CN102684794A - 应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，激光器组的输出端依次布置硅透镜组、光学调整板组和下层硅透镜阵列、下层滤光片组，下层滤光片组的输出端布置下层自由空间波分复用器件，下层自由空间波分复用器件的输出端布置光隔离器，光隔离器的输出端布置聚焦透镜，聚焦透镜的输出端与输入光纤相连，输出光纤与准直透镜相连，准直透镜的输出端与棱镜相衔接，棱镜的输出端布置上层自由空间波分复用器件，上层自由空间波分复用器件的输出端布置上层滤光片组，上层滤光片组的输出端布置上层硅透镜阵列，上层硅透镜阵列的输出端布置探测器组。利用滤波片阵列结构实现光信号的复用解复用。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，属于光通信的光收发模块技术领域。
背景技术
随着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。
然而随着人类对通信带宽需求的快速增长，现有通信系统面临着容量和能耗两大挑战。由于能在更小的空间、更低的能耗占用下能提供更大的带宽，关于并行光学模块的研究发展开始日益增多。并行光学模块是在一个单独的模块中多个激光器对准多个光纤——例如适合短程高带宽计算和交换应用的 4 通道短程收发模块，集成了四个独立的发送和接收通道，并连接到一条12通道多模带状光纤。由于器件集成化和小型化所带来的低功耗，使得并行光学模块产生和散发的热量大大少于多个分立器件，从而提高了器件和整个系统的可靠性。因此，并行光学模块在对子元件和定位件进行对准时所要求的精度要高，误差要小，需保证尽可能高的光耦合效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种满足高速并行长距离传输应用要求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、耦合效率低、传输距离短、可靠性较差以及不易小型封装等问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，特点是：包括依次布置的发射端、发射端光学镜组、接收端光学镜组和接收端，所述发射端为IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器组，接收端为IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器组，所述发射端光学镜组包含硅透镜组、光学调整板组、下层硅透镜阵列、下层滤光片组、下层自由空间波分复用器件、光隔离器和聚焦透镜，所述接收端光学镜组包含准直透镜、上层自由空间波分复用器件、上层滤光片组和上层硅透镜阵列，激光器组的输出端依次布置硅透镜组、光学调整板组和下层硅透镜阵列，下层硅透镜阵列的输出端布置下层滤光片组，下层滤光片组的输出端布置下层自由空间波分复用器件，下层自由空间波分复用器件的输出端布置光隔离器，光隔离器的输出端布置聚焦透镜，聚焦透镜的输出端与输入光纤相连，输出光纤与准直透镜相连，准直透镜的输出端与棱镜相衔接，棱镜的输出端布置上层自由空间波分复用器件，上层自由空间波分复用器件的输出端布置上层滤光片组，上层滤光片组的输出端布置上层硅透镜阵列，上层硅透镜阵列的输出端布置探测器组。
进一步地，上述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其中，所述激光器组为有效发光区域在同一直线上等距排列的激光器阵列。
更进一步地，上述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其中，所述探测器组为有效接收区域在同一直线上等距排列的探测器阵列。
更进一步地，上述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其中，所述光学调整板组包含至少一个光学调整板以及对所述光学调整板支撑的调整帽，调整帽的形状为半球形或立方体结构。
更进一步地，上述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其中，所述上层滤光片组和下层滤光片组均为带通滤光片组。
再进一步地，上述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其中，所述上层自由空间波分复用器件固定在壳体的定位槽上，其主体为棱镜，包含有用于光路传输的两个面，其中一个表面镀有全反射膜，且其面设有一用于光信号入射或者出射的窗口，另一个表面与上层滤光片组组合。
再进一步地，上述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其中，所述下层自由空间波分复用器件固定在壳体的定位槽上，其主体为棱镜，包含有用于光路传输的两个面，其中一个表面镀有全反射膜，且其面设有一用于光信号入射或者出射的窗口，另一个表面与下层滤光片组组合。
再进一步地，上述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其中，所述准直透镜、硅透镜组和光学调整板组均镀有抗反射膜。
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：
利用滤波片阵列结构实现了波分复用解复用的功能，并且在发射端光组件各通道利用光学调整板的“光学杠杆”作用，可以对发射光路进行微调整，利于光路的耦合和稳定，另外各发射通道采用透镜组将光信号耦合进单模光纤，耦合效率高达80%，非常利于光信号的远距离传输；接收端光组件利用滤波片阵列结构实现了光信号的解复用功能；新型波分复用解复用光组件采用高密度小间隔封装芯片，而且接收端与发射端上下两层排列，大大减小了空间，非常有利于实现并行光收发模块小型化，并且光学调整板的光学杠杆降低了芯片贴装精度的要求，使整个设计组装过程简单，大大降低了成本，可以使用现有光学组件的制成工艺，适合大批量生产。克服了现有技术存在的传统分立器件体积大、损耗大、封装精度要求高、成本高等缺点，实现对准精度高，操作误差小，适用于可插拔的并行光学收发模块。
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为本发明发射端的结构和波分复用光路原理示意图；
图2为本发明接收端的结构和波分解复用光路原理示意图；
图3为本发明发射端的内部结构示意图；
图4为本发明接收端的内部结构示意图；
图5为本发明的滤光片的通透特性曲线。
图中各附图标记的含义见下表。
具体实施方式
应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，包括依次布置的发射端、发射端光学镜组、接收端光学镜组和接收端，如图1、图2所示，发射端为IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器组1，接收端为IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器组14，发射端光学镜组包含硅透镜组2、光学调整板组3、下层硅透镜阵列4、下层滤光片组5、下层自由空间波分复用器件6、光隔离器7和聚焦透镜8，接收端光学镜组包含准直透镜10、上层自由空间波分复用器件11、上层滤光片组12和上层硅透镜阵列13，准直透镜10、硅透镜组2和光学调整板组3均镀有抗反射膜；激光器组1的输出端依次布置硅透镜组2、光学调整板组3和下层硅透镜阵列4，下层硅透镜阵列4的输出端布置下层滤光片组5，下层滤光片组5的输出端布置下层自由空间波分复用器件6，下层自由空间波分复用器件6的输出端布置光隔离器7，光隔离器7的输出端布置聚焦透镜8，聚焦透镜8的输出端与输入光纤9a相连，输出光纤9b与准直透镜10相连，准直透镜10的输出端与棱镜16相衔接，棱镜16的输出端布置上层自由空间波分复用器件11，上层自由空间波分复用器件11的输出端布置上层滤光片组12，上层滤光片组12的输出端布置上层硅透镜阵列13，上层硅透镜阵列13的输出端布置探测器组14。
如图3所示，激光器组1为有效发光区域在同一直线上等距排列的激光器阵列。
光学调整板组3包含至少一个光学调整板以及对所述光学调整板支撑的调整帽，调整帽的形状为半球形或立方体结构，利用“光学杠杆”的作用，对光路进行微调整。
下层硅透镜阵列4包括依次布置的聚焦透镜、准直透镜和聚焦透镜，发射端光信号经过聚焦透镜的聚焦作用，经过准直透镜，再经过复用作用后通过聚焦透镜耦合进入光纤或者其他光通道。
下层滤光片组5为带通滤光片组。
下层自由空间波分复用器件6固定在壳体15的定位槽上，包含有用于光路传输的两个面，其中一个表面镀有全反射膜，且其面设有一用于光信号入射或者出射的窗口，另一个表面与下层滤光片组5组合，每个滤波片都对应一个波长的光信号，并被放置在光路传输的合理位置，下层自由空间波分复用器件6具有波分复用和解复用功能，可以利用至少一个或者两个以上滤波片阵列波分复用器件来实现光信号的波分复用和解复用功能。
光隔离器7在发射光路中的合理位置，用于减少回光反射对激光器的影响。
壳体15内部有各元器件的定位槽，有效降低了光组件的制作难度。
如图4所示，接收端光学镜组包括上层硅透镜阵列13、上层滤光片组12和上层自由空间波分复用器件11，准直透镜10的输出端与棱镜16相衔接，棱镜16的输出端布置上层自由空间波分复用器件11，其中棱镜16用于引导光信号进入上层自由空间波分复用器件11，实现光信号的解复用，上层自由空间波分复用器件11实现入射光从其他光路平面到接收端光路平面的平移。上层自由空间波分复用器件11固定在壳体15的定位槽上，包含有用于光路传输的两个面，其中一个表面镀有全反射膜，且其面设有一用于光信号入射或者出射的窗口，另一个表面与上层滤光片组12组合，用于实现光信号的解复用功能。
上层滤光片组12均为带通滤光片组。
上层硅透镜阵列13用于引导光信号和探测器14之间的光耦合。
探测器组14为有效接收区域在同一直线上等距排列的探测器阵列。
自由空间波分复用器件分上下两层，即：下层自由空间波分复用器件6和上层自由空间波分复用器件11，可以是分开结构，也可以是一体结构。
如图1新型波分复用解复用发射端光组件的组成结构和波分复用光路原理，首先，IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器组1，其有效发光区域在同一直线上等距排列，激光器组1产生的各路光信号经过硅透镜组2构成的同轴远心光路组，耦合进入滤波片阵列波分复用器件，经过滤波片阵列波分复用器件的复用作用，多路信号复用成一路信号传输，再经过聚焦透镜的耦合作用，进入一根光纤传输，实现光信号的波分复用功能。其中光学调整板组3在光路的耦合中起到对光路的微调整作用，其由上部的透光材料和下部的调整帽组成，透光材料与调整帽可以分立为二，二者也可为整体结构，其放置在光路传输的合理位置，利用“光学杠杆”的作用，将机械微调需求放大到可以用实际夹具完成对光路的微小调整，并且光学调整板对光路的z方向不敏感，对稳定光路起到很大的作用，带通滤光片为一薄膜滤光片，其通透特性曲线如图5所示，滤光片组可以通过对应激光器产生的光信号，以第四输出通道光路为例，波长为
的光信号通过带通滤波片，进入滤波片阵列波分复用器件，与波长为的反射光耦合成一路光信号传输，其余各路依次类推，需要指出的是，在滤波片阵列波分复用器件的全反射面上，有一个窗口，用于光信号的传输。
如图2新型波分复用解复用接收端光组件的组成结构和波分解复用光路原理。IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器组14，其有效接收区域在同一直线上等距排列，波分复用光信号经过一根光纤传输，进入新型波分复用解复用光组件，经过准直透镜的耦合，首先进入滤波片阵列波分解复用器件，经过滤波片阵列波分解复用器件的解复用作用，一路信号解复用成多路信号传输，再经过上层硅透镜阵列13的聚焦作用，分别由各探测器接收各路信号，实现解复用功能。带通滤光片为一薄膜滤光片，其通透特性曲线如图5所示，滤光片组可以通过对应波长的光信号，以第一输入通道光路为例，波长为
的光信号通过光纤进入新型波分复用解复用接收端光组件，波长为的光信号不能通过第一输入通道的带通滤波片，只有波长
进入该通道，波长为
的光信号经过反射进入下一个通道，其余各路依次类推，实现波分解复用功能，需要指出的是，在滤波片阵列波分复用器件的全反射面上，有一个窗口，用于光信号的传输。
综上所述，本发明用于高速并行长距离传输的波分复用解复用光组件，利用滤波片阵列结构实现了波分复用解复用的功能，并且在发射端光组件各通道利用光学调整板的“光学杠杆”作用，对发射光路进行微调整，利于光路的耦合和稳定，另外各发射通道采用透镜组将光信号耦合进单模光纤，耦合效率高达80%，非常利于光信号的远距离传输；接收端光组件利用滤波片阵列结构实现了光信号的解复用功能；新型波分复用解复用光组件采用高密度小间隔封装芯片，而且接收端与发射端上下两层排列，大大减小了空间，非常有利于实现并行光收发模块小型化，并且光学调整板的光学杠杆降低了芯片贴装精度的要求，使整个设计组装过程简单，大大降低了成本，可以使用现有光学组件的制成工艺，适合大批量生产。克服了现有技术存在的传统分立器件体积大、损耗大、封装精度要求高、成本高等缺点，实现对准精度高，操作误差小，适用于可插拔的并行光学收发模块。
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 (8)
1.应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其特征在于：包括依次布置的发射端、发射端光学镜组、接收端光学镜组和接收端，所述发射端为IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器组，接收端为IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器组，所述发射端光学镜组包含硅透镜组、光学调整板组、下层硅透镜阵列、下层滤光片组、下层自由空间波分复用器件、光隔离器和聚焦透镜，所述接收端光学镜组包含准直透镜、上层自由空间波分复用器件、上层滤光片组和上层硅透镜阵列，激光器组的输出端依次布置硅透镜组、光学调整板组和下层硅透镜阵列，下层硅透镜阵列的输出端布置下层滤光片组，下层滤光片组的输出端布置下层自由空间波分复用器件，下层自由空间波分复用器件的输出端布置光隔离器，光隔离器的输出端布置聚焦透镜，聚焦透镜的输出端与输入光纤相连，输出光纤与准直透镜相连，准直透镜的输出端与棱镜相衔接，棱镜的输出端布置上层自由空间波分复用器件，上层自由空间波分复用器件的输出端布置上层滤光片组，上层滤光片组的输出端布置上层硅透镜阵列，上层硅透镜阵列的输出端布置探测器组。
2.根据权利要求1所述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其特征在于：所述激光器组为有效发光区域在同一直线上等距排列的激光器阵列。
3.根据权利要求1所述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其特征在于：所述探测器组为有效接收区域在同一直线上等距排列的探测器阵列。
4.根据权利要求1所述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其特征在于：所述光学调整板组包含至少一个光学调整板以及对所述光学调整板支撑的调整帽，调整帽的形状为半球形或立方体结构。
5.根据权利要求1所述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其特征在于：所述上层滤光片组和下层滤光片组均为带通滤光片组。
6.根据权利要求1所述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其特征在于：所述上层自由空间波分复用器件固定在壳体的定位槽上，其主体为棱镜，包含有用于光路传输的两个面，其中一个表面镀有全反射膜，且其面设有一用于光信号入射或者出射的窗口，另一个表面与上层滤光片组组合。
7.根据权利要求1所述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其特征在于：所述下层自由空间波分复用器件固定在壳体的定位槽上，其主体为棱镜，包含有用于光路传输的两个面，其中一个表面镀有全反射膜，且其面设有一用于光信号入射或者出射的窗口，另一个表面与下层滤光片组组合。
8.根据权利要求1所述的应用于高速并行长距离传输的新型波分复用解复用光组件，其特征在于：所述准直透镜、硅透镜组和光学调整板组均镀有抗反射膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120919 |