准直光束与光波导的光耦合增效的透镜系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种透镜系统，以对准直光束与光波导的光耦合增效。
【背景技术】
[0002]由半导体材料形成平面光路(PLC)的技术在本领域已经普及。常规PLS通常由电介质材料例如铌酸锂(LiNbO3)制成。因为大多数半导体材料的折射率大于LiNbO3的折射率，半导体材料的PLC不仅减小其平面尺寸，而且减小其截面。带有台面结构的光波导具有由台面宽度和波导层厚度确定的有效尺寸。前一种尺寸延伸至数微米(μ m)，但后一种尺寸被迫限制于亚微米。
[0003]对于波导的光耦合增强效率的常规已知技术是:在露出光波导的母料端面附近，设置光斑尺寸转换器(SSC)。SSC可以同等地扩展波导的截面。然而，SSC固有地需要形成复杂结构，这提高了光波导的生产成本。
【发明内容】
[0004]本申请的一方面涉及一种可应用于数字相干系统的光接收器。本申请实施例的光接收器包括第一输入端口、第二输入端口、光混合器(optical hybrid)、以及光稱合系统。接收信号光束的第一输入端口具有准直透镜，以使输入信号光束准直。接收本振光束的第二输入端口也包括准直透镜，以使本振光束准直。通过执行信号光束与本振光束的干涉，光混合器可以提取信号光束中所包含的数据/信息。光混合器具有两个波导，各波导由半导体材料制成。光耦合系统使信号光束和本振光束与光混合器耦合。光耦合系统设置各具有第一透镜和第二透镜的第一单元和第二单元。各个单元中的第一透镜和第二透镜的组合，将准直信号光束聚集于光混合器中的一个波导上，以及，将准直本振光束聚集于另一波导上。与各个第二透镜相比，各个单元中的第一透镜更靠近于光混合器布置。
[0005]本发明的另一方面涉及光调制器。该光调制器设置有输入端口、光调制器、输出端口、以及光耦合系统。输入端口接收连续波(CW)光束。通过对CW光束执行相位调制，光调制器产生经调制光束。本申请的光调制器具有由半导体材料制成的波导。光耦合系统使作为发散光束的经调制光束准直，以及，使准直光束与输出端口耦合。本申请的光调制器的特征在于，光稱合系统包括第一透镜和第二透镜，第一透镜布置为相比于第二透镜更靠近光调制器，以及，第二透镜具有的焦距大于第一透镜的焦距。
【附图说明】
[0006]根据下文结合附图详细描述的本发明优选实施方式，将更好地理解本发明的上述以及其它的目的、方面和优点，附图中:
[0007]图1示意性图示光接收器的功能方块图；
[0008]图2示意性图示根据本发明第一实施例的光接收器内部的平面图；
[0009]图3示出光波导的剖视图；
[0010]图4A和图4B比较了用于半导体材料所制成波导的光稱合系统；
[0011]图5A和图5B比较了分别关于单透镜系统与双透镜系统的光耦合容差；
[0012]图6示出了第一透镜的偏离与用于补偿光耦合效率的第二透镜偏置之间的关系，以及补偿后的耦合效率；
[0013]图7A和图7B示意性示出根据图2中所示双透镜系统进行变化后的双透镜系统的光学布置;
[0014]图8示出双透镜系统的装配流程；
[0015]图9是示出根据本发明第二实施例的光调制器内部的平面图；以及
[0016]图1OA和图1OB示出波导实施例的剖视图，该波导形成于图9所示光调制器中的调制装置内。
【具体实施方式】
[0017]图1示意性图示光接收器的功能方块图，这里，光接收器100可应用于相干光通信系统。光接收器100主要包括光单元10和设置在光单元10下游的电单元40。
[0018]光单兀10包括偏振分束器(PBS) 12、分束器(BS) 14、两个光混合器16、多个光接收部件18、放大器20、半波板22、以及两个反射镜24a、24b。光单元10可以进一步设置有光学器件，以补偿被PBS 12和BS 14分开的两个通道之间的时滞(skews)，这些时滞可能由透镜、反射镜等导致；但图1中省略了调整时滞的那些光学器件。电单元40包括模拟-数字转换器(A/D-C)42和数字信号处理器(DSP) 43。
[0019]BBS 12使由单模光纤(SMF)提供的光信号SIG分光成各自具有X偏振和Y偏振的两个光束，这里，本说明书设定:x偏振处在与光单元10的主表面平行的平面中，而Y偏振处在与主表面垂直的平面中。具有X偏振的一个光束进入X-混合器16x ;同时,在由半波板22使其偏振方向旋转90°之后，具有Y偏振的另一光束进入另一混合器，Y-混合器16y。
[0020]BS 14使由本振光源通过保偏光纤(PMF)提供的本振光束(LO)分光成两个光束。将处于偏振的本振光束LO设定处于X偏振,也就是,使该偏振与进入X-混合器16x的光束的偏振、以及通过半波板22进入Y-混合器16y的光束的偏振相匹配。
[0021 ] 各个混合器16x和16y使各来自光信号SIG的光束与来自本振光束LO的光束相乘(multiply),并将这样处理过的光束从输出端口输出。具体而言，X-混合器16x使源自光信号SIG的光束与源自本振光束LO的光束干涉或相乘,提取光信号SIG中所包含的同相分量和异相分量。前一种分量称为同相分量，对应于光信号SIG中相位与本振信号LO的相位匹配的分量，而后一种分量称为正交分量，对应于相位与本振光束LO的相位相差90°的分量。这些分量各自以差动形式输出。类似地，Y-混合器16y输出光信号SIG中关于Y偏振的同相分量和正交分量。这些分量各自也以差动形式输出。也就是，X-混合器16x可以输出:差动形式的同相分量，即X-1p和X-1n，同样为差动形式的正交分量，X-Qp和X-Qn。Y-混合器16y输出各具有差动形式的两种分量，Y-1p和Y-1n，以及Y-Qp和Υ-Qn。两个混合器16x、16y可以是形成于硅衬底上的PLC类型。
[0022]光接收部件18，其可以是光电二极管(PDs)，将从混合器16x、16y输出的各个光束转换成光电流。各放大器20差动放大从I3Ds 18输出的互补信号。放大器20可以具有称为跨阻放大器(TIA)的装置，以将电流信号转换成电压信号。将各个放大器的输出提供给电单元40，以在其中进行电处理。
[0023]A/D-Cs 42将各从TIAs 42输出的模拟电压信号转换成数字信号。DSP 44处理由A/D-Cs 42这样转换后的数字信号，以相对于信号SIG调整本振光束LO的相位和波长等，用于实现相干光通信。
[0024](第一实施例)
[0025]图2示意性图示根据本发明第一实施例的光接收器10内部的平面图。图2只示出光单元10并省略图1中的电单元40。光接收器10中与图1中所示元件类似或相同的元件使用与图1中类似或相同的附图标记，并不再重复说明。
[0026]一个输入端口 25b容纳单模光纤(SMF)，用于接收进来的信号SIG ;同时，另一输入端口 25a容纳保偏光纤(PMF) 27，以接收本振光束L0。输入端口 25a和25b设置有各自的准直透镜21a和21b。除了图1中所示的元件之外，壳体24还安装有一些光学部件，例如反射镜28x和28y、调整时滞的无源装置29x和29y、透镜30xSl至30yL2、等等。反射镜28x和28y、以及无源装置29x和29y设置用于各自的光混合器16x和16y。采用了总共八个(8)透镜30xSl至30yL2。进入光混合器16x和16y的各光路设置有一对透镜30。
[0027]取决于偏振方向，PBS 12将由SMF 26提供的光信号SIG分光成两个光束，两个光束中具有X偏振并通过PBS 12的一个光束，随着通过无源装置29x以及经两个透镜30xS2和30xSl聚集,进入光混合器16x。同时,被PBS 12折转(bent)的另一光束，随着通过半波板22、被反射镜28y反射以及经两个透镜30yS2和30ySl聚集，进入另一光混合器16y。
[0028]提供自PMF 27的本振光束LO经BS 14均等地分光成两个光束，两个光束