CN104115047A - 光板 - Google Patents

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Abstract

一种装置(2)可包括光板(4)，光板(4)可以包括实质性透射材料的刚性基底。装置(2)还可包括WDM复用器(6)以接收和组合不同波长的多个光信号(14、16和20)以在光板(4)中形成具有聚合功率的组合式光信号(24)。该装置可进一步包括广播器(28)以将来自光板(4)的组合式光信号(24)以组合式光信号(24)的聚合功率的一部分分配到多个不同的光接收器(30、32和34)中的每一个。

Description

光板
背景技术
在光通讯中，波分复用(WDM)是一种通过使用不同波长(例如，颜色)的激光将大量光载波信号复用到单一光信号上的技术。该技术能够增加容量，且在一些情况下能够降低成本。
附图说明
图1示出了将波分复用(WDM)和广播通讯结合起来的光引擎的示例。
图2示出了将WDM和广播通讯结合起来的光引擎的另一示例。
图3示出了将WDM和广播通讯结合起来的光引擎的再一示例。
图4示出了将WDM和广播通讯结合起来的光引擎的又一示例。
图5示出了将WDM和广播通讯结合起来的光引擎的又一示例。
图6示出了将WDM和广播通讯结合起来的光引擎的又一示例。
图7示出了WDM-广播组的阵列。
图8示出了采用光引擎的系统的示例。
图9示出了光引擎的另一示例。
具体实施方式
图1示出了将波分复用器和广播通讯结合起来的光引擎2的示例。光引擎2可在例如数据中心交换器中采用。在一些示例中，可以采用光引擎2以方便安装在公共机架上的刀片服务器间的通讯。光引擎2可包括光板4。光板4可以用作，例如透光材料的刚性基底。光板4可以具有矩形横截面形状，例如矩形棱柱。光板4也可以由例如玻璃、塑料或者其它透射和/或透明材料形成。光板4可以由反射涂层所涂敷，例如介电材料或金属。如本文所讨论的，光板4的特定区域可以没有反射材料，以为光提供光透明度。
光引擎2可以包括能够实施波分复用(WDM)技术的WDM复用器6。WDM复用器6通过采用不同波长(例如，不同颜色)的激光将N个光信号复用到光板4上，其中，N是大于1的整数(例如2或者更大，例如大到大约8)。WDM复用器6可实施例如粗波分复用(CWDM)，例如在不同波长光之间提供信道间隔，或者10nm或更大。
WDM复用器6可接收来自于N个光源8、10和12的光信号。各个光源8、10和12可以包括例如激光器和光学元件(例如，透镜，光栅等)。激光器可以实现为例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)。VCSEL是一种垂直于上表面发射激光束的半导体激光二极管。各个光源8、10和12可提供特定波长的光信号。在一些示例中，各个光源8、10和12可提供波长在800nm到1100nm之间的光信号。此外，各个光源8、10和12可以在相邻的波长间具有至少10nm的信道间隔。
第一光源8可发射第一光信号14到光板4的没有被反射涂层涂敷的区域中。第一光信号14可以以锐角角度(例如大约6°至大约8°)传输到光板4中，该角度可以被称为输入角。要注意的是，可以基于输入角来选择光板4的厚度。第二光源10可发射具有与第一光信号14以信道间隔隔开的波长的第二光信号16。第二光信号16可传输到光板4的没有涂敷反射材料而是由与第二光信号16相关的WDM滤波器18(也可以称为输入滤波器)所覆盖的区域，WDM滤波器例如为，介质干涉滤波器，陷波滤波器等。与第二光信号16相关的WDM滤波器18传输第二光信号16的波长的光，并反射其它的波长。因此，WDM滤波器18可被制造并定位在光板4上，以输入角将第二光信号16传输到光板4中并且反射第一光信号14，从而使得第一光信号14和第二光信号16沿光板4上的轴5传播通过光板。第N光源12可以发射以信道间隔与在先光信号(例如光信号N-1)波长分隔开的第N光信号20。第N光信号20可被传输到与第N光信号20相关的WDM滤波器22。与第N光信号20相关的WDM滤波器22和与第二光信号16相关的WDM滤波器22可以相似。即，与第N光信号20相关的WDM滤波器22传输具有第N光信号20的波长的信号，同时反射其它信号(例如，包括第一到第N-1光信号)。因此，与第N光信号20相关的WDM滤波器22可以制造并定位在光板4上，以输入角传输第N光信号20到光板4中，并反射第一到第N-1光信号14、16和20，从而使得第一到第N光信号14、16和20传播通过光板4。第一到第N光信号14、16和20可以作为组合式光信号24传播通过光板4，且在光板4的传输介质内具有Z字形束形状。
光板4的传播区域26可将组合式光信号24从WDM复用器6携带到光引擎2的广播器28，同时维持组合式光信号24的Z字形束形状。在一个示例中，WDM复用器6可被定位在光板4的一端，而广播器28被定位于光板4的在轴向上(沿光板4的轴5)远离WDM复用器6的相对端。在其它示例中，也可以采用不同的设置。
广播器28可接收组合式光信号24并将组合式光信号24分配到M个接收器30、32和34中的每一个，其中，M是大于1的整数(例如，2-10)。在一些示例中，可以将光引擎2的广播器28制造为使得组合式光信号在第一广播滤波器36(其也可被称为输出滤波器)以输出角接收，该输出角可基本上等于输入角。第一广播滤波器36可实现为介电材料或者金属部分反射器、光栅等。第一广播滤波器36可被配置为利用组合式光信号24的总聚合功率的一部分来将组合式光信号24传输给M个接收器30、32和34中的相应第一接收器30，并反射组合式光信号24的功率的剩余部分。第一广播滤波器36可以是宽带滤波器，例如，均匀作用在组合式光信号24内的至少所有波长的滤波器。以类似的方式，剩余组合式光信号24的一部分可被第二广播滤波器38所接收。第二广播滤波器38可配置为将组合式光信号24的另一部分功率传输到M个接收器30、32和34中的相应第二接收器32，并反射组合式光信号24的功率的剩余部分。第三到第M-1广播滤波器(未示出)可以以类似的方式制造并定位在光板4上。需要注意的是，在一些示例中并不需要第M个广播滤波器。相反，在一些示例中，第M-1广播滤波器之后所剩余的组合式光信号24的功率部分可在光板4上的未被反射涂层覆盖的区域处从光板4传输到M个接收器30、32和34中的相应第M接收器34。各个滤波器可以被配置为控制传输到各个接收器30、32和34的功率的部分，其可根据总的可用功率和接收器的数目而变化。
例如，在M个接收器中的每一个处接收的组合式光信号的功率部分可以是相对相同的。例如，在一个示例中，由第一到第M-1广播滤波器36和38(广播滤波器X)所反射的组合式光信号24的功率部分可以由等式1确定：
等式1：
r x = M - X M + 1 - X
其中，rx是被第X个广播滤波器反射到第X个接收器上的组合式光信号2的功率部分(或比率)；并且
M是接收器的总数量。
M个接收器30、32和34中的每一个都可被例如实现为介质间的接口。例如，在一些示例中，接收器30、32和34中的每一个可包括光学元件(例如准直透镜)和光纤光缆，以便于接收到的组合式光信号24能够沿光缆传输。在其它示例中，接收器30、32和34中的每一个可以包括能将组合式光信号24转换成相应电信号的光电二极管，该相应电信号可以用作网络端口的输入。
在一个示例中，光板4以及WDM滤波器18和22以及广播滤波器36和38可由一堆晶片制作而成。因此，可以通过不同厚度的堆来调整WDM滤波器18、22的传输频率，和/或广播滤波器36和38所传输的组合式光信号24的功率的部分。因此，在一些示例中，WDM滤波器18和22以及广播滤波器36和38可以由晶片堆蚀刻而来。在其它的示例中，光板4，WDM滤波器18和22，以及广播滤波器36和38可以分开制造。在这种情况下，WDM滤波器18和22以及广播滤波器36和38可被定位并附着到光板4(例如，通过具有合适折射率的光学粘合剂)。
通过将WDM复用器6和广播器28组合在同一光板4上，可实现高带宽(大约40吉比特每秒)的光引擎2。另外，因为通过反射涂层和中继设计使得能够在整个光板4的主体上维持Z字形束形状，所以光引擎2就有非常低的损耗。
图2示出了光引擎50的示例，其可用为图1所示的光引擎2。光引擎50可以包括光板52。光板52可实现为例如透光材料的刚性基底(例如，板)。光板52可以用反射涂层涂敷，例如介电材料或金属。如在本文中所讨论的，光板52的特定区域可以没有这种反射材料。
光引擎50可包括WDM复用器54。WDM复用器54采用WDM以采用不同波长(例如不同颜色)的激光将N个光信号复用到光板52上。WDM复用器54可接收来自N个光发射装置62、64和66的光信号。每个光发射装置62、64和66都可由例如激光器来实现。激光器可实现为例如VCSEL。在一些示例中，每个光发射装置62、64和66都可提供波长在大约800nm到大约1100nm之间的光信号。此外，每个光发射装置62、64和66可以有至少10nm的信道间隔。每个光发射装置62、64和66都可提供特定波长的光信号到透镜块68。透镜块68可以由例如透射和/或透明材料形成，比如玻璃、塑料等。透镜块68可以包括安装在其上的N个半透镜70、72和74用于重定向光线。另外，光板52可以包括安装在其上的N个光束整形镜76、78和80，以进一步对光束进行整形和定向使得光束在光板52中以Z字形方式传播。光束整形镜76、78和80可以实现为例如曲面镜。第一光发射装置62可发射第一光信号82到透镜块68中。透镜块68可将第一光信号82传输到N个半透镜70、72和74中的第一半透镜70。第一半透镜70可以输入角(例如大约6°至大约8°)重定向第一光信号82，并且朝向光板52上的未被反射涂层涂敷的区域。第一光信号82可以锐角角度(例如，大约6°至大约8°)被传输到光板52中，该锐角角度可以称为输入角。第一光信号82可被安装在光板52上的N个光束整形镜中的第一个76所反射。
第二光发射装置64可发射第二光信号84，该第二光信号84具有通过信道间隔与第一光信号82的波长分离的波长。第二光信号84可被传输通过透镜块68，并进入N个半透镜70、72和74中的第二半透镜72。第二半透镜72可通过与第一半透镜70相似的方式重定向第二光信号84，并将第二光信号84引导到光板52上的未被反射材料涂敷而是由与第二光信号84相关的WDM滤波器86所覆盖的区域中。与第二光信号84相关的WDM滤波器86传输第二光信号84的波长的光，并反射其它波长的光。因此，WDM滤波器86可被制造和定位于光板52上，以输入角将第二光信号84传输到光板52中，并且反射第一光信号82，使得第一和第二光信号82和84传播通过光板52。第二光信号82可以与第一光信号82组合并传播通过光板52，以反射离开N个光束整形镜76、78和80中的第二光束整形镜78。
第N光发射装置66可发射第N光信号88，第N光信号88具有通过信道间隔与先前光信号(例如，光信号N-1)的波长分开的波长。第N光信号88被传输通过透镜块68，并由N个半透镜70、72和74中的第N半透镜74重定向到输入角，并向与第N光信号88相关的WDM滤波器90传输。与第N光信号88相关的WDM滤波器90可以相似于与第二光信号84相关的WDM滤波器86。也就是说，与第N光信号88相关的WDM滤波器90透射具有第N光信号88的波长的信号，同时反射其它信号(例如，包括第1到第N-1光信号)。因此，与第N光信号88相关的WDM滤波器90可以制造并定位在光板52上，以输入角传输第N光信号88到光板52中，以及反射第一到第N-1光信号82和84，以使得第一到第N光信号82、84和88传播通过光板52。第一到第N光信号82、84和88可以作为组合式光信号92以Z字形束形状传播通过光板52。
光板52的传播区域94可以将组合式光信号92从光引擎50的WDM复用器54携带到广播器96上，同时维持组合式光信号92的Z字形束形状。广播器96可以接收组合式光信号92，并将组合式光信号92分配到M个准直透镜98、100和102，其中，M是大于1的整数(例如2-10)。在一些示例中，光板52的广播器96和传播区域94可以包括被定位通过光板52中的中继透镜104，用于降低离散诱导损耗。中继透镜104可以是以中继角度反射光束的宽带透镜，其中，中继角度可以基本等于输入角。
可以制造光引擎50的广播器96以使得组合式光信号92在第一广播滤波器106处以输出角接收，输出角可以基本等于输入角。第一广播滤波器106可以实现为介电或者金属部分反射器、光栅等。第一广播滤波器106可被配置为传输组合式光信号92的功率的一部分到M个准直透镜98、100和102中的相应第一准直透镜98，并反射组合式光信号92的功率的剩余部分。第一广播滤波器106可以是宽带滤波器。以类似的方式，剩余组合式光信号92的部分可由第二广播滤波器108接收。第二广播滤波器108可被配置为将组合式光信号92的功率的其它部分传输到M个准直透镜98、100和102中的对应第二准直透镜100，并反射组合式光信号92的功率的剩余部分。第三到第M-1广播滤波器(未示出)可以通过相似方式被制造并定位在光板52上。要注意的是，在一些示例中不需要第M广播滤波器。取而代之的是，在一些示例中，第M-1广播滤波器之后所剩余的组合式光信号92的功率的部分可在光板52的没有反射涂层覆盖的区域上，从光板52传输到M个准直透镜98、100和102中的相应第M准直透镜102。在一示例中，由第一到第M-1广播滤波器106和108(广播滤波器X)所反射的组合式光信号92的功率的部分可以由等式1确定。
M个准直透镜98、100和102中的每一个可将光耦合到相应的光纤光缆110、112和114。在一些示例中，光纤光缆110、112和114可以被耦合到网络接口卡的输入端口，以转换成电信号。
图3图示了可被用作图1所图示的光引擎2的光引擎150的另一示例。图3中的光引擎150与图2中的光引擎50相似，不同在于，代替图2示例中所示的半透镜70、72和74，图3中图示的WDM复用器54包括针对从第一到第N光发射装置62、64和66发射的各个光信号而安装在透镜块68上的透镜对152、154和156。为了方便说明，图2和图3采用相同的附图标记来表示相同的结构。每一对透镜152、154和156都可准直并调整从相应的光发射装置62、64和66传输的光束的角度到输入角。给定的透镜对152、154和156的上透镜158和下透镜160可以安装在透镜块68的相对侧。而且，对于给定的透镜对152、154和156，输入角可基于上透镜158和下透镜160之间的偏移而变化。
图4示出了可以用作图1所图示的光引擎2的光引擎170的另一示例。图4的光引擎150与图2中的光引擎50相似，不同在于：代替图2的示例中所示的半透镜70、72和74，图4中图示的WDM复用器54包括安装在透镜块68的给定侧上的准直透镜172、174和176，以及安装在透镜块68的相对侧上的棱镜178、180和182。为了方便说明，图2和4采用相同的附图标记来表示相同的结构。每一准直透镜172、174和176可准直来自于相应的光发射装置62、64和66的光束。每个准直透镜172、174和176可以关于从相应的光发射装置62、64和66发出的光束处于中心。从准直透镜172、174和176传输来的光可由相应的棱镜178、180和182所接收，这些棱镜可使准直后的光倾斜到输入角。每个棱镜178、180和182可以实现为例如三棱镜。而且，输入角可基于棱镜178、180和182的维度的变化而变化。
图5示出了可用作如图1所示的光引擎的光引擎200的又一示例。图4的光引擎200与图2的光引擎相似，不同在于：图5所示的WDM复用器54并不包括如图2所示的半透镜70、72和74，而是包括针对从第一至第N光发射装置62、64和66发出的每个光信号而安装于透镜块68上的准直透镜202、204和206。为了方便说明，图2和5采用相同的附图标记来表示相同的结构。每个准直透镜202、204和206可以在透镜块68的法线方向上传输光束。每个准直透镜202、204和206可以实现为例如微透镜。而且，光板52可以相对于透镜块68偏移输入角(例如大约6°到大约8°)，以确保光束正确地传播通过光板。以相似的方式，组合式光信号92的部分可在透镜块68的法线方向上穿出光板52。
图6示出了又一光引擎250的示例，光引擎250可以用作图1所示的光引擎2。图6的光引擎250与图2中的光引擎50相似，不同在于：代替图2所示的半透镜70、72和74以及广播滤波器106和108，图6中所示的WDM复用器54包括N个覆盖透镜块68的WDM光栅252、254和256。WDM光栅252、254和256可以实施为例如高对比度光栅，比如，折射率在大约3或者更高(比如至少3.5)的光栅。为了方便说明，图2和6采用相同的附图标记来表示相同的结构。WDM光栅252、254和256中的每一个可以对相应光源所输出的光进行分路，准直和重定向。另外，广播器96可以采用M个广播光栅258、260和262来将组合式光信号92分配到M个准直透镜98、100和102。广播光栅258、260和262中的每一个可将组合式光信号92分路并重定向到相应的准直透镜98、100和102。广播光栅252、254和256可以实现为高对比度光栅，例如，折射率在大约3或者更高(比如至少大约3.5)的光栅。在一些示例中，广播光栅258、260和262可以在光板52的面的法线方向输出组合式光信号92。输入光栅和广播光栅252、254、256、258、260和262中的每一个可以由介电材料形成。而且，WDM和/或广播光栅252、254、256、258、260和262的使用提供了对输入角和输出角的重要控制。
图7示出了具有J个WDM-广播组302、304和306的光引擎300的示例，其中J是大于1的整数。J个WDM-广播组302、304和306中的每组都可以以相似于图1-5所示的光引擎2、50、200和250的方式来实现。而且，J个WDM-广播组302、304和306中的每组可以安装于可实施为刚性光板的公共光板上。J个WDM-广播组302、304和306中的每组可以以250μm或者更大的距离来分隔开。以此方式，由J组WDM-广播组302、304和306中的每一个传播的组合式光信号可以基本平行的路径传播通过公共光板。通过采用光引擎300，可以显著节省空间。
图8图示了系统350的示例，其可以采用光引擎352，例如图1-6所示的光引擎2、50、150、200、250和300。系统350可以在例如数据中心架中实现。系统350包括K个节点354、356和358，其中K是大于2的整数。K个节点354、356和358中的每个节点都可以代表，例如刀片式服务器计算机。K个节点354、356和358中的每个节点可包括发送器360和接收器362。在一些示例中，每个接收器362可以表示至少K-1个接收器。每个发送器360和接收器362都可以实施为光纤端口。另外，每个发送器360和接收器362都可在相应的输入和输出光纤光缆364和366上通讯。应该注意的是，虽然输入和输出光纤光缆364和366被示意为分离开的线缆，但在其它示例中，输入和输出光纤光缆364和366可以整合为一根线缆。
N个节点354、356和358中的第一节点354可以传输输入光信号368，输入光信号368可以由多个光信号构成，例如图1所示的第一到第N光信号14、16和20。光引擎352可以将包括输入信号的多个光信号组合以形成组合式光信号370。光引擎352可以广播一部分组合式光信号370到K个节点354、356和358中的每一个。以此方式，可以实现K个节点354、356和358之间的高速、低损耗通讯。
图9图示了光引擎400的示例。光引擎400可以包括光板402，光板402包括实质性透射材料的刚性基底。光引擎400也可以包括WDM复用器404，用于接收和组合不同波长的多个光信号406、408和410以在具有聚合功率的光板402中形成组合式光信号412。光引擎400可以进一步包括广播器414，用于将组合式光信号412的一部分从光板402分配到带有组合式光信号412部分聚合功率的多个不同光接收器416、418和420上。
所公开的内容或权利要求书中叙述了“一”，“第一”，“另外的”元素，或者等同物，它应该被理解成包含有一个或多个这样的元素，既没有要求也没有排除两个或者多个这样的元素。此外，以上所描述的均为示例。当然是不可能描述到每一个可以想象到的部件或方法的每个组合，但是本领域技术人员可以认识到还有可能存在很多其它的组合或置换。本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (15)

1.一种装置，包括： 
光板，包括实质性透射材料的刚性基底； 
WDM复用器，用于接收和组合不同波长的多个光信号，以在所述光板中形成具有聚合功率的组合式光信号；和 
广播器，用于将来自所述光板的所述组合式光信号以所述组合式光信号的所述聚合功率的一部分分配到多个不同的光接收器中的每一个。 
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个光信号中的每一个由至少10纳米的波长分开。 
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述光板的一部分涂敷有反射材料。 
4.如权利要求1所述的装置，进一步包括安装在所述光板上的多个WDM滤波器，所述多个WDM滤波器中的每一个用于使给定波长的光透射通过，并用于将不同于所述给定波长的波长的光反射到所述光板中。 
5.如权利要求1所述的装置，进一步包括安装在所述光板上的多个广播滤波器，每个广播滤波器用于传输所述组合式光信号的功率的一部分，并用于反射所述组合式光信号的功率的剩余部分。 
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述组合式光信号以相对于所述光板的内壁大约6°到大约8°的角度传播通过所述光板。 
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述WDM复用器进一步包括透镜块，用于在给定侧接收所述多个光信号，并用于在与所述给定侧相对的另一侧处传输所述多个光信号。 
8.如权利要求7所述的装置，进一步包括安装在所述透镜块上的多个半透镜，用以在给定方向上重定向光信号到进入所述光板的输入角。 
9.如权利要求7所述的装置，进一步包括安装在所述透镜块上的多对透镜，其中，给定的透镜对中的一个透镜用以准直光信号，所述给定的透镜对中的另一个透镜用以在给定方向中将光信号重定向到进入所述光板的输入角，其中，所述一个透镜安装在所述透镜块的所述给定侧，而所述另一个透镜安装在所述透镜块的所述另一侧上并相对于所述给定透镜轴向偏移。 
10.如权利要求7所述的装置，进一步包括安装在所述透镜块上的多个微透镜，每个微透镜用以： 
准直所述多个光信号中的给定光信号；以及 
将经准直的给定光信号在所述透镜块的所述给定侧和所述另一侧的法线方向上传输到所述光板中； 
其中，所述光板相对于所述透镜块的所述给定侧和所述另一侧以一角度偏移。 
11.如权利要求7所述的装置，进一步包括： 
安装在所述透镜块上的给定的多个高对比度光栅，用以以输入角将所述多个光信号定向到所述光板上；和 
安装在所述光板上的另外多个高对比度光栅，用以以与所述光板的一侧的法线成一角度重定向和分配所述组合式光信号到所述多个不同的光接收器。 
12.如权利要求7所述的装置，进一步包括： 
安装在所述透镜块的所述给定侧上的多个准直透镜；和 
安装在所述透镜块的所述相对侧上的多个棱镜，其中，所述多个准直透镜的给定准直透镜用以准直光信号，并且所述多个棱镜中的相应给定棱镜用以使光信号以给定方向倾斜为进入所述光板的输入角。 
13.一种系统，包括： 
N个光源，所述N个光源中的每一个用以传输不同波长的光信号，其中N是大于1的整数； 
光板，包括实质性透射材料的基底，用以 
接收和组合所述N个光源所传输的所述光信号的每一个以形成具有聚合功率的组合式光信号；以及 
以聚合功率的一部分广播所述组合式光信号到M个接收器，其中，M是大于1的整数； 
其中所述M个接收器中的每一个包括： 
准直透镜用以准直从所述光板广播过来的M个组合式光信号中的给定一个；和 
光接收器用以从所述准直透镜接收所述组合式光信号。 
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述光板的一部分涂敷有反射材料。 
15.一种系统，包括： 
包括刚性板的光板； 
给定的波分复用(WDM)-广播组，包括： 
N个光源，所述N个光源中的每一个传输不同波长的光信号，其中N是大于1的整数； 
所述光板用以： 
接收和组合所述N个光源传输来的所述光信号的每一个以形成具有给定的聚合功率的给定的组合式光信号；以及 
以所述给定的聚合功率的一部分广播所述给定的组合式光信号到M个接收器，其中，M是大于1的整数；并且 
另外的波分复用(WDM)-广播组，包括： 
B个光源，所述B个光源的每一个用以传输不同波长的光信号，其中，B是大于1的整数； 
所述光板用以： 
接收和组合所述B个光源所传输来的所述光信号的每一个以形成具有另外的聚合功率的另外的组合式光信号；以及 
以所述另外的聚合功率的一部分广播所述另外的组合式光信号到C个接收器，其中C是大于1的整数； 
其中，所述给定的组合式光信号和所述另外的组合式光信号以基本平行的路径传播通过所述光板。 
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