CN106130649A - 一种qsfp+光模块组件 - Google Patents

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张春艳
柏柳
高繁荣
汤宝
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Abstract

本发明提供了一种QSFP+光模块组件，包括：QSFP接口、微控制单元、多波长VCSEL单元、接收单元、光复用单元、光解复用单元以及光纤接口；微控制单元与QSFP接口相连，用于对QSFP+光模块组件进行控制、监控、内部存储；多波长VCSEL单元与微控制单元相连，用于发射不同波长的光信号至光复用单元进行光复用；接收单元与微控制单元相连，用于接收光信号至光解复用单元进行光解复用；经光复用单元和光解复用单元处理后的光通过光纤接口与光纤连接。本发明提供的QSFP+光模块组件通过设计VCSEL内部材料成分和尺寸，使产生出不同的波长。而利用VCSEL单纵模多横模的特点，可以将不同的波长耦合入一根多模光纤，可以极大的减少研发和制造成本。

Description

一种QSFP+光模块组件
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是指一种采用VCSEL多波长复用技术的QSFP+光模块组件。
背景技术
目前CWDM系统大多使用的是DFB(Distributed Feed Back，分布式反馈激光器)，CWDM系统的多波长光源的最简单结构是将不同波长的LD排列在一块晶片上的阵列化光源，但由于成品率低、基片尺寸大等问题使每块晶片的收容率降低显示不出其低成本的优点。而VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)谐振腔的构造方式决定了其成本比DFB更低，无需制冷、封装简单、易于集成，特别适用于二维和三维光互联。VCSEL阵列特别适合于多波长的CWDM系统，随着工艺水平的进步，在整个可用波长范围内，VCSEL是比较有竞争力的可选光源之一。VCSEL是一种垂直表面出光的新型激光器，与传统发射激光器不同的结构带来了许多优势。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种极大节约制造、开发成本的采用VCSEL多波长复用技术的QSFP+光模块组件。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种QSFP+光模块组件，包括：
QSFP接口、微控制单元、多波长VCSEL单元、接收单元、光复用单元、光解复用单元以及光纤接口；
所述微控制单元与所述QSFP接口相连，用于对所述QSFP+光模块组件进行控制、监控、内部存储；
所述多波长VCSEL单元与所述微控制单元相连，用于发射不同波长的光信号至所述光复用单元进行光复用；
所述接收单元与所述微控制单元相连，用于接收光信号至所述光解复用单元进行光解复用；
经所述光复用单元和所述光解复用单元处理后的光通过所述光纤接口与光纤连接。
优选地，所述QSEP接口为QSFP金手指接口，所述QSFP金手指接口为标准SFF-8436接口。
优选地，所述光纤接口为应用于50/125um多模光纤的LC光接口。
优选地，所述接收单元为多波长PD单元。
优选地，所述多波长VCSEL单元和所述多波长PD单元采用分立芯片，利用COB工艺封装贴片在电路板上。
优选地，所述微控制单元为型号为C8051F392的单片机。
优选地，所述多波长VCSEL单元的波长间隔为30nm。
优选地，所述多波长VCSEL单元采用10G速率的820nm、850nm、880nm、910nm四个波长。
优选地，所述光复用单元为光4:1复用单元，光解复用单元为光1:4解复用单元。
优选地，还包括：驱动单元以及信号放大单元，所述为控制单元控制所述驱动单元以及信号放大单元以实现对所述QSFP+光模块的控制。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，通过设计VCSEL内部材料成分和尺寸，使产生出不同的波长。而利用VCSEL单纵模多横模的特点，可以将不同的波长耦合入一根多模光纤。不需要复杂昂贵的光束整形系统，现已证实与多模光纤的耦合效率竟能大于90％；光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善；可以在片测试，极大地降低了开发成本；出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域，它以空前的速度成功地应用于单通道和并行光互联，以它很高的性能价格比，在宽带以太网、高速数据通信网中得到了大量的应用；最吸引人的是它的制造工艺与发光二极管(LED)兼容，大规模制造的成本很低。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的QSFP+光模块组件的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例提供的QSFP+光模块组件的结构示意图；
图3为本发明一个实施例提供的多波长VCSEL单元采用四个波长时，QSFP+光模块组件的结构示意图；
图4为本发明一个实施例提供的光4:1复用器的结构示意图；
图5为本发明一个实施例提供的光1:4解复用器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，为本发明一个实施例提供的QSFP+光模块组件的结构示意图。本发明实施例提供一种QSFP+光模块组件，包括：QSFP接口101、微控制单元102、多波长VCSEL单元103、接收单元104、光复用单元105、光解复用单元106以及光纤接口107；所述微控制单元102与所述QSFP接口101相连，用于对所述QSFP+光模块组件进行控制、监控、内部存储；所述多波长VCSEL单元103与所述微控制单元102相连，用于发射不同波长的光信号至所述光复用单元105进行光复用；所述接收单元104与所述微控制单元102相连，用于接收光信号至所述光解复用单元106进行光解复用；经所述光复用单元105和所述光解复用单元106处理后的光通过所述光纤接口107与光纤连接。
优选地，数据中心点对点直连领域，QSFP SR4采用的是MPO-MPO的并行多模光纤，CWDM QSFP采用是常规的LC-LC的多模光纤。CWDM QSFP最大的优势是大幅节省光纤的费用。举例来说，100米链路的话，大约可以节省1000人民币的光纤成本，进而极大程度上减少了研发制造成本。
优选地，如图2所示，为本发明另一个实施例提供的QSFP+光模块组件的结构示意图。所述QSEP接口为QSFP金手指接口201，所述QSFP金手指接口201为标准SFF-8436接口。
优选地，所述光纤接口为LC光接口207，其应用于50/125um多模光纤的标准接口。
优选地，所述接收单元为多波长PD单元。
优选地，所述多波长VCSEL单元203和所述多波长PD单元204采用分立芯片，利用COB(chip on Board)工艺封装贴片在电路板上。
优选地，所述多波长VCSEL单元203的波长间隔为30nm。优选地，所述多波长VCSEL单元采203用10G速率的820nm、850nm、880nm、910nm四个波长。
优选地，所述光复用单元为光4:1复用单元205，光解复用单元为光1:4解复用单元206。
优选地，还包括：驱动单元208以及信号放大单元209，所述为控制单元102控制所述驱动单元208以及信号放大单元209以实现对所述QSFP+光模块的控制。
优选地，微控制单元102控制驱动单元208和信号放大单元209，并提供与外界的通信接口，内部寄存器地址同QSFP+SR4一样遵循SFF-8436。并微控制单元102优选地采用单片机做为微控制单元，型号是C8051F392。采用微控制单元102其中两个I/O口做为模拟串行接口与金手指的SDA和SCL两个pin脚相连接，进而实现上位机对整个模块的控制和监控功能。
如图3所示，为本发明一个实施例提供的多波长VCSEL单元采用四个波长时，QSFP+光模块组件的结构示意图。优选地，结合VCSEL激光器光谱特点，为了避免每个波长之间的串扰，VCSEL波长复用技术中波长间隔30nm。比如可以选择满足10G速率应该要求的820nm、850nm、880nm、910nm四个波长，分别定义为波长1、波长2、波长3、波长4。
如图4所示，为本发明一个实施例提供的光4:1复用器的结构示意图。优选地，从右至左光的路径，波长4经过透镜4，透射过透镜3、透镜2和透镜1；波长3经过透镜3反射，透射过透镜2和透镜1；波长2经过透镜2反射，透射过透镜1；波长1经过透镜1反射。进而，最后四种波长被耦合为一个光路。
如图5所示，为本发明一个实施例提供的光1:4解复用器的结构示意图。优选地，从左至右光的路径，波长1、2、3和4经过透镜1，波长1被反射，其他波长透射；经过透镜2，波长2被反射，其他波长透射；经过透镜3，波长3被反射，其他波长透射；经过透镜4，波长4被反射。
综上所述，采用VCSEL的光模块相对比传统激光器具有很多优势，通过设计VCSEL内部材料成分和尺寸，使产生出不同的波长。而利用VCSEL单纵模多横模的特点，可以将不同的波长耦合入一根多模光纤。小的发散角和圆形对称的远、近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高，而不需要复杂昂贵的光束整形系统，现已证实与多模光纤的耦合效率竟能大于90％；光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善；可以在片测试，极大地降低了开发成本；出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域，它以空前的速度成功地应用于单通道和并行光互联，以它很高的性能价格比，在宽带以太网、高速数据通信网中得到了大量的应用；最吸引人的是它的制造工艺与发光二极管(LED)兼容，大规模制造的成本很低。
在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (10)

1.一种QSFP+光模块组件，其特征在于，包括：
QSFP接口、微控制单元、多波长VCSEL单元、接收单元、光复用单元、光解复用单元以及光纤接口；
所述微控制单元与所述QSFP接口相连，用于对所述QSFP+光模块组件进行控制、监控、内部存储；
所述多波长VCSEL单元与所述微控制单元相连，用于发射不同波长的光信号至所述光复用单元进行光复用；
所述接收单元与所述微控制单元相连，用于接收光信号至所述光解复用单元进行光解复用；
经所述光复用单元和所述光解复用单元处理后的光通过所述光纤接口与光纤连接。
2.根据权利要求1所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，所述QSEP接口为QSFP金手指接口，所述QSFP金手指接口为标准SFF-8436接口。
3.根据权利要求1所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，所述光纤接口为应用于50/125um多模光纤的LC光接口。
4.根据权利要求1所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，所述接收单元为多波长PD单元。
5.根据权利要求4所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，所述多波长VCSEL单元和所述多波长PD单元采用分立芯片，利用COB工艺封装贴片在电路板上。
6.根据权利要求1所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，所述微控制单元为型号为C8051F392的单片机。
7.根据权利要求1所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，所述多波长VCSEL单元的波长间隔为30nm。
8.根据权利要求7所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，所述多波长VCSEL单元采用10G速率的820nm、850nm、880nm、910nm四个波长。
9.根据权利要求8所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，所述光复用单元为光4:1复用单元，光解复用单元为光1:4解复用单元。
10.根据权利要求1-9任一项所述的QSFP+光模块组件，其特征在于，还包括：驱动单元以及信号放大单元，所述为控制单元控制所述驱动单元以及信号放大单元以实现对所述QSFP+光模块的控制。
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