鏡開(kāi)口427。該開(kāi)口426和透鏡開(kāi)口427中沒(méi)有材料或?qū)ρ刂廨S 的光路的光透明。該凹光學(xué)區(qū)塊半部件420在一側(cè)有一個(gè)對(duì)角面428來(lái) 與凸光學(xué)區(qū)塊半部件中的對(duì)角面相配合。
在圖4C中， 一個(gè)第二球形透鏡410插入到凹光學(xué)區(qū)塊半部件420的 透鏡開(kāi)口427中。該透鏡開(kāi)口427中沒(méi)有材料或?qū)ρ刂廨S的光路上的 光透明。球形透鏡410提供了與上述透鏡210C相似的功能并對(duì)所需波長(zhǎng) 的光透明。
在圖4D中為凹光學(xué)區(qū)塊半部件420的仰視圖， 一個(gè)濾光器206插入 到凹光學(xué)區(qū)塊半部件420中的槽430中。該槽430中沒(méi)有材料或?qū)ρ刂?軸的光路的光透明。如前所述，濾光器206至少允許第一波長(zhǎng)的光透射 或?qū)ζ渫该?，同時(shí)對(duì)于與第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)的光是反射性的。 在這種方式下，第一波長(zhǎng)的光能夠通過(guò)濾光器206而第二波長(zhǎng)的光卻被 濾光器反射。
在圖4E中，表示了插入凸光學(xué)區(qū)塊半部件440的俯視圖。該凸光學(xué) 區(qū)塊半部件440有一個(gè)對(duì)角面442來(lái)與凹光學(xué)區(qū)塊半部件的對(duì)角面428 配合。凸光學(xué)區(qū)塊半部件440包括開(kāi)口444來(lái)接納光源或光接收器。一 個(gè)透鏡開(kāi)口445在凸光學(xué)區(qū)塊半部件440的開(kāi)口444中成型。開(kāi)口444和 透鏡開(kāi)口445中沒(méi)有材料或?qū)ρ刂廨S的光路的光透明。 一個(gè)第三球形 透鏡410插入到凸光學(xué)區(qū)塊半部件440中的透鏡開(kāi)口445中。該第三球形 透鏡410提供了與上述透鏡210A相似的功能并對(duì)所需波長(zhǎng)的光透明。
在圖4F中，凸光學(xué)區(qū)塊半部件440和凹光學(xué)區(qū)塊半部件420連接或 接合在一起。凸光學(xué)區(qū)塊半部件440和凹光學(xué)區(qū)塊半部件420的形狀使 得它們扣合在一起以形成光學(xué)區(qū)塊300A。否則，對(duì)角面442和428上的 環(huán)氧樹(shù)脂或粘膠可以用來(lái)將凸光學(xué)區(qū)塊半部件440和凹光學(xué)區(qū)塊半部
件420固定在一起成為光學(xué)區(qū)塊300A。
在圖4G中，光源202和光接收器204接合到光學(xué)區(qū)塊300A的開(kāi)口中 并在其中對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，光源202和光接收器204分別接合進(jìn) 開(kāi)口426和444中。在另一實(shí)施例中，光源202和光接收器204分別接合 到開(kāi)口444和426中。光源202和光接收器204可以用環(huán)氧樹(shù)脂或粘膠接 合進(jìn)光學(xué)區(qū)塊300A的開(kāi)口中，對(duì)準(zhǔn)并固化在固定位置中?？蛇x擇地， 光源202和光接收器204可以對(duì)準(zhǔn)并焊接在光學(xué)區(qū)塊300A的開(kāi)口或端口 中。
包括光學(xué)區(qū)塊300B的光學(xué)子組件的第二實(shí)施例的組件在圖5A-5E 中示出，其中整塊光學(xué)區(qū)塊的設(shè)計(jì)包括用來(lái)插入濾光器206的槽。
在圖5A中為第一透視圖，該光學(xué)區(qū)塊300B包括開(kāi)口502A-502C。 開(kāi)口502A-502C中沒(méi)有材料或?qū)ρ刂廨S的光路的光透明。透鏡504A 和504C被壓入到各自的端口開(kāi)口 502A和502C的透鏡開(kāi)口中。光學(xué)區(qū)塊 300B的透鏡開(kāi)口或者沒(méi)有材料或者對(duì)沿著光軸的光路上的光透明。透 鏡504A-504C對(duì)所需波長(zhǎng)的光透明來(lái)使其沿著光軸正確匯聚。該光學(xué)區(qū) 塊300B還包括沒(méi)有材料的開(kāi)口510和槽512，用于接收濾光器206。
在圖5B中，透鏡504B被插入到光學(xué)端口組件400的端口404中。透 鏡504B可以為一個(gè)球形透鏡410或與透鏡504A和504C相似的另一透 鏡。光學(xué)端口組件400在上面已經(jīng)詳細(xì)描述。
在圖5C中為光學(xué)區(qū)塊300B的一個(gè)俯視圖，光學(xué)端口組件400接合 進(jìn)光學(xué)區(qū)塊300B的開(kāi)口502B中。濾光器206被插入到光學(xué)區(qū)塊300B的 開(kāi)口510中，以停留在槽512中。槽512沒(méi)有額外的材料或光學(xué)透明，因 此光可以沿著光軸的光路傳播。環(huán)氧樹(shù)脂和粘膠可以用來(lái)將濾光器206 粘在槽512中。
在圖5D中為從第一透視圖旋轉(zhuǎn)生成的第二透視圖， 一個(gè)止動(dòng)部件 520滑動(dòng)到開(kāi)口510中以停留在濾光器206的頂部，并將其固定在槽512 中。 一個(gè)粘膠或環(huán)氧樹(shù)脂可以用來(lái)使止動(dòng)部件520固定到位并關(guān)閉開(kāi)口 510。否則，止動(dòng)部件520可能會(huì)摩擦配合到開(kāi)口510中。
在圖5E中，光源202和光接收器204接合進(jìn)光學(xué)區(qū)塊300B的開(kāi)口 中，并在其中對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，光源202和光接收器204分別接 合進(jìn)開(kāi)口502A和502C中。在另一實(shí)施例中，光源202和光接收器204分 別接合進(jìn)開(kāi)口502C和502A中。光源202和光接收器204可以用環(huán)氧樹(shù)脂 或粘膠接合進(jìn)光學(xué)區(qū)塊300B的開(kāi)口中，對(duì)準(zhǔn)并允許固化在一個(gè)固定位 置上?？蛇x擇地，光源202和光接收器204可以對(duì)準(zhǔn)并焊接在光學(xué)區(qū)塊 300B的開(kāi)口或端口中。
光學(xué)子組件(即，包括濾光器和光電元件的光學(xué)區(qū)塊)被裝配為 更高等的組件，該更高等的組件可被稱(chēng)做光纖模塊、光學(xué)數(shù)據(jù)鏈、光 學(xué)收發(fā)器、雙向收發(fā)器、或雙向光纖收發(fā)器模塊。
圖6A-6F表示了雙向光學(xué)收發(fā)器600的組件示例，包括一個(gè)光學(xué)區(qū) 塊200的一個(gè)實(shí)施例，例如光學(xué)區(qū)塊300A或光學(xué)區(qū)塊300B，以便在單一 光纖上提供雙向光學(xué)通信。雙向光學(xué)收發(fā)器的組件可以被認(rèn)為包括了 機(jī)械子組件，電學(xué)子組件，和光學(xué)子組件。光學(xué)子組件可以與單一光 纖的光纖插座通過(guò)接口連接。
該光學(xué)子組件可以被認(rèn)為具有三個(gè)光學(xué)端口。第一端口可以具有 與其連接或接合的套管，以便與單一光纖通過(guò)接口連接。第二端口可 具有與其接合的光源。第三端口可具有與其接合的光接收器。在一個(gè) 可選實(shí)施例中，第二端口可具有與其接合的光接收器，而第三端口可 具有與其接合的光源。在每個(gè)端口中為一透鏡。在第一端口和第二端
口中的第一透鏡和第二透鏡各自與同一光軸對(duì)準(zhǔn)。第三端口中的第三 透鏡的光軸基本與第一透鏡和第二透鏡的光軸垂直。在圖6A中， 一個(gè)套管208與光學(xué)區(qū)塊或OSA 200、 300A或300B的 光學(xué)端口組件400相接合。光學(xué)區(qū)塊200、 300A或300B包括濾光器206 以反射一個(gè)中心波長(zhǎng)的光并允許一個(gè)不同中心波長(zhǎng)的光透射。
在圖6B中， 一個(gè)凸頭組件或光纖插座110與光學(xué)子組件(OSA)或 光學(xué)區(qū)塊200、 300A或300B在凸邊424或其側(cè)邊處接合。該凸頭組件IIO 用來(lái)接收光纖接頭，例如LC、 SC或MU標(biāo)準(zhǔn)光纖接頭。
在圖6C中，光源或光學(xué)發(fā)射器202以及光接收器或光學(xué)接收器204 分別接合到光學(xué)區(qū)塊中的發(fā)射端口開(kāi)口和接收端口開(kāi)口中，并與套管 208和凸頭組件110對(duì)準(zhǔn)。
在圖6D中，通過(guò)利用連接到插腳606的透孔連接進(jìn)行焊接，或通過(guò) 利用插腳606和PCB 600上的線(xiàn)路之間的跨線(xiàn)裝配連接(straddle mount connection)進(jìn)行焊接， 一個(gè)具有發(fā)射器電子設(shè)備602和接收器電子設(shè)備 604或其結(jié)合(形成電學(xué)子組件(ESA))的印刷電路板(PCB) 600 接合到光源或光學(xué)發(fā)射器202和光接收器或光學(xué)接收器204上。發(fā)射器 電子設(shè)備602和接收器電子設(shè)備604包括例如激光驅(qū)動(dòng)IC、接收器放大 IC、電阻、電容器等電子元件。
為了用主機(jī)系統(tǒng)收發(fā)電信號(hào)，印刷電路板608可包括邊緣連接件、 輸入/輸出電接口插腳608、或與其接合的電插頭。該輸入/輸出插腳608 可以焊接或接合到印刷電路板600上，以形成固定的或不可插型光學(xué)收 發(fā)器。可選擇地，在印刷電路板600的邊緣或凸舌處，印刷電路板600 可包括觸片610，從而形成邊緣連接件或可插連接件，以分別允許插入 到主機(jī)印刷電路板的邊緣連接件或第二個(gè)可插連接件中。
此外，信號(hào)、電源和接地觸片、觸頭、或電子線(xiàn)路，相互之間以 及與印刷電路板之間可以具有不同的偏移量或錯(cuò)開(kāi)量(staggering)，
以提供光學(xué)收發(fā)器的熱可插性。從而當(dāng)插入到啟動(dòng)了的或熱主機(jī)系統(tǒng) 時(shí)，首先建立接地連接，其次為電源連接，最后為信號(hào)連接。可選擇 地， 一個(gè)熱可插電插頭可以連到電學(xué)子組件的印刷電路板600，其具有 與電源和接地插腳相偏移或錯(cuò)開(kāi)的信號(hào)插腳。
在圖6E中，雙向光學(xué)收發(fā)器100的蓋或外殼620在光學(xué)區(qū)塊200、 300A、或300B和電路板600的周?chē)雍弦员Ｗo(hù)其中的部件。蓋或外殼620 可以包括一個(gè)或多個(gè)接頭片來(lái)連到印刷電路板600和/或雙向光學(xué)收發(fā) 器的其它部件上。蓋或外殼620可以由塑料、金屬或噴涂了金屬的塑料 制成。接地后，金屬或噴涂了金屬的蓋可以提供ESD保護(hù)和EMI遮蔽。
在圖6F中為一個(gè)仰視圖， 一個(gè)底座或底蓋630可以連到雙向光學(xué)收 發(fā)器100的子組件上，來(lái)進(jìn)一步封閉光學(xué)區(qū)塊200、 300A、或300B以及 印刷電路板600來(lái)保護(hù)其中的部件。底座或底蓋630可以由塑料、金屬 或噴涂了金屬的塑料制成。
在附圖中描述并表示了某實(shí)施例的示例，需要清楚的是，這些實(shí) 施例僅供說(shuō)明使用，并不限制發(fā)明的范圍，且本發(fā)明并不被限制在所 顯示和描述的具體構(gòu)造和配置中，因此在技術(shù)領(lǐng)域中可以進(jìn)行各種其 它的改進(jìn)。此外，本發(fā)明可以根據(jù)下面的權(quán)利要求書(shū)進(jìn)行理解。
權(quán)利要求
1.一種用于在單一光纖上進(jìn)行光發(fā)射和光接收的雙向光學(xué)收發(fā)器，該雙向光學(xué)收發(fā)器包括一個(gè)光學(xué)區(qū)塊，具有用于與單一光纖對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)光纖端口，用于接納一光發(fā)射器的一個(gè)發(fā)射器端口，用于接納一光接收器的一個(gè)接收器端口，在光纖端口中的一個(gè)第一透鏡，在發(fā)射器端口中的一個(gè)第二透鏡，以及在接收器端口中的一個(gè)第三透鏡；接合到光學(xué)區(qū)塊的發(fā)射器端口中的光發(fā)射器，用于發(fā)射具有第一波長(zhǎng)的第一光束；接合到光學(xué)區(qū)塊的接收器端口中的光接收器，用于接收具有第二波長(zhǎng)的所述第二光束；其中該光學(xué)區(qū)塊包括一個(gè)第一光學(xué)區(qū)塊半部件，包括所述光纖端口、第一對(duì)角平面、以及所述發(fā)射器端口和所述接收器端口兩者之一；第二光學(xué)區(qū)塊半部件，具有與第一光學(xué)區(qū)塊半部件的第一對(duì)角平面相接合的第二對(duì)角平面，以及所述發(fā)射器端口和所述接收器端口兩者中的另外一個(gè)，從而第一和第二光學(xué)區(qū)塊半部件在它們之間沿著第一和第二對(duì)角平面形成一個(gè)槽；接合到所述槽中的濾光器，該濾光器對(duì)于第一和第二波長(zhǎng)中的一個(gè)是透射性的，且對(duì)于光的第一和第二波長(zhǎng)中的另一個(gè)是反射性的。
2. 如權(quán)利要求l所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，其中，第一光學(xué)區(qū)塊半 部件和第二光學(xué)區(qū)塊半部件扣合在一起。
3. 如權(quán)利要求l所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，其中，第一光學(xué)區(qū)塊半 部件和第二光學(xué)區(qū)塊半部件粘合在一起。
4. 如權(quán)利要求l所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，其中第一光束由光發(fā)射器產(chǎn)生， 第二光束由光接收器接收，并且 所述濾光器定向在光學(xué)區(qū)塊中的光軸上:透鏡之間以一角度反射第二波長(zhǎng)的第二光束，鏡之間透射第一波長(zhǎng)的第一光束。以便在第一透鏡和第三 并在第一透鏡和第二透
5.如權(quán)利要求l所述的雙向光學(xué)收發(fā)器， 第一光束由光發(fā)射器產(chǎn)生， 第二光束由光接收器接收，并且 所述濾光器定向在光學(xué)區(qū)塊中的光軸上，透鏡之間以一角度反射第二波長(zhǎng)的第二光束，鏡之間透射第一波長(zhǎng)的第一光束。其中以便在第一透鏡和第二 并在第一透鏡和第三透
6.如權(quán)利要求l所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，還包括 一個(gè)與光發(fā)射器和光接收器相接合的印刷電路板，該印刷電路板與主機(jī)系統(tǒng)相接合并在主機(jī)系統(tǒng)與光發(fā)射器和光接收器之間收發(fā)電信號(hào)；禾口一個(gè)光纖插座，用于接收并固定與光學(xué)區(qū)塊的光纖端口對(duì)準(zhǔn)的單 一光纖。
7.如權(quán)利要求6所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，還包括 一個(gè)接合在印 刷電路板周?chē)纳w子。
8.如權(quán)利要求7所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，還包括 一個(gè)接合在光 學(xué)區(qū)塊和光纖插座之間的凸邊。
9.如權(quán)利要求l所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，其中第一光束具有一第一波長(zhǎng)， 第二光束具有一第二波長(zhǎng)，且第一光束的第一波長(zhǎng)不同于第二光束的第二波長(zhǎng)。
10. 如權(quán)利要求6所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，其中，印刷電路板包括 插腳，以接合到主機(jī)系統(tǒng)的主機(jī)印刷電路板上。
11. 如權(quán)利要求6所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，其中，印刷電路板包括 一個(gè)連接器，以接合到主機(jī)系統(tǒng)的連接器。
12. 如權(quán)利要求6所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，其中，印刷電路板包括 一個(gè)邊緣連接器，以接合到主機(jī)系統(tǒng)的邊緣連接器。
13. 如權(quán)利要求12所述的雙向光學(xué)收發(fā)器，其中，該印刷電路板 的邊緣連接器包括錯(cuò)開(kāi)的接地、電源和信號(hào)觸片，從而在與主機(jī)系統(tǒng) 的邊緣連接器接合時(shí)提供熱可插性。
全文摘要
一個(gè)使用單一光纖作為雙向光學(xué)通信的光學(xué)數(shù)據(jù)鏈。雙向光學(xué)收發(fā)器與具有二個(gè)光學(xué)通信開(kāi)口的單一光纖接合。在每個(gè)光學(xué)收發(fā)器中的光學(xué)組件在雙向光學(xué)收發(fā)器中多路化光發(fā)射信號(hào)并解多路化光接收信號(hào)。該光學(xué)組件包括一個(gè)反射至少一個(gè)波長(zhǎng)的光并允許透射另一波長(zhǎng)的光的濾光器的光學(xué)區(qū)塊。并描述了具有濾光器的光學(xué)區(qū)塊的實(shí)施例。
文檔編號(hào)H04B10/24GK101174007SQ200710180118
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2003年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者張?zhí)? 李興中, 蔣文彬, 譚龍森 申請(qǐng)人:Jds單相公司