使用可調諧薄膜濾波器的集成波長可選擇光電二極管的制作方法

專利名稱：使用可調諧薄膜濾波器的集成波長可選擇光電二極管的制作方法
使用可調諧薄膜濾波器的 集成波長可選擇光電二極管在這里^f吏用的章節標題僅用于組織的目的而不應該-敗看
作是限制在本申請中描述的本題。 相關申請部分對帶寬的需求促使將光傳輸系統普及到所有類型的家庭 和公司。單一波長光幹系統可以支持實質的數據速率。但是，比如
HDTV、點播TV節目、因特網電話通信和網真(telepre sence )的月l 務需要的帶寬超出了許多現有網絡的能力。本發明涉及集成波長可選 擇光電二極管及其對于光纖-到-X (FTTX)業務的應用。光纖-到-X
業務是指將光數據傳輸擴展到傳統上由電通信系統服務的領域，比如 家庭和中小型企業。FTTX系統的實例是光纖-到-家(FTTH)，光纖 -到-街頭(FTTC)和光纖-到-建筑物。FTTX體系結構還用于某些高 度可靠的光學通信鏈路，比如雷達塔接口。


圖2B圖示了在圖2A所示的低成本封裝中的光纖支架/鏡元件。圖2B-2示出圖2B的光纖/鏡元件的頂部截面圖。0013圖2B-3示出圖2B的光纖/鏡元件的側面截面圖。 [0014圖2C圖示了可以與如圖2A所示的低成本封裝一起使用的
隔離物元件的截面圖。在說明書中對"一個實施例，，或"實施例，，的參考指的是關 于在本發明的至少一個實施例中包括的實施例描述的特別特征、結構 或特性。短語"在一個實施例中"在說明書中的各個地方的出現不必全 部參考相同的實施例。現在將參考如附圖所示的其示例性實施例更詳細地描述 本教導。雖然結合各個實施例和實例描述了本教導，本教導不意在被 限于這種實施例。相反，本教導包含各種替換、修改和等效，如本領 域技術人員認可的。在這里得到本教導的本領域技術人員將認可在如在這里 描述的本公開的范圍中的附加的實現、修改和實施例，以及其他使用 領域。例如，雖然結合光纖-到-X (FTTX)業務描述了集成波長可選 擇光電二極管，應該理解根據本發明的集成波長可選擇光電二極管可 以用于任意應用。根據本發明的集成波長可選擇光電二極管可以通過使用 可調諧薄膜濾波器，以相對小的尺寸和以相對低的成本實現用于許多 應用的波長的足夠的動態選擇。在許多應用中，這些可調諧薄膜濾波 器由比如氫化非晶硅的半導體材料制成。
0036圖1A圖示了根據本發明的集成波長可選擇光電二極管 100的框圖。示出了光源101，其以波長可選擇光電二極管100的方 向產生光束102。在某些實施例中，光源101包括通過光纖的端部引 導光束的單模或多模光纖。在這些實施例中，光纖可以與位于光纖的 端部附近的透鏡，或其他光束成形光學元件103組合。替代地，光纖 可以被并入單體透鏡光纖尖端。在其他實施例中，光源是適于用于點 -點自由空間光通信鏈路的自由空間光源。在操作中，光源101向光學元件103的輸入提供光束。光 學元件103使光束準直和引導光束到可調諧濾波器105的輸入。將可 調諧濾波器105調整到期望的波長從而使其通過期望的光學帶寬。高 速檢測器107檢測期望的光束。在某些實施例中，可調諧濾波器105是設置并保持類型 (set-and-hold)的濾波器。在該實施例中，可調諧濾波器105可以祐_ 設置為由其開始波長和用于其構成材料的最大可靠工作溫度限定的 范圍內的任意波長。可調諧濾波器105然后可以被保持在所設置的波 長。在操作中，入射光信號162由濾波器堆疊156濾波，且僅 可熱調諧濾波器152的期望的中心波長和帶寬通過濾波器堆疊156。 由加熱器層158產生的溫度限定了期望的中心波長和帶寬。具有期望 的中心波長和帶寬的濾波光信號164隨后被發送到光電二極管檢測器 160。集成波長可選擇光電二極管180的操作類似于圖1C所示 的集成波長可選擇光電二極管150的操作。入射光信號194由濾波器 堆疊186過濾，且僅可熱調諧濾波器182期望的中心波長和帶寬通過 濾波器堆疊186。由加熱器層188產生的溫度限定了期望的中心波長 和帶寬。具有期望的中心波長和帶寬的濾波后的光信號196隨后被發 送到光電二極管檢測器160。圖5圖示了根據本發明的包^^波長可選擇光電二極管502 的、可以配置為對稱點對點鏈路的光網絡單元500的另一實施例的框 圖。光網絡單元500還可以包括類似于結合圖4描述的增強帶通濾波 器401的增強帶通濾波器501。增強帶通濾波器501將進入的光信號 的預定頻帶傳遞到波長可選擇光電二極管502，在那里由可調諧濾波 器504濾波，且隨后傳遞到接收器503。在使用增強帶通濾波器的實施例中，光網絡單元500還包 括如圖3和4所示的雙工器506。雙工器506可以提供發送回到位于 服務供應商的中心局處的光學線路終端的信號以請求某些傳輸或某 些服務。但是，在圖5所示的實施例中雙工器506不是必要的。
0078另外，光網絡單元500包括可調諧發射機508，其將信號 發射回到在服務供應商的中心局處的光學線路終端。可調諧發射機 508是提供將高帶寬信號發送回到服務供應商的中心局的方式的專用 發射機。存在要求專用發射機(比如發射機508)的多種應用。這種 發射機可以提供用于企業應用的對稱帶寬。在某些應用中，這種專用 發射機包括反射式硅光放大器(RSOA) ，4其從服務供應商接收進入 的信號，并在將信號返回到服務供應商的光學線路終端之前對它們進 行放大和重新調制。這允許可調諧發射機/接收機模塊510在沒有內部 光源的情況下操作。在某些應用中，發送回到服務供應商的中心局的 信號隨后被重新發送到第三方。例如，光網絡單元500可以用于電信 會議或高帶寬的網真應用。比如電信會議和網真的應用可以具有對稱 的帶寬要求。
[0079圖6示出除了標準廣播信道之外的向訂戶提供可選個性化 高分辨率(HD)視頻信道的光網絡單元的實施例。光網絡單元600 由增強頻帶分離器601、雙工器606和具有集成的可調諧濾波器603 和接收器604的波長可選擇光電二極管602組成。'可以經'由共軸連接
2605輸出來自接收器604的信號。
[0080圖6所示的光網絡單元的實施例的 一個操作方法允許在包 括廣播信道的標準封裝的所有訂戶當中共享一個波長。在圖6所示的 實例中，32個訂戶中的每一個都可以選擇多達3個的個性化視頻信道， 而這僅要求一個波長。每一訂戶的多于3個個性化信道要求增加波長 以提供足夠的帶寬，如在這個實例中所示的。雙工器用于處理標準數 據服務以及配置和OLT通信任務。這種配置允許由訂戶動態地選擇 高度個性化的視頻內容并傳送給訂戶。
[0081圖7圖示了根據本發明的包括集成波長可選擇光電二極管 的可調諧接收器多路復用器700。可調諧多路復用器700包括輸入/輸 出端口 706和將輸入光束分離為兩種波長范圍的第一二色性束分離器 701。另外，可調諧多路復用器700包括傳遞輸入光信號和發送輸出 光信號的第二束分離器705。
[0082I另外，根據本發明，可調諧接收器多路復用器700包括第 一 702和第二集成波長可選擇光電二極管703。這些集成波長可選擇 光電二極管702、 703在許多已知的多路復用器中代替靜態接收器。 另外，可調諧接收器多路復用器700包括發射機704。可調諧接收器 多路復用器700通常已知為三重復用器，因為其處理三個信號。但是， 本領域技術人員將認識到根據本發明的可調諧接收器多路復用器可 以處理任意數目的信號。
[0083圖8圖示了根椐本發明的包括集成波長可選擇光電二極管 的可調諧雙工器800。雙工器800是關于圖7描述的可調諧接收器多 路復用器700的一個實施例。雙工器包括輸入輸出端口 802和束分離 器804。另外，雙工器包括集成波長可選擇光電二極管806和光學地 耦合到束分離器804的相應端口的發射機。
[0084這種可調諧雙工器800 ^艮好地適于FTTX的應用，且可以 直接代替已知的靜態雙工器以允許從網絡提供服務(network
provisioning)。因為可以以標準T046封裝制造集成波長可選擇光電 二極管806，因此其可以作為現有技術的靜態接收的置換。等效
雖然結合各個實施例和實例描述了本教導，本教導不意在被限于 這種實施例。相反，本教導包含各個替換、修改和等效，如由本領域 技術人員認可的，可以在其中進行各個替換、修改和等效而不脫離本 發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種集成波長可選擇光電二極管，包括a.具有接收光信號的輸入端的裝置封裝；b.設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器，其位于所述裝置封裝中，該設置和保持型可熱調諧薄膜濾波器具有與所述裝置封裝的輸入端光學地耦合的輸入端，所述設置和保持型可熱調諧薄膜濾波器僅將具有預定光學帶寬的光傳遞到輸出端；c.光學元件，其使入射到設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器的輸入端上的光束準直；和d.檢測器，其位于所述裝置封裝中，并具有直接光學地耦合到設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器的輸出端的輸入端，該檢測器檢測由集成波長可選擇光電二極管接收到的數據。
2. 如權利要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該裝 置封裝包括T046封裝。
3. 如權利要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該裝 置封裝的尺寸小于或等于T046封裝的尺寸。
4. 如權利要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該設 置并保持型可熱調諧薄膜濾波器以其中固定設置波長的鎖定模式操 作。
5. 如權利要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該可 熱調諧薄膜濾波器以掃描預定光譜范圍以確定存在光信號的波長的 掃描模式操作。
6. 如權剎要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器包括位于加熱元件和檢測器之間的 濾波器元件。
7. 如權利要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該設 置并保持型可熱調諧薄膜濾波器具有小于3.5dB的插入損耗。
8. 如權利要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該光 學元件包括單個透鏡或鏡。
9. 如權利要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該光 學元件位于所述裝置封裝中靠近設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器 的輸入端的位置。
10. 如權利要求1所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該 光學元件位于裝置封裝外靠近裝置封裝的輸入端的位置。
11. 一種集成波長可選擇光電二極管，包括a. 具有接收光信號的輸入端的裝置封裝；b. 設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器，包括位于所述裝置,裝中 并具有與所述裝置封裝的輸入端光學地耦合的輸入端的濾波器元件 和薄板加熱器，該設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器將光學濾波器的 預定中心波長傳遞到輸出端；和c. 檢測器，具有直接光學地耦合到設置并保持型可熱調諧薄膜濾 波器的輸出端的輸入端，所述檢測器位于裝置封裝中靠近濾波器元件 的位置以減少與薄板加熱器的熱耦合，從而在檢測由集成波長可選擇 光電二極管接收的數據時最小化熱噪聲的產生。
12. 如權利要求11所述的集成波長可選擇光電二極管，進一步包 括使得入射在l殳置并保持型可熱調諧薄膜濾波器的輸入端上的光束準直的光學元件。
13. 如權利要求12所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該 光學元件位于裝置封裝中靠近所述設置并保持型可熱調諧薄膜濾波 器的輸入端的位置。
14. 如權利要求12所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該 光學元件位于裝置封裝外靠近裝置封裝的輸入端的位置。
15. 如權利要求11所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該 裝置封裝的尺寸小于或等于T046封裝的尺寸。
16. 如權利要求11所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該 設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器以其中固定設置波長的鎖定模式 操作。
17. 如權利要求11所述的集成波長可選擇光電二極管，其中，該 可熱調諧薄膜濾波器以掃描預定光語范圍以確定存在光信號的波長 的掃描模式操作。
18. —種接收具有預定波長的光信號的方法，該方法包括a. 使輸入到設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器中的光信號準直；b. 調節所述設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器的溫度，以使得僅 具有預定中心波長的濾波后的光學數據信號通過該設置并保持型可 熱調諧薄膜濾波器；c. 將濾波后的光信號直接耦合到與設置并保持型可熱調諧薄膜 濾波器一起集成在裝置封裝中的光檢測器；和d. 利用被布置為減少由可熱調諧薄膜濾波器產生的熱輻射和光 鐠噪聲的檢測量的光檢測器，'來檢測濾波后的光學數據信號。
19. 如權利要求18所述的方法，其中，該調節所述設置并保持型 可熱調諧薄膜濾波器的溫度的步驟包括將設置并保持型可熱調諧薄 膜濾波器鎖定在預定的中心波長。
20. 如權利要求18所述的方法，其中，該調節所述設置并保持型 可熱調諧薄膜濾波器的溫度的步驟包括掃描設置并保持型可熱調諧 薄膜濾波器的溫度以改變可調諧薄膜濾波器的中心波長。
21. —種可調諧接收器多路復用器，包括a. 第一束分離器，具有將光學信號接收進入多路復用器和從多路 復用器發出光學信號的第一端口 ；b. 集成波長可選擇光電二極管，其具有與第一束分離器的第二端 口光學地耦合的輸入端，所述集成波長可選擇光電二極管包括在輸出 端處傳遞預定的中心波長的設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器，和具 有直接光學地耦合到所述設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器的輸出 端的輸入端的檢測器；c. 第二束分離器，具有與第一束分離器的第三端口光學地耦合的 第一端口；和d. 光學發射機，具有光學地耦合到第二束分離器的第二端口的輸出o
22. 如權利要求21所述的可調諧接收器多路復用器，其中，該集 成波長可選擇光電二極管位于尺寸小于或等于T046封裝的尺寸的裝 置封裝內。
23. 如權利要求21所述的可調諧接收器多路復用器，進一步包括 第二集成波長可選擇光電二極管，其具有與第二束分離器的第二端口 光學地耦合的輸入端，該第二集成波長可選擇光電二極管包括在輸出端處傳遞第二預定中心波長的設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器；和 具有直接光學地耦合到設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器的輸出端 的輸入端的檢測器。
24. 如權利要求21所述的可調諧接收器多路復用器，其中，該可 調諧接收器多路復用器包括雙工器。
25. 如權利要求21所述的可調諧接收器多路復用器，其中，該可 調諧接收器多路復用器包括三重復用器。
全文摘要
集成波長可選擇光電二極管包括具有接收光信號的輸入的裝置封裝。設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器位于裝置封裝中并包括光學地耦合到裝置封裝的輸入的輸入。設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器將具有預定光學帶寬的光傳遞到輸出。光學元件校準入射在設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器的輸入上的光束。檢測器位于裝置封裝中并包括光學地耦合到設置并保持型可熱調諧薄膜濾波器的輸出的輸入。檢測器檢測由集成波長可選擇光電二極管接收到的數據。
文檔編號H01L31/00GK101622716SQ200880006180
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月25日 優先權日2007年2月26日
發明者J·F·哈澤爾, M·勞里, R·穆拉諾, W·F·沙夫因, 貝·P·王 申請人:宙斯盾光波公司