CN102347803A

CN102347803A - 用于40G40km长距离传输的波分复用解复用光组件

Info

Publication number: CN102347803A
Application number: CN2011103097999A
Authority: CN
Inventors: 孙雨舟; 黄鹏; 王攀; 李伟龙; 施高鸿; 刘圣
Original assignee: Innolight Technology Suzhou Ltd
Current assignee: Innolight Technology Suzhou Ltd
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明涉及用于40G40km长距离传输的波分复用解复用光组件，发射端包括IEEE802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器阵列；接收端包括IEEE802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器阵列；光纤阵列包括玻璃毛细管和光纤，玻璃毛细管为有一个内孔的玻璃棒，输入、输出光纤分别置于玻璃毛细管的内孔内；光发射端光学镜组包括C透镜组、带通滤光片和光隔离器，靠近光纤端的C透镜组第一端与玻璃毛细管结合在一起，C透镜组与带通滤光片结合，光隔离器置于C透镜组与激光器之间；光接收端光学镜组包括C透镜组和带通滤光片，靠近光纤端的C透镜组第一端与玻璃毛细管结合在一起，C透镜组与带通滤光片结合。其具有低光纤损耗、低光纤色散等特点，有利于光信号的长距传输。

Description

用于40G40km长距离传输的波分复用解复用光组件

技术领域

本发明涉及光通信技术中的光收发模块，尤其涉及一种用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件。

背景技术

城域网（Metropolitan Area Network）是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN，属宽带局域网。随着互联网业务及各种增值业务的不断发展，城域网要求的带宽也越来越宽，当前的城域网已经成为了业务发展的“瓶颈”。此外，多种类型的业务对城域网的综合接入和处理，也提出了较高的要求。

通讯领域传输容量的日益增长，传统的传输技术已很难满足传输容量及传输速度的要求，在数据中心应用领域以及互联网核心节点、教育机构、搜索引擎、大型网站、高性能计算等领域，为防止核心网络的带宽资源出现不足，承运商和服务供应商们对规划新一代高速网络协议的部署。电气电子工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers ，IEEE）对 P802.3ba 工程任务组下的 40Gbps 和 100Gbps 以太网制定了统一标准。

CFP多源协议旨在对用于启用 40Gbps 和 100Gbps 应用程序的可开机插入收发器组成要素加以定义，包括新一代的高速以太网（40GbE 和 100GbE）。插入式 CFP 收发器可为数据通讯和构成以太网核心部分的城域网提供所需的超高带宽支持。CFP封装将成为下一代以太网的关键技术，是可以支持不同数据和电信应用远距离传输的热插拔光模块。

是满足CFP封装的用于长距离高速以太网（40GbE 和 100GbE）传输的光模块，其核心组件是波分复用解复用光组件，用于将四路不同波长的载波信号耦合到同一根光纤中进行传输或者将四种不同波长的光载波进行分离，然后由四路光接收机进一步处理恢复信号。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，有效解决传统的波分复用解复用光组件插入损耗大、传输距离短、可靠性较差以及不易满足CFP封装等问题，从而很好的适应40G 40km长距离传输应用要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，包括发射端、接收端、发射端光学镜组、接收端光学镜组、光纤阵列和壳体，光纤阵列置于壳体内部，发射端发出的光信号通过发射端光学镜组聚焦，进入光纤阵列传输，不同波长的光信号经过耦合进入光纤进行传输；接收端将光纤阵列传输的光载波进行分离，由接收端恢复信号，特点是：所述发射端包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器阵列；所述接收端包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器阵列；所述光纤阵列包括玻璃毛细管和光纤，玻璃毛细管为有一个内孔的玻璃棒，输入、输出光纤分别置于玻璃毛细管的内孔内；所述壳体内部具有固定光纤的定位槽，外部设有双工光纤适配器；光发射端光学镜组包括C透镜组、带通滤光片和光隔离器，靠近光纤端的C透镜组第一端与玻璃毛细管结合在一起， C透镜组与带通滤光片结合，光隔离器放置在C透镜组与激光器之间；光接收端光学镜组包括C透镜组和带通滤光片，靠近光纤端的C透镜组第一端与玻璃毛细管结合在一起， C透镜组与带通滤光片结合。

进一步地，上述的用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，其中，所述光纤阵列置于壳体的光纤导轨之中，玻璃毛细管有一端置于壳体外部，在玻璃毛细管外壁套上毛细管套环；接收端置于套环内，并焊接固定，与镜组套环连接，接收端与镜组套环固定，金属调整环连接镜组套环与毛细管套环；发射端加入光隔离器置于套环内并焊接固定，通过金属调整环与镜组套环连接，接收端与镜组套环与金属调整环固定，通过金属调整环连接镜组套环与毛细管套环。

更进一步地，上述的用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，其中，所述C透镜、带通滤光片和玻璃毛细管端面均镀有抗反射膜。

再进一步地，上述的用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，其中，所述发射端C透镜组为非球面透镜。

再进一步地，上述的用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，其中，所述发射端为直接调制激光器。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明提供一种满足40G 40km长距离传输应用要求的波分复用解复用光组件，选择1310nm窗口作为传输窗口，其具有低光纤损耗、低光纤色散等特点，有利于光信号的长距传输。光发射端选用直接调制激光器来制作，光接收端选用高灵敏度的APD来制作，有利于光信号的长距离传输；其中的光纤阵列位于壳体内部，有恒定的弯曲半径，可靠性好；光学设计中，C透镜组和带通滤光片构成远心光学系统，具有很低了插入损耗，用C透镜组代替传统球透镜和GRIN透镜，也相应减小了插入损耗，降低了成本；并且入射到带通滤光片的角度小于1.8°，有效的提高带通滤光片性能，降低了带通滤光片成本；光路精确调整后的固定过程使用YAG激光焊接，其速度快，受温度影响很小，可靠性很高，很大的降低了插入损耗；整个设计都围绕长距离传输的要求来进行相应的优化，并且整个组装过程简单，可以使用现有光学组件的制成工艺，适合大批量生产。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明波分复用解复用光组件的结构示意图；

图2：本发明的光纤阵列结构示意图；

图3：本发明的壳体的内部结构图；

图4：本发明的带通滤光片的通透特性曲线；

图5：本发明的第一输入通道光路工作示意图；

图6：本发明的第四输出通道光路工作示意图；

图7：本发明的接收端、接收端光学镜组、光纤阵列的组装结构图；

图8：本发明的发射端、发射端光学镜组、光纤阵列的组装结构图。

具体实施方式

用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，如图1所示，包括发射端1、发射端光学镜组2、接收端3、接收端光学镜组4、光纤阵列5和壳体6。发射端1包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长λ1λ2λ3λ4的直接调制激光器阵列。发射端1发出的光信号通过发射端光学镜组2进行聚焦，进入光纤阵列5进行传输，不同波长的光信号经过耦合进入一根光纤进行传输；接收端3包括802.3ba规定的粗波分复用波长λ1λ2λ3λ4的雪崩二极管探测器阵列，将光纤阵列传输的四种波长λ1λ2λ3λ4的光载波进行分离，然后由相应接收端的进一步处理恢复信号。

光纤阵列结构如图2所示，包括光纤和玻璃毛细管，玻璃毛细管为有一个内孔的玻璃棒，输入、输出光纤分别置于玻璃毛细管的内孔内。光纤包括第一光纤511，传输波长λ1；第二光纤512，传输波长λ1λ2；第三光纤513，传输波长λ1λ2λ3；第四光纤514，传输波长λ1λ2λ3λ4。

壳体内部结构如图3所示，壳体6内部有一个内径为R的光纤导轨，半径R为光纤阵列5的最小弯曲半径，当光纤的弯曲半径大于R时，光纤弯曲损耗很小。光纤阵列5置于壳体内部具有很高的可靠性。导轨空间较大，可以容忍较大的光纤长度误差，有效的减小了光纤阵列的制作难度，适合大批量生产。

如图5所示，为第一输入通道光路工作示意图，其中带通滤光片23为一薄膜滤光片，其通透特性曲线如图4所示，由光纤阵列5入射的由波长不同的光信号复用而成的λ1λ2λ3λ4入射光信号经过C透镜22准直成平行光入射到达带通滤光片23，入射角度小于1.8°，波长为λ1的光在带通滤光片23的通带内，则波长为λ1的光经过C透镜22透射并聚焦，进入接收端3，其它波长信号λ2λ3λ4反射进入光纤阵列传输，实现解复用功能。其余通道以此类推。

如图6所示，为第四输出通道光路工作示意图，其中带通滤光片23为一薄膜滤光片，其通透特性曲线如图4所示，由光纤阵列5入射的由波长不同的光信号复用而成的λ1λ2λ3入射光信号经过C透镜22准直成平行光入射到带通滤光片23，入射角度小于1.8°，λ1λ2λ3入射光不在带通滤光片23的通带内，都反射回C透镜，聚焦进入光纤阵列传输，同时，发射端1发出的波长为λ4的光信号在带通滤光片23的通带内，光信号准直成平行光入射到达带通滤光片23，入射角度小于1.8°，然后经过C透镜22透射并聚焦，与λ1λ2λ3的反射光耦合进入同一根光纤传输，从而实现复用功能，其余通道以此类推。在此过程中，光隔离器21对光纤回波反射的光起到很好的隔离作用。

C透镜22和带通滤光片23相对位置满足一定关系，构成远心光学系统，有很低的插入损耗，并且发射端光学镜组2和接收端光学镜组4对光纤阵列5的距离位置不敏感，调整方便。光信号入射到带通滤光片23的入射角度小于1.8°，有效的提高带通滤光片性能，降低了带通滤光片成本。同时，C透镜22与玻璃毛细管52端面均镀有抗反射膜，可以减小系统的插入损耗，减小反射光对系统的损害，另外，发射端光学镜组2中的光隔离器21对光纤回波反射的光起到很好的隔离作用。

接收端与接收端光学镜组、光纤阵列的组装时如图8所示，首先将光纤阵列5置于壳体6的光纤导轨之中，玻璃毛细管52有一端置于壳体6外部，在玻璃毛细管52外壁套上毛细管套环71；将接收端3置于第二套环75内，并用激光焊接固定，然后与镜组套环72连接，调整接收端3与镜组套环72的相对位置，用激光焊将接收端3与镜组套环72固定，然后利用金属调整环74连接镜组套环72与毛细管套环71，接着将调整好的镜组套环72与毛细管套环71组成的光路使用激光焊接，固定光路。

发射端光学镜组、光纤阵列的组装时如图7所示，首先将光纤阵列5置于壳体6的光纤导轨之中，玻璃毛细管52有一端置于壳体6外部，在玻璃毛细管52外壁套上毛细管套环71；然后，将发射端1加入光隔离器21，然后置于第一套环73内，并用激光焊接固定，然后利用金属调整环74与镜组套环72连接，调整接收端3与镜组套环72的相对位置，用激光焊将接收端3与镜组套环72与金属调整环74固定，然后再利用金属调整环74连接镜组套环72与毛细管套环71，接着将调整好的镜组套环72与毛细管套环71组成的光路使用激光焊接，固定光路。

综上所述，本发明用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，与传统的波分复用解复用光组件相比，具有更高的可靠性，插入损耗小，成本低，在输出光功率、接收灵敏度等主要性能上很好满足IEEE 802.3ba 40G/100G以太网规范标准，在外型上与CFP多源协议规范兼容。并且与现有制成工艺兼容，制成简单，适合大批量生产。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，包括发射端、接收端、发射端光学镜组、接收端光学镜组、光纤阵列和壳体，光纤阵列置于壳体内部，发射端发出的光信号通过发射端光学镜组聚焦，进入光纤阵列传输，不同波长的光信号经过耦合进入光纤进行传输；接收端将光纤阵列传输的光载波进行分离，由接收端恢复信号，其特征在于：所述发射端包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器阵列；所述接收端包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器阵列；所述光纤阵列包括玻璃毛细管和光纤，玻璃毛细管为有一个内孔的玻璃棒，输入、输出光纤分别置于玻璃毛细管的内孔内；所述壳体内部具有固定光纤的定位槽，外部设有双工光纤适配器；光发射端光学镜组包括C透镜组、带通滤光片和光隔离器，靠近光纤端的C透镜组第一端与玻璃毛细管结合在一起， C透镜组与带通滤光片结合，光隔离器放置在C透镜组与激光器之间；光接收端光学镜组包括C透镜组和带通滤光片，靠近光纤端的C透镜组第一端与玻璃毛细管结合在一起，C透镜组与带通滤光片结合。

2.根据权利要求1所述的用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，其特征在于：所述光纤阵列置于壳体的光纤导轨之中，玻璃毛细管有一端置于壳体外部，在玻璃毛细管外壁套上毛细管套环；接收端置于套环内，并焊接固定，与镜组套环连接，接收端与镜组套环固定，金属调整环连接镜组套环与毛细管套环；发射端加入光隔离器置于套环内并焊接固定，通过金属调整环与镜组套环连接，接收端与镜组套环与金属调整环固定，通过金属调整环连接镜组套环与毛细管套环。

3.根据权利要求1所述的用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，其特征在于：所述C透镜、带通滤光片和玻璃毛细管端面均镀有抗反射膜。

4.根据权利要求1所述的用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，其特征在于：所述发射端C透镜组为非球面透镜。

5.根据权利要求1所述的用于40G 40km长距离传输的波分复用解复用光组件，其特征在于：所述发射端为直接调制激光器。