CN105093433A - 具有用于安装马赫-曾德尔调制器的辅助区域的光收发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于相干通信系统的光收发器。光收发器遵循CFP收发器的标准，并且光收发器安装有：波长可调谐激光二极管(LD)，其作为用于光发射的光源和用于光接收的本振光；光调制器，其为由介电材料制成的马赫-曾德尔的类型；以及光接收器，其恢复DP-QPSK光信号。光收发器的壳体设置有用于安装细长的光调制器且以较大半径弯曲内部光纤的前部辅助区域和后部辅助区域。

Description

具有用于安装马赫-曾德尔调制器的辅助区域的光收发器

技术领域

本申请涉及一种光收发器，具体而言，本申请涉及一种能够进行相干光通信的光收发器。

背景技术

由于要在光通信系统上传输大量信息，因此人们一直致力于提高传输容量，从而不仅增大传输速度而且还提高调制程度，例如偏振调制、相位调制、这两种调制的组合等等。这些调制被称为无线通信中的相干调制技术。近来，各种文献已经报道出将相干调制引入到光通信系统中。

相干调制将光的相位作为一个信息单元。因此，通过将所传输的光的相位与基准光进行比较，可以将同相分量和正交分量用作信息单元。前者(同相分量)是相位与基准光的相位相匹配的分量，而后者是相位与基准光的相位相差90°的分量。在相干调制中，基准光被称为频率与信号光的频率精确匹配的本振光，而相位相对于信号光是可选的。除了相位中的这两个分量之外，光通信系统还可以使用两种偏振作为信息单元。这样的调制被称为双偏振正交相移键控(DP-QPSK)。

DP-QPSK调制需要本振光的相位非常稳定，即，激光发射的线宽极窄，并且尽可能紧密。为了获得较窄的线宽，通过独立于LD的光调制器执行光调制，具体而言，相干调制通常引入所谓的马赫-曾德尔(MZ)调制器。当MZ调制器主要由介电材料(通常为铌酸锂(LN))制成时，因为材料的电光效应相对较小，不可避免的是，采用非常长的纵向长度，以确保有效的电-光相互作用。

本领域中销售的大多数光收发器的外部尺寸和电接口受到各种标准的限定。因为光收发器在主系统的控制下进行操作，所以不同的外部尺寸和电接口会延缓此类光收发器的普及。因此，与仅采用幅度调制的常规光收发器相比，相干光收发器需要在具有有限的内部空间的壳体内安装大量的光学元件。

发明内容

本发明的一方面涉及一种适用于相干通信系统的光收发器。本申请的光收发器包括光学插座、波长可调谐激光二极管(LD)、保偏耦合器(PMC)、光调制器、光接收器和壳体。光学插座接纳外部光学连接器。LD产生激光。PMC将从LD输出的激光分为两个光束。光调制器调制两个光束中的一束，以产生已被调制的光束。光接收器通过将从PMC输出的两个光束中的另一束与经由外部光学连接器从外部提供的光信号进行混频来恢复包含在该外部光信号中的数据。壳体将光学插座、LD、PMC、光调制器和光接收器封闭在内。壳体设置有用于安装光学插座的前面板。本申请的光收发器的特征在于：壳体设置有从前面板伸出且安装有光调制器的一部分和LD的一部分的前部辅助区域。

附图说明

参考附图并阅读本发明的优选实施例的以下详细描述将能够更好地理解前述和其它目的、方面和优点，其中：

图1示出根据本实施例的光收发器的透视图；

图2示出光收发器的内部；

图3放大了光收发器的内部的主要部分；

图4示出通过移除底部壳体从底部观察到的光收发器的内部；

图5主要示意性地示出光收发器的光学系统的功能框图；

图6是智能可调谐激光器组件(iTLA)的透视图；

图7示意性地示出LD的内部；

图8A示意性地示出集成相干接收器(ICR)的内部，而图8B示出ICR的功能框图；

图9是壳体(顶部壳体、底部壳体和前面板)的分解图，示出了底部向上的壳体；

图10示出空间内的元件的布置和内部光纤的布线；

图11放大了顶部壳体的后部；以及

图12是图11所示的后部的俯视图。

具体实施方式

接下来，将对根据本申请的一些优选实施例进行描述。在附图的描述中，彼此相同或相似的数字或符号指代彼此相同或相似的元件，而不进行重复说明。

图1示出根据本实施例的光收发器1的透视图。遵循所谓的C外形封装可插拔(CFP，CentiumFormfactorPluggable)的标准的光收发器1包括顶部壳体2、底部壳体3、两个紧固螺钉4和前面板5。下面的描述假定：“前方”或“向前”对应于设置有前面板的一侧，而“后方”对应于与前方相反的一侧，并且从前方到后方的方向为纵向。然而，这些描述仅用于说明的目的，并不缩小本发明的范围。

均由金属压铸件制成的顶部壳体2和底部壳体3从前面板5到后端具有144mm的纵向长度且在前面板5中具有75mm的宽度。紧固螺钉4设置在前面板5的两侧，以将光收发器1与主系统锁卡在一起。

图2示出从顶部观察到的光收发器1的内部；图3放大了光收发器1的主要部分；并且图4示出通过移除底部壳体3从底部观察到的光收发器1的内部。如图2至图4所示，紧固螺钉4在光收发器1的两侧设置在由顶部壳体2和底部壳体3形成的图9所示的凹部3a中。紧固螺钉4的后端4a从设置在光收发器1的后端中的电插塞6伸出。使电插塞6与主系统中设置的电连接器配合，并且可以将紧固螺钉4与该电连接器紧固在一起。

具体而言，紧固螺钉4的端部4a在电插塞6的两个外侧伸出，电插塞6设置有用于射频(RF)信号的端子和用于电源的端子，端子的总数超过100，且端子之间的节距为0.8mm。通过使紧固螺钉4的端部4a与光学连接器的两侧设置的凹孔配合，光收发器1可以可靠地设置在主系统中并且与主系统进行通信。

由光收发器1的顶部壳体2和底部壳体3形成的内部空间安装有两个驱动器11、光调制器12、智能可调谐激光器组件(iTLA)13、保偏耦合器(PMC)14、集成相干接收器(ICR)15、数字信号处理器(DSP)16、半刚性线缆17以及光学插座18。这些元件中的一些安装在电路板上。在本光收发器1中，电插塞6独立于电路板。

光收发器1的内部空间沿着驱动器11在一侧安装有光调制器12，光调制器12具有延伸且细长的矩形壳体。四根半刚性线缆17将驱动器11与光调制器12电连接起来。半刚性线缆17是被例如铜包覆的同轴线缆，以便能够挠性地且自由地弯曲，并保持弯曲形状。因此，半刚性线缆提高了各个元件在内部空间中的布置的灵活性。

另外，光收发器1设置有内部光纤F1至F5。在本实施例中，五根内部光纤F1至F5被封闭在内部空间中。这些内部光纤F1至F5将光调制器5、iTLA13、PMC14、ICR15和光学插座18光耦合起来。具体而言，从光调制器12向前引出且向后转的内部光纤F1将光调制器12与光学插座18耦合起来。稍后将对内部光纤F1至F5的布置的细节进行描述。由光调制器12调制的四个光信号在光调制器12中被多路复用，并且通过设置在光学插座18中的光学连接器C1输出。另外，外部光信号被输入到另一光学连接器C2中。

光学插座18从前面板5伸出。光学插座18还通过另一内部光纤F2与ICR15耦合，内部光纤F2从光学插座18向后延伸并且在内部空间中转向。输入到光学连接器C2中的外部信号以承载于内部光纤F2中的方式进入ICR15。iTLA13穿过设置在前面板5中的开口5a。PMC14设置在光学插座18的后方并且与驱动器11并排设置。DSP16被放置在ICR15的后方。从前面板5的开口5a露出的不仅有iTLA13而且还有接纳光学连接器C1、C2的光学插座18。

图5主要示意性地示出光收发器1的光学系统的功能框图。除了功能框内部的线之外的线对应于光路，而实线表示电气通路。iTLA13产生波长在1.55μm波段(具体而言为1.53μm至1.57μm)内的光信号。

图6是iTLA13的透视图。iTLA13包括产生光信号的LD组件13A、基部13B、电路板13C和连接器13D。在光收发器1中，与连接器13D耦合的柔性印刷电路(FPC)板通过安装在母板上的电路与iTLA电连接。图7示意性地示出了LD组件13A的内部，该内部安装有LD13a、波长检测器13b、标准具滤波器13c、监测器光电二极管(mPD)13d、13e等等。LD13a可以产生线宽基本上等于或小于100kHz的激光发射。约1.55μm的波长频带对应于约1.95THz的振荡频率。因此，约100kHz的线宽能够实现约5×10^-8的稳定度。

再次参考图5，从iTLA13输出的本振光束在保持其偏振的同时被PMC14分开。本振光束的偏振平行于LD13a的有源层，也就是说，因为LD13a被封闭在LD组件13A的壳体内，所以从LD组件13A输出的本振光束的偏振被保持为基本上平行于光收发器1的壳体。被PMC14分开的本振光束中的一束进入光调制器12，而另一束到达ICR15。具有由铌酸锂组成的LN调制器的类型的光调制器12基于通过半刚性线缆从驱动器11提供的调制信号调制由此提供的本振光束中的一束。调制信号超过10GHz，有时达到40GHz。由此提供的调制信号对应于Ix、Iy、Qx和Qy，其中，I和Q分别指的是同相和正交，而x和y对应于偏振。因此，光调制器12可以进行DP-QPSK调制。

接收由PMC14分开的本振光束中的另一束的ICR15通过执行两个光束的混频来提取从光学连接器C2提供的输入光信号的相位信息。图8A示意性地示出ICR15的内部，而图8B示出ICR15的功能框图。如图8A所示，ICR15包括：可变光衰减器(VOA)15a；2个PD单元15b，其分别对应于各偏振并且分别包括用于同相信号(I)和正交相位信号(Q)的两个通道；两个90°混合器15c，其执行两个光束的混频；两个歪斜调节器15d；以及一些诸如分束器(BS)和透镜等光学元件。ICR15还设置有λ/2板15A，以使光路中的信号光束的偏振从信号光束旋转至本振光束，而从保偏光纤(PMF)提供的本振光束保持其偏振直至到达各自的混合器15c。

具体而言，参考图8B，ICR15通过PMF接收来自iTLA13的本振光束，同时通过单模光纤(SMF)接收来自光学连接器C2的信号光束。每个光束被各自的BS分成两个光束。混合器中的一者对由BS分开的信号光束中的一束与本振光束中的一束进行混频，以产生用于X偏振的同相信号Ix和正交相位信号Qx。而另一混合器15c将信号光束中的经过λ/2板15A的一束与本振光束中的一束进行混频，以产生用于Y偏振的同相信号Iy和正交相位信号Qy。因为设置在用于本振光束和信号光束的路径中的除了λ/2板之外的光学元件保持本振光束的偏振，所以各个混合器可以精确产生用于两种偏振的信号。将所产生的四个信号Ix至Qy提供给DSP16，以恢复包含在输入光信号中的信息。DSP16向主系统提供由此恢复的信息。

光调制器12、iTLA13和/或ICR15需要设置有大量的直流偏压，以稳定运行。例如，除了需要驱动信号之外，光调制器12还需要偏压，以补偿光束的相位，从而平衡光输出的各个功率和/或监测各个光输出。除了需要产生光束的偏压电流之外，iTLA13还需要将光束的波长控制为目标波长，以监测输出光束的功率等等。另外，ICR15需要设置有用于安装在内部的PD和前置放大器的偏压，给出命令以调节前置放大器的增益等等。光收发器1通过母板的各个FPC提供这么多的偏压。用于相干通信系统的光收发器1不可避免地需要将这些电气元件和光学元件封闭在外部尺寸被精确确定的壳体内。接下来，将对本实施例的光收发器1的壳体的细节进行描述。

图9是壳体(顶部壳体2、底部壳体3和前面板5)的分解图，其中，图9示出底部向上的壳体。顶部壳体2的两侧设置有从前方到后方的空腔2A，以将紧固螺钉4设置在空腔2A中。紧固螺钉4穿过前面板5和空腔2A，并且从后端伸出。顶部壳体2还设置有从前面板5的开口5a向前延伸的延伸部2B。延伸部2B固定被底部壳体3的盖板3A覆盖的前部辅助区域S1。尽管延伸部2B从前面板5伸出，但延伸部2B不干涉从光学连接器C1、C2引出的外部光纤的安装。

图10示出内部空间中的元件的布置和内部光纤的布线。前部辅助区域S1用于安装光调制器12的前部。因此，即使光调制器12的尺寸(具体而言，纵向长度)比外部尺寸遵循CFP标准的光收发器1的纵向长度长，光收发器1也可以构建主要由诸如铌酸锂(LiNbO₃)等介电材料制成的MZ类型的光调制器。由于介电材料的电-光相互作用系数较小，因此由这种材料制成的光调制器需要一定长度来表现出较大的调制程度。在没有前部辅助区域S1的情况下，不能获得能够安装在遵循CFP标准的光收发器内的由介电材料制成的MZ类型的光调制器。此外，前部辅助区域S1或前延伸部2B不会干涉本实施例的光收发器1在主系统中插拔并且与主系统进行通信的功能。也就是说，CFP标准没有对前面板的布置进行规定，而仅设定了这样的限制：设置在CFP收发器中的光学连接器须具有LC连接器的类型。因此，本实施例的光收发器1是安装具有MZ类型且主要由介电材料制成的光调制器的独特解决方案。

顶部壳体2的后端设置有后壁2D和从后壁2D向外延伸的檐2C。如图9所示，后壁2D面向底部壳体3的后端3B。也就是说，后壁2D、顶部壳体2和底部壳体3形成用于安装各组件的内部空间。参考图11，图11放大了顶部壳体2的后部，后壁2D上设置有电插塞6。如将在后文中描述的那样，电插塞6不干涉从后壁2D引出且返回到光收发器1的内部空间中的内部光纤F3的布线。

后壁2D还设置有位于顶部的凹槽2b、位于中央的狭缝2c和位于侧部的狭缝2d，衬垫设置在凹槽2b中以屏蔽内部空间。侧部狭缝2d形成在光调制器12后方的位置。参考图10，内部光纤F3穿过这些狭缝2c、2d。具体而言，从光调制器12引出的内部光纤F3在侧部狭缝2d处穿过后壁2D，沿后部辅助区域S2转向，通过中央狭缝2c返回到内部空间中，并且在以下过程之后从后部到达PMC14：沿光调制器12向前延伸，在前部辅助区域S1中向后转向，通过内部连接器19，再次向前转。从iTLA13向后引出的另一内部光纤F4通过围绕光调制器12转两圈从前方到达PMC14。

从PMC14向后延伸的内部光纤F5横跨内部空间的后端，在光调制器12与一个侧壁之间向前延伸，在前部辅助区域S1向后转向，并且最终到达设置在ICR15的前壁中的插塞P。从光学连接器C2向后引出的内部光纤F2在内部空间中转向，并且到达也设置在ICR15的前壁中的另一连接器C3。

从光学插座18的另一光学端口18A向后引出的最后一根内部光纤F1通过以下过程从前方到达光调制器12：在内部空间的后部转向，在内部空间的中央延伸，并且在前部辅助区域S1再次向后转向。也就是说，内部光纤F1以S字符的形状从端口18A到达光调制器12。与PMC14耦合的两根内部光纤F3、F4设置有各自的内部连接器19。此外，同样与PMC14耦合的内部光纤F5的端部具有与ICR15耦合的插塞P，以限定其偏振方向。因此，可以通过拆卸各个连接器来替换PMC14。

本实施例的光收发器1还设置有盖件20，以覆盖内部设置有内部光纤F3的后部辅助区域S2。内部光纤F3在光调制器12后方的侧部狭缝2d处穿过后壁2D，沿后部辅助区域S2的外周转向，并且在穿过中央狭缝2c后返回到内部空间中。盖件20覆盖位于后部辅助区域S2中的内部光纤F3。如图11和图12所示，通过将三个闩锁20A至20C与设置在顶部壳体2的延伸部2C中的三个孔2e至2g接合来将盖件20与顶部壳体2组装在一起，其中，图11是顶部壳体的后部的透视图，而图12是顶部壳体的后部的俯视图。

顶部壳体2的延伸部2C设置有与后部辅助区域S2的形状对应的中空部。中空部具有大于15mm的直径，15mm的直径是普通单模光纤所容许的最小直径。通过沿区域S2的外周设置内部光纤F3，内部光纤F3的转弯直径自动变成大于15mm。由此可以抑制内部光纤F3的弯曲损耗。

这样描述的本实施例的光收发器1设置有从前面板5伸出的前部辅助区域S1。前部辅助区域S1安装光调制器12的前部和iTLA13的前部。具体而言，因为具有足够的纵向尺寸来确保介电材料的电-光相互作用的光调制器可以被部分地设置在前部辅助区域S1中，所以光收发器1能适用于相干通信系统。另外，内部光纤F1至F5在前部辅助区域S1转向，因此可以有效地进行内部光纤F1至F5的布线，而不会引起内部光纤F1至F5中的不必要的弯曲应力。

另外，本实施例的光收发器1在后壁2D的外侧设置有后部辅助区域S2。后部辅助区域S2可以提供设置内部光纤F3的空间并使内部光纤F3以大于15mm的弯曲直径在空间内转向。内部光纤F3经过光调制器12后方的侧部狭缝2d，沿着辅助区域S2的外周转向，并且在中央狭缝2c处再次穿过后壁2D。因此，后部辅助区域S2可以确保大于15mm的弯曲直径。盖件20可以可靠地保护后部辅助区域S2中的内部光纤F3。

在前面的详细描述中，参考本发明的具体示例性实施例描述了本发明的方法和装置。然而，显而易见的是，在不脱离本发明的更宽泛的精神和范围的情况下，可以对这些实施例做出各种修改和改变。因此，本说明书和附图是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种适用于相干通信系统的光收发器，包括：

光学插座，其接纳外部光学连接器；

波长可调谐的激光二极管，其产生激光；

保偏耦合器，其将所述激光分为两个光束；

光调制器，其调制所述两个光束中的一束并且产生已被调制的光束；

光接收器，其通过将从所述保偏耦合器输出的所述两个光束中的另一束与经由所述外部光学连接器提供的外部光信号进行混频来恢复数据；以及

壳体，其将所述光学插座、所述激光二极管、所述保偏耦合器、所述光调制器和所述光接收器封闭在内，所述壳体设置有用于安装所述光学插座的前面板，

其中，所述壳体设置有从所述前面板伸出的前部辅助区域。

2.根据权利要求1所述的光收发器，

其中，所述光调制器是由铌酸锂制成的马赫-曾德尔调制器的类型。

3.根据权利要求1所述的光收发器，

其中，所述光调制器将双偏振正交相移键控类型的光信号输出至所述光学插座。

4.根据权利要求1所述的光收发器，还包括：

内部光纤，其将所述激光二极管与所述保偏耦合器光耦合，并且将所述保偏耦合器与所述光调制器和所述光接收器光耦合，

其中，所述内部光纤为保偏光纤的类型。

5.根据权利要求4所述的光收发器，

其中，将所述激光二极管与所述保偏耦合器耦合的所述内部光纤以及将所述保偏耦合器与所述光调制器耦合的所述内部光纤分别设置有保偏连接器类型的内部连接器。

6.根据权利要求4所述的光收发器，

其中，所述光接收器设置有保偏插塞，所述保偏插塞用于将所述保偏耦合器与所述光接收器耦合的所述内部光纤。

7.根据权利要求4所述的光收发器，

其中，所述壳体设置有顶部壳体、底部壳体和后壁，以形成内部空间，从而将所述激光二极管、所述保偏耦合器、所述光调制器和所述光接收器安装在所述内部空间中，

所述壳体还设置有位于所述后壁外侧的后部辅助区域，以将所述内部光纤中的一者设置在所述后部辅助区域中。

8.根据权利要求7所述的光收发器，

其中，所述后壁设置有两个狭缝，设置在所述后部辅助区域中的所述内部光纤经过一个狭缝从所述内部空间中引出，在所述后部辅助区域转向，并且经过另一个狭缝进入到所述内部空间中。

9.根据权利要求8所述的光收发器，

其中，所述后部辅助区域设置有中空部，设置在所述后部辅助区域中的所述内部光纤沿着所述中空部的外周转向。

10.根据权利要求7所述的光收发器，

其中，与所述壳体组装在一起的盖件保护设置在所述后部辅助区域中的所述内部光纤。