專利名稱：一種基于plc技術的單纖雙向器件及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種單纖雙向器件，具體是指一種基于PLC技術的用于光纖通信 領域的單纖雙向器件，本發明同時還涉及該單纖雙向器件的制作方法。
背景技術：
單纖雙向器件是用于光纖接入系統的核心光器件，是把激光器和探測器封裝 在一起，共同通過一根光纖來傳輸上行信號和下行信號。目前其實現技術方式是 采用分立元器件技術，把TO—CAN封裝形式的激光器和探測器及WDM膜片封裝 在一個金屬殼中，通過一個光纖耦合輸出。這種技術方式目前非常成熟，但由于 采用手工方式進行封裝操作，封裝的可靠性較差，效率較低，而且由于手工操作， 在大規模的生產時，不具有成本優勢。隨著單纖雙向光器件進入民用領域，成本 的壓力越來越大，這種傳統的技術方式的弊端就越來越明顯。
發明內容
本發明的目的之一是提供了一種基于平面先路技術(PLC)的單纖雙向器件， 適合于大規模的生產，具有生產效率高、成本低。
本發明的這一目的通過如下技術方案來實現的 一種基于PLC技術的單纖雙向 器件，包括 一個用PLC技術制造的具有波分復用功能的光學芯片； 一個用來產 生光信號的激光器芯片； 一個用來接收光信號的探測器芯片； 一光纖或光纖插芯， 用來與光學芯片上的光波導端口進行連接，實現輸入或輸出光信號； 一個帶有光
纖出纖孔和電引角的封裝外殼，用來把光學芯片、激光器芯片、探測器芯片封裝 在殼體內；
所述光學芯片上的光信號輸入/輸出光波導端口和光纖耦合相連，激光器芯片
和探測器芯片分別與光學芯片上各自對應的光k導端口耦合相連，整個光學組合
芯片固定在封裝外殼里，光纖從外殼的出纖孔穿出，激光器芯片和探測器芯片的 電極分別和封裝外殼上的電引腳相連，殼體內和外界為氣密性隔離。
本發明單纖雙向器件中的主要部件均采用芯片形式，整個使得整個單纖雙向 器件的體積更小，并且激光器芯片和探測器芯片均與光學芯片之間相耦合，元器
件之間的整合性較好。光學芯片和光纖、激光器芯片、探測器芯片耦合封裝完成 后，把它們一起固定在一個帶有光纖出口和電引腳的封裝外殼中，然后進行氣密 封裝，光信號的輸入輸出通過一個光纖或光纖插芯來實現。
所述的單纖雙向器件還具有一個用來探測激光器功率的背光探測器芯片，激 光器功率檢測芯片和激光器芯片之間可以通過光波導相連，并將其一起固定在封 裝夕卜殼內。
本發明的目的之二是提供了一種上述單纖雙向器件的制作方法。 本發明的這一目的通過如下技術方案來實現的 一種基于PLC技術的單纖雙 向器件的制作方法，包括如下步驟-
1) 將光纖與光學芯片耦合相連、光學芯片分別與激光器芯片和探測器芯片 耦合相連；
2) 將上述相連的光纖、光學芯片、激光器芯片和探測器芯片一起固定安裝在 一個帶有光纖出口和電引腳的封裝外殼中，構成單纖雙向器件；
3) 將整個單纖雙向器件進行氣密封裝；
整個單纖雙向器件通過一根光纖來實現不同波長光信號的輸入輸出，通過封 裝外殼的電引腳實現電信號的輸入和輸出。
采用上述方式的基于PLC技術的單纖雙向器件，采用半導體設備及加工工藝， 裝配的自動化成度高，減少手工操作，和現有技術相比，產品的重復性好，可靠 性高，規模化生產時具有分立元器件無法達到的成本效應。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行進一步的詳細說明。 圖1是本發明單纖雙向器件的原理示意圖； 圖2是本發明單纖雙向器件實施例一的整體結構示意圖； 圖3是圖2的A—A剖面圖4是本發明單纖雙向器件實施例一的光學芯片的結構圖； 圖5是本發明單纖雙向器件的光學芯片的，一結構圖； 圖6是本發明單纖雙向器件實施例二的整體結構示意圖； 圖7是圖6的B—B剖面圖。
具體實施例方式
如圖1至圖4所示的一種基于PLC技術的單纖雙向器件，它包括: 一個用PLC
技術制造的具有波分復用功能的光學芯片4; 一個用來產生光信號的激光器芯片2 (LD); —個用來探測光信號的探測器芯片1 (PD); —個用來探測激光器芯片功
率的檢測芯片3 (MPD)和光纖6，該光纖6用來與光學芯片4上的光波導端口進 行連接，實現輸入或輸出光信號； 一個帶有光纖出纖孔和電引腳的封裝外殼5，用 來把光學芯片4、激光器芯片2、探測器芯片l封裝在殼體內，使得整個單纖雙向 器件整合成一個整體結構單元，封裝外殼5為氣密的金屬外殼，殼內和外界之間 為氣密性隔離，該封裝外殼5的外表面還覆蓋一層鍍金層，激光器芯片2、探測器 芯片1分別和光學芯片4上對應的光波導端口耦合相連，激光器功率檢測芯片3 與激光器芯片2耦合相連。其中，在探測器芯片1和激光器芯片2上設置陶瓷基 片，激光器芯片2以貼片的方式安裝在陶瓷基片上，激光器芯片2和探測器芯片1 的電極分別和封裝外殼5上的電引腳相連。光孥芯片上的光信號輸入/輸出光波導 端口與光纖耦合相連，光纖6與光學芯片4的光波導端口通過膠粘的方式相耦合， 穿過封裝外殼5的出纖孔伸出殼外，光纖6也可采用光纖插芯，光學芯片4通過 光纖6實現光信號的輸入或輸出。
本實施例中的光學芯片4也可采用圖5所示的結構，在光學芯片4上表面的 中心線上開有V型槽7，通過該V型槽7和光纖6以粘膠的方式相連，實現光學 芯片4和光纖6之間的耦合，光學芯片4的光波導端口的端面也可開有V型槽。
光學芯片采用半導體加工工藝技術，芯片表面制作各種圖形和結構，這些圖 形和結構可以實現光學波分復用(WDM)的功能，把不同波長的光信號分別輸出 到不同的光波導端口上，光學芯片上實現WDM功能的分光結構可以是光柵、耦 合器、馬赫一曾德干涉儀(MZI)、或嵌入濾光TFF膜片等多種結構和方式。在隔 離度要求很高的應用中，可以在PLC輸出波導上再加入附件的膜片來增加隔離度。 在光學芯片的表面開的溝槽結構，還可以為U型槽、條形槽等，或者采用坑、十 字架等結構；在光學芯片的光波導端口的端面也可以開對應的溝槽結構，比如U 型槽、條形槽等，用來實現光學芯片和光纖、激光器芯片、探測器芯片耦合時的 對準定位。
本發明單纖雙向器件的工作原理和工作過程如下
單纖雙向器件的上行光信號的波長、和下行光信號的波長、，、和&的中心 波長可以是1310nm、 1490nm、 1550nm中的任何兩個。
下行的光信號通過光纖輸入到光學芯片中，光學芯片把下行的光波長M輸出
到探測器端口，探測器芯片把波長為？12的光信號轉換成相應大小的電流輸出到外
殼的電學引腳上，同時激光器芯片發出波長為、的光信號通過光學芯片的激光器 端口輸入到光學芯片中，光學芯片再把它輸出到光纖中進行傳輸。這樣就實現了 在一根光纖中同時傳輸上行和下行的不同波長的信號。
本實施例單纖雙向器件的制作方法，其包括如下步驟
1) 將光纖與光學芯片上光信號輸入/輸出的之間光波導端口的膠粘，將激光器
芯片、探測器芯片分別與光學芯片上各自對應的光波導端口耦合相連；激 光器芯片與激光器功率檢測芯片耦合相連；
上述光纖和光學芯片之間的膠粘方式采用ON-CHIP (片上)的方式，在 光學芯片上耦合光纖的位置挖一個V型槽放置光纖，然后用膠把光纖固定在 V型槽中，采用該膠粘方式時，光學芯片的結構如圖5所示。
上述光學芯片和激光器芯片之間的連接采用耦合的連接方式，具體是采 用OFF-CHIP (片外)耦合的連接方式，激光器功率檢測芯片和激光器芯 片均以貼片的方式安裝在同一個陶瓷基片上，通過六維的調整使激光器芯 片的發光區域和光學芯片的光波導端口對準，然后固定住陶瓷基片來固定 激光器功率檢測芯片和激光器芯片，制得的單纖雙向器件如圖6、圖7所 示。
上述光學芯片和探測器芯片之間的連接采用耦合的連接方式，具體是采 用OFF-CHIP (片外)耦合的連接方式，探測器芯片先貼片到一個陶瓷基 片上，通過六維的調整使探測器芯片的感光區域和光學芯片的光波導端口 對準，然后固定住陶瓷基片來固定探測器芯片。
2) 將上述相連的光纖、光學芯片、激光器芯片和探測器芯片一起固定安裝在 一個帶有光纖出口和電引腳的封裝外殼中，構成單纖雙向器件；
3) 將整個單纖雙向器件進行氣密封裝；氣密封裝是使用鍍金的金屬外殼，通 過電流焊的方式實現氣密，封裝外殼的功能有兩點， 一是把內部的器件和外界氣 密性隔離，保證器件不受外界環境的影響，第二是保證器件具有一定的抗硬損傷的能力。
整個單纖雙向器件通過一根光纖來實現不同波長光信號的輸入輸出，通過封 裝外殼的電引腳實現電信號的輸入和輸出。
另外，在上述實施例中，光纖和光學芯片之間的連接膠粘的連接方式，也可 以采用OFF-CHIP (片外)的方式，即把光纖先固定在一個光纖固定座中，然后再 把光纖固定座粘接在光學芯片的端口 。
光學芯片和激光器芯片之間的耦合方式也可以采用ON-CHIP (片上)耦合的 連接方式，預先在光學芯片上挖一個放置激光器芯片的坑，同時制作一些對準的 標志，激光器芯片采用倒裝焊的方式固定在坑里，并同時通過光學芯片的對準標 志來使激光器芯片的發光位置和光學芯片的光波導端口對準。在使用此種方式時， 激光器芯片的光功率是通過光學芯片上專門的端口來探測的。
光學芯片和探測器芯片之間的耦合方式也可以采用ON-CHIP (片上)耦合的 連接方式，預先在光學芯片上挖一個放置探測器芯片的坑，同時制作一些對準的 標志，把粘接好探測器芯片的陶瓷基底一起放置在光學芯片的坑里，同時通過光 學芯片上的對準標志使探測器芯片的感光區和光學芯片的光波導端口對準。在一 些對信號隔離度要求很高的應用中，可以在探測器芯片和光學芯片的端口間加入 一個濾光片來增加隔離度。
封裝方式，也可以使用塑封膠把整個耦合連接好的光學芯片灌封起來實現密 封，然后再固定在一個非氣密的金屬盒中。
權利要求
1、一種基于PLC技術的單纖雙向器件，其特征在于包括一個用PLC技術制造的具有波分復用功能的光學芯片；一個用來產生光信號的激光器芯片；一個用來接收光信號的探測器芯片；一光纖或光纖插芯，用來與光學芯片上的光波導端口進行連接，實現輸入或輸出光信號；一個帶有光纖出纖孔和電引角的封裝外殼，用來把光學芯片、激光器芯片、探測器芯片封裝在殼體內；所述光學芯片上的光信號輸入/輸出光波導端口和光纖耦合相連，激光器芯片和探測器芯片分別與光學芯片上各自對應的光波導端口耦合相連，整個光學組合芯片固定在封裝外殼里，光纖從外殼的出纖孔穿出，激光器芯片和探測器芯片的電極分別和封裝外殼上的電引腳相連，殼體內和外界為氣密性隔離。
2、 根據權利要求1所述的一種基于PLC技術的單纖雙向器件，其特征在于 所述的單纖雙向器件還具有一個用來探測激光器功率的背光探測器芯片，激光器 功率檢測芯片和激光器芯片之間可以通過光波導相連，并將其一起固定在封裝外 殼內。
3、 根據權利要求1所述的一種基于PLC技術的單纖雙向器件，其特征在于-所述的光學芯片的分光結構為光柵結構、耦合器結構、MZI結構或嵌入TFF膜片 結構。
4、 根據權利要求1或3所述的一種基于PLC技術的單纖雙向器件，其特征在 于所述的光學芯片的表面開有至少一個用于耦合連接對準定位的溝槽結構，其 光波導端口的端面也設有對應的溝槽結構。
5、 根據權利要求4所述的一種基于PLC技術的單纖雙向器件，其特征在于 所述溝槽結構為V型槽、U型槽、條形槽、坑或十字架。
6、 根據權利要求1或3所述的一種基于PLC技術的單纖雙向器件，其特征在 于所述的光學芯片和光纖之間通過膠粘的方式相耦合。
7、 一種如權利要求1所述的基于PLC技術的單纖雙向器件的制作方法，其特 征在于包括如下步驟a) 將光纖與光學芯片上光信號輸入/輸出的之間光波導端口的膠粘，將激光器芯片、探測器芯片分別與光學芯片上各自對應的光波導端口耦合相連；b) 將上述相連的光纖、光學芯片、激光器芯片和探測器芯片一起固定 安裝在一個帶有光纖出口和電引腳的封裝外殼中，構成單纖雙向器件；c) 將整個單纖雙向器件進行氣密封裝； 整個單纖雙向器件通過一根光纖來實現不同波長光信號的輸入輸出，通過封裝外殼的電引腳實現電信號的輸入和輸出。
8、 根據權利要求7所述的單纖雙向器件的制作方法，其特征在于所述的光 纖和光學芯片之間的膠粘方式采用片外的方式，把光纖先固定在一個光纖固定座 中，然后再把光纖固定座粘接在光學芯片的端口。
9、 根據權利要求7所述的單纖雙向器件的制作方法，其特征在于所述的光 纖和光學芯片之間的膠粘方式采用片上的方式，在光學芯片上耦合光纖的位置挖 一個V型槽放置光纖，然后用膠把光纖固定在V型槽中。
10、 根據權利要求7所述的單纖雙向器件的制作方法，其特征在于所述的 光學芯片和激光器芯片之間的耦合方式采用片外耦合的連接方式，先把激光器芯 片貼片到一個陶瓷基片上，通過六維的調整使激光器芯片的發光區域和光學芯片 的光波導端口對準，然后固定住陶瓷基片來固定激光器芯片。
11、 根據權利要求7所述的單纖雙向器件的制作方法，其特征在于所述的 光學芯片和激光器芯片之間的耦合方式采用片上耦合的連接方式，預先在光學芯 片上挖一個放置激光器芯片的坑，同時制作對準的標志，激光器芯片采用倒裝焊 的方式固定在坑里，并同時通過光學芯片的對準標志來使激光器芯片的發光位置 和光學芯片的光波導端口對準。
12、 根據權利要求7所述的單纖雙向器件的制作方法，其特征在于所述的 光學芯片和探測器芯片之間的耦合方式采用片外耦合的連接方式，探測器芯片先 貼片到一個陶瓷基片上，通過六維的調整使探測器芯片的感光區域和光學芯片的 光波導端口對準，然后固定住陶瓷基片來固定探測器芯片。
13、 根據權利要求7所述的單纖雙向器件的制作方法，其特征在于所述的 光學芯片和探測器芯片之間的耦合方式采用片上耦合的連接方式，預先在光學芯片上挖一個放置探測器芯片的坑，同時制作一些對準的標志，把粘接好探測器芯 片的陶瓷基底一起放置在光學芯片的坑里，同時通過光學芯片上的對準標志使探 測器芯片的感光區和光學芯片的光波導端口對準。
14、根據權利要求7所述的單纖雙向器件的制作方法，其特征在于所述的氣密封裝是使用膠把整個耦合連接好的光學芯片灌封起來實現密封，然后再固定 在一個非氣密的金屬盒中。
全文摘要
本發明公開了一種基于PLC技術的單纖雙向器件，包括用PLC技術制造的具有波分復用功能的光學芯片；用來產生光信號的激光器芯片；用來接收光信號的探測器芯片；光纖或光纖插芯；帶有光纖出纖孔和電引角的封裝外殼；所述光學芯片上的光信號輸入/輸出光波導端口和光纖耦合相連，激光器芯片和探測器芯片分別與光學芯片上各自對應的光波導端口耦合相連，整個光學組合芯片固定在封裝外殼里，光纖從外殼的出纖孔穿出，激光器芯片和探測器芯片的電極分別和封裝外殼上的電引腳相連，殼體內和外界為氣密性隔離。
文檔編號G02B6/42GK101191875SQ200710146739
公開日2008年6月4日 申請日期2007年8月15日 優先權日2007年6月1日
發明者周亞軍, 李朝陽, 陳曉虎, 賓 鞠 申請人:四川飛陽科技有限公司