CN106461954B - 光分路器 - Google Patents

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Abstract

一种光纤分接系统包括第一接收器模块，第一接收器模块具有被配置为接收光纤的输入端口。第一接收器模块可操作为将接收的光信号转换成电信号。第一发射器模块被耦合为接收来自第一接收器模块的电信号，并且将接收的电信号转换成光信号。第一发射器模块具有用于输出光信号的输出端口。第一分接模块被耦合为接收来自第一接收器模块的电信号。

Description

光分路器
相关申请的交叉引用
本申请于2015年3月31日作为PCT国际专利申请提交，并且要求于2014年4月4日提交的、序列号为No.61/975414的美国专利申请的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开一般涉及光纤系统。
背景技术
在一定程度上，光纤通信系统越来越流行，因为服务提供商希望向消费者提供高带宽通信能力(例如，数据和声音)。光纤通信系统采用光纤线缆的网络在相对长的距离上传输大容量的数据和声音信号。光纤线缆在切换设备之间连接，以使得数据可以在开关之间传输。在一些光纤系统中，有必要或者期望“复制”或“分接”正在光通道中传输的数据。随后，该被复制的数据被用于通信量分析(traffic analysis)和其它维护目的。
发明内容
根据本公开的多个方面，光纤分接系统(fiber optic tap system)包括第一接收器模块，第一接收器模块具有被配置为接收光纤的输入端口。第一接收器模块可操作以将接收的光信号转换成电信号。第一发射器(transmitter)模块被耦合为从第一接收器模块接收电信号，并且将接收的电信号转换成光信号。第一发射器模块具有用于输出光信号的输出端口。第一分接模块被耦合为从第一接收器模块接收电信号。
附图说明
图1是说明根据本公开的示例光纤分接系统的多个方面的框图。
图2是说明根据本公开的示例光纤分接系统的另外的方面的框图。
图3是说明安装在印刷电路板上的光纤分接系统的示例的框图。
图4是说明模块化光纤分接系统的示例的多个方面的透视图。
图5是在图4中示出的模块化光纤分接系统的部件的分解图。
图6是在图4和5中示出的模块化光纤分接系统的部件的截面图。
图7是在图4-6中示出的模块化光纤分接系统的部件的俯视图。
图8是说明采用SFP/SFP+端口的模块化光纤分接系统的示例的框图。
图9是说明采用SFP/SFP+端口的模块化光纤分接系统的另一个示例的框图。
图10是说明具有双向数据流的光纤系统的示例的框图。
图11是说明用于具有双向数据流的光纤系统的光纤分接系统的示例的框图。
图12是说明在图11中示出的系统中使用的示例分接模块的多个方面的框图。
图13是说明采用QSFP/QSFP+端口的模块化光纤分接系统的示例的框图。
图14是说明采用QSFP/QSFP+端口的模块化光纤分接系统的另一个示例的框图。
具体实施方式
在以下的具体实施方式中参考了附图，附图形成本文的一部分，并且在附图中通过说明的方式示出了可以实践本发明的特定实施例。在这一点上，关于所描述的(一个或多个)附图的取向，使用诸如顶、底、前、后等方向术语。因为实施例的组件可以被定位在多个不同的取向上，所以方向术语用于说明的目的而决不是限制性的。应理解，可以利用其它实施例，并且可以进行结构性或逻辑性的改变，而不背离本发明的范围。因此，不应认为以下的详细描述具有限制性的意义。
典型地，使用无源光分路器和耦合器将“分接头(tap)”插入到光链路中。然而，无源分路器可能将相当大的插入损耗引入光链路中。这减少了可以被支持的整体长度，这可能妨碍多模应用。由于在高速光链路中使用的光学设备的操作范围(在由标准规范限定的发射功率和接收器灵敏度方面)非常宽，所以附加的插入损耗可能导致系统整体在边际基础上操作，或者甚至完全不操作。此外，由于经常使用相同类型的光学收发器来监控分接的光信号，所以分接的光信号必须具有在光信号的接收器灵敏度范围的范围内的功率水平。结果是，用户必须限定性能标准并且选取会在应用中工作的设备。
图1是概念性地说明根据本公开的多个方面的光纤分接系统100的示例的框图。说明的光纤分接系统100包括第一接收器模块110，第一接收器模块110具有被配置为接收光纤的输入端口112。第一接收器模块110可操作以将接收的光信号转换成电信号。第一发射器模块120被耦合为从第一接收器模块110接收电信号，并且可操作以将接收的电信号转换成光信号。第一发射器模块具有输出端口122，输出端口122用于接收光纤并且将光信号输出到光纤。分接模块130也被耦合为从第一接收器模块110接收电信号。
在说明的示例中，主要的光数据通道由箭头102指示，箭头102示出从第一接收器模块110到第一发射器模块120的主要数据流。有时期望“复制”或“分接”正在光通道102中传输的数据。随后，该被复制的数据被用于通信量分析和其它维护目的。分接模块130提供这一功能，其从第一接收器模块110接收经转换的电信号，以使得可以经由分接模块130的输出端口132提供流经主要通道102的信号用于例如通信量分析。
不同于从主要光通道102无源地分出部分光信号，第一接收器模块110将接收的光信号转换成电信号。通过第一发射器模块120将主要路径102的信号从电信号转换回光信号，允许信号在主要光路径102中继续传播。在一些示例中，分接模块130还将接收的电信号转换成光信号，该光信号可被发射到开关设备用于例如信号的分析。在其它实施例中，来自第一接收器模块110的电信号从分接模块经由电导体发射，用于分析。在一些示例中，使用具有和不具有可编程逻辑器的收发器/驱动器布置来实现用于实现数据的分路或“复制”的逻辑。
图2说明了采用光纤分接系统100的示例光系统200的另外的方面。在图2中，主要光路径由箭头202指示。例如，主要光路径202在第一切换设备210与第二切换设备220之间提供双向数据路径。在其它实施方式中，主要光纤路径202可以在不同类型的网络设备之间。
由于光纤路径202提供双向数据流，采用两个在图1中示出的光纤分接系统100(在图2中标示为100a、100b)以分接或复制在由箭头202指示的两个方向上流动的数据。于是，在第一光分接系统100a的第一接收器模块110a的输入处接收从第一开关210经由光纤流出(如图1中所绘的从左到右)的光信号。第一接收器模块110a将接收的光信号转换成电信号，该电信号随后被分成两个输出信号。一个输出信号被发送到第一发射器模块120a，第一发射器模块120a将由第一接收器模块110a输出的电信号转换成光信号。随后，光信号从第一发射器模块120a被输出到第二开关220。由第一接收器模块110a输出的第二电信号是分接的信号，其被提供到第三开关230。
从第二开关220流到第一开关210(如图2中所描绘的从右到左)的光信号由第二接收器模块110b接收。第二接收器模块110b将接收的光信号转换成电信号，该电信号被分成两个输出信号。一个输出信号被发送到第二发射器模块120b，第二发射器模块120b将由第二接收器模块110b输出的电信号转换成光信号。随后，该光信号从第二发射器模块120b被输出到第一开关210。由第二接收器模块110b输出的第二电信号是分接的信号，其被提供到第三开关230。在一些实施例中，第一分接模块和第二分接模块130a、130b分别接收由第一接收器模块和第二接收器模块110a、110b输出的电信号，并且将电信号转换成被输出到第三开关230的光信号。
在一个示例中，接收器模块和发射器模块110、120以及分接模块130被安装在印刷电路板(PCB)上。图3说明了这样的PCB安装的分接系统300，其中发射模块、接收模块和分接模块310、320、330包括装备有光发射次组件(Transmit Optical Sub-Assembly，TOSA)或光接收次组件(Receiver Optical Sub-Assembly，ROSA)和收发芯片(transceiver chip，XRC)的PCB可安装适配器(例如，LC适配器)。于是，第一接收器模块和第二接收器模块310a、310b中的每个都包括将接收的光信号转换成电信号的ROSA。电信号被路由到发射器模块320a、320b和分接模块330a、330b，这些模块每个都包括使用垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting laser，VCSEL)、法布里-珀罗(Fabry-Perot，FP)、分布反馈激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)或多量子阱激光器布置将接收的电信号转换成光信号的TOSA。这些模块全部被安装到PCB 302，并且使用设置在PCB 302中或PCB302上的导电迹线(traces)在各种模块之间路由信号。
在图3中，由正极-本征(intrinisic)-负极二极管(PIN)和互阻抗(transimpedance)放大器(TIA)组成的ROSA接收光信号。PIN检测光信号以及在调制(通常是ON-OFF键控或“OOK”)中的导致PIN的阻抗发生改变的改变。这些阻抗改变导致流经PIN的电流的改变。电流中的这些改变被TIA测量并且被转换成可用的输出电压信号。ROSA的输出是模拟的，所以需要XRC将模拟信号转换成数字信号并且转换成电流模式逻辑(CML)信号传输(signaling)。以这一格式，可以在最小限度地考虑噪声、延迟和信号劣化的情况下引导信号和以其他方式操控信号。
CML信号传输是逻辑电平信号传输格式，其可被扇出(例如，被复制)到两个并行的设备，诸如用于驱动在TOSA组件中的VCSEL或FP激光二极管的XCR。可能需要线路(Line)驱动器/接收器或1∶2 CML扇出缓冲器作为在ROSA XCR的输出与TOSA XCR的输入之间的缓冲接口。TOSA和ROSA组件还合并有XCR，并且可互换，以容纳多模到单模介质转换。
PCB安装系统300一般是低成本并且紧凑的。在一些实施方式中，连接点标识(CPID)设备被集成在ROSA和TOSA模块310、320、330的LC适配器中，以提供网络管理和监控能力等。在这样的实施例中，处理器304监控在每个光端口上的CPID线用于受管理的连接性支持。它还利用与全部XCR设备互连的I2C总线(buss)，以使得处理器304可以实时访问关于每个ROSA和TOSA的操作信息。在多分路器机箱配置中，处理器304可以是主处理器的从设备，其中主设备提供网络服务器或REST接口以实现远程数据采集。在单个分路器应用中，处理器提供网络服务器接口用于远程访问。网络服务器使得用户可以使用在工作站或移动设备上的任何HTML网络浏览器来访问关于分路器的操作数据。不需要特别的应用。
其它实施例采用小型可插拔(small form-factor pluggable，SFP)和/或增强的小型可插拔(SFP+)收发器。SFP和SFP+是用于电信和数据通信两者的应用的紧凑的可热插拔收发器。这些设备将网络设备(开关、路由器、介质转换器(media converter)等)接合到光纤线缆或铜联网线缆。图4说明了根据公开的实施例的模块化分接系统400的示例。SFP/SFP+模块410被配置为接收光插头402(诸如LC双光插头)，光插头402连接到光线缆404。模块410由诸如开关或路由器的主设备的SFP/SFP+连接器408接收。
附图5-7说明了示例模块410的另外的方面。模块410包括一起形成外壳420的下壳412和上壳414。在一些实施例中，使用压铸件或铝来制造外壳420。ROSA设备和TOSA设备430、432提供光接口。ROSA 430和TOSA 432被接收在外壳420中并且安装在主PCB 422上，该主PCB 422具有被配置为将ROSA 430和TOSA 432连接到接触件424的导电迹线，接触件424将模块410电气连接到主设备连接器408。在说明的实施例中，CPID设备440也被置于外壳420中。CPID设备440包括CPID PCB 442，CPID PCB 442上安装有CPID部件，诸如保持器444、LED 446和接触件448，其将CPID芯片450接合在光纤连接器402上。围绕外壳420放置EMI套罩(skirt)452。
附图8说明了在使用模块化分接系统400的实施例的系统中的示例数据流。主要的数据通过路径460在图的上部分中示出，例如，其中数据会在两个切换设备之间流动。LC双光插头402将光线缆404连接到模块410，模块410在图8中被标示为410a、410b、410c和410d。典型的实施方式可以包括许多这样的模块。数据以第一波长λ1从模块410a流动到模块410b，并且以第二波长λ2从模块410b流动到模块410a。如上所述，模块410包括将接收的光信号转换成电信号的收发器。逻辑矩阵462在模块410之间提供电接口，按照需要路由从模块410输出的电信号。在图8中示出的示例中，来自模块410a的电信号还被逻辑矩阵462路由到模块410c，其中，电信号被转换成光信号。于是，模块410c将来自从左向右通过路径460的模块410a的分接的信号提供到分接端口，用于例如数据监控和分析。来自从右向左的流动路径的复制或分接的信号从模块410b经由逻辑矩阵462被路由到模块410d，其将电信号转换成光信号。
在一些示例中，SFP双轴线缆(例如，铜线缆)被用于短分接链路。图9说明了这样的实施例，其中双轴线缆474经由双轴线缆接口472被连接到SFP/SFP+端口470。于是，分接的信号从模块410a和410b被路由到SFP/SFP+端口470。
模块化系统400的示例支持介质转换，允许多节点(multi-node)到多模、多节点(multi-node)到单模、多模到SFP双轴(铜)、单模到SFP双轴(铜)等。如上所述，一些公开的实施例包括CPID设备，CPID设备包括微控制器，从而允许系统被查询以得到实时信息(诸如发射功率和接收功率)，以及访问系统以使能或禁用例如主链路或分接链路。
图10说明了一个示例，其中在两个使用多模光纤的网络无件之间提供了使用40Gb/s总带宽的双向(BiDi)通信。这通过使用两个双向20Gb/s通道510、512来实现。每个光通道使用对应的波长λ1和λ2在单个多模光纤514上操作。一些典型的BiDi设备使用在四线(4-通道)小型可插拔(QSFP/QSFP+)空间(footprint)中的收发器，但光接口是标准光连接器，诸如双LC连接器。每个LC端口以10Gb/s双向操作，用于实现每个光纤(或LC端口)共20Gb/s。这为整个收发器提供了40Gb/s的总量。
图11说明了使用QSFP模块的系统520。主要数据路径在第一开关610与第二开关620之间。第三开关630经由QSFP端口632接收分接的信号。第三开关630的QSFP端口632仅用于接收分接的信号。如上所述，系统600使用在两个双向20Gb/s通道510、512上的多模光纤，在网络设备(诸如第一开关610和第二开关620)之间提供使用40Gb/s总带宽的BiDi通信。光通道510、512每个使用对应的波长λ1和λ2在单个多模光纤514上操作。分接耦合器640从光通道510、512接收光信号，并且将来自光通道的部分能量耦合到分接端口642，分接端口642连接到第三开关630的QSFP端口632。图12概念地说明了分接耦合器640，其中来自光通道510、512中每个的双向信号以第一波长和第二波长λ1、λ2被路由到对应的输出分接端口642。
图13说明了另一个示例系统700，其中模块化有源分接模块410包括QSFP端口以提供使用40Gb/s总带宽的BiDi通信。主要数据通过路径760在图的上部分中示出，例如，其中数据会在两个切换设备之间流动。LC双光插头402将光线缆404连接到多个有源模块710。模块710a、710b、710c和710d与在图4-7中示出的模块410相似，但模块710包括QSFP/QSFP+收发器而非SFP/SFP+收发器。双向数据通过在主要通过路径760中的每个光线缆404流动，从左向右的数据流以第一波长λ1流动，并且从左向右的数据流以第二波长λ2流动。模块710包括将接收的光信号转换成电信号的收发器，并且逻辑矩阵462在模块710之间提供电接口，以使得在模块710a、710b之间的数字数据信号可以被耦合和复制到其它收发器，诸如那些用于分接模块710c、710d的收发器。模块710c、710d将电信号转换成光信号，例如，随后该光信号被路由到监控系统。
图14说明了一个示例，其中使用数据级(data grade)双轴线缆774为TAP端口提供了电接口(铜)，以将分接的信号连接到监控系统。这减少了在监控系统与模块710之间的距离相对短(例如，7米或更短)的实施方式中所需要的模块710的数量。双轴线缆774经由双轴线缆接口772被连接到QSFP/QSFP+端口770。于是，分接的信号从模块710a和710b经由逻辑矩阵462被路由到QSFP/QSFP+端口770。
如同在图9中示出的实施例，模块化系统700支持介质转换，允许多节点(multi-node)到多模、多节点(multi-node)到单模、多模到QSFP双轴(铜)、单模到QSFP双轴(铜)等。系统700的实施例还可以包括CPID设备，CPID设备包括微控制器，允许系统被查询以得到实时信息(诸如发射功率和接收功率)，以及访问系统以使能或禁用例如主链路或分接链路。
在图8、9、13和14中示出的示例包括有源分路器布置，其中使用诸如SFP、SFP+、QSFP和QSFP40G之类的多源协议(MSA)标准设备作为光接口。MSA设备的输出侧或主侧已经处于CML信号传输格式。在一些实施方式中，说明的逻辑矩阵462装备有高速CML收发器、可编程逻辑矩阵以及MIPS或ARM9处理器核(CPU)。使用可编程逻辑将数据路由和复制到MSA设备，以及从MSA设备进行路由和复制。CPU初始设置可编程逻辑，可编程逻辑在任何时间都可以被改变以适应网络需要。一个示例是在链路故障的情况下将通信量(traffic)从一个链路切换到另一个链路的能力。QSFP或QSFP40G的主侧本质是四分道的10Gb/s SFP通信量(traffic)，因此逻辑矩阵462对每个设备支持和路由四分道。于是，通过使用逻辑矩阵将四个输入路由到单个设备，分路器还可以支持四通道SFP到单个QSFP的集合(aggregation)。
CPU利用互连到全部MSA设备的I2C总线，以使得CPU可以访问在每个MSA设备中的MSA表、实时操作信息和可以被装备在每个MSA光学设备上的CPID信息，用于受管理的连接性支持。CPU提供网络服务器接口用于远程访问。网络服务器使得用户可以使用在工作站或移动设备上的任何HTML网络浏览器来访问关于分路器的操作数据。不需要特别的应用。
如上所述，在图8和9中示出的实施例支持将铜双轴线缆用于短链路SFP互连，并且图13和14中示出的实施例支持将铜双轴线缆用于短链路QSFP互连。结合逻辑矩阵的灵活性，这允许使用SFP或QSFP有源分路器作为架顶式交换机(a top of rack switch)。
在不背离本公开的范围和精神的情况下，对本公开进行各种修改和变更对本领域技术人员而言可以是显而易见的，并且，应理解的是，本公开的范围不应被过度地限制为本文所阐释的说明性示例。

Claims (9)

1.一种光纤分接系统，包括：
电路板；
第一接收器模块，安装在电路板上并且具有被配置为接收第一光纤的输入端口，所述第一接收器模块可操作为将接收的光信号转换成电信号；
第一发射器模块，安装在电路板上并且被耦合为直接从所述第一接收器模块接收所述电信号，所述第一发射器模块可操作为将所接收的电信号转换成光信号，所述第一发射器模块具有用于接收第二光纤和向该第二光纤输出该光信号的输出端口；
第一分接模块，安装在电路板上并且被耦合为直接从所述第一接收器模块接收由第一接收器模块输出的所述电信号，所述第一分接模块可操作以将接收的电信号转换为光信号，所述第一分接模块具有用于接收第三光纤并向该第三光纤输出该光信号的输出端口；
第二接收器模块，安装在电路板上并且具有被配置为接收第四光纤的输入端口，所述第二接收器模块可操作为将接收的光信号转换成电信号；
第二发射器模块，安装在电路板上并且被耦合为从所述第二接收器模块接收电信号，所述第二发射器模块可操作为将所接收的电信号转换成光信号，所述第二发射器模块具有用于接收第五光纤并向该第五光纤输出该光信号的输出端口；以及
第二分接模块，安装在电路板上并且被耦合为从所述第二接收器模块接收电信号，所述第二分接模块可操作以将接收的电信号转换为光信号，所述第二分接模块具有用于接收第六光纤并向该第六光纤输出该光信号的输出端口；
处理器，安装在电路板上并配置成监视第一接收器模块和第二接收器模块、第一发射器模块和第二发射器模块，以及第一分接模块和第二分接模块，并提供接口以提供关于第一接收器模块和第二接收器模块、第一发射器模块和第二发射器模块，以及第一分接模块和第二分接模块的数据到外部设备。
2.根据权利要求1所述的光纤分接系统，还包括：
第一开关，经由第一光纤连接到所述第一接收器模块；
第二开关，经由第二光纤连接到所述第一发射器模块；以及
第三开关，经由第三光纤连接到所述第一分接模块。
3.根据权利要求1所述的光纤分接系统，其中每个输入端口和每个输出端口包括相应的LC适配器。
4.根据权利要求1所述的光纤分接系统，其中所述第一接收器模块和所述第一发射器模块包括小型可插拔端口。
5.根据权利要求1所述的光纤分接系统，其中所述第一分接模块包括小型可插拔端口。
6.根据权利要求1所述的光纤分接系统，其中所述第一接收器模块和所述第一发射器模块包括四通道小型可插拔端口。
7.根据权利要求1所述的光纤分接系统，其中所述第一分接模块包括四通道小型可插拔端口。
8.根据权利要求1所述的光纤分接系统，其中所述第一接收器模块接收限定第一波长的光信号并且所述第一发射器模块发射限定所述第一波长的光信号，并且其中所述第二接收器模块接收限定第二波长的光信号并且所述第二发射器模块发射限定所述第二波长的光信号。
9.根据权利要求1所述的光纤分接系统，其中所述第一接收器模块接收限定第一波长和第二波长的光信号并且所述第一发射器模块发射限定所述第一波长和第二波长的光信号，并且其中所述第二接收器模块接收限定所述第一波长和第二波长的光信号并且所述第二发射器模块发射限定所述第一波长和第二波长的光信号。
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