[发明专利]一种用于光纤到户的单片集成单纤多向收发器

说明书

技术领域

本发明涉及单纤双向收发器，尤其是涉及一种用于光纤到户的单片集成单纤双向收发器。

背景技术

随着视频点播、网络游戏和IPTV等高带宽业务的出现，用户对接入带宽的需求将进一步增加，现有的以ADSL为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的要求。FTTH(光纤到户)作为光纤接入网发展的一种最终形式，能充分发挥光纤网络的巨大潜力，彻底解决用户接入的带宽问题。

FTTH应用中，主要采用两种技术。一种是点到点光接入技术(P2P技术)，另一种是点到多点的PON技术(无源光网络技术)，如图1所示。其中，PON技术是业界公认的实现FTTH的最佳方案。它能够提供集数据、语音、视频于一体的三重业务功能，实现三网融合。

在OLT(光线路终端)和多个ONU(光网络单元)连接的点到多点模式下，局端设备的共享能使其成本随用户数量的增多而明显降低。而用户端ONU，尤其是其核心器件单纤双向收发器(diplexer)和单纤三向复用器(triplexer)的成本的降低则是光纤到户(FTTH)能否普及推广的关键因素。

单纤三向收发器是将一根光纤里的两个不同波长的输入光信号分别耦合到一个数字信号接收器和一个模拟信号接收器，同时将一个数字信号发射器发射的光信号耦合到同一根光纤，是当前FTTH系统发展中急需的一种基本元器件。通常用户终端接收的数字信号波长在1490nm，模拟信号波长在1550nm，而发射的数字信号的波长在1310nm。在有些系统中不需要使用模拟信号信道，因而只需要单纤双向收发器，即分别在1490nm和1310nm波长收发数字信号。

目前商品化的单纤双向收发器和单纤三向复用器主要采用分立光学元件组装而成，包括滤波器、半导体激光器、探测器、准直器等器件，通常采用TO-CAN封装形式。这种技术的缺点是体积大，元件数目多达数十片，耦合的次数较多，组装对准复杂，需要较多人工，在大批量生产时成本不易进一步降低。另外存在很大的光学和电学干扰，使得器件整体的性能劣化。

另一种背景技术为混合集成芯片，是由半导体激光器、探测器芯片、平面光波导、介质膜滤光片构成。它的优点是体积进一步减小，平面波导光路稳定，耦合次数大量减少，适合于大规模生产。但平面波导耦合封装技术起点高，操作技能强等特点使得波导的耦合成本较高。

在有源材料(如磷化铟)中实现单片集成是一种理想的方法，它是在有源材料中把分光功能的波导(如对1310nm、1490nm和1550nm波长实现衍射分离)和激光器、探测器集成在一起。集成度高，封装成本更低。

一个单片集成单纤双向收发器的背景技术如A.Behfar，M.Green，A.Morrow等在他们的文章“Monolithically Integrated Diplexer Chip for PON Applications”Optical Fiber Communication Conference，vol.2，pp.3，2005中所描述，如图2所示。该器件是在InP衬底上，生长InGaAs的PIN探测器，用于接收1490nm下行光信号。再在探测器上通过金属有机物气相沉积(MOCVD)依次生长出探测器吸收层以及多量子阱激光层。激光器采用传统的法布里-泊罗腔(FP腔)结构，FP腔的前端面制作成45°斜面，使1310nm上行激光经该斜面反射后垂直向上出射，经透镜进入光纤，该透镜同时还可以将下行1490nm光束经扩束投射到器件上，光束可以透过激光层并被下面的吸收层吸收，从而产生电信号。该芯片将水平腔面发射激光器(HCSEL^TM)，监测二极管(MPD)和高速接收器整合成一个低成本解决方案。但上下行光束需通过准直透镜耦合进出光纤，分立元件的使用降低了集成度，使器件的封装变得复杂，此外，垂直耦合设计决定了该方案难以扩展到单纤三向复用器件。