包括微機(jī)電(mems)反射鏡的可調(diào)接收器，及其收發(fā)器或模塊，和其制造和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光或光電接收器和模塊，及其制造方法。接收器包括光電探測器，第一微機(jī)電裝置，用于發(fā)射多波長光信號，薄膜濾波器，用于接收由微機(jī)電裝置反射的多波長光信號并將其分離為單波長光信號，第一透鏡，用于將所述單波長光信號匯聚到光電二極管，和第二微機(jī)電裝置，用于向第一透鏡反射單波長光信號。多波長光信號的波長都代表或?qū)?yīng)唯一通道，接收器通過所述通道接收光信號。本接收器和方法實現(xiàn)了多通道光或光電接收器的低成本，高容量制造。
【專利說明】
包括微機(jī)電(MEMS)反射鏡的可調(diào)接收器，及其收發(fā)器或模塊，和其制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，特別是光或光電接收器，包含它的光或光電收發(fā)器或模塊，包含它的ONU或OLT，及其制造和使用方法。
技術(shù)背景
[0002]在光通訊中，光信號承載信息。光通信研發(fā)的一個目的就是要將帶寬(比如，發(fā)送的信息量)盡可能提升至最大。如光接收器或收發(fā)器子器件中ROSA或BOSA中的接收器將一個或多個光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
[0003]可調(diào)光接收器利用相同的硬件實現(xiàn)多重光信號的傳輸和接收(詳見，《利用可調(diào)光收發(fā)器減少WDM/TDM網(wǎng)絡(luò)中的端口數(shù)量》，2004年一月OFC，加州洛杉磯，作者:莫迪亞羅；網(wǎng)址:http: //www.mit.edu/?modiano/papers/C74.pdf)?，F(xiàn)在卻是，可調(diào)光接收器通常包括較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)且生產(chǎn)成本也較高。
[0004]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置為人所熟知，且許多應(yīng)用也因此類裝置知名，包括光切換技術(shù)(比如，從一條光纖到另一條光纖)。此類裝置可用作光學(xué)反射鏡并能沿一維或二維改變反射角。但是，就
【申請人】認(rèn)知所及，此類MEMS反射鏡還沒有在光接收器中應(yīng)用。
[0005]本“技術(shù)背景”部分僅用于提供背景信息?！凹夹g(shù)背景”的陳述并不意味著本“技術(shù)背景”部分的主旨向本發(fā)明許可了現(xiàn)有技術(shù)，并且本“技術(shù)背景”的任何部分，包括本技術(shù)背景”本身，都不能用于向本發(fā)明許可現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于克服本技術(shù)領(lǐng)域中一個或多個缺陷，并提供一種可調(diào)光或光電接收器，包括光電探測器，第一微機(jī)電裝置，用于發(fā)射接收的多波長光信號，薄膜濾波器，用于接收第一微機(jī)電裝置反射的多波長光信號然后從多波長光信號分離單波長光信號(比如，具有多波長中一者的光)，第一透鏡，用于將但波長光信號匯聚到光電探測器，和第二微機(jī)電裝置，用于向第一透鏡反射單波長光信號。所述多波長包括多個唯一波長或波段(比如，多于一個唯一Amax)，每個代表光信號(比如，信號)傳輸?shù)耐ǖ赖奈ㄒ徊ㄩL或波段都由光或光電接收器接收。
[0007]通常，所述第一微機(jī)電裝置對多波長光信號的各波長有與多波長光信號相應(yīng)的唯一反射角。所述第二微機(jī)電裝置也具有與單波長光信號相應(yīng)的反射角，與第一微機(jī)電裝置的反射角同步，并因此對多波長光信號的各波長都是唯一。所述薄膜濾波器能因此能根據(jù)第一微機(jī)電裝置的反射角有效選擇要從多波長光信號的波長。
[0008]在某個實施例中，所述多波長光信號具有四種波長，盡管它可大于或小于四種。在各種實施例中，多波長光信中每種光信號都與其余波長(比如，相鄰?fù)ǖ乐?相差至少0.4nm。在與光波分復(fù)用(OWDM)系統(tǒng)中本接收器用法一致的某些實施例中，本接收器還包括控制器，用于改變所述第一微機(jī)電裝置的角度。
[0009]通常，接收光信號經(jīng)過校準(zhǔn)，且可以是偏振或非偏振的。薄膜濾波器通常以第一微機(jī)電裝置反射的初始多波長光信號相對的固定角度設(shè)置。舉例來說，薄膜濾波器以與反射多波長光信號相對的初始角度8°到30°設(shè)置。
[0010]舉例來說，薄膜濾波器為帶通濾波器。再例如，薄膜濾波器還可以是陷波濾波器?；蛘撸∧V波器可包含光柵(比如，衍射光柵，布拉格光柵，等)。
[0011 ] 本發(fā)明還涉及光模塊，包括本接收器，光或光電發(fā)射器，光線適配器或連接器，用于接納光纖，和包括所述接收器和發(fā)射器的外罩或外殼。光纖運送多波長光信號到光模塊并接收來自發(fā)射器的光傳輸信號。通常，所述傳輸信號為單波長光信號。在某些實施例中，所述光模塊還包括分光器和第二透鏡，皆設(shè)置在外罩或外殼中。例如，所述分光器對多波長光信號具有反射性而對傳輸信號具有透射性?；蛘撸龇止馄髂苁构庑盘柾ㄟ^但反射傳輸信號。通常，第二透鏡校準(zhǔn)多波長光信號和選擇性地校準(zhǔn)傳輸信號。
[0012]本發(fā)明還涉及接收和處理多波長光信號的方法，包括利用第一微機(jī)電裝置向薄膜濾波器反射多波長光信號，利用薄膜濾波器從多波長光信號分離單波長光信號，利用第二微機(jī)電裝置向透鏡反射單波長光信號，然后利用透鏡將單波長光信號匯聚到透鏡。如上所述是，所述多波長光信號的各波長都對應(yīng)光或光電接收器接收光信息的唯一通道。
[0013]通常，對于每個波長，第一微機(jī)電裝置都具有與接收多波長光信號相應(yīng)的唯一反射角。第二微機(jī)電裝置也具有與單波長光信號相應(yīng)的發(fā)射角，同時與第一微機(jī)電裝置反射角同步，并因此，對多波長光信號的各波長唯一。在某些實施例中(比如，當(dāng)在OWDM方法中使用時)，本發(fā)明還包括根據(jù)多波長光信號改變第一微機(jī)電裝置的角度(比如，回應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中來自主機(jī)或其他裝置的指令)。
[0014]本發(fā)明還涉及制造多波長光或光電接收器的方法，包括將第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，第一透鏡和光電探測器設(shè)置在外罩或外殼中，以便第一微機(jī)電裝置接收并向薄膜濾波器反射多波長光信號，薄膜濾波器從多通道光信號分離單波長光信號，第二微機(jī)電裝置向第一透鏡反射單波長光信號，然后第一透鏡將單波長光信號匯聚到光電探測器，檢測多波長光或光電接收器來確保操作性和/或?qū)尾ㄩL光信號接受信號強(qiáng)度最大化；然后固定第一和第二微機(jī)電裝置，播磨濾波器，第一透鏡和光電探測器。對于本發(fā)明的其他方面，多波長光信號的各波長都對應(yīng)光或光電接收器接收光信息的唯一通道。
[0015]在制造方法中，第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，第一透鏡和光電探測器都設(shè)置在外罩中預(yù)定位置(或在外罩內(nèi)的腔室中)，而當(dāng)分離單信號光信號的接收信號強(qiáng)度低于預(yù)定閾值或未處于最大值，第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，第一透鏡和/或光電探測器中一個或多個的位置在測試后可進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)分離單波長光信號的接收信號強(qiáng)度等于或高于預(yù)定閾值或處于最大值時，將第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，第一透鏡和光電探測器固定到位。
[0016]本接收器，收發(fā)器和方法能實現(xiàn)一種用于下一代無源光網(wǎng)絡(luò)ONU和OLT中的可調(diào)接收器。比如，多波長光信號在薄膜濾波器上的入射角(AOI)可通過調(diào)節(jié)(比如，改變反射角)第一 MEMS反射鏡更改。改變光束對于薄膜濾波器的入射角調(diào)節(jié)了通過播磨濾波器的光信號中心波長(即，帶通濾波器波長，也可根據(jù)光信號的入射角變化)。第二MEMS反射鏡與第一MEMS反射鏡同步調(diào)節(jié)，以便反射光束在不受第一 MEMS反射鏡反射角影響的情況下匯聚到同一位置(比如，光電探測器)。對比現(xiàn)有技術(shù)，本接收器，收發(fā)器和方法具備許多優(yōu)勢，包括小尺寸，快速調(diào)節(jié)速度，低成本，和成熟元件技術(shù)，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的全部優(yōu)勢將通過下文中對不同實施例的詳細(xì)描述展現(xiàn)。
【附圖說明】
[0017]圖1為與本發(fā)明實施例相關(guān)的典型可調(diào)多波長接收器原理框圖。
[0018]圖2為與本發(fā)明實施例相關(guān)的薄膜濾波器基于反射多波長光信號入射角的光學(xué)透射比特性圖。
[0019]圖3為與本發(fā)明實施例相關(guān)的典型收發(fā)器。
[0020]圖4為與本發(fā)明實施例相關(guān)的光電收發(fā)器模塊中典型元件圖。
[0021]圖5為與本發(fā)明實施例相關(guān)的使用可調(diào)多波長接收的典型方法流程圖。
詳細(xì)說明
[0022]本發(fā)明的各種實施例都會有詳細(xì)的參照。參照的例證會在附圖中得到闡釋。本發(fā)明會用隨后的實施例說明，但本發(fā)明不僅限于這些實施例的說明。相反的，本發(fā)明還意欲涵蓋，可能包括在由附加權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的主旨和值域內(nèi)的備選方案，修訂條款和等同個例。而且，在下文對本發(fā)明的詳細(xì)說明中，指定了很多特殊細(xì)節(jié)，以便對本發(fā)明的透徹理解。但是，對于一個所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，本發(fā)明沒有這些特殊細(xì)節(jié)也可以實現(xiàn)的事實是顯而易見的。在其他實例中，都沒有詳盡說明公認(rèn)的方法，程序，部件和電路，以避免本公開的各方面變得含糊不清。
[0023]隨后的一部分詳細(xì)說明需要用到過程，程序，邏輯塊，功能塊，處理，和其他代碼上的操作符號來表示，數(shù)據(jù)位，或計算機(jī)，處理器，控制器和/或存儲器中的數(shù)據(jù)流方面的術(shù)語。數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員通常用這些說明和表述來把他們工作的實質(zhì)有效地傳達(dá)給所屬技術(shù)領(lǐng)域的其他專業(yè)人員。此處的，過程，程序，邏輯塊，功能，方法等等通常都視為導(dǎo)向期望的和/或預(yù)期的結(jié)果的步驟或指令中的繼發(fā)事件。步驟通常包括物理數(shù)量的物理操作。雖然未必，但這些數(shù)量通常以在計算機(jī)或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的電子，磁力，光，或存儲的，轉(zhuǎn)移的，組合的，對照的量子信號及其他被操控的形式表現(xiàn)。對一般用途而言，事實證明，參考這些信號，如位，流，值，要素，符號，特征，項，數(shù)字或類似的事物，和它們在計算機(jī)程序或軟件中的表現(xiàn)形式，如代碼(可以是目標(biāo)代碼，源代碼或二進(jìn)制代碼)僅是為了方便這類說明和表述。
[0024]無論如何，我們都應(yīng)該記住所有這些及類似的術(shù)語都與適當(dāng)?shù)奈锢砹亢?或信號有關(guān)，并且它們僅僅是適用于這些量和/或信號的符號而已。除非有特別說明和/或否則就如下所述一樣顯而易見，用貫穿本申請的論述術(shù)語諸如“操作”，“計算”，“判定”或者諸如此類的涉及電腦或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的動作或步驟，或類似裝置(如，電氣，光學(xué)或量子計算，處理裝置或電路)來處理或轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)表示物理量(如，電子)都是允許的。這類術(shù)語涉及，在電路，系統(tǒng)或構(gòu)造(比如，寄存器，存儲器，其他這樣的信息存儲，傳輸或顯示裝置等等)的部件值域內(nèi)，把物理量處理或轉(zhuǎn)換成在相同或者不同系統(tǒng)或構(gòu)造的其他部件值域中類似的物理量。
[0025]此外，在本申請的背景下，術(shù)語“信號”和“總線”涉及任何已知的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造，排列，技術(shù)，方法和/或步驟，用于在電路中將電信號從一個點物理地轉(zhuǎn)移到另一個點。并且，除非事先注明，否則，從就只能從此處的大前提下使用，術(shù)語“指定的”，“固定的”，“已知的”和“預(yù)定的”來提及值，數(shù)量，參數(shù)，約束，條件，狀態(tài)，過程，程序，方法，實踐或他們的理論可變組合，但是這種可變往往是事先約定的，并且此后，一經(jīng)使用便不可更改的。同樣地，為了方便起見，雖然術(shù)語“時間”，“比率”，“周期”和“頻率”通常是可交換的并且可以交替使用，但是賦予他們的含義通常是在此類技術(shù)上公認(rèn)的。并且，為了簡便，雖然術(shù)語“數(shù)據(jù)”，“數(shù)據(jù)流，，，“位”，“位串”和“信息”可能會交替使用，如術(shù)語“親合到”和“與……交流”(指間接或者直接的連接，耦合或相通)，但是通常賦予它們的是此類技術(shù)上公認(rèn)的含義。
[0026]除非有特別說明，為方便起見，屬于“光的”和“光電的”在文中都可交替使用，相互包涵。此外，術(shù)語“收發(fā)器”指具有至少一個接收器和至少一個發(fā)送器的裝置，且除非文中另有詳細(xì)說明，術(shù)語“收發(fā)器”的使用也包含“接收器”和/或“發(fā)射器”。同樣，為方便起見，術(shù)語“連接到”，“與…耦合”，“與…通信”和“親合至”都可以交替使用。
[0027]文中所披露的各種實施例和/或例子都可與其他實施例和/或例子組合，只要這樣的組合是適宜，有必要或有利的。下面將結(jié)合典型的實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]在不同的實施例中，可調(diào)接收器都包括兩組MEMS反射鏡和薄膜濾波器(TFF)。在特殊實施例中，可調(diào)接收器接收多波長的準(zhǔn)直光信號(比如，多通道光信號)。所述光束被第一MEMS反射鏡反射，然后通過TFF，最后再被第二 MEMS反射鏡反射。二次反射光信號在透鏡作用下匯聚到光束探測器，比如光電二極管(PD)。光束在TFF上的入射角可通過調(diào)節(jié)MEMS反射鏡改變。改變光束相對于TFF的入射角調(diào)節(jié)了通過TFF光束的中心波長(S卩，帶通濾波器波長)。第二 MEMS反射鏡與第一 MEMS反射鏡同不調(diào)節(jié)，這樣反射光束在調(diào)節(jié)過程中總能匯聚到相同位置(比如，光電探測器)。
[0029]從光纖接收的多波長光束通常是準(zhǔn)直的，且可以是偏振或非偏振的。準(zhǔn)直透鏡的使用幫助降低了光束的光學(xué)分散。在某些實施例中，TFF為10GHz密波分復(fù)用(DWDM)帶通濾波器。一種典型的接收器
[0030]圖1所示為光/光電接收器10，包括第一MEMS反射鏡20，薄膜濾波器30，第二 MEMS反射鏡25，透鏡40和光電探測器50。接收器10接收多波長或多帶光信號12。多波長或多帶光信號12中的各波長或帶都代表接收器10接收光通訊(比如，信號)的對應(yīng)通道。在多數(shù)實施例中，光電探測器50包括光電二極管(比如，雪崩光電二極管)。因此，接收器10可以是光波分復(fù)用(OWDM)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的一部分。
[0031]第一MEMS反射鏡20反射接收的多波長或多帶光信號12。光信號12通常是準(zhǔn)直的且可以是偏振的，而當(dāng)為偏振時，不同波長或帶可具有相同或不同的偏振狀態(tài)(比如，s或P)。薄膜濾波器30接收反射的多波長或多帶光信號14然后過濾除反射光信號14波長或帶之外的波長，由此從剩余波長的多波長光信號分離單波長光信號(即，具有其中波長的光)。第二MEMS反射鏡25向透鏡40反射分離的單波長光信號16，所述透鏡將分離的單波長信號16匯聚到光電探測器50。
[0032]控制器(未顯示)改變第一MEMS反射鏡20反射角來改變薄膜濾波器30對于反射多波長或多帶光信號14的入射角(AOI)。所述控制器通常改變第一MEMS反射鏡20與接收的多波長或多帶光信號12的相對角，回應(yīng)指令(比如，來自主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中其他裝置)來接收和處理具有不同波長的光(即，不同通道中的光信號)。所述通道能在短時間內(nèi)改變(比如，0.001到I秒，或其中的任何值或范圍，比如0.0I秒)。第一MEMS反射鏡20對于光信號12的各個獨立反射角，結(jié)合薄膜濾波器30對于反射光信號14的入射角，有效地選出了多波長或多帶光信號12/14中的波長。
[0033]比如，當(dāng)光信號12具有4種獨特波長或帶(S卩，接收器在四個通道上接收信號)時，光信號12以四個獨特角度由第一MEMS反射鏡20反射。第一反射角(比如，初始角)用于選擇第一波長，第二反射角用于選擇第二波長，第三反射角用于選擇第三波長，而第四反射角用于選擇第四波長。第一 MEMS反射鏡反射信號12的第一到第四角相互的差別最小為±0.1°，±0.5°，± 1.0°，或任何不小于±0.1°的值，而最大±5.0°，±2.0°，或任何小于±5.0°的值。但是，準(zhǔn)確角度是根據(jù)光信號12中網(wǎng)絡(luò)或波長中通道數(shù)，薄膜濾波器30的濾波特性，和相鄰?fù)ǖ赖拈g隔所決定的。此外，影響第一MEMS反射鏡20反射角的薄膜濾波器30的濾波特性包括薄膜濾波器30的本身特性(比如，帶通VS.陷波)而被薄膜濾波器30反射的光波長和/或入射到薄膜濾波器30的光波長是透射或基本投射性的(比如，具有90%以上的通過率)。
[0034]反射多波長光信號14在TFF30上的入射角可通過調(diào)節(jié)MEMS反射鏡20更改。第一MEMS反射鏡20通過改變它與接收多波長光信號12的相對角度調(diào)節(jié)。反射多波長光信號14在TFF30上的入射角調(diào)節(jié)了TFF的通過或反射帶的中心波長(S卩，通過或由TFF30反射的光的中心波長)。第二 MEMS反射鏡25可與第一 MEMS反射鏡20同步調(diào)節(jié)，這樣單波長光信號18就能在調(diào)節(jié)期間通過透鏡40匯聚到一個位置(比如，光電探測器50)。
[0035]調(diào)節(jié)和/或通道/波長選擇處理可通過圖2中圖表60說明。圖2的圖表中線62，64和68根據(jù)TFF30的濾波特性(S卩，投射比)，描述了在不同入射角上作為光λ的波長(比如，用于多波長或多波段光信號中各波長)。比如，多帶光信號可具有四種波長，具備獨立中心波長λI，λ2，λ3和λ4ο帶通薄膜濾波器在各中心波長λ?，λ2，λ3和λ4上的投射比T都可>90%，且在波長上或波段上，在波長之下和之間可〈I %?；蛘撸莶V波器在各中心波長上的反射比〉90%而在波長上或波段間的投射比和/或吸收率>90%。不論哪種情況，薄膜濾波器通常在預(yù)設(shè)波長上的投射比(即，當(dāng)TFF為帶通TFF時)或反射比都與入射角有關(guān)。
[0036]比如，當(dāng)帶通TFF具有一個相對于第一MEMS反射鏡反射的多波長或波段光信號的入射角時(且同時，第一MEMS反射鏡具有相對于接收多波長或波段光信號的第一角度)，線62表示此時對帶通TFF的透射比。在中心波長λ?上，雖然TFF的透射較高(比如，>90 % )，但是在第一通道帶之外的波長上，TFF的透射比則較低(比如，〈I %)。因此，當(dāng)帶通TFF具有第一(或初始)入射角(相對于第一 MEMS反射鏡反射的光信號)且第一 MEMS反射鏡具有第一反射角時(相對于接收的光信號)，TFF選擇性地傳輸具有中心波長λ?的光(B卩，第一通道中的部分光信號)O
[0037]同樣，當(dāng)帶通TFF相對于第一MEMS反射鏡反射的光信號分別具有第二，第三和第四入射角時，線64，66和68代表此時對帶通TFF的透射比。同時，當(dāng)帶通TFF相對于反射多波長光信號具有第二，第三和第四入射角時，第一 MEMS反射鏡則就有相對于接收多波長光信號的第二，第三和第四反射角。在中心波長λ2，λ3和λ4上，雖然TFF的透射比較高(比如，〉90%)，但是在第二，第三和第四通道之外的波長上，TFF的透射比較低(比如，〈I %)。因此，當(dāng)帶通TFF具有第二，第三和第四入射角且第一MEMS反射鏡具有第二，第三和第四反射角時，TFF選擇性地傳輸具有中心波長λ2，λ3和λ4的光(即，具有第二，第三和第四波長的部分光信號)O
[0038]在現(xiàn)在的光網(wǎng)絡(luò)中，相鄰?fù)ǖ乐泄獾闹行牟ㄩL(比如，Amax)可通過0.4_2.0nm或更大單位分隔。因此，多波長光信號中頻率可由至少50GHz，100GHz，200GHz或大于50GHz的值分隔。但是，由于多種因素的影響，包括第一MEMS反射鏡20，TFF30的初始入射角(比如，參照點)，和TFF30的組裝技術(shù)，薄膜濾波器30對于反射多波長光信號14的入射角難以用常理界定。舉例來說，TFF對信號12的初始角度為12°，那么薄膜濾波器30就反射光信號入射角每變化+1°帶通就變化-2nm左右。比如，如果薄膜濾波器30在入射角12°上對波長1546nm的光基本無阻擋，那么薄膜濾波器30在入射角13°上對波長1544nm的光也基本無阻擋。
[0039]另外，當(dāng)多波長光信號中相鄰波長間波長分隔較小時(比如，彡lnm)，MEMS反射鏡20和25相對于多波長光信號12和單波長光信號16的入射角精度就會較高。因此，在不同的實施例中，MEMS反射鏡20和25角度的定位精度控制在0.1°以內(nèi)(比如，0.03°以內(nèi))。
[0040]參考圖1，在某些實施例中，MEMS反射鏡20和25沿軸(即，一維)或繞軸心點(比如，一維或二維，或有角度地繞軸心點)傾斜。比如，MEMS20和25包括所謂的數(shù)字微型裝置(DMD)反射鏡ο美國專利5，233，456，5，392，151，5，517，347和5，696，619公開了此類反射鏡，它們的相關(guān)部分都作為本文的參考。
[0041 ] MEMS反射鏡20和25的反射表面長寬尺寸(比如，表面積):0.1x0.1mm到5x5mm。所述長寬尺寸分別是0.1-5_內(nèi)的任意值。
[0042]光或光電接收器(圖1未顯示)外罩中TFF30的角度通常以初始入射角設(shè)置(作為參照點)。通常，TFF30的角度可根據(jù)第一 MEMS反射鏡20反射的光信號14波長之一定義(比如，具有第一波長的部分光信號)。與多波長反射光信號14的選定波長相關(guān)的TFF30的角度一般利用接收器10多波長光接收信號12的通道間的間隔匹配TFF30的角度依賴濾波特性。
[0043]在圖1所示的實施例中，第二MEMS反射鏡25沿一方向向光線適配器(未顯示)反射單波長光信號18。因此，用于接收器10的外罩(未顯示)具有能在鄰近光線適配器的電路板上設(shè)置光電探測器50的尺寸。結(jié)果是，從第一 MEMS反射鏡20到第二 MEMS反射鏡25的光路一般比第二 MEMS反射鏡25到光電探測器50的光路更長(比如，長兩倍或更多倍)。
[0044]在使用期間，預(yù)定通道內(nèi)的多波長光信號元件(比如，單波長光)會漂移或出現(xiàn)不居中(比如，在通道的Amax上)。因此，在設(shè)置和/或操作時，從光電探測器50到接收器10控制器(未顯示)的反饋路徑可利用抖動調(diào)節(jié)流向一個或多個預(yù)定通道的Amax的單波長信號。
[0045]接收器10可在光路上包含額外元件，比如額外的透鏡和/或額外的帶通和/或偏振濾波器。所述額外透鏡可以是，例如，在第一 MEMS反射鏡20和播磨濾波器30間的光路上，或薄膜濾波器30和第二MEMS反射鏡25間的光路上。此外，當(dāng)接收器10的外罩具備更高折疊度光學(xué)腔室時，接收器可采用簡單反射鏡(比如，在第二 MEMS反射鏡25和光電探測器50之間的光路上)。
一種典型的收發(fā)器和光模塊
[0046]圖3所示為與本發(fā)明實施例相關(guān)的典型光收發(fā)器100，包括陷波薄膜濾波器130，分光器160和光發(fā)射器170。在某個實施例中，光發(fā)射器170包括激光二極管(比如，雪崩激光二極管)。
[0047]圖3中收發(fā)器100包括用于光纖110的光纖連接器(未顯示)，準(zhǔn)直透鏡145，分光器160，光發(fā)射器170，第一 MEMS反射鏡120，陷波薄膜濾波器130，第二MEMS反射鏡125，匯聚透鏡140和光電探測器150。第一 MEMS反射鏡120，第二 MEMS反射鏡125，匯聚透鏡140和光電探測器150都基本與圖1中第一 MEMS反射鏡20，第二 MEMS反射鏡25，透鏡40和光電探測器50類似或相同。相應(yīng)地，對圖1中第一MEMS反射鏡20，第二MEMS反射鏡25，透鏡40和光電探測器50的敘述也適用于圖3中第一 MEMS反射鏡120，陷波薄膜濾波器130，第二 MEMS反射鏡125，匯聚透鏡140和光電探測器150。
[0048]光纖110提供多波長或多帶光信號111，經(jīng)透鏡145準(zhǔn)直后形成準(zhǔn)直多波長光信號112。準(zhǔn)直多波長光信號112再由分光器160反射至第一MEMS反射鏡120，該反射鏡，根據(jù)將由陷波濾波器130選擇的多波長光信號113的波長，帶或通道，以多個不同角度中其一向陷波播磨濾波器130反射多波長光信號113。因此，如圖1所示，第一 MEMS反射鏡120以多個不同角度中其一反射多波長光信號114。
[0049]陷波薄膜濾波器130選擇性地反射多波長光信號114的某些波長，帶或通道，所述波長，帶或通道符合陷波濾波器130角度依賴反射特性。比如，陷波播磨濾波器130可包含密波分復(fù)用(DWDM)濾波器(比如，適用于100G光網(wǎng)絡(luò))。反射波長，帶或通道116再次由第二MEMS反射鏡125反射到基本與圖1第二 MEMS反射鏡類似的透鏡140，然后透鏡140將光信號具有選定波長，帶或通道的部分匯聚到光電探測器150。多波長光信號113和114和單波長，帶或通道信號116和118基本與圖1中光信號12，14，16和18類似。
[0050]收發(fā)器100具有可折疊的光學(xué)腔室，使光發(fā)射器170和光電探測器能夠利用同一光纖110發(fā)送和接收光信號，且能設(shè)置在外罩同一側(cè)(未顯示；比如，在遠(yuǎn)離光纖110—側(cè))。本收發(fā)器100與現(xiàn)有封裝類型都兼容，比如XFP-兼容封裝，XMD-兼容封裝和TO封裝。本技術(shù)領(lǐng)域的人員都有能力設(shè)計容納文中所示位置和/或關(guān)系中收發(fā)器100元件的帶光學(xué)腔室的外罩，且適用于現(xiàn)有封裝類型。
[0051 ]本收發(fā)器的優(yōu)勢在于尺寸小，調(diào)節(jié)速度快，和制造成本低(比如，規(guī)?；a(chǎn))ο本收發(fā)器可適用于下一代無緣光網(wǎng)絡(luò)(比如，NGP0N2)0NU或0LT。但是，像接收器10(圖1)，圖3的收發(fā)器100可以是任何多通道或多波長光波分復(fù)用(OWDM)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的一部分。
[0052]同樣，如圖1的接收器10，圖3收發(fā)器100的MEMS反射鏡120和125在第一MEMS反射鏡120改變(S卩，選擇不同波長，帶或通道的光信號113)時同步同時移動，但方向相反。比如，假如第一MEMS反射鏡120的角度增大(比如，增大1°)，那么第二MEMS反射鏡125的角度就以相同量減小。
[0053]圖4為與本發(fā)明實施例相關(guān)的光收發(fā)器模塊200的范例原理框圖。光收發(fā)器模塊200包括微控制器或其他處理器210，R0SA220，和T0SA240。微控制器210(直接或間接)控制R0SA220和T0SA240中各元件和/或流程。光收發(fā)器模塊200還包括光電探測器偏壓電路250和分光器260。在某些實施例中，光電探測器偏壓電路250可設(shè)置在R0SA220中。
[0054]當(dāng)光收發(fā)器模塊200從光纖連接器211中光纖接收多波長光信號時，分光器260將第一波長范圍(比如，包括如圖1-3所示波長λ1-λ4)的光分離用于R0SA220處理。舉例來說，分光器260將此類光反射到R0SA220，在這種情況下T0SA240則發(fā)送波長λ]_的光信號通過分光器260到達(dá)光纖(Aj位于分光器260反射范圍之外)ο或者，分光器260發(fā)送第一波長范圍的光到R0SA220，在這種情況下分光器260就將第一波長范圍外的光從T0SA240反射到光纖。在不同實施例中，光線適配器211都包含SC(比如，方向連接器或標(biāo)準(zhǔn)連接器)和/或全物理接觸(UPC)連接器，盡管在某些實施例中也采用角度化物理接觸(APC)，EC或LC連接器。
[0055]R0SA220包括可調(diào)RX濾波器230，光電探測器(和可選的預(yù)放大器)232，和后放大器234 ο可調(diào)RX濾波器230包含圖1和3所示可調(diào)接收器的元件，包括第一 MEMS反射鏡20/120，薄膜濾波器30/130，第二 MEMS反射鏡25/125，和匯聚透鏡40/140和準(zhǔn)直透鏡145中全部或其一。多波長接收光信號的波長，帶或通道由光電探測器接收，所述光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。舉例來說，光電探測器232包含雪崩光電二極管。
[0056]為了生成電信號，光電探測器/預(yù)放大器模塊232從偏壓電路250接收偏壓電流或電壓。偏壓電路250通過雙向總線213從微控制器210接收一個或多個控制信號(比如，偏壓控制信號)。電信號可選擇性地由與光電探測器232電輸出直接電連接的預(yù)放大器放大，然后可選預(yù)放大電信號還可有預(yù)放大器234放大并作為點數(shù)據(jù)信號或流(RX數(shù)據(jù))發(fā)送到光網(wǎng)絡(luò)中的裝置(比如主機(jī)裝置)。在某個實施例中，所述預(yù)放大器包括跨阻放大器，而在另外的實施例中，后放大器234包含限幅放大器?；蛘撸?dāng)預(yù)放大器不存在時，后放大器234則可包含跨阻放大器。后放大器234可從網(wǎng)絡(luò)裝置(比如，主機(jī)裝置)接收重置信號。
[0057]所述網(wǎng)絡(luò)裝置或主機(jī)還可向光收發(fā)器模塊200中T0SA240發(fā)送電數(shù)據(jù)信號TX數(shù)據(jù)。電數(shù)據(jù)信號由激光驅(qū)動器242接收，而激光驅(qū)動器242又將激光驅(qū)動信號發(fā)送到激光器244。激光驅(qū)動器242通過雙向總線215從微控制器210接收一個或多個控制信號(比如，紫東功率控制信號，溫度控制信號，等)，并能通過總線215向微控制器210提供一個或多個信號(比如，反饋信號)。激光器244將激光驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為單波長光數(shù)據(jù)信號。在某個實施例中，激光器244包含可調(diào)激光器，可將光信號的波長改變?yōu)楣饩W(wǎng)絡(luò)不同傳輸通道的波長(比如，在光網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的波長)。通常，激光器244生成具有多波長接收光信號中那些不同波長的輸出光信號。所述輸出光信號可通過可選調(diào)制器246調(diào)制。在某個實施例中，調(diào)制器246從微控制器210接收一個或多個控制信號(未顯示)。如上文所述，圖4的分光器260允許來自激光器224或調(diào)制器246的輸出光信號通過光纖。
一種使用可調(diào)光接收器的方法
[0058]本發(fā)明一方面涉及一種接收和處理多波長光信號的方法，包括利用第一微機(jī)電裝置向薄膜濾波器反射多波長光信號，利用薄膜濾波器從剩余波長分離多波長光信號的單波長，利用第二微機(jī)電裝置向透鏡反射分離的單波長光信號，然后利用透鏡將分離地單波長光信號匯聚到光電探測器。多波長光信號的各波長都代表接收器(或包含接收器的收發(fā)器)通訊的獨特通道。
[0059]圖5為接收和處理多波長光信號典型方法的流程圖300。在不同實施例中，多波長光信號都利用光波分復(fù)用系統(tǒng)和方法(比如，DWDM)處理。本方法通過接收多波長光信號始于310(比如，圖1的典型接收器10或圖3的100，或圖4的典型收發(fā)器200)。通常，多波長光信號都包含準(zhǔn)直光信號。多波長光信號的各波長理論上都處于或靠近網(wǎng)絡(luò)傳遞光學(xué)信息的獨特通道的中心波長。在某個實施例中，多波長光信號至少具有四種波長。
[0060]如文中所述，根據(jù)選定的多波長光信號的通道或波長，多波長光信號以多個獨特角度中其一在320被反射。如文中所述，多波長光信號由第一 MEMS反射鏡反射。根據(jù)接收器將要處理的通道或波長，所述第一 MEMS反射鏡以某一角度反射多波長光信號。
[0061 ]隨后，多波長光信號的一個波長在330利用具有角度依賴透射率或反射率帶的薄膜濾波器選定用于接收和/或處理。尤其，在某一入射角上(比如，初始入射角)，薄膜濾波器選擇第一波長然后過濾其余波長，而在其他入射角上，薄膜濾波器選擇另一波長并過濾其余波長(包括第一波長)。在某些實施例中，所述某種波長(即，單波長光信號)通過使某波長通過薄膜濾波器進(jìn)行選擇，然后反射或吸收剩余波長(比如，薄膜濾波器為帶通濾波器)。或者，所述某種波長利用薄膜濾波器反射某種波長，然后吸收或通過剩余波長(比如，薄膜濾波器為陷波濾波器)。
[0062]在340，第二MEMS反射鏡以與320中入射角相應(yīng)的角度向光電探測器反射單波長光信號(即，具有選定波長)O在某些實施例中，340中的第二MEMS反射鏡反射角度對320中第一MEMS反射鏡的反射角是互補(bǔ)的。舉例來說，假如當(dāng)選擇第一波長和(χ+δ)°，當(dāng)選擇第二波長時，320中第一MEMS反射鏡的反射角為χ°，那么當(dāng)選擇第一波長和(y-δ)。，當(dāng)選擇第二波長時，40中的第二 MEMS反射鏡反射角度為y°。換言之，假如第一和第二 MEMS反射鏡的反射角分別為xi和yi(其中i為選定波長)，那么xi+yi = c(其中c為常數(shù))。
[0063]在350，單波長光信號在光電探測器(比如，光電二極管)處接收，這里單波長光信號在360被轉(zhuǎn)換為電信號并隨后被處理(比如，由包括第一和第二 MEMS反射鏡和薄膜濾波器的光收發(fā)器中的放大器放大，過濾[比如，利用電子帶通濾波器]，和/或發(fā)送到與光收發(fā)器電連接的主機(jī)裝置)。
[0064]在345，本方法判定待選擇的改變通道或波長指令是否已經(jīng)收到。換言之，在OWDM系統(tǒng)中，通道或波長選擇可更改。在接收具有選定波長的光信號期間(比如，通過在350的光電探測器)，本方法在320，330，340和350繼續(xù)(通常也包括360)。但是，當(dāng)待選光信號的通道或波長變化時，在370多波長光信號以對應(yīng)不同通常或波長的特殊角度由第一MEMS反射鏡反射，而多波長光信號的不同波長利用薄膜濾波器在380選定。具有新選定波長的單波長光信號在340以對應(yīng)370中新角度的角度由第二 MEMS反射鏡反射至光電探測器，所述光電探測器接在350收具有新選定波長的單波長信號。當(dāng)接收到改變波長或通道的相應(yīng)指令(比如，在345)，就可選定一個不同的波長(比如，第三波長或第四波長)。本方法在不再接收多波長光信號時終結(jié)。
一種制造可調(diào)光接收器的典型方法
[0065]本發(fā)明還涉及制造多波長光或光電接收器的方法，包括將第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，第一透鏡和光電探測器設(shè)置在外罩中，測試多波長光或光電接收器確?？刹僮餍院?或使分離單波長光信號的接收信號強(qiáng)度最大化，然后固定第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，第一透鏡和光電探測器。所述多波長光信號的各波長都代表接收器接收光信息的特殊通道。所述第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，第一透鏡和光電探測器都設(shè)置在外罩中，這樣第一微機(jī)電裝置可接收并向薄膜濾波器反射多波長光信號，薄膜濾波器從剩余波長分離多波長光信號的單波長，第二微機(jī)電裝置將分離的單波長光信號反射至第一透鏡，最后透鏡再將分離的單波長光信號匯聚到光電探測器。
[0066]通常，薄膜濾波器設(shè)置在第一和第二微機(jī)電裝置(可以是MEMS反射鏡)間的光路上。透鏡通常設(shè)置在第二微機(jī)電裝置和光電探測器間的光路上。在不同的實施例中，第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，透鏡和光電探測器都固定在外罩中的安裝表面上，或在外罩內(nèi)光學(xué)腔室的壁上。
[0067]在某些實施例中，本方法還可包含成型加工接收器光學(xué)腔室。所述接收器光學(xué)腔室通常是接收器本體或外罩內(nèi)具有預(yù)定尺寸的空間，且相對于其他表面具有預(yù)定面積，輪廓，和/或方向。當(dāng)用塑料成型接收器本體或外罩時，接收器光學(xué)腔室可通過模塑成型(比如，注塑)。此外，當(dāng)接收器本體或外罩由金屬成型(比如，金屬條或板)，成型接收器光學(xué)腔室或外罩(和選擇性地定義接收器光學(xué)腔室)可包含將金屬沖壓入接收器本體或外罩(和可選的接收器光學(xué)腔室)模具中。
[0068]在本制造方法中，第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，透鏡和光電探測器都可放置在外罩(或其光學(xué)腔室)中的預(yù)定位置，且在測試之后，當(dāng)分離的單波長光信號的接受信號強(qiáng)度低于預(yù)定閾值(或不在最大值)時，就調(diào)整第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，透鏡和光電探測器的中一個或多個的位置。當(dāng)分離的單波長光信號的接受信號強(qiáng)度等于或高于預(yù)定閾值或處于最大值時，就固定第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，透鏡和光電探測器。
[0069]在某些實施例中，本方法還包括在外罩(或其光學(xué)腔室)中設(shè)置第二透鏡(比如，準(zhǔn)直透鏡)，分光器，(簡單)反射鏡和/或光發(fā)射器。所述第二透鏡可設(shè)置在靠近光纖連接器的某個位置(比如，光纖連接器和第一 MEMS反射鏡或分光器之間的光路上)。所述分光器可設(shè)置在(I)光纖連接器和/或第二透鏡和(2)光發(fā)射器之間光路上某個位置。所述(簡單)反射鏡可設(shè)置在接收來自第二 MEMS反射鏡的單波長反射光信號的某個位置，且其尺寸適用于，在不考慮第二 MEMS反射鏡反射角的情況下，進(jìn)一步向第一透鏡反射單波長反射光信號。所述光發(fā)射器可包含激光二極管(比如，可調(diào)分布式反饋[DFB]激光二極管)。
[0070]在許多實施例中，本方法還包含在接收器外罩(或接收器光學(xué)腔室)一端成型光纖連接器。在某些情況下，光電探測器是設(shè)置在光纖連接器和第二MEMS反射鏡之間的(比如，這樣光電探測器和光纖連接器之間的距離就大大小于第二 MEMS和光纖連接器之間的距離)。在這種情況下，第一和第二 MEMS反射鏡之間的距離可大于光纖連接器和第二 MEMS反射鏡之間的距離?；蛘撸饫w連接器，第一 MEMS反射鏡和(簡單)反射鏡可位于或沿接收器光學(xué)腔室一端設(shè)置，而激光二極管，第二 MEMS反射鏡和光電探測器可位于或沿接收器光學(xué)腔室另一端設(shè)置。
結(jié)論
[0071]本發(fā)明的實施例有益地提供了一種用于下一代無緣光網(wǎng)絡(luò)ONU或OLT的光或光電接收器，收發(fā)器和方法，尺寸小，調(diào)節(jié)速度快，低成本，和元件技術(shù)成熟，適合規(guī)模生產(chǎn)。所述接收器包括兩個MEMS裝置和MEMS裝置光路間的薄膜濾波器。所述薄膜濾波器的濾波特性可根據(jù)多波長光信號在薄膜濾波器上的入射角變化。所述入射角可通過第一 MEMS反射鏡調(diào)節(jié)(比如，改變反射角)。改變光束相對薄膜濾波器的入射角調(diào)節(jié)了接觸薄膜濾波器的多波長光信號的中心波長(即，具有多波長光信號的一種波長)。所述第二MEMS反射鏡與第一MEMS同步調(diào)節(jié)，以便，在不考慮第一 MEMS反射鏡的情況下，單波長反射光信號匯聚到光電探測器。
[0072]圖解和說明已經(jīng)詳細(xì)展示了前述的本發(fā)明的特殊實施例。本公開并不限于前述實施例，并且很明顯，也可以鑒于以上所述的技術(shù)，對本發(fā)明進(jìn)行修改和變更。本文選定實施例并對其進(jìn)行描述，以便最精確地闡述本發(fā)明的原理及它的實際應(yīng)用，從而使所屬專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的其他人員能最大程度的利用本發(fā)明及帶有各種修改的實施例，以適用于預(yù)期的特殊用途。即，由添加至此的權(quán)利要求和它們的等效敘述所定義的發(fā)明范圍。
【主權(quán)項】
1.一種光或光電接收器，包括:光電探測器;第一微機(jī)電裝置，用于反射多波長光信號；薄膜濾波器用于(i)接收微機(jī)電裝置反射的多波長光信號和(ii)將單波長光信號從接收的多波長光信分離;第一透鏡，用于將單波長光信號匯聚到光電探測器;和第二微機(jī)電裝置，用于向第一透鏡反射單波長光信號。2.如權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于，對于多波長光信號，所述第一微機(jī)電裝置對多波長光信號的每個波長都具有唯一反射角。3.如權(quán)利要求2所述的接收器，其特征在于，對于單波長光信號，所述第二微機(jī)電裝置具有與所述第一微機(jī)電裝置反射角同步的反射角。4.如權(quán)利要求3所述的接收器，其特征在于，所述薄膜濾波器依照第一微機(jī)電裝置反射角有效地選擇單波長光信號的波長。5.如權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于，所述多波長光信號包括四種波長。6.如權(quán)利要求5所述的接收器，其特征在于，所述波長都與其余波長至少相差0.4nm。7.如權(quán)利要求2所述的接收器，其特征在于，還包括控制器，用于改變所述第一微機(jī)電裝置的反射角。8.如權(quán)利要求7所述的接收器，其特征在于，所述第一微機(jī)電裝置的反射角都與其余反射角相差至少0.1°。9.如權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于，所述薄膜濾波器相對于第一微機(jī)電裝置反射的多波長光信號8°到30°設(shè)置。10.如權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于，所述薄膜濾波器為帶通濾波器。11.如權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于，所述薄膜濾波器為陷波濾波器。12.如權(quán)利要求1所述的接收器，其特征在于，還包括第二透鏡，用于校準(zhǔn)多波長光信號。13.—種光模塊，包括如權(quán)利要求1所述的接收器;光或光電發(fā)射器;光纖適配器或連接器，用于容納光纖，光纖運送光信號到光模塊并從發(fā)射器接收傳輸信號;和包含接收器和發(fā)射器的外罩或外殼。14.如權(quán)利要求13所述的光模塊，其特征在于，還包括分光器和第二透鏡，都在于外罩或外殼內(nèi)，所述分光器(i)對多波長光信號和傳輸信號二者中其一具有反射性但(ii)對多波長光信號和傳輸信號二者中其二具有透射性，且所述第二透鏡則對光信號和傳輸信號進(jìn)行校準(zhǔn)。15.—種接收和處理多波長光信號的方法，包括:利用第一微機(jī)電裝置向薄膜濾波器反射多波長光信號;使用薄膜濾波器從多波長光信號分離單波長光信號;使用第二微機(jī)電裝置向透鏡反射單波長光信號;和利用透鏡將單波長光信號匯聚到光電探測器上。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，對于多波長光信號，所述第一微機(jī)電裝置對多波長光信號各波長具有唯一反射角。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，對于多波長光信號，所述第二微機(jī)電裝置具有與所述第一微機(jī)電裝置反射角同步的反射角。18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括改變與多波長光信號相關(guān)的第一微機(jī)電裝置反射角來從多波長光信號選擇不同的單波長光信號。19.一種制造多波長光或光電接收器的方法，包括:將第一和第二微機(jī)電裝置，薄膜濾波器，第一透鏡和光電探測器放置在同一外罩或外殼中，以便于第一微機(jī)電裝置接收和向薄膜濾波器反射多波長光信號，薄膜濾波器從多波長光信號分離單波長光信號，第二微機(jī)電裝置向第一透鏡反射單波長光信號，而第一透鏡將單波長光信號匯聚到光電探測器;測試多波長光或光電接收器，確保運行和/或使單波長光信號的接受信號強(qiáng)度最大化;并固定第一和第二微機(jī)電裝置，播磨濾波器，第一透鏡和光電探測器。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，第一和第二微機(jī)電裝置，播磨濾波器，第一透鏡和光電探測器都放置在外殼或外罩中的預(yù)定位置，所述方法還包括在單波長光信號接受信號強(qiáng)度低于預(yù)定閾值或不在最大值時，在測試后調(diào)整第一和第二微機(jī)電裝置，播磨濾波器，第一透鏡和光電探測器中一個或多個的位置，而當(dāng)單波長光信號接受信號強(qiáng)度等于或高于預(yù)定閾值或處于最大值時將一和第二微機(jī)電裝置，播磨濾波器，第一透鏡和光電探測器固定。
【文檔編號】H04B10/60GK105993140SQ201680000371
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】楊健, 田超, 張盛忠, 馬克·海姆巴赫
【申請人】索爾思光電（成都）有限公司