CN104076450A - 一种用于高速收发系统的bosa光学结构 - Google Patents

Abstract

一种用于高速收发系统的BOSA光学结构，包括一壳体，所述的壳体内设有发射端TOSA光学结构和接收端ROSA光学结构，所述的发射端TOSA光学结构包括一波分复用装置（MUX）、一隔离器和一接收准直器；所述的接收端ROSA光学结构包括一波分解复用装置（DEMUX）和一第二准直器；其特征在于：所述的壳体内设有一隔板，所述的隔板将发射端TOSA光学结构和接收端ROSA光学结构分开，所述的发射端TOSA光学结构还包括一将隔离器出射的光束转折至接收准直器的第一斜方棱镜；所述的接收端ROSA光学结构还包括一将第二准直器出射的光束转折至波分解复用装置的第二斜方棱镜。采用微光学结构设计，可以极大地降低光束插损，提高耦合效率，降低功耗，有利于光信号的长距离传输。

Description

一种用于高速收发系统的BOSA光学结构

技术领域

     本发明涉及光纤通信技术中的光收发模块，尤其涉及一种用于高速收发系统的BOSA光学结构。

背景技术

随着通讯领域的日益发展，传统的传输技术已经很难满足传输容量及速度的要求，在典型的应用领域如数据中心、网络连接、搜索引擎、高性能计算等领域，为防止宽带资源的不足，承运商和服务供应商们对规划新一代高速网络协议进行了部署，这就需要相应的高速收发模块以满足高密度高速率的数据传输要求。在高速的信息收发系统中，需要用高密度的光模块替代传统的光模块，采用多通道光收发技术，可以把更多的转发器和接收器集中在更小的空间中去，尤其在40Gbps或100Gbps的光纤解决方案中，采用4通道的传输技术，以每通道10Gbps或者更高的速度进行数据传输，其容量可以达到传统单通道传输的4倍甚至更高，而在这样的高速模块中，其核心组件即是模块中的BOSA（Bi-Di optical Subassembly）光学结构，该结构完成光的发送和接收功能，用于将四路不同波长的光信号耦合到同一根光纤中进行传输或者将同一光纤中的四种不同波长的光载波进行分离，然后经由四路光接收机进一步处理恢复信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种插损小、易于装配调试、并且体积也较小的高速收发系统的BOSA光学结构。

为达到上述目的，本发明所提出的技术方案如下：一种用于高速收发系统的BOSA光学结构，包括一壳体，所述的壳体内设有发射端TOSA光学结构和接收端ROSA光学结构，所述的发射端TOSA光学结构包括一波分复用装置（MUX）、一隔离器和一接收准直器；所述的接收端ROSA光学结构包括一波分解复用装置（DEMUX）和一第二准直器；其特征在于：所述的壳体内设有一隔板，所述的隔板将发射端TOSA光学结构和接收端ROSA光学结构分开，所述的发射端TOSA光学结构还包括一将隔离器出射的光束转折至接收准直器的第一斜方棱镜；所述的接收端ROSA光学结构还包括一将第二准直器出射的光束转折至波分解复用装置的第二斜方棱镜。

进一步，所述的发射端TOSA光学结构还包括：激光器组、第一准直透镜组、第二矫正透镜组、位移调节片组；所述的激光器组、第一准直透镜组、第二矫正透镜组、位移调节片组、波分复用装置、隔离器、第一斜方棱镜、接收准直器沿发射光路依次设置。

进一步，所述的接收端ROSA光学结构还包括：薄透镜组、接收PD组；所述的第二准直器、第二斜方棱镜、波分解复用装置、薄透镜组、直接棱镜组以及接收PD组沿光路依次设置。 

进一步，所述的薄透镜组和接收PD组间还设有一直角棱镜组。

进一步，所述的波分复用装置（MUX）包括一第一玻璃块和发射端带通滤波片组，所述的发射端带通滤波片组设有4个带通滤波片，所述的带通滤波片的进光端和第一玻璃块的出光窗口位置均镀有增透膜，带通滤波片粘结于第一玻璃块的一面镀有带通膜，所述的第一玻璃块下半部分除出光端方向外都镀反射膜。

进一步，所述的波分解复用装置（DEMUX）包括一第二玻璃块和接收端带通滤波片组，所述的接收端带通滤波组设有4个带通滤波片，所述的带通滤波片的出光端和玻璃块的进光窗口位置均镀有增透膜，带通滤波片粘结于玻璃块的一面镀有带通膜，所述的第二玻璃块上半部分除出光端方向外都镀反射膜。

进一步，所述的激光器组所用的激光器为稀疏波分复用激光器。

进一步，所述的第一准直透镜组所用的透镜为小焦距透镜，且为非球面透镜。

进一步，所述第二矫正透镜组所用的透镜为大焦距透镜，且为C透镜。

进一步，所述的所述位移调节片组所用的位移调节片为硅位移调节片。

进一步，所述的带通滤波片角度为12°。

进一步，所述的第一斜方棱镜和第二斜方棱镜为45°斜方棱镜。

进一步，所述的所述薄透镜组所用的薄透镜为C透镜。

进一步，所述的薄透镜和直接棱镜组中的直角棱镜粘接成为一个整体。

采用上述技术方案，本发明所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，在TOSA端通过两个透镜组对激光光束进行准直，其中第一透镜组主要进行光束的准直，第二透镜组进行光束的矫正，然后通过Mux组件将4路不同波长的光束汇聚为一路光束进入准直器，在Mux组件中采用小角度的膜片可以有效的降低技术难度和成本，在TOSA端的各条通道中，为了保持各路光的耦合稳定性，在光路中加入硅位移调节片，可以对光路进行位移调节，补偿由于器件加工及装配带来的光路失配，大大降低了对于组装工艺精度的要求，并且可以保持各通道的一致性，使耦合效率达到最高，插损可以小于1dB。而在ROSA端则相反，Demux组件将混合了的光束按照不同波长重新分开，实现光信号的解复用功能，然后经过薄透镜进行聚焦，再通过直角棱镜对光束转折后入射到相应的PD。在此设计方案中，采用正反面分立设计，可以有效的利用壳体的高度和宽度空间，有利于模块的小型化，在宽度方向上可以增大各通道之间的间隔以降低装配难度，使其更加易于装配调试。采用微光学结构设计，可以极大地降低光束插损，提高耦合效率，降低功耗，组装调试过程简单快捷，具有良好的温度性能，有利于光信号的长距离传输。

附图说明

图1为本发明所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构示意图；

图2为本发明所述的发射端TOSA光学结构示意图；

图3是为本发明所述的接收端ROSA光学结构示意图；

图4是为本发明所述的第一、第二斜方棱镜安装示意图。

具体实施方式

    以下结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明：

如图2所示，发射端TOSA光学结构包括符合IEEE 802.3ba规定的稀疏波分复用激光器组100，第一准直透镜组101，第二矫正透镜组102，位移调节片组103，发射端带通滤波片组104，第一玻璃块105，其中发射端带通滤波片组104和第一玻璃块105组合成为Mux结构，隔离器106，第一斜方棱镜107，接收准直器108。在图1中，稀疏波分复用激光器组100，包括四路激光器，每个激光器发射不同波长的激光，在激光器的出射端设置第一准直透镜组101，用于将激光器发出的发散光束进行准直，此透镜组采用小焦距的非球面透镜，可有效提高耦合效率。第一准直透镜组101后面设置第二矫正透镜组102，用于对光束进行矫正，采用大焦距的C透镜，对第一准直透镜组101在固化过程中产生的偏差进行补偿；第二矫正透镜组102后设置位移调节片组103，可以在不改变光束方向的条件下进行细微的光束位移调节，补偿由于器件加工或者装配过程带来的位移失配，位移调节片组103可以采用硅材料制作，由于其高折射特性，较小的偏移即可产生较大的位移。从位移调节片出射的四路光，分别入射到Mux结构的发射端带通滤波片组104的四个带通滤波片上，每个带通滤波片只透过相对应的波长，光束进入第一玻璃块105，在第一玻璃块105中，四路不同波长的光λ1、λ2、λ3、λ4经由玻璃块汇合为一路光束出射，其具体实现方式为，第一路波长的光λ1经过滤波片进入第一玻璃块，由于在第一玻璃块的反面相应位置镀有反射膜，于是光束1001在经过第一玻璃块的反射后入射到第二块带通滤波片上，而第二块带通滤波片相应的面镀有带通膜，只允许波长为λ2的光无损耗通过，而对于其他波长的光如λ1、λ3、λ4则形成反射，光束λ1再次被反射，于是光束1001和λ2汇合为光束1002，以此类推，光束1002和λ3汇合为光束1003，光束1003和λ4汇合为光束1004，而在光束1004的出光方向上，第一玻璃块在相应的位置镀有增透膜，于是光束无损通过第一玻璃块105后进入隔离器106。隔离器106作用是使正向光束导通，反向截止，产生极大的回损，以降低反向光对激光器的影响。隔离器106后面安置第一斜方棱镜107，第一斜方棱镜107将光束转折至壳体通孔位置，通孔里安装接收准直器108，用于接收汇合光束1004并将其耦合进光纤。

如图3所示，接收端ROSA光学结构包括第二准直器109，第二斜方棱镜110，第二玻璃块111，接收端带通滤波片组112，薄透镜组113以及接收PD组115。图2中，从第二准直器109出射的准直光束，包含有四路不同波长的光λ1、λ2、λ3、λ4，该光束为光束2001，光束2001经第二斜方棱镜110转折后进入第二玻璃块111，该第二玻璃块111的进光位置镀有增透膜，光束2001入射到带通滤波片组112的第一个带通滤波片上时，由于该带通滤波片只允许波长为λ4的光无损通过，而其他波长λ1、λ2、λ3则会形成反射，于是光束2001分为了两束光，其中一束为λ4，另外一束为光束2002，光束2002包含了λ1、λ2、λ3，在第二玻璃块进光端的其他反射区域镀有反射膜，光束2002再次被反射后入射到第二个滤波片上，同理滤波片只通过波长为λ3的光束，其他波长的光束反射，以此类推，四个带通滤波片将四个不同波长的光束分开，达到波分解复用的目的。从滤波片出射的光再经过薄透镜组204，薄透镜组204对准直光束进行汇聚后再入射到各自相对应的接收PD组115中的接收PD。

如图1、图4所示，将发射端TOSA光学结构和接收端ROSA光学结构组合成本发明所述的波分复用解复用光学结构如图1所示，在图1、图4中，发射端TOSA光学结构和接收端ROSA光学结构分别置于壳体117的正反两个方向，中间有隔板116，用于将发射端和接收端分开，从而可以更合理的利用壳体的高度和宽度空间。在发射端TOSA光学结构中，包括依次设置于光路中的激光器组100、第一准直透镜组101、第二矫正透镜组102、位移调节片组103、发射端带通滤波片组104、第一玻璃块105（带通滤波片组104、第一玻璃块105组合成波分复用结构）、隔离器106、第一斜方棱镜107以及接收准直器108，从激光器发出的光经透镜准直后进入波分复用装置，波分复用装置将四路光束合为一路后出射，再经过隔离器106和第一斜方棱镜107入射到第一准直器上，之后耦合进光纤。在接收端ROSA光学结构中，包括依次设置于光路的第二准直器109、第二斜方棱镜110、第二玻璃块111、接收端带通滤光片组112（第二玻璃块111、接收端带通滤光片组112组成波分解复用结构）、薄透镜组113、直角棱镜组114、接收PD组115，从第二准直器109出射的准直光束通过第二斜方棱镜110后进入波分解复用装置，解复用装置将四路不同波长光束分开，然后各路光再通过聚焦透镜使光束聚焦到相应的PD上，其中直角棱镜114作用是将光束方向偏折90°，以使PD易于装配，同时也方便薄透镜组113的装配。在此光学结构中，各器件在壳体内有相应的定位位置，可以通过玻璃垫块或者玻璃块支架将器件固定在壳体上。本发明采用微光学原理设计，可以极大地降低光束插损，提高耦合效率，组装调试过程简单快捷，具有良好的温度性能，有利于光信号的长距离传输。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高速收发系统的BOSA光学结构，包括一壳体，所述的壳体内设有发射端TOSA光学结构和接收端ROSA光学结构，所述的发射端TOSA光学结构包括一波分复用装置、一隔离器和一接收准直器；所述的接收端ROSA光学结构包括一波分解复用装置和一第二准直器；其特征在于：所述的壳体内设有一隔板，所述的隔板将发射端TOSA光学结构和接收端ROSA光学结构分开，所述的发射端TOSA光学结构还包括一将隔离器出射的光束转折至接收准直器的第一斜方棱镜；所述的接收端ROSA光学结构还包括一将第二准直器出射的光束转折至波分解复用装置的第二斜方棱镜。

2.根据权利要求1所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的发射端TOSA光学结构还包括：激光器组、第一准直透镜组、第二矫正透镜组、位移调节片组；所述的激光器组、第一准直透镜组、第二矫正透镜组、位移调节片组、波分复用装置、隔离器、第一斜方棱镜、接收准直器沿发射光路依次设置。

3.根据权利要求1所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的接收端ROSA光学结构还包括：薄透镜组、接收PD组；所述的第二准直器、第二斜方棱镜、波分解复用装置、薄透镜组以及接收PD组沿光路依次设置。

4.根据权利要求3所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的薄透镜组和接收PD组间还设有一直角棱镜组；所述的薄透镜组所用的薄透镜为C透镜，所述的薄透镜和直接棱镜组中的直角棱镜粘接成为一个整体。

5.根据权利要求1所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的波分复用装置包括一第一玻璃块和发射端带通滤波片组，所述的发射端带通滤波片组设有4个带通滤波片，所述的带通滤波片的进光端和第一玻璃块的出光窗口位置均镀有增透膜，带通滤波片粘结于第一玻璃块的一面镀有带通膜，所述的第一玻璃块下半部分除出光端方向外都镀反射膜。

6.根据权利要求1所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的波分解复用装置包括一第二玻璃块和接收端带通滤波片组，所述的接收端带通滤波组设有4个带通滤波片，所述的带通滤波片的出光端和玻璃块的进光窗口位置均镀有增透膜，带通滤波片粘结于玻璃块的一面镀有带通膜，所述的第二玻璃块上半部分除出光端方向外都镀反射膜。

7.根据权利要求2所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的激光器组所用的激光器为稀疏波分复用激光器，第一准直透镜组所用的透镜为小焦距透镜，且为非球面透镜，所述第二矫正透镜组所用的透镜为大焦距透镜，且为C透镜。

8.根据权利要求2所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的位移调节片组所用的位移调节片为硅位移调节片。

9.根据权利要求4或5所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的带通滤波片角度为12°。

10.根据权利要求1所述的用于高速收发系统的BOSA光学结构，其特征在于：所述的第一斜方棱镜和第二斜方棱镜为45°斜方棱镜。