專利名稱：冗余的光學(xué)器件陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如為激光器和光探測(cè)器一類的光學(xué)器件的陣列，更為具體而言，則涉及有增加的產(chǎn)量和更長(zhǎng)的壽命的光學(xué)器件陣列。
背景技術(shù)：
在過去幾年里通信系統(tǒng)中使用光纖的急劇增長(zhǎng)已引起對(duì)更為便宜和更加可靠的光學(xué)元件的巨大需求。不幸的是，可用來(lái)生產(chǎn)在這樣一類器件中使用的合格的激光二極管和光探測(cè)器的有限材料實(shí)際上使可供此類器件取得的平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)受到限制。
典型的二極管激光器或光探測(cè)器通過在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)該器件制得。根據(jù)具體器件及其設(shè)計(jì)，這可能需要采用諸如為液相外延，金屬有機(jī)汽相外延，分子束外延一類已知技術(shù)。這些技術(shù)在質(zhì)量、可靠性以及產(chǎn)生缺陷的頻率等方面，都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
器件的有源部分一旦通過外延生長(zhǎng)工藝產(chǎn)生后。于是就把該器件進(jìn)一步加工成器件芯片。在這些工藝過程期間，例如，為隔離諸零件或制作諸接觸點(diǎn)而把介質(zhì)薄膜或各種金屬沉積在半導(dǎo)體上。最后，采用光刻法和/或化學(xué)或物理蝕刻來(lái)完成該器件。這些器件結(jié)構(gòu)一旦在半導(dǎo)體晶片上全部形成，每個(gè)器件就例如通過切割而從晶片上加以分離。
圖1A和1B示出先前技術(shù)的光學(xué)器件即半導(dǎo)體激光二極管的兩種變型。圖1A和1B中所示的特定器件110，120為垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。正如所示，每個(gè)器件110，120均包含在面積大約為200微米見方的半導(dǎo)體材料之內(nèi)。每個(gè)器件110，120具有大約17-19微米直徑的光學(xué)窗口112，122。器件110，120通過引線114，124連接至約100微米見方的鍵合區(qū)116，126。在圖1A中，鍵合區(qū)作為正(+)的接觸點(diǎn)，而在圖1B中鍵合區(qū)則作為負(fù)(-)的接觸點(diǎn)。
圖2示出多個(gè)單獨(dú)的VCSEL，后者業(yè)已被組合起來(lái)以形成至少2×3的激光器陣列。器件200這樣排列，使得每個(gè)激光器之間的距離(也即″節(jié)距″)約為250微米。這樣一種陣列可以是相對(duì)可靠的，因?yàn)槊總€(gè)單獨(dú)的激光器件200在其集成為陣列之前均可進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。然而，陣列一旦產(chǎn)生，倘若個(gè)別元件失效，則不是整個(gè)陣列必須加以更換，就是該陣列因不易進(jìn)行修理而性能退化。
更有甚者，例如，即使該陣列由宏觀結(jié)構(gòu)制作而成，從而在一公共的載體上存在1×4個(gè)分立的器件。若該器件的任何一個(gè)有缺陷，則整個(gè)載體變?yōu)闊o(wú)用，或者必須從上面取下個(gè)別好的器件并單獨(dú)使用。
上述所有問題都導(dǎo)致這樣的陣列需要昂貴的代價(jià)來(lái)獲得，而在其總體配置上總的MTBF則由陣列中最不可靠的器件所決定。
這樣在技術(shù)上就保留有對(duì)以較低的成本來(lái)生產(chǎn)結(jié)合有光學(xué)器件陣列的芯片制作方法的需要。
在技術(shù)上還保留對(duì)易于以低成本進(jìn)行修理的陣列的進(jìn)一步的需要。

發(fā)明內(nèi)容
我們?cè)O(shè)計(jì)了產(chǎn)生避免先前技術(shù)諸問題的電光芯片的方法。
具體而言，我們?cè)O(shè)計(jì)了以提供總生產(chǎn)率更高和可靠性更高的方式來(lái)配置大量光學(xué)器件的方法。根據(jù)具體的實(shí)施過程可以達(dá)到諸如為配置后的可修改性以及性能最佳化等一類更多的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及具有多個(gè)光學(xué)器件的光學(xué)模塊。多個(gè)光學(xué)器件中至少兩個(gè)器件成一組。相對(duì)于其他的器件，組內(nèi)的每個(gè)光學(xué)器件都是單獨(dú)可選的。光學(xué)模塊同時(shí)具有耦合至各器件的控制器，致使該控制器能選擇組中那個(gè)器件將在給定時(shí)刻被激活。
本發(fā)明的另一方面涉及用于光電子單元中的具有冗余器件的光學(xué)芯片的制作方法，該法包括在晶片上生長(zhǎng)多個(gè)光學(xué)器件的有源部分，加工此晶片以產(chǎn)生完整的光學(xué)器件，制作單獨(dú)的諸光學(xué)器件，對(duì)各器件分組；以及連接組內(nèi)各器件至一個(gè)控制電路，致使公共數(shù)據(jù)能為組內(nèi)任一器件接收到，但將只有組內(nèi)被激活的器件才會(huì)處理此公共數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的再一個(gè)方面是與通信網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，后者具有帶許多可用信道的第一發(fā)送器，第一接收器，以及連接第一發(fā)送器到第一接收器的諸光纖。第一發(fā)送器具有多個(gè)激光器，至少若干個(gè)可選擇作為或者被激活的或者后備的激光器。該多個(gè)激光器是可以控制的，以致如果一個(gè)特定的信道經(jīng)由被激活的激光器使用而該信道發(fā)生激光器故障，可讓冗余激光器替代此被激活的激光器，而在替代之后，該特定信道可利用此冗余激光器繼續(xù)使用。
此處描述的或者來(lái)自采用包含于此處講述的學(xué)說的這些和其他實(shí)施例，均提供超過先前技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和好處。
此處所述諸優(yōu)點(diǎn)和特色乃是可得自代表性實(shí)施例的許多優(yōu)點(diǎn)和特色的少數(shù)幾個(gè)，且只是用來(lái)幫助理解本發(fā)明。應(yīng)該明白，不要把它們認(rèn)為是對(duì)正如由權(quán)利要求加以限定的對(duì)本發(fā)明的限制，或?qū)?quán)利要求等效物的限制。例如，這些優(yōu)點(diǎn)的某些個(gè)是相互矛盾的，以致于它們不能在單個(gè)實(shí)施例中同時(shí)出現(xiàn)。類似地，某些優(yōu)點(diǎn)適用于本發(fā)明的一個(gè)方面而并不適用于其他方面。因此，在確定等效物時(shí)不應(yīng)認(rèn)為這些特色和優(yōu)點(diǎn)的總和是決定性的。本發(fā)明額外的特色和優(yōu)點(diǎn)將在以下敘述中以及從附圖和權(quán)利要求中變得明朗起來(lái)。


圖1A和1B顯示現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光二極管光學(xué)器件實(shí)例的兩種變型；圖2顯示按現(xiàn)有技術(shù)配置成陣列的圖1的多個(gè)VCSEL；圖3顯示來(lái)自按本發(fā)明的一個(gè)陣列的冗余激光器對(duì)；圖4A顯示來(lái)自按本發(fā)明的一個(gè)陣列的四個(gè)冗余激光器組；圖4B功能性地示出圖4A的激光器組的諸接觸點(diǎn)；圖5顯示按本發(fā)明一個(gè)可適于使用的光電子芯片的各功能元件；圖6顯示圖5中采用根據(jù)本發(fā)明的冗余激光器對(duì)的芯片；圖7顯示圖6芯片的另一可供選擇的變型；圖8顯示圖5中采用根據(jù)本發(fā)明的四個(gè)冗余激光器構(gòu)成的組的芯片；圖9顯示圖5中采用根據(jù)本發(fā)明冗余光探測(cè)器對(duì)的芯片；圖10顯示圖5中采用根據(jù)本發(fā)明的四個(gè)冗余光探測(cè)器構(gòu)成的組的器件；圖11A示出電路的一個(gè)功能性例子，用以按本發(fā)明從兩個(gè)或更多個(gè)冗余器件中進(jìn)行選擇；圖11B示出電路的另一功能性例子，用以按本發(fā)明從兩個(gè)或更多個(gè)冗余器件中進(jìn)行選擇；圖12功能性地示出一個(gè)結(jié)合本發(fā)明的光電子收發(fā)器；以及圖13是為兩器件組用自動(dòng)故障排除電路例子的功能性框圖。
具體實(shí)施例方式
圖3示顯示本發(fā)明原理產(chǎn)生的激光器302二維陣列的一部分300。該部分示出通過接觸鍵合區(qū)304鍵合至電子芯片306的兩個(gè)單個(gè)激光器件302。正如所示，器件302是個(gè)業(yè)已倒裝鍵合至電子芯片的底發(fā)射激光器件，雖然正如即將從此處描述中所看到的那樣，也可采用底接收，頂發(fā)射或頂接收的器件，特別當(dāng)采用于本文同時(shí)申請(qǐng)的標(biāo)題為光電子器件集成的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)(該申請(qǐng)通過引用而結(jié)合在本文中)的方法作為該工藝過程的部分時(shí)更是如此。
由于襯底308并未被去除或過分地減薄，故激光的發(fā)射經(jīng)由產(chǎn)生在支承激光器件的襯底308上的入口通路310進(jìn)行，以允許對(duì)該器件的緊密光學(xué)接近。各入口通路之間的間隔，也即節(jié)距要如此安排，致使每個(gè)激光器302能夠或者直接耦合至單根光纖，或者，例如通過采用微透鏡聚焦光輸出或采用光學(xué)波導(dǎo)導(dǎo)引光而對(duì)準(zhǔn)進(jìn)入一個(gè)公共的光纖。這樣，根據(jù)所用具體的激光器和光纖，兩激光器之間的節(jié)距對(duì)導(dǎo)引激光至單模光纖的可以小至5-10微米，而對(duì)于導(dǎo)引激光至多模光纖的則為50-100微米。或者，若采用光學(xué)波導(dǎo)或聚焦透鏡，則器件之間的節(jié)距就變得不太重要，且可大至100微米或以上，視需要而定。
在器件產(chǎn)生過程中，將激光器分離成單個(gè)器件，方法是在和電子芯片鍵合之前，例如，如在所結(jié)合的標(biāo)題為光電子器件集成的共同轉(zhuǎn)讓申請(qǐng)中所示，通過對(duì)激光器晶片進(jìn)行布圖而實(shí)現(xiàn)。此外，對(duì)各器件用分組溝312進(jìn)行布圖，后者通過產(chǎn)生分離各冗余器件的單個(gè)組314的邊界而從實(shí)際上和電學(xué)上限定各組。分組溝312確保各單個(gè)組之間的隔離，而與此同時(shí)由電導(dǎo)襯底308允許載流子在組內(nèi)各器件之間運(yùn)動(dòng)。照這樣，一個(gè)組實(shí)際上是制作成或者多個(gè)分離器件或者具有多個(gè)有源區(qū)的單個(gè)器件。
組314內(nèi)的所有器件均分享公共的連接(或正的或負(fù)的接觸點(diǎn))使得由任何器件待要發(fā)送或接收的任何信號(hào)均可由組內(nèi)的任何其他器件加以發(fā)送或接收而不管哪一個(gè)器件被選為利用該接觸點(diǎn)的被激活的器件。換言之，若在一個(gè)諸如光發(fā)送器的光學(xué)模塊中三個(gè)激光器構(gòu)成一組，它們將被耦合至一個(gè)單根光纖，全都具有一個(gè)公共的接觸點(diǎn)和全都具有單獨(dú)的相反極性的接觸點(diǎn)。若發(fā)送器通過光纖發(fā)送數(shù)據(jù)，則相同的信號(hào)都將被發(fā)送而不管哪一個(gè)激光器在該時(shí)間是被激活的。而且，從任何先前技術(shù)之發(fā)送器的功能的視角來(lái)看，結(jié)合有本發(fā)明的發(fā)送器對(duì)于組內(nèi)哪個(gè)激光器在被激活是可以不考慮的。有利的是，發(fā)送器或利用本發(fā)明的任何其他器件的購(gòu)買者或用戶，不必知道它包含有器件冗余。除了制造者外，允許選擇特定被激活的激光器這一特色和原理對(duì)任何人都可以是全透明的，或者可使其對(duì)第三方來(lái)說，可理解到不同的程度。
圖4A顯示采用四個(gè)激光器402的組400作為冗余組的激光器陣列的一部分。正如所示，各單個(gè)器件已通過布圖隔離單個(gè)器件接觸點(diǎn)406的分離溝404加以分離，而各個(gè)組400業(yè)已通過布圖分組溝408的形成，各分組溝408將公共接觸點(diǎn)410從其他相鄰組的公共接觸點(diǎn)中隔離出來(lái)，如同圖3那樣，經(jīng)由襯底設(shè)置入口通路310為激光器提供了近距離的光學(xué)通路，圖4B是圖4A中的組的功能性表示，但只顯示出每個(gè)激光器用的分立接觸點(diǎn)406，以及用作為公共接觸點(diǎn)的襯底308。
有利的是，通過對(duì)各激光器分組成四個(gè)一組，可獲得明顯的靈活性。例如，可使用四個(gè)激光器的最佳兩個(gè)作為冗余對(duì)，后者具有或不具有剩下的兩激光器用作為該對(duì)中任一激光器的備用器件，可利用四激光器的最佳者作為主激光器，而余下三個(gè)的每一個(gè)當(dāng)主激光器失效時(shí)就可派上用場(chǎng)，或者，若組內(nèi)任何單個(gè)激光器變壞的話，這個(gè)激光器可以完全被忽略。
圖5顯示一個(gè)適合于采用本發(fā)明原理的光電子器件500的諸功能性元件。從功能上講，該器件包括含有各單個(gè)激光器的陣列的激光器部分502。該器件也包括含有各單個(gè)光探測(cè)器的陣列的探測(cè)器部分504。設(shè)置一個(gè)控制部分506，后者含有用以進(jìn)入各單個(gè)激光器和/或探測(cè)器的控制電子器件。此外，正如下面所將要更為詳細(xì)描述的那樣，可選擇地設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)器部分508。最后，該器件包括一個(gè)接口部分510，籍此該光電子芯片可電子地或編程地連接至其他器件或控制電子器件。根據(jù)具體的實(shí)施過程，該接口部分510可以功能性地置于控制部分506(和/或存儲(chǔ)器508，若使用此部分的話)和各器件502，504之間，例如，那里的控制器506和/或存儲(chǔ)器508可由第三方提供。
在其他變型中，接口510可提供一個(gè)繞過或放棄控制部分506和/或存儲(chǔ)器508的任何一個(gè)或兩者的通路，如果它們中的任何一個(gè)或兩者都存在的話。
從功能上講，控制部分506在整體上或部分上乃是光電子芯片500的“大腦”。至少，是關(guān)于冗余特性的大腦?？刂撇糠?06實(shí)際上由硬件構(gòu)成，后者被用以基于，例如，諸存在存儲(chǔ)器中的信息來(lái)激活各單個(gè)器件，和/或發(fā)生故障以后規(guī)定，更新和/或改變所儲(chǔ)存的信息以啟動(dòng)該芯片或?qū)λ匦戮幊?。根?jù)具體的實(shí)施，該控制部分將是個(gè)處理器，例如，在程序控制下運(yùn)行的微處理器，狀態(tài)機(jī)，硬件連接的電路或者其中的若干組合。
根據(jù)具體的實(shí)施，存儲(chǔ)器將是以下各種形式靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(SRAM)，動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(DRAM或RAM)，或某種形式的只讀存儲(chǔ)器(ROM)，后者可以是，例如，諸如可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)，電子可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，可編程邏輯器件(PLC)等等的器件，指出少數(shù)幾個(gè)。
存儲(chǔ)器508可經(jīng)由控制部分506控制，并配置成允許指定每組中被激活的器件?；蛘?，存儲(chǔ)器508可以進(jìn)一步配置得保持對(duì)冗余(即后備)器件的跟蹤，如果需要的話，可作為進(jìn)一步的選擇而配置來(lái)指定等級(jí)或順序用以啟動(dòng)組內(nèi)其余器件在線工作。
例如，表1列出可為各器件對(duì)的組采用的簡(jiǎn)表。每對(duì)具有一個(gè)組地址或標(biāo)識(shí)符，它唯一地直接或間接識(shí)別每個(gè)分離的組。
使用單一的數(shù)位來(lái)指定被激活的器件，例如，用二進(jìn)制的0代表組內(nèi)的第一器件，而二進(jìn)制的1則代表組內(nèi)第二器件。

表1表2顯示另一種排列用以識(shí)別存儲(chǔ)器內(nèi)的被激活的器件。正如表1那樣，地址或標(biāo)識(shí)符唯一地識(shí)別特定的組。和地址相關(guān)的是兩位的二進(jìn)制數(shù)，其中每一位對(duì)應(yīng)于組內(nèi)的一個(gè)器件，并用來(lái)標(biāo)明該器件是否被激活。

表2例如，00的位形式將規(guī)定為沒有一個(gè)器件被激活，01或10的位形式將表明在該對(duì)中一個(gè)或其它一個(gè)器件在被激活。根據(jù)具體的實(shí)施，11的位形式可被用來(lái)，例如，是兩個(gè)器件在某些特殊情況下都被激活，或者可能僅僅是一無(wú)效的狀態(tài)。
表3顯示對(duì)具有四器件構(gòu)成的各組相似的排列。在該情況下，采用相似的二進(jìn)制數(shù)，除非二進(jìn)制數(shù)中的實(shí)際數(shù)字乃被用來(lái)指明為被激活的器件。

表3例如，00將表示組內(nèi)第一器件是被激活的，01將表示組內(nèi)第二器件是被激活的。10將表示組內(nèi)第三器件是被激活的，而11則將表示組內(nèi)第四器件在被激活。
表4表示對(duì)具有單個(gè)四器件組的特殊陣列中保持各被激活器件的路徑而列出更為復(fù)雜的排列。正如所示，表4包括如上述的地址。此外，使用八位二進(jìn)制數(shù)(X1X0A1A0B1B0C1C0)用來(lái)識(shí)別組內(nèi)特定的激光器件即主(也即被激活)激光器件以及組內(nèi)余下諸器件的等級(jí)。

表4例如，對(duì)一特定的地址，表列值01110010將表明第二器件在被激活。倘若器件不可用或失效，則待定在線工作的下一個(gè)器件是第四器件。如果那個(gè)器件發(fā)生了故障，則其后在線工作的下一個(gè)器件將依次為第一，接下來(lái)為第三器件。
正如可被了解的那樣，存在許多其他數(shù)字方式以外的途徑來(lái)識(shí)別各被激活的器件和/或指定另外的器件，或者采用上述例子的若干變型或聯(lián)合，或者產(chǎn)生若干其他的方法，例如，通過對(duì)每一個(gè)激光器標(biāo)以唯一的地址(不管其組)，并為每組中各激光器維護(hù)一個(gè)要它們啟動(dòng)在線工作的先后次序的清單，或?yàn)槊恳粋€(gè)激光器提供諸如電壓偏置和調(diào)制一類設(shè)置用的空間，并且為被激活的激光器注入設(shè)置信息和/或設(shè)定偏壓和/或調(diào)制的設(shè)定值為零和/或無(wú)效值以使該激光器取消作用。
在另一個(gè)可供選擇的實(shí)施中沒有器件選擇用的存儲(chǔ)器，各器件結(jié)合有可燒熔的連接線，后者可被用來(lái)使一個(gè)器件在線工作或斷開不工作。例如，每一個(gè)器件可結(jié)合有兩根可燒熔的連接線。一開始沒有一根連接線被燒斷，故器件不被激活但是有效可用的。為使器件在線工作，將電路激活導(dǎo)致一個(gè)特定連接線燒斷而使該器件被激活。以后某個(gè)時(shí)刻，在該器件損壞的情況下，，可讓其他電路去燒斷余下的連接線而使該器件不被激活。于是可以以相似的方式通過對(duì)組內(nèi)冗余器件燒斷第一連接線來(lái)使該冗余器件啟動(dòng)在線工作。
還有其他多種另外的實(shí)施采用存儲(chǔ)器和硬接線或可燒熔連接線的聯(lián)合來(lái)完成控制和/或存儲(chǔ)的功能。
圖6更為詳細(xì)地示出圖5中所示類型的按本發(fā)明原理加以構(gòu)建的光電子器件。正如所示，探測(cè)器部分604由36個(gè)單個(gè)探測(cè)器構(gòu)成，而激光器部分602則由36對(duì)冗余激光器構(gòu)成。正如所示，組610內(nèi)的各單個(gè)激光器606，608由器件溝612加以分隔，而各個(gè)組則由分組溝614彼此加以分隔。
此外，在各成對(duì)冗余激光器的相鄰行之間存在可利用的面積616。那些面積可以完全不用，可由波長(zhǎng)和冗余對(duì)不同的其他激光器占有，或者可表示為相同類型的額外激光器作為諸冗余對(duì)，后者由于這種或那種原因而不能使用，具體視特定的實(shí)施而定。
圖7表示出相似于圖6的一個(gè)光電子芯片700，除了將陣列圖案形成為好象存在四個(gè)分立的器件來(lái)構(gòu)成組702以外。然而，每一組只包含兩個(gè)激光器704，706。
圖8示出相似于圖6芯片的一個(gè)芯片800，除了每一個(gè)單個(gè)組802現(xiàn)由四個(gè)單個(gè)激光器804，806，808，810構(gòu)成以外。
圖9示出類似圖5器件的芯片900，但具有冗余探測(cè)器對(duì)902。正如所示，類似圖6的各激光器，通過分組溝904將各光探測(cè)器分成組，而組內(nèi)的各單個(gè)探測(cè)器則由器件溝910加以分隔。
關(guān)于冗余探測(cè)器值得指出的是，冗余探測(cè)器的使用將需要要么采用若干額外的器件來(lái)重新把入射光從一個(gè)探測(cè)器導(dǎo)引至另一個(gè)探測(cè)器以便在它們之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換?；蛘?，要可使光散焦或折射使得光根據(jù)需要入射至兩個(gè)探測(cè)器上所有相關(guān)的器件(在該情況下)。然而很顯然，若采用冗余探測(cè)器且不配備光的重新導(dǎo)引，則系統(tǒng)必須能承受由于這樣一種散焦或折射引起的損失，因?yàn)槿肷涔獾牧侩S著散焦至大得多的面積以包括進(jìn)大量冗余器件或它們之間大的節(jié)距而將呈指數(shù)衰減。
圖10顯示一個(gè)具有相似于圖9陣列的芯片1000，除了圖10的陣列每組結(jié)合有四個(gè)冗余探測(cè)器1004，1006，1008，1010。
業(yè)已示出許多根據(jù)本發(fā)明的功能性的變型，現(xiàn)將提供可用于特定實(shí)施方法的若干例子。
圖11A顯示一個(gè)電路設(shè)計(jì)的功能性例子用以根據(jù)本發(fā)明在兩個(gè)或兩個(gè)以上的冗余器件之間進(jìn)行選擇。在根據(jù)該例的變型中，將公共數(shù)據(jù)信號(hào)源1102連接至組內(nèi)所有的激光器1104。正如所示，在組內(nèi)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的激光器。將多路復(fù)用器1106(對(duì)于1-對(duì)-1連接)或選擇器(對(duì)于1-對(duì)-1或更多的連接)插入激光器用電源1108和激光器本身之間。由控制部分1110利用控制信息(不論基于位或基于偏壓/調(diào)制)來(lái)選擇哪個(gè)激光器接受功率。另一種選擇是，在某些變型中多路復(fù)用器可代之以選擇器，后者能選擇激光器的任何一個(gè)或多個(gè)。
圖11B顯示電路設(shè)計(jì)的另一功能性例子用以根據(jù)本發(fā)明在兩個(gè)或更多個(gè)冗余器件之間進(jìn)行選擇。在根據(jù)此例的變型中，信號(hào)源1112由放大器1114加以放大并經(jīng)由多路復(fù)用器(對(duì)于1-對(duì)-1連接)或選擇器(對(duì)于1-對(duì)-1或更多的連接)連至各激光器1116。多路復(fù)用器1106或選擇器以相似于圖11A的方式進(jìn)行控制。
圖12功能性地顯示一個(gè)包括結(jié)合本發(fā)明的光電子收發(fā)器1200的通訊系統(tǒng)。正如所示，該收發(fā)器1200包括結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的冗余激光器1204的芯片1202。如此設(shè)計(jì)收發(fā)器，使每對(duì)激光器1204耦合至公共光纖1206。正如所示，采用似″Y″形的波導(dǎo)1208把激光從對(duì)中任一激光器引導(dǎo)至公共光纖1206。在其他變型中采用波導(dǎo)的其他形式，或者微透鏡，光柵，熔化光纖，等等來(lái)耦合兩個(gè)或多個(gè)激光器至公共光纖，所用的具體耦合方法對(duì)理解本發(fā)明無(wú)關(guān)。
收發(fā)器1200也包括電子接口1212，通過它可接收和發(fā)送電信號(hào)，比如可接收、發(fā)射數(shù)字信號(hào)。根據(jù)具體的裝置，可將該收發(fā)器構(gòu)造成轉(zhuǎn)換所接收的數(shù)字信號(hào)為光信號(hào)，后者用各激光器通過一根或多根光纖將光信號(hào)傳送至接收器1214，接收器1214可以是具有光探測(cè)器1216的獨(dú)立存在的單元或另一個(gè)收發(fā)器的部分。此外或另一種選擇是，該收發(fā)器1200可采用那些數(shù)字信號(hào)作為控制信號(hào)和/或接收該信號(hào)供如同在常規(guī)電子光學(xué)收發(fā)器中那樣進(jìn)行使用。類似地，將該收發(fā)器1200構(gòu)造成探測(cè)在其探測(cè)器1218上接收到的入射光，并將該光轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)然后以常規(guī)方式經(jīng)由電子接口加以輸出。
有利的是，可以構(gòu)造再一個(gè)變型用以自動(dòng)故障排除。圖13是一個(gè)結(jié)合有自動(dòng)故障排除實(shí)例方法的功能性框圖。正如所示，組1300由耦合至公共光纖的兩個(gè)激光器1302，1304構(gòu)成，所述公共光纖，例如，為一個(gè)呈“錐”或“漏斗”形的波導(dǎo)1305，它對(duì)激光器1302，1304兩者是公共的?？刂破?306通過輸出邏輯1或0而選擇哪個(gè)激光器在被激活。傳感器1308監(jiān)測(cè)被激活激光器的輸出，例如，經(jīng)由對(duì)在使用的激光器輸出功率進(jìn)行取樣，并把此結(jié)果反饋回故障排除控制器1310，后者可以是或不可以是控制器1306的部分，只是為理解目的而功能性地分開加以顯示。用故障排除控制器310來(lái)判定該被激活的激光器是否應(yīng)被斷開而改用組內(nèi)另一個(gè)激光器，這是基于若干和激光器性能有關(guān)的某個(gè)數(shù)值——在該情況下為輸出功率來(lái)進(jìn)行判定的。根據(jù)具體的實(shí)施，可采用許多不同的已知技術(shù)的任何一種來(lái)進(jìn)行判定一個(gè)數(shù)值是否處在容限或在某個(gè)范圍以內(nèi)。例如，可采用比較器來(lái)直接或邏輯上對(duì)采樣值和閾值進(jìn)行比較，而當(dāng)采樣值跌至閾值以下時(shí)候就可設(shè)置一個(gè)觸發(fā)器進(jìn)行點(diǎn)火觸發(fā)，等等……倘若在某個(gè)點(diǎn)上，激光器的功率跌至規(guī)定容限以下或超出所希望的范圍，則采用上述諸技術(shù)之一將使該激光器不被激活而改用組內(nèi)的另一激光器。例如，如圖所示，將故障排除控制器1310連至存儲(chǔ)器1312，從而當(dāng)對(duì)一個(gè)激光器需要故障排除時(shí)，故障排除控制器1310就改變存儲(chǔ)器1312中的數(shù)值。這導(dǎo)致控制器1306去解除被激活的一個(gè)激光器1302而改用備用激光器1304。
根據(jù)具體的實(shí)施，比較理想的是，包括這樣的電路或存儲(chǔ)信息，使得當(dāng)發(fā)生了一個(gè)器件代替另一器件(不管是自動(dòng)或手動(dòng))時(shí)，“壞”器件能被標(biāo)明，以防備用器件失效時(shí)不至于使該壞的器件重新再被切換回去。
應(yīng)該明白，雖然所描述的大多與光學(xué)收發(fā)器有關(guān)，但本發(fā)明可直接應(yīng)用于光學(xué)發(fā)送器模塊或光學(xué)接收器模塊，對(duì)于任何特定的實(shí)施均無(wú)必要使兩種不同類型的器件(也即發(fā)送器和接收器)存在于使用本發(fā)明的同一單元之中。
再者，應(yīng)明白，本發(fā)明可直接用于任何類型的激光器件，即表面發(fā)射激光器，分布式反饋(DFB)激光器，分布式布拉格反射鏡(DBR)激光器和/或任何類型的光探測(cè)器一起采用。
這樣，雖然我們顯示和描述了利用本發(fā)明的各種實(shí)例，但應(yīng)理解，以上敘述僅僅是說明性實(shí)施例的描述。為方便讀者，以上敘述集中在所有可能實(shí)施例的代表性例子，一個(gè)講述本發(fā)明原理的例子。該敘述并不企圖詳盡地列舉所有可能的變型。對(duì)本發(fā)明的特殊部分可能并未提出過另外的實(shí)施例，或者可能還有未描述過的另外的實(shí)施例或所述諸部分的其他聯(lián)合，但這都不被看作是放棄對(duì)那些另外實(shí)施例的權(quán)利?？梢岳斫獾氖牵S多那些未被描述的實(shí)施例都在以下權(quán)利要求書的字面敘述范疇以內(nèi)，而其他的是等效物。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)模塊，其特征在于，包括多個(gè)光學(xué)器件，該多個(gè)光學(xué)器件中的至少兩個(gè)共享限定一個(gè)組的公共接觸點(diǎn)，該組內(nèi)所述多個(gè)光學(xué)器件的所述至少兩個(gè)中的每一個(gè)相對(duì)于該組內(nèi)的其他器件都是單獨(dú)可選擇的；和耦合至所述多個(gè)光學(xué)器件的控制器，使得該控制器可選擇該組內(nèi)所述至少兩個(gè)光學(xué)器件中的哪一個(gè)將在給定時(shí)刻被激活。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中所述多個(gè)光學(xué)器件的所述至少兩個(gè)包括激光器。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中各激光器包括頂發(fā)射激光器。
4.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中各激光器包括底發(fā)射激光器。
5.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中各激光器包括分布式布拉格反射鏡激光器。
6.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中各激光器包括分布式反饋激光器。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中多個(gè)光學(xué)器件的所述至少兩個(gè)包括光探測(cè)器。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中各光探測(cè)器包括頂接收光探測(cè)器。
9.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中各光探測(cè)器包括底接收光探測(cè)器。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，其中多個(gè)光學(xué)器件包括諸激光器和光探測(cè)器。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，進(jìn)一步包括配置得存儲(chǔ)激活信息以激活所述至少兩個(gè)光學(xué)器件的存儲(chǔ)器。
12.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，進(jìn)一步包括冗余選擇電路。
13.一種光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，包括多個(gè)激光器；多個(gè)探測(cè)器；存儲(chǔ)器；耦合至存儲(chǔ)器的控制器；以及接口，經(jīng)由它可將光纖耦合至所述激光器中的至少或所述探測(cè)器中的至少兩個(gè)；其中，激光器數(shù)不等于探測(cè)器數(shù)；存儲(chǔ)器配置得使控制器從分成組的一組光學(xué)器件中識(shí)別出將被激活的光學(xué)器件；該分組由分組溝限定；以及組內(nèi)每一個(gè)光學(xué)器件分享公共的電學(xué)接觸點(diǎn)。
14.一種光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，包括配置得耦合至一單根光纖的至少兩個(gè)第一類型光學(xué)器件；配置得耦合至一第二光纖的不同于第一類型的第二類型的一個(gè)光學(xué)器件；所述至少兩個(gè)第一類型的器件通過公共連接而彼此相關(guān)，使得它們每一個(gè)都能接收單個(gè)源信號(hào)并且在給定時(shí)刻可獨(dú)立地選擇被激活。
15.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中第一種類型的所述至少兩個(gè)光學(xué)器件包括激光器。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中各激光器包括頂發(fā)射激光器。
17.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中各激光器包括底發(fā)射激光器。
18.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中各激光器包括分布式布拉格反射鏡激光器。
19.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中各激光器包括分布式反饋激光器。
20.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中第一類型的所述至少兩個(gè)光學(xué)器件包括光探測(cè)器。
21.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中各光探測(cè)器包括頂接收光探測(cè)器。
22.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中各光學(xué)探測(cè)器包括底接收光探測(cè)器。
23.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中所述多個(gè)光學(xué)器件包括激光器和光探測(cè)器。
24.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，進(jìn)一步包括配置得存儲(chǔ)激活信息以激活所述至少兩個(gè)光學(xué)器件的存儲(chǔ)器。
25.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，進(jìn)一步包括冗余選擇電路。
26.一種光學(xué)芯片，其特征在于，包括設(shè)置得耦合至一單根公共光纖的一組光學(xué)器件，各光學(xué)器件可根據(jù)激活指示被選擇，使該組內(nèi)的一個(gè)光學(xué)器件是被激活的器件，而組內(nèi)另一個(gè)光學(xué)器件則將是備用的光學(xué)器件，被激活的器件和備用的光學(xué)器件是單獨(dú)可選的使得如被激活的器件失效時(shí)將不被選中而將選擇備用的光學(xué)器件代替該被激活的器件用來(lái)作為新的被激活器件。
27.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)芯片，其特征在于，進(jìn)一步包括配置得儲(chǔ)存激活指示的存儲(chǔ)器。
28.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)芯片，其特征在于，其中光學(xué)器件組包括激光器。
29.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)芯片，其特征在于，其中光學(xué)器件組包括光探測(cè)器。
30.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)芯片，其特征在于，其中公共連接為襯底。
31.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)芯片，其特征在于，其中光學(xué)器件組通過分組溝相關(guān)聯(lián)。
32.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)芯片，其特征在于，進(jìn)一步包括多個(gè)可燒熔的連接線且其中被激活的器件由至少一根可燒熔連接線的狀態(tài)加以確定。
33.一種供在光電子單元中使用的具有冗余器件的光學(xué)芯片的產(chǎn)生方法，其特征在于，包括采用半導(dǎo)體材料在晶片上生長(zhǎng)多個(gè)光學(xué)器件的有源部分；加工所述晶片以創(chuàng)建完整的光學(xué)器件；對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行布圖創(chuàng)建各個(gè)光學(xué)器件；通過在晶片上至少兩個(gè)單個(gè)器件的各組周圍形成分組溝將各器件分組；以及連接所述至少兩個(gè)器件的每一個(gè)至控制電路，使得所述至少兩個(gè)器件的任何一個(gè)均能接收到公共數(shù)據(jù)，但只有組內(nèi)所述至少兩個(gè)器件中被激活的器件才會(huì)處理該公共數(shù)據(jù)。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括儲(chǔ)存識(shí)別組內(nèi)所述至少兩個(gè)器件中被激活的器件用的數(shù)據(jù)。
35.一種在具有多個(gè)光學(xué)器件的光學(xué)模塊中解決光學(xué)器件失效的方法，其特征在于，包括識(shí)別多個(gè)光學(xué)器件的哪一個(gè)是失效的光學(xué)器件的備用器件；使失效的光學(xué)器件取消激活；以及使該備用的光學(xué)器件被激活。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括監(jiān)測(cè)激光器的輸出以識(shí)別所述光學(xué)器件失效。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述識(shí)別進(jìn)一步包括在存儲(chǔ)器中存取將光學(xué)器件同激活信息相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。
38.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述取消激活包括改變儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中同失效的光學(xué)器件相關(guān)的數(shù)值。
39.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述取消激活包括燒斷失效光學(xué)器件的可燒熔連接線。
40.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述激活包括改變儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中同備用光學(xué)器件相關(guān)的數(shù)值。
41.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述激活包括燒斷備用光學(xué)器件的可燒熔連接線。
42.一種光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，包括多個(gè)探測(cè)器；多個(gè)發(fā)射器，至少某些發(fā)射器對(duì)于其他發(fā)射器是冗余的；以及至少耦合至各發(fā)送器的控制器，它控制多個(gè)發(fā)射器中的哪一些是被激活的發(fā)射器，哪一些是冗余的發(fā)送器。
43.如權(quán)利要求42所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，所述發(fā)射器數(shù)量至少是接收器數(shù)量的兩倍。
44.如權(quán)利要求42所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，所述發(fā)射器的數(shù)量等于接收器的數(shù)量。
45.如權(quán)利要求42所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，所述發(fā)射器的數(shù)量是接收器數(shù)量的三倍。
46.如權(quán)利要求42所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，所述發(fā)射器的數(shù)量是接收器數(shù)量的四倍。
47.如權(quán)利要求42所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，所述所述多個(gè)發(fā)射器至少包括兩個(gè)組。
48.如權(quán)利要求47所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，其中兩個(gè)組中的一個(gè)包括兩個(gè)激光器。
49.如權(quán)利要求47所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，所述兩個(gè)組中的一個(gè)包括三個(gè)激光器，且其中三個(gè)激光器的至少一個(gè)是備用激光器。
50.如權(quán)利要求49所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，所述三個(gè)激光器中剛好一個(gè)是備用激光器。
51.如權(quán)利要求49所述的光學(xué)收發(fā)器，其特征在于，所述三個(gè)激光器中剛好兩個(gè)是備用激光器。
52.一種通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，包括包括多個(gè)可用信道的第一發(fā)送器；第一接收器；以及將第一發(fā)射器連接至第一接收器的光纖；第一發(fā)射器進(jìn)一步包括多個(gè)激光器，至少多個(gè)激光器的一些可被選擇作為或者被激活的激光器或者備用激光器；多個(gè)可控制的激光器，使得如果一個(gè)特定信道被一個(gè)被激活激光器使用而該信道出現(xiàn)激光器故障，可將冗余激光器代替該被激活的激光器，且在替代之后，該特定信道可采用該冗余激光器而繼續(xù)使用。
53.如權(quán)利要求52所述的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述第一發(fā)射器進(jìn)一步包括可編程的激光器選擇控制。
54.如權(quán)利要求52所述的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述第一發(fā)射器進(jìn)一步包括發(fā)射器失效探測(cè)傳感器。
55.如權(quán)利要求52所述的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)自動(dòng)故障排除電路。
全文摘要
一種光學(xué)模塊具有多個(gè)光學(xué)器件。多個(gè)光學(xué)器件的至少兩個(gè)為一組。組內(nèi)的每個(gè)光學(xué)器件相對(duì)于其它器件是單獨(dú)可選擇的。光學(xué)模塊同時(shí)具有耦合至各器件的控制器，致使該控制器能夠選擇組內(nèi)哪一個(gè)器件將在給定時(shí)刻被激活。一種產(chǎn)生供在光電子單元中使用、具有冗余器件的光學(xué)芯片的方法，包括在晶片上生長(zhǎng)多個(gè)光學(xué)器件的有源部分，加工此晶片以產(chǎn)生完整的光學(xué)器件，制作單個(gè)光學(xué)器件，對(duì)各器件分組，連接組內(nèi)各器件至一個(gè)控制電路，使得組內(nèi)任何一個(gè)器件能接受公共數(shù)據(jù)，但只有組內(nèi)被激活的器件才會(huì)處理該公共數(shù)據(jù)。一種通信網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)帶多個(gè)可用信道的第一發(fā)射器，一個(gè)第一接收器以及將第一發(fā)射器連接至第一接收器的諸光纖。第一發(fā)射器具有多個(gè)激光器，至少某些要么作為被激活的或者作為備激光器而被選擇的。多個(gè)激光器是可控制的，致使如果一個(gè)特定信道經(jīng)一個(gè)被激活激光器使用而該信道發(fā)生激光器故障，可將冗余激光器代替該被激活的激光器，且在替代之后，該特定信道能采用該冗余激光器而繼續(xù)使用。
文檔編號(hào)H01S5/40GK1599992SQ02813098
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2002年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者約翰·特雷澤 申請(qǐng)人:美莎諾普有限公司