一種基于衍射光柵的波分復用/解復用光收發組件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光通信技術領域，尤其是指提供一種基于衍射光柵的波分復用/解復 用光收發組件。
【背景技術】
[0002] 隨著網絡信息產業的全面普及其帶來全球數據量的爆發性增長和大數據產業的 興起，數據中心已經成為光通信產業新的市場機遇，高帶寬的光互連逐步取代了電互連，并 向著高速大容量的方向發展。多通道光學模塊采用多路光發射和接收技術，具有大通信容 量、低能耗、小型化等特點大受業界青睞，傳輸速率和傳輸容量上都比單通道收發模塊優越 得多，近幾年發展迅速，是實現這一方向的主要方案之一。
[0003] 高速多通道光學模塊目前主要采用將多通道半導體激光器/探測器陣列通過波 分復用/解復用（wavelength division multiplexing, WDM)技術封裝在只有一個光口輸 入/輸出光組件里，從而提高了單端光口的傳輸速度，常見的封裝形式有CFP、CFP2、CFP4及 QSFP等。例如采用QSFP28模塊封裝形式的4x25Gbps單模光收發模塊將4個CWDM不同波 長的25Gbps的激光器/探測器芯片利用粗波分復用/解復用技術和單根光纖耦合，以實現 單根光纖傳輸IOOGbps信號。
[0004] 目前，業內波分復用/解復用技術多采用的方案有：陣列波導光柵 (arrayed, waveguide grating, AWG)方案、刻蝕光柵方案和介質薄膜濾光片方案等。AWG的 優點在于集成度高，可與激光器芯片、探測器芯片同基板制備，應用在4通道以上復用和解 復用具有較大優勢，但是存在成本高、耦合難度較高及插損大等缺點，不利于滿足光收發模 塊對低功耗的要求。刻蝕光柵方案除了體積比AWG小一半，濾波特性不完善缺陷外，其他優 缺點與AWG基本類似。介質薄膜濾光片方案是目前被規模化商用方案，物料成本低、濾波特 性好，其缺點是不太適合于通道數較多（4通道以上）的復用/解復用場合：隨著復用/解 復用光通道數的增加，與之相應的濾光片的種類和個數增加，光組件內光路越來越長，對相 關平面光學元件加工公差和裝配精度要求逐步增高，光通道之間的光程差別明顯擴大，波 長相關插損成為不得不解決的問題。同時，受上述的裝配精度限制，目前商用的8通道及以 上主體方案中，發射組件和接收組件的光路普遍都是獨立的，發射組件和接收組件各自使 用一套濾光片，明顯增加了小尺寸的獨立元件個數。

【發明內容】

[0005] 為解決上述技術問題，本發明的主要目的在于提供一種基于衍射光柵的波分復用 /解復用光收發組件。
[0006] 為達成上述目的，本發明應用的技術方案是：一種基于衍射光柵的波分復用/解 復用光收發組件，是由激光器芯片陣列、光接收探測器陣列、第一快軸準直透鏡、第二快軸 準直透鏡、第一慢軸準直透鏡、衍射光柵、慢軸聚焦透鏡、第二慢軸準直透鏡、光隔離器、耦 合輸出透鏡、耦合輸入透鏡、耦合輸出光纖和耦合輸入光纖構成的上行光發射單元和下行 光接收單元，其中：第一快軸準直透鏡與激光器芯片陣列對應設置，第二快軸準直透鏡與光 接收探測器陣列對應設置，激光器芯片陣列與光接收探測器陣列垂直設置并上下錯開，耦 合輸出透鏡與耦合輸出光纖組成出射光纖準直器，耦合輸入透鏡與耦合輸入光纖組成入射 光纖準直器，分別輸出發射光信號和接收入射光信號，發射光和入射光上下分布經過第一 慢軸準直透鏡、衍射光柵、慢軸聚焦透鏡和第二慢軸準直透鏡。
[0007] 在本實施例中優選：光發射單元和接收單元公用第一慢軸準直透鏡、衍射光柵、慢 軸聚焦透鏡、第二慢軸準直透鏡，第一快軸準直透鏡和第二快軸準直透鏡用于光束子午面 內準直，第一慢軸準直透鏡用于光束弧矢面內準直，衍射光柵光路用于波分復用/解復用， 慢軸聚焦透鏡和第二慢軸準直透鏡組成擴束/縮束系統，實現光束變換，光隔離器用于實 現輸出光反向隔離。
[0008] 在本實施例中優選：光發射單元依光路設置包括激光器芯片陣列、第一快軸準直 透鏡、第一慢軸準直透鏡、衍射光柵、慢軸聚焦透鏡、第二慢軸準直透鏡、光隔離器、耦合輸 出透鏡、親合輸出光纖。
[0009] 在本實施例中優選：光接收單元依光路設置包括耦合輸入光纖、耦合輸入透鏡、第 二慢軸準直透鏡、慢軸聚焦透鏡、衍射光柵、第一慢軸準直透鏡、第二快軸準直透鏡、光接收 探測器陣列。
[0010] 在本實施例中優選：激光器芯片陣列具有發光單元，其中：激光器芯片陣列是多 個分立的不同波長激光器芯片構成陣列或是單片具有不同波長的多個發光單元激光器芯 片構成的陣列。
[0011] 在本實施例中優選：光接收探測器陣列是多個分立的探測器芯片構成的陣列或是 單片具有多個探測器單元的探測器芯片構成陣列，其中：探測器芯片陣列與激光器芯片陣 列各通道的工作波長相對應。
[0012] 在本實施例中優選：第一快軸準直透鏡和第二快軸準直透鏡為柱面準線平面垂直 于激光器芯片陣列發光單元慢軸平面的柱面鏡；第一慢軸準直透鏡、慢軸聚焦透鏡和第二 慢軸準直透鏡為柱面的準線平面平行于激光器芯片陣列發光單元慢軸平面的柱面鏡；第一 快軸準直透鏡和第二快軸準直透鏡為芯片陣列共用的一體快軸準直透鏡，或是多個分立的 快軸準直微透鏡組成的陣列。
[0013] 在本實施例中優選：慢軸聚焦透鏡和第二慢軸準直透鏡組成激光器芯片陣列發光 單元慢軸平面內擴束/縮束系統，并依接收光方向設置為第二慢軸準直透鏡的后焦點是慢 軸聚焦透鏡的前焦點。
[0014] 在本實施例中優選：第一快軸準直透鏡前焦點和第一慢軸準直透鏡前焦點以重合 光發射的方位設置，激光器芯片陣列各發光單元依次排列在第一慢軸準直透鏡和第一快軸 準直透鏡公共的前焦面上；第一慢軸準直透鏡后焦點和第二快軸準直透鏡后焦點以重合光 接收的方位設置，光接收探測器陣列各探測單元依次排列在第一慢軸準直透鏡和第二快軸 準直透鏡公共的后焦面上。
[0015] 在本實施例中優選：耦合輸出透鏡和耦合輸入透鏡是球面透鏡、非球面透鏡或漸 變折射率透鏡。
[0016] 本發明與現有技術相比，其有益的效果是：光波復用/解復用的衍射光柵濾波特 性好，耦合損耗和波長相關插損較小，獨立光學元件尺寸較大，裝配工藝相對簡單，更適用 于制作多通道（4通道及以上）的光波復用/解復用光收發組件。該組件收發一體，可以有 效的減少器件管殼的使用及模塊的體積，有助于模塊的集成化，降低了成本。發射組件和接 收組件公用一個濾波光元件和大部分光學透鏡，在多通道復用/解復用場合下小尺寸的獨 立元件個數明顯減少。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明實施例的平面結構示意圖。
[0018] 圖2是本發明實施例的另一視角平面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合具體實施例及附圖對本發明作進一步詳細說明。所述實施例的示例在附 圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能 的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明的技術方案，而不 應當理解為對本發明的限制。
[0020] 在本發明的描述中，術語"內"、"外"、"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"頂"、"底"等指 示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明而不是 要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不應當理解為對本發明的限制。
[0021] 本發明提供一種基于衍射光柵的波分復用/解復用光收發組件，為上行光發射單 元和下行的光接收單元使用共同的波分復用/解復用光路結構。將多路不同波長的發光單 元的光束分別依次經過快慢軸準直、衍射衍射光柵合束和準直光束壓縮單元匯聚到同一個 光輸出端口；并將輸入端口接收的含有不同波長的光束依次經過準直擴束、衍射光柵分束 單元分解為空間上不同出射角多路平行光束，并由慢快軸聚焦透鏡將各路平行光束聚焦于 光接收探測器陣列各探測單元上。
[0022] 在本發明實施例中，基于衍射光柵的波分復用/解復用光收發組件，可應用于 CWDM或LAN-WDM的多信道波長同時工作的情形，常用的信道數有4、8、16或其他任意數量， 不同的信道數其波分復用/解復用光收發組件的結構基本是一致的，不同之處在于隨著光 信道數的增減，與之相應的激光器芯片陣列發光單元和光接收探測器陣列探測單元個數增 加、第一快軸準直透鏡沿激光器芯片陣列排布方向的外形尺寸和第二快軸準直透鏡沿光接 收探測器陣列排布方向的外形尺寸增長或激光器第一微透鏡陣列微透鏡單元和第二微透 鏡陣列微透鏡單元個數對應增減。
[0023] 請參閱圖1，為本發明提供的一種基于衍射光柵的波分復用/解復用光收發組件 實施例的平面結構示意圖，圖2是從衍射光柵處等效展開光路的結構示意圖。在圖中，包括 激光器芯片陣列1、光接收探測器陣列2、第一快軸準直透鏡3、第二快軸準直透鏡4、第一慢 軸準直透鏡5、衍射光柵6、慢軸聚焦透鏡7、第二慢軸準直透鏡8、光隔離器9、親合輸出透鏡 10、親合輸入透鏡11、親合輸出光纖12和親合輸入光纖13。
[0024] 光發射單元依光路設置包括激光器芯片陣列1