CN106772816A - 一种高速率平面光波导的结构和实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光模块技术领域，提供了一种高速率平面光波导的结构和实现方法。其中，结构中包括至少一组光多路复用单元和至少一组光多路解复用单元；每一组光多路复用单元中包括一MUX耦合器和至少两种不同波长的激光器，激光器的输出端与MUX耦合器输入端完成耦合，MUX耦合器输出端与光模块光输出端口连接；每一组光多路解复用单元中包括DEMUX耦合器和至少两个探测器，探测器的输入端与DEMUX耦合器的输出端完成耦合，DEMUX耦合器输入端与光模块光输入端连接。本发明实施例从而有效的拓宽了高性价比的激光器在高速率光模块中的应用，避免了电口‑光口转码IC的使用，提高了激光器的使用效率。

Description

一种高速率平面光波导的结构和实现方法

【技术领域】

本发明涉及光模块技术领域，特别是涉及一种高速率平面光波导的结构和实现方法。

【背景技术】

近年来数据通信特别是数据中心的急剧发展，市场需要大量高性能的光模块。高性能主要指光模块的高速率化，集成化和小型化。目前商用40G(10Gx4)和100G(10Gx10或者25Gx4)模块已经进入小批量或量产。然而市场的需求以及标准化又指向诸如200G，400G等速率更高的光模块。因此，急需新的方案来满足市场的要求。

图1是现有技术中用于实现200G及400G光模块(其中，200G光模块由200G光发射模块和200G光接收模块构成；400G光模块由400G光发射模块和400G光接收模块构成)的有力构成之一。一般而言，电接口是8接收电接口和8输出电接口(如图1中ERX1-ERX8所示为8接收电接口，以及ETX1-ETX8所示为8输出电接口)。如果使用波特率(baud rate)为25G的不归零码(Non-Return-to-Zero，简写为：NRZ)，则光发射模块的电接口比特率为25GbpsX8＝200Gbps；如果使用波特率为50G的NRZ码，此时才能实现在电接口侧50GbpsX8＝400Gbps比特率的光发射模块。如图1所示，就需要专门的IC将8路的电口数据转换为可以由4路光口传输的信号，对于200G光模块需要200Gbps/4＝50Gbps波特率的激光器4个来构成发射光模块，而对于400G光模块则需要100Gbps波特率的激光器4个来构成发射光模块。如图1所示的实现方案不仅提高了光模块的制作成本，因为需要成本更为昂贵的50Gbps激光器和100Gbps激光器，制约了400G光发射模块的应用和普及；还由于IC模块中8信道电接口到4信道光接口的转码过程，影响了光模块的工作效率。

综上所述，当前并没有一种有效设计方案，能够保证光模块传输性能的前提下，还能够保证其生产成本，用于实现400G或者更高波特率的光模块。

【发明内容】

本发明实施例要解决的技术问题为设计一种光模块解决方案，能够保证光模块传输性能的前提下，还能够保证其生产成本。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种高速率平面光波导的结构，结构中包括至少一组光多路复用单元和至少一组光多路解复用单元；每一组光多路复用单元中包括一多路复用MUX耦合器和至少两种不同波长的激光器，所述激光器的输出端与所述MUX耦合器输入端完成耦合，所述MUX耦合器输出端与光模块光输出端连接；每一组光多路解复用单元中包括解复用DEMUX耦合器和至少两个探测器，所述探测器的输入端与所述DEMUX耦合器的输出端完成耦合，所述DEMUX耦合器输入端与光模块光输入端连接；其中，结构还包括至少一个激光器驱动器和至少一个跨阻放大器，具体的：

所述激光器驱动器的输入端连接到光模块数据输入端口，用于获取待发送的数据内容；

所述激光器驱动器的输出端口连接到光多路复用单元中相应的激光器；

所述跨阻放大器的输入端连接到光多路复用单元中相应探测器的输出端，用于获取所述由探测器探测到的光信号而激发的电信号；

所述跨阻放大器的输出端口连接到光模块数据输出端口。

可选的，所述至少两种不同波长激光器的波特率为25G、28G、35G、50G和56G中的任意一种。

可选的，所述结构包括4组光多路复用单元，每一组光多路复用单元中包含两种不同波长，且对应波特率相同的激光器；所述结构还包括4组光多路解复用单元，每一组光多路解复用单元包含两个探测器。

可选的，在所述结构应用于400G光模块，且选择的激光器的波特率为25G时，所述激光器驱动器的工作模式是PAM4编码模式；或者，

在所述结构应用于200G光发射模块，且选择的激光器的波特率为25G时，所述激光器驱动器的工作模式是NRZ编码模式。

可选的，所述MUX耦合器为3dB耦合器。

可选的，所述MUX耦合器为定向耦合器。

可选的，所述MUX耦合器为MZI耦合器。

可选的，可选的，每一组光多路复用单元中所包含的不同波长激光器之间的激光波长相差大于等于20nm。

可选的，DEMUX耦合器具体为定向耦合器。

可选的，DEMUX耦合器具体为MZI耦合器。

可选的，DEMUX耦合器具体为3dB耦合器，其中，所述DEMUX耦合器与探测器耦合侧的光波导之间还设置有薄膜滤波器，所述薄膜滤波器用于滤出对应发射端的至少两个激光器的不同波长光信号。

可选的，DEMUX耦合器具体为3dB耦合器，其中，所述光多路解复用单元中的探测器的光敏面镀上用于过滤不同波长光信号的滤波膜。

可选的，所述结构适用于QSFP28、QSFP56、OSFP和QSFP-DD光模块。

第二发明，本发明实施例还提供了一种高速率平面光波导的实现方法，确认待制作的光模块的网速规格和光模块所适用的网络标准，所述实现方法包括：

根据所述网络标准确认可供选择的至少两个激光波长和信道个数；

根据所述可供选择的激光波长和传输光纤的传输光带宽，选择至少两个可在所述传输光纤中传递的激光波长；

根据所述网速规格和信道个数，确认光多路复用单元和光多路解复用单元的组数；其中，每一组光多路复用单元由两个或者两个以上不同波长的预设波特率的激光器与多路复用耦合器耦合实现；每一组光多路解复用单元由两个或者两个以上探测器与跨阻放大器耦合实现；

根据选择出来的激光波长，配置相应波长的预设波特率的激光器；

根据激光器的个数设置激光器驱动器，其中激光器驱动器用于完成光模块数据输入端口传递过来数据内容的接收，并将其转换为利用激光器发射出去的驱动信号；相应完成探测器和跨阻放大器的配置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种高速率平面光波导的电路结构，其特征在于，电路结构中包括至少一组光多路复用单元，每一组光多路复用单元中包括一多路复用MUX耦合器和至少两种不同波长的激光器，所述激光器的输出端与所述MUX耦合器输入端完成耦合，所述MUX耦合器输出端与光模块光输出端连接，其中，电路结构还包括至少一个激光器驱动器，具体的：

所述激光器驱动器的输入端连接到光模块数据输入端口，用于获取待发送的数据内容；

所述激光器驱动器的输出端口连接到光多路复用单元中相应的激光器。

可选的，所述至少两种不同波长激光器的波特率为25G、28G、35G、50G和56G中的任意一种，其中，电路结构包括4组光多路复用单元，每一组光多路复用单元中包含两种不同波长，且对应波特率相同的激光器。

第四方面，本发明实施例还提供了一种高速率平面光波导的电路结构，其特征在于，电路结构包括至少一组光多路解复用单元，每一组光多路解复用单元中包括解复用DEMUX耦合器和至少两个探测器，所述探测器的输入端与所述DEMUX耦合器的输出端完成耦合，所述DEMUX耦合器输入端与光模块光输入端连接，其中，所述电路结构还包括与探测器相应的跨阻放大器，具体的：

所述跨阻放大器的输入端连接光多路解复用单元中相应探测器的输出端，用于获取所述由探测器探测到的光信号而激发的电信号；

所述跨阻放大器的输出端口连接到光模块数据输出端口。

第五方面，本发明实施例还提供了一种高速率平面光波导的实现方法，用于实现如第三方面所提出的高速率平面光波导结构的实现，具体的：确认待制作的光模块的网速规格和光模块所适用的网络标准，所述实现方法包括：

根据所述网络标准确认可供选择的至少两个激光波长和信道个数；

根据所述可供选择的激光波长和传输光纤的传输光带宽，选择至少两个可在所述传输光纤中传递的激光波长；

根据所述网速规格和信道个数，确认光多路复用单元的组数；其中，每一组光多路复用单元由两个或者两个以上不同波长的预设波特率的激光器与光多路复用单元耦合实现；

根据选择出来的激光波长，配置相应波长的预设波特率的激光器；

根据激光器的个数设置激光器驱动器，其中激光器驱动器用于完成光模块数据输入端口传递过来数据内容的接收，并将其转换为利用激光器发射出去的驱动信号。

本发明实施例提出了一种基于平面光波导的高速率光模块的结构，能够利用MUX耦合器将现有的高性价比激光器(例如：25G激光器，未来可能会是50G激光器)，将两个或者两个以上激光器生成的不同波长的光信号耦合到一个光模块光输出端口，并通过与所述光模块光输出端口连接的一条传输光纤进行传输。从而有效的拓宽了高性价比的激光器在高速率光模块中的应用，解决了现有技术中对于400G光模块、甚至更高速率光模块实现过程中的质量和性价比的折中的难题。克服了现有技术中采用50G解决方案所带来的成本提高问题和引入电口-光口转码IC所造成的处理速度影响。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种现有的高速率平面光波导的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种高速率平面光波导的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种现有的高速率平面光波导的实现方法流程图；

图4是本发明实施例提供的一种高速率平面光波导的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种高速率平面光波导的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种现有的高速率平面光波导的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种MUX耦合器的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种MUX耦合器的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种MUX耦合器的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种激光器波长与转折频率关系示意图；

图11是本发明实施例提供的另一种高速率平面光波导的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的一种DEMUX耦合器的结构示意图；

图13是本发明实施例提供的另一种DEMUX耦合器的结构示意图；

图14是本发明实施例提供的另一种DEMUX耦合器的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的另一种DEMUX耦合器的结构示意图；

图16是本发明实施例提供的一种高速率平面光波导的实现方法流程图；

图17是本发明实施例提供的一种高速率平面光波导的结构示意图；

图18是本发明实施例提供的一种高速率平面光波导的实现方法流程图；

图19是本发明实施例提供的一种高速率平面光波导的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

注意：以下示例实施例中的“PLC电极”、“PLC板”、“LD电极”、“LD芯片”和“LD模块”对应于所附权利要求范围内的“基板侧电极”、“基板”、“芯片侧电极”、“半导体激光器芯片”和“半导体激光器模块”的相应示例。在本发明各实施例中，没有明确强调“光发射模块”或者“光接收模块”情况下，例如：仅描述为“光模块”，则可以是仅包含“光发射模块”或者仅包含“光接收模块”的情况，以及可以是即包含“光发射模块”和“光接收模块”的情况。

在本发明各实施例中，激光器可以是DML(Direct Modulated Laser,比如说VCSEL或DFB)、EML(电吸收调制器)或硅调制器。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例提供了一种高速率平面光波导的结构，如图2所示，结构中包括至少一组光多路复用单元1和至少一组光多路解复用单元21；每一组光多路复用单元(图2中所示包括光多路复用单元1、光多路复用单元4、光多路复用单元5和光多路复用单元6)中包括一多路复用MUX耦合器11和至少两种不同波长的激光器12，所述激光器12的输出端与所述MUX耦合器11输入端完成耦合，所述MUX耦合器11输出端与光模块光输出端口2连接；每一组光多路解复用单元(图2中所示包括光多路解复用单元21、光多路解复用单元24、光多路解复用单元25和光多路解复用单元26)中包括解复用DEMUX耦合器211和至少两个探测器212，所述探测器212的输入端与所述DEMUX耦合器211的输出端完成耦合，所述DEMUX耦合器211输入端与光模块输入端口22连接；其中，结构还包括至少一个激光器驱动器3和至少一个跨阻放大器23，具体的：

所述激光器驱动器3的输入端连接到光模块数据输入端口，用于获取待发送的数据内容。

所述激光器驱动器3的输出端口连接到光多路复用单元中相应的激光器12；以图4为例，因为激光器驱动器3所连接的激光器个数为4个，因此，也被称为4通道激光器驱动器。相应的激光器驱动器3也会因为其自身功能型号的不同，对于单一激光器驱动器3所能驱动的激光器个数会有相应的不同，图2所示仅为多种可能驱动连接方式中的一种。

所述跨阻放大器23的输入端连接到光多路复用单元中相应探测器212的输出端，用于获取所述由探测器探测到的光信号而激发的电信号。与上述激光器驱动器3类似，跨阻放大器23所能连接的探测器个数也会因为跨阻放大器23具体采用的设备型号的不同，形成多种连接方式，例如：跨阻放大器23和探测器的数量比可以是1对2，1对3或者1对4等等。

所述跨阻放大器23的输出端口连接到光模块数据输出端口。

本发明实施例提出了一种基于平面光波导的高速率光模块的结构，能够利用MUX耦合器将现有的高性价比激光器(例如：25G激光器，未来可能50G激光器也会称为高性价比激光器)，将两个或者两个以上激光器生成的不同波长的光信号耦合到一个光模块光输出端口，并通过与所述光模块光输出端口连接的一条传输光纤进行传输，从而有效的拓宽了高性价比的激光器在高速率光模块中的应用(尤其适用于如图1中电口-光口所示接口标准)，解决了现有技术中对于400G光模块、甚至更高速率光模块实现过程中的质量和性价比的折中的难题。克服了现有技术中采用50G解决方案所带来的成本提高和电口-光口转换编码造成的处理速度影响，在本发明实施例中无需如图1所示的光或者电的速率变换芯片(即图1中IC所示，其它实施例中也称为“电口-光口转码IC”)。本发明实施例所提出的高速平面光波导适用于QSFP28、QSFP56、OSFP和QSFP-DD等光模块。

在本发明实施例中，所述至少两种不同波长激光器的波特率可以是25G、28G、35G、50G和56G中的任意一种。对于本发明实施例用于解决的当前背景技术中提到的400G光模块存在问题时，并且在结合当前激光器发展阶段和制造成本前提下，则优选的是采用25G波特率的不同波长激光器来实现。

对应于上述的400G解决方案，本发明实施例基于实施例1所提出的高速率平面光波导的结构基础上，对于结构中所设计的各模块间的具体组合，给予了一种针对400G的实现方案，如图2所示，所述结构包括4组光多路复用单元(图4中标识的光多路复用单元1、光多路复用单元4、光多路复用单元5和光多路复用单元6)，每一组光多路复用单元中包含两种不同波长，且对应波特率相同的激光器；所述结构还包括4组光多路解复用单元(图2中标识的光多路解复用单元21、光多路解复用单元24、光多路解复用单元25和光多路解复用单元26)，每一组光多路解复用单元包含两个探测器(以光多路解复用单元21为例，对应的两个探测器即图2所示的探测器212)。

在本发明实施例的具体实现方案中，在所述结构应用于400G光模块，且选择的激光器的波特率为25G时，所述激光器驱动器的工作模式是PAM4编码模式；或者，在所述结构应用于200G光发射模块，且选择的激光器的波特率为25G时，所述激光器驱动器的工作模式是NRZ编码模式。

在本发明实施例具体实现方案中，所述MUX耦合器为3dB耦合器、定向耦合器和/或MZI耦合器。而所述DEMUX耦合器具体可以为3dB耦合器、定向耦合器和/或MZI耦合器。并且，在具体采用3dB耦合器作为DEMUX耦合器时，还提供了两种实现光解复合的方式：

方式一：

所述DEMUX耦合器与探测器耦合侧的光波导之间还设置有薄膜滤波器，所述薄膜滤波器用于滤出对应发射端的至少两个激光器的不同波长光信号，以便于将指定波长的激光信号传导给指定的探测器，从而实现光发射模块中耦合前不同激光器所发射出的光信号目的。

方式二：

所述光多路解复用单元中的探测器的光敏面镀上用于过滤不同波长光信号的滤波膜，以便于将指定波长的激光信号传导给指定的探测器，从而实现光发射模块中耦合前不同激光器所发射出的光信号目的。

其中，因为定向耦合器和MZI耦合器自身拥有对不同波长光信号过滤输出的功能，因此，无需像3dB耦合器一样需要额外设置薄膜滤波器或者需要额外在探测器的光敏面上设置滤波膜。

在本发明实施例中，为了保证光接收模块对于解耦合的指标要求。结合本发明实施例，即每一组光多路复用单元中所包含的至少两个不同波长的激光器之间的激光波长相差大于等于20nm。

实施例2:

对应于实施例1中所介绍的速率平面光波导的结构，在本发明实施例中提供了一种高速率平面光波导的实现方法，用于完成如实施例1中所述结构的加工和生产。如图3所示，所述方法包括以下执行步骤：

在步骤201中，确认待制作的光模块的网速规格和光模块所适用的网络标准。其中，所述光模块包括光发射模块和光接收模块。

在步骤202中，根据所述网络标准确认可供选择的至少两个激光波长和信道个数。

在步骤203中，根据所述可供选择的激光波长和传输光纤的传输光带宽，选择至少两个可在所述传输光纤中传递的激光波长。

在步骤204中，根据所述网速规格和信道个数，确认光多路复用单元和光多路解复用单元的组数；其中，每一组光多路复用单元由两个或者两个以上不同波长的预设波特率的激光器与多路复用耦合器耦合实现；每一组光多路解复用单元由两个或者两个以上探测器与跨阻放大器耦合实现。

在步骤205中，根据选择出来的激光波长，配置相应波长的预设波特率的激光器。

在步骤206中，根据激光器的个数设置激光器驱动器，其中激光器驱动器用于完成光模块数据输入端口传递过来数据内容的接收，并将其转换为利用激光器发射出去的驱动信号；相应完成探测器和跨阻放大器的配置。

本发明实施例提出了一种基于平面光波导的高速率光模块的实现方法，其制造出来的结构可以利用MUX耦合器将现有的高性价比激光器(例如：25G激光器)，将两个或者两个以上激光器生成的不同波长的光信号耦合到一个光模块光输出端口，并通过与所述光模块光输出端口连接的一条传输光纤进行传输。从而有效的拓宽了高性价比的激光器在高速率光模块中的应用(尤其适用于如图1中电口-光口所示接口标准)，解决了现有技术中对于400G光模块、甚至更高速率光模块实现过程中的质量和性价比的折中的难题。克服了现有技术中采用50G解决方案所带来的成本提高和电口-光口转换编码造成的处理速度影响，在本发明实施例中无需如图1所示的IC转换编码模块。

实施例3:

本发明实施例提供了一种高速率平面光波导的结构，本发明实施例所描述的高速率平面光波导的结构可以是应用于单独由光发射模块(即本实施例所提出的结构)构成的光模块产品，也可以是应用与一种组合方式形成的光模块产品(即该光模块产品中包括本发明实施例提出的光发射模块以及由现有光接收模块，构成一具有光收发功能的光模块)，如图4-图6所示，结构中包括至少一组光多路复用单元1，每一组光多路复用单元中包括多路复用MUX耦合器11和至少两个激光器12，所述激光器12的输出端与所述MUX耦合器11输入端完成耦合，所述MUX耦合器11输出端与光模块光输出端口2连接(以图4为例，其中光多路复用单元被虚线框所标注)，其中，结构还包括至少一个激光器驱动器3，具体的：

所述激光器驱动器3的输入端连接到光模块数据输入端口，用于获取待发送的数据内容。

所述激光器驱动器3的输出端口连接到光多路复用单元1中相应的激光器12。以图4为例，因为激光器驱动器3所连接的激光器个数为4个，因此，也被称为4通道激光器驱动器。

本发明实施例提出了一种基于平面光波导的高速率光模块的结构，能够利用MUX耦合器将现有的高性价比激光器(例如：25G激光器)，将两个或者两个以上激光器生成的不同波长的光信号耦合到一个光模块光输出端口，并通过与所述光模块光输出端口连接的一条传输光纤进行传输。从而有效的拓宽了高性价比的激光器在高速率光模块中的应用，解决了现有技术中对于400G光发射模块、甚至更高速率光发射模块实现过程中的质量和性价比的折中的难题。以背景技术为例，通过本发明实施例可以采用如图4所示的结构，采用25G的激光器并通过NRZ码可实现200G的光发射模块。

本发明实施例之所以能够被设计出来，并且能够工业化的原因在于现有的各信号网络标准中均预留了一种或者多种可选波长(在本发明其它实施例中也被称为“可选激光波长”)，因此，基于本发明实施例所设计出的光模块，为了保证与标准的统一，所选择的不同波长均归属于标准所指定的可选波长范围内。例如：200G的CWDM标准中规定的可选波长为：1271nm、1291nm、1311nm和1331nm；200G的LAN-WDM标准中规定的可选波长为：1295.56nm、1300.65nm、1304.58nm和1309.14nm；400G的LAN-WDM标准中规定的可选波长为：1273.54nm、1277.89nm、1282.26nm、1286.66nm、1295.56nm、1300.65nm、1304.58nm和1309.14nm。因此，对于200G的CWDM标准来说，若要根据图4所示光模块结构，采用25G激光器并通过NRZ码实现200G的光发射模块，则此时如图4所示的激光器LD1和激光器LD2需要在可选波长1295.56nm、1300.65nm、1304.58nm和1309.14nm中选择两个波长作为激光器LD1和激光器LD2生成激光信号(所述“激光信号”在本发明其它实施例中也被称为“光信号”)的波长参数值。

在本发明实施例中，已经介绍如图4所示的结构可以在采用25G激光器并通过NRZ码条件下实现200G的光发射模块。在具体实现，所述激光器LD1和LD2的波特率为25G，其中，结构包括4组光多路复用单元(图中各光多路复用单元分别标注了1、4、5和6标识符)，每一组光多路复用单元中包含两个波特率均为25G的激光器。其中，激光器LD1和LD2的激光波长可以根据不同网络标准所提供的可选波长进行调整，相关标准的可选波长已经介绍过，在此不一一赘述。

上述结合了图4所示结构所阐述的200G的光发射模块，不仅能够在NRZ码的编码条件下实现(NRZ码相比较PAM4码的眼图更大，同样外界条件下NRZ码传输的距离和抗扰能力更强)，而且能够采用传统的25G激光器实现(相比较现有技术中采用50G激光器的方案，性价比更高)。除此以外，在进一步损失部分传输距离和抗扰能力的情况下，本发明实施例还提供了一种可依据25G激光器实现400G光发射模块的实现方法。依据图4所示的结构，其中所述激光器LD1和LD2的波特率为25G，其中，结构包括4组光多路复用单元(图中各光多路复用单元分别标注了1、4、5和6标识符)，每一组光多路复用单元中包含两个波特率均为25G的激光器，但是，此时4通道激光器驱动器将采用PAM4编码方式，驱动控制的两组光多路复用单元中激光器完成电信号到光信号的转换，从而为400G光发射模块的实现提供了一种可行的实现方案。

由于本发明实施例实现过程中，MUX耦合器为必要的特征对象，因此，对于MUX耦合器的可行的实现方式进行阐述。如图7-图9所示，所述MUX耦合器为3dB耦合器、定向耦合器和/或MZI(英文全称为：Mach-Zehnder Interferometer)耦合器。其中，3dB耦合器的优势在于构造简单，工艺成熟，缺点是有3dB的插损，因此在激光器的功率比较大时3dB插损不是太大的问题；定向耦合器通过优化耦合器的长度及两个波导之间的间隙，将两个波长的光耦合在一起，这种构造的插损可以小于1dB；MZI耦合器，是在两个耦合器通道中加入具有延迟功能的两个臂而(如图9中111和112所示)构成，通过优化耦合比及MZI的相位差来得到需要的类似于滤波器的传输特性，这种结构的插损可以小于1dB。

具体实现过程中，对于一光模块中的每一组光多路复用单元可以采用同一种MUX耦合器，例如：如图4所示光多路复用单元1-光多路复用单元5中的MUX耦合器均采用3dB耦合器，或者光多路复用单元1-光多路复用单元5中的MUX耦合器均采用定向耦合器,或者光多路复用单元1-光多路复用单元5中的MUX耦合器均采用MZI耦合器。除此以外，考虑到如图4所示的，位于中间的光多路复用单元4和光多路复用单元5相比较位于两侧的光多路复用单元1和光多路复用单元6受到干扰的强度更大。因此，存在一种MUX耦合器的组合方式，即光多路复用单元4和光多路复用单元5中的MUX耦合器采用性能更优的，而光多路复用单元1和光多路复用单元6中的MUX耦合器采用性能一般的，例如：光多路复用单元4和光多路复用单元5中的MUX耦合器采用MZI耦合器，而光多路复用单元1和光多路复用单元6中的MUX耦合器采用3dB耦合器。其它的类似光多路复用单元4和光多路复用单元5中的MUX耦合器采用定向耦合器，而光多路复用单元1和光多路复用单元6中的MUX耦合器采用3dB耦合器；或者光多路复用单元4和光多路复用单元5中的MUX耦合器采用MZI耦合器，而光多路复用单元1和光多路复用单元6中的MUX耦合器采用定向耦合器等等组合方式，也均在本发明实施例的保护范围内。

在本发明实施例各种具体实现方式，对于一组光多路复用单元中所包含的激光器来说，理论上只要相应激光器采用的是不同波长，并且各波长激光信号通过MUX耦合器耦合后能够在一条传输光纤中完成传输即可。但是，对应于每一个光发射模块，均有一个光接收模块与之配对使用，因此，在实际实现过程中，选择激光器的工作波长除了需要考虑该光模块所要适用的网络标准给定的波长范围之外，还需要考虑光接收模块对于解耦合的指标要求。结合本发明实施例，提供了一种可选的参考依据，即每一组光多路复用单元中所包含的激光器之间的激光波长相差大于等于20nm。接下来以CWDM标准和LAN-WDM标准的波长范围为例，展开阐述所述20nm参考依据是如何确定的。

在CWDM标准和LAN-WDM标准的波长范围中，相邻两波长间的间隔大约是20nm(CWDM标准)或者5nm(LAN-WDM标准)。如果本发明实施例中两个波长选择相邻的波长(比如说，λ1和λ2)，由于一般在平面光波导上实现的DEMUX耦合器的滤波效果很难有这么窄的转折频率roll-off(图10中A所示，框住区域为相邻两波长λ1和λ2之间的roll-off)，光串扰将会是一个大问题。为了解决这个问题，本发明实施例提出不直接使用网络标准中给出的相邻波长，而是选择不相邻的两个波长作为激光器LD1和激光器LD2的发射信号波长参数值，即从网络标准中选择波长差大于20nm的一对波长作为激光器LD1和激光器LD2的发射信号波长参数值。以200G的CWDM标准为例，在图10中两个波长的选择可为(λ1，λ3)组合，(λ1，λ4)组合，(λ2，λ4)组合，其中，λ1＝1271nm、λ2＝1291nm、λ3＝1311nm、λ4＝1331nm。这样一来两波长之间相隔大于20nm，其滤波性能的roll-off可以有比较宽松的要求(图10中B所示，为采用了λ1和λ3作为同一组光多路复用单元中不同激光器的发射波长后，允许光接收模块侧DEMUX耦合器存在的roll-off宽度)，大大减低了设计和制造上对DEMUX耦合器滤波性能的要求。同样地，在200G的LAN-WDM标准环境下，因为原来波长之间的间隔就很小(大约5nm)，则可以选取分离更远的波长组合，例如(λ1，λ4)组合，(λ1，λ5)组合，(λ1，λ6)组合，(λ1，λ7)组合，甚至(λ1，λ8)组合等，在此不再赘述。

由于本发明实施例是将实施例1中的光发射模块作为可独立实现的结构展开阐述，并就其内部可行的多种实现方式进行的描述(包括MUX耦合器类型间的组合、不同波长激光器在选择波长时优选的参考依据等等)，因此，本实施例中相关扩展或者细化描述的内容也适用于实施例1和实施例2。

实施例4:

在实施例1和实施例3中阐述了由MUX耦合器和至少两个激光器构成的光多路复用单元，以及由至少一个光多路复用单元构成的高速率平面光波导的结构后，本发明实施例则是对于可能实现的激光器和MUX耦合器之间的组合方式，以及相应组合方式下可以实现的多种速率的信号传输进行具体的阐述。

如图5所示，单一的MUX耦合器可以耦合来自四个激光器(LD1-LD4)的激光信号，并将耦合后的激光信号通过一个光模块光输出端口(如图5中标注的2)传导出去。相比较实施例1中展开描述的图4结构，两者均可以实现200G或者400G的光模块(200G的需要25G激光器配合NRZ编码实现，400G的需要25G激光器配合PAM4编码实现)，但是，两者的区别也很明显，在光发射模块侧，主要体现在MUX耦合器的个数，以及光模块光输出端口的数量上，具体的还涉及与所述光模块光输出端口相连的传输光纤所能承载多激光信号带宽范围在图4和图5所示结构之间也会存在一定的差异；而在光接收模块侧，其影响则较大。其中，在光发射模块侧单一MUX耦合器所耦合的激光信号越多，则在光接收模块侧由DEMUX耦合器进行解耦合时其难度也将会增加，相应的制造成本和加工难度也会提高。因此，相比较图4和图5所示的方案，图4为本发明实施例优选的方案，并且图4所示的光模块光输出端口数量也是当前业界所普遍认可和采用的。

作为可行的方案之一，本发明实施例还提供了一种400G和800G的光模块实现方案，如图6所示，以图5所示的结构为依据，倍化其结构便形成了如图6所示的结构图，其中，若采用25G激光器和NRZ编码，则当前图6所示的结构则可用于实现400G的光模块；若采用25G激光器和PAM4编码，则当前图6所述的结构则可用于实现800G的光模块。若以本发明实施例3中提出的同一MUX耦合器中所耦合的激光器的波长之间相差大于20nm的要求来说，以200G的CWDM标准所提供的波长范围来说，如图6所示的光多路复用单元已经是充分的利用了本发明实施例1所提出改进思路的实例，即不可能在同一MUX耦合器中耦合进比图6所示更多的25G激光器。相比较现有的400G光模块实现方案，本发实现方案的优势仍然很直观。在本实现方案中避免了光口-电口的转换编码模块的介入，并且保证了光模块光输出端口接口数量与业界标定数量的一致性。

实施例5:

本发明实施例相比较实施例1和实施例3，是从相应光接收模块的实现的角度阐述可以由相应光接收模块构成一产品或者和组合成一产品可能情况。如图11所示，为本发明实施例提出的一种高速率平面光波导的结构。

其中，结构包括至少一组波分解复用单元21，每一组波分解复用单元21中包括解复用DEMUX耦合器211和至少两个探测器212，所述探测器212的输入端与所述DEMUX耦合器211的输出端完成耦合，所述DEMUX耦合器211输入端与光模块输入端口22连接，其中，所述结构还包括至少一个跨阻放大器23，具体的：

所述跨阻放大器的输入端连接一组或者多组波分解复用单元21中相应探测器212的输出端，用于获取所述由探测器探测到的光信号而激发的电信号；

所述跨阻放大器23的输出端口连接到光模块数据输出端口。

本发明实施例提出了一种基于平面光波导的高速率光模块的结构，能够利用DEMUX耦合器、探测器和跨阻放大器，基于与实施例3共同的发明构思，并能够作为实施例3所述光模块结构的对端光接收模块存在。解决了现有技术中对于400G光模块、甚至更高速率光模块实现过程中的质量和性价比的折中的难题。

在本发明实施例实现过程中，所述DEMUX耦合器可以借鉴实施例1中所提出的三种实现方式，如图12所示，所述DEMUX耦合器具体为3dB耦合器的结构示意图；如图13所示，所述DEMUX耦合器具体为定向耦合器的结构示意图；如图14所示，所述DEMUX耦合器具体为MZI耦合器的结构示意图。当DEMUX耦合器为3dB耦合器时，为了能够将光发射模块中耦合的光信号分离出来，本发明实施例提供了两种实现方案：

方案1：

DEMUX耦合器与探测器耦合侧的光波导之间还设置有薄膜滤波器213，所述薄膜滤波器213用于滤出对应发射端的至少两个激光器的不同波长光信号。其中，所述薄膜滤波器213由多层交错介质膜组成反射器，并构成法布里-泊罗谐振腔。每层介质膜即可透射一部分光又可反射一部分光，每层介质膜界面上多次反射与透射，进行光学干涉，线性叠加。当两个薄膜界面上，来回反射和透射的光程差为光波长时，多次透射光同相加强，形成更强的透射光波，反相则相消。只要适当地设计多层介质膜系，就可得到性能良好的滤波器。

方案2：

所述波分解复用单元中的探测器的光敏面镀上用于过滤不同波长光信号的滤波膜。在上述方案1中(如图12所示)，由于采用了薄膜滤波器213，因此，探测器可以采用覆盖耦合的光信号频段范围的同一款即可。而在方案2中，由于滤波功能转交由探测器光敏面上的滤波膜来完成，因此，在方案2中对应如图12的结构需要相应调整为图15所示，其中，探测器由原来均为同一款PD的模式，调整为带有不同滤波膜的探测器PD1和探测器PD2。

其中，因为定向耦合器和MZI耦合器自身拥有对不同波长光信号过滤输出的功能，因此，无需像3dB耦合器一样需要额外设置薄膜滤波器或者需要额外在探测器的光敏面上设置滤波膜。

由于本发明实施例是将实施例1中的光接收模块作为可独立实现的结构展开阐述，并就其内部可行的多种实现方式进行的描述(包括DEMUX耦合器的选择和复合光信号的解离等等)，因此，本实施例中相关扩展或者细化描述的内容也适用于实施例1。

实施例6:

本发明实施例在公开了一种高速率平面光波导的实现方法，可以用于制作如实施例3所述的结构。在实现本实施例所述方法前，需要确认待制作的光模块的网速规格和光模块所适用的网络标准，其中，网速规格包括网络带宽；网络标准包括：200G的CWDM标准，其规定的可选波长包括：1271nm、1291nm、1311nm和1331nm；200G的LAN-WDM标准，其规定的可选波长包括：1295.56nm、1300.65nm、1304.58nm和1309.14nm；400G的LAN-WDM标准，其规定的可选波长包括：1273.54nm、1277.89nm、1282.26nm、1286.66nm、1295.56nm、1300.65nm、1304.58nm和1309.14nm。如图16所示，所述实现方法包括以下执行步骤：

在步骤301中，根据所述网络标准确认可供选择的至少两个激光波长和信道个数。

不同的网络标准其提供的光信号波长是不同的，而通常情况下一个网络标准会提供一个或者多个波长可供选择，例如：200G的CWDM标准提供了4个可选激光波长，而400G的LAN-WDM标准则提供了8个可选激光波长。另一方面，不同的网络标准其采用的传输信道个数也会作相应的规定，通常情况下会限定信道个数为4个，当然，也不排除早期的标准或者未来指定的标准中会涉及2个或者更多个的信道个数。

在步骤302中，根据所述可供选择的激光波长和传输光纤的传输光带宽，选择至少两个可在所述传输光纤中传递的激光波长。

通过步骤301确定了相关网络标准的规范的可选区间后，就需要针对当前所制作的光模块所适用的环境下的硬件条件，如上述传输光纤的传输光带宽。因为，在同一传输光纤中传输的两个或者多个激光信号其激光波长相差距离较大时，便无法在当前所具备的传输光纤(例如：当前已经采购的传输光纤或者库存中保留并等待被使用的传输光纤)中同时进行传输。

在步骤303中，根据所述网速规格和信道个数，确认光多路复用单元的组数；其中，每一组光多路复用单元由两个或者两个以上的25G波特率的激光器与光多路复用单元耦合实现。

在确认光多路复用单元组数的时候，会根据网速规格和信道个数来确定一个MUX耦合器中所许耦合的具有不同激光波长的25G激光器的个数。因为，一个MUX耦合器对应一信道(即传输光纤)，所以当相应MUX耦合器下能够配置满足网速规格条件下的25G激光器时，本发明实施例的实现方法才能正常执行下去，并制作出满足工业需求的光模块。如果MUX耦合器下能够配置满足网速规格条件下的25G激光器个数超过可供选择的激光波长个数时，本发明实施例的实现方法将得出无法实现的结论。例如：采用25G激光器的NRZ编码方式，实现400G的CWDM的光发射模块时，相应的400G/25G＝16，而标准规定的信道为4个，因此，每一个MUX耦合器需要耦合的25G激光器个数为4个；而CWDM提供的可选激光波长为4个，因此，在不考虑后续将要讨论的roll-off参数情况下，目前刚刚能够满足实现本发明实施例所述方法的基本需求(若考虑roll-off则当前条件下无法实现本发明实施例所述方法)。

在步骤304中，根据选择出来的激光波长，配置相应25G波特率的激光器。

即根据选择出来的两个或者多个激光波长，配置能够生成相应激光波长的25G的激光器。在具体实现过程中，所述25G的激光器也可以替换为10G或者50G的激光器。而在本实施例中考虑的是当前市场环境下，从最优的性价比角度出发，提出使用所述25G的激光器。当前环境下，采用10G激光器会大大增加最终光模块的体积大小，而采用50G激光器则会增加制作的成本。

在步骤305中，根据激光器的个数设置激光器驱动器，其中激光器驱动器用于完成光模块数据输入端口传递过来数据内容的接收，并将其转换为利用激光器发射出去的驱动信号。

本发明实施例提出了一种高速率平面光波导的实现方法，能够利用MUX耦合器将现有的高性价比激光器(例如：25G激光器)，将两个或者两个以上激光器生成的不同波长的光信号耦合到一个光模块光输出端口，并通过与所述光模块光输出端口连接的一条传输光纤进行传输。从而有效的拓宽了高性价比的激光器在高速率光模块中的应用，解决了现有技术中对于400G光模块、甚至更高速率光模块实现过程中的质量和性价比的折中的难题。如图17所示，为按照本发明实施例所述方法生成的一高速率平面光波导，其中，4个WDM耦合器(即各实施例中的MUX耦合器)被制作在一片PLC芯片上，而对应每一个光多路复用单元的不同波长的激光器，也被固定在所述PLC芯片上，并与相应WDM耦合器的输入端口耦合。相应在单片PLC芯片上完成MUX耦合器和激光器布局的结构也适用于本发明其它实施例，在此不再赘述。

本发明实施例提出了一种用于实现实施例1所述的高速率平面光波导的结构的方法，步骤301-305主要是从如何实现光模块中光发射模块角度阐述的，然而，实际产品制造过程中，所述光模块可以是简单由光发射模块构成的，也可以同时由光发射模块和光接收模块构成的，还可以是仅仅由光接收模块构成的。因此，本发明实施例还从实现光接收模块角度，阐述如何实现一种高速率平面光波导的结构的实现方法。

确认待制作的光模块的网速规格和光模块所适用的网络标准，其中，网速规格包括网络带宽；网络标准包括：200G的CWDM标准，其规定的可选波长包括：1271nm、1291nm、1311nm和1331nm；200G的LAN-WDM标准，其规定的可选波长包括：1295.56nm、1300.65nm、1304.58nm和1309.14nm；400G的LAN-WDM标准，其规定的可选波长包括：1273.54nm、1277.89nm、1282.26nm、1286.66nm、1295.56nm、1300.65nm、1304.58nm和1309.14nm。如图18所示，所述实现方法包括以下执行步骤：

在步骤401中，根据在步骤301-305中确定的激光器个数和MUX耦合器个数，设定相应光接收模块中的探测器个数和DEMUX耦合器个数，按照对应的布局结构进行位置设定；其中，探测器的输入端与所述DEMUX耦合器的输出端完成耦合，所述DEMUX耦合器输入端与光模块光输入端连接。

在步骤402中，根据步骤303中确定的激光波长，在DEMUX耦合器的相应传输支路上设置薄膜滤波器(如图12所示，此时的DEMUX耦合器具体为3dB耦合器)。

其中，若采用定向耦合器或者MZI耦合器则无需设置所述薄膜滤波器。

在步骤403中，设置跨足放大器，其中，跨阻放大器的输入端连接一组或者多组波分解复用单元中相应探测器的输出端，用于获取所述由探测器探测到的光信号而激发的电信号；所述跨阻放大器的输出端口连接到光模块数据输出端口。

本实施例的步骤401-403可以单独作为生产光接收模块的实现方法，也可以和步骤301-305组合完成光收发模块的实现。两种实现方式均属于本发明实施例的保护范围内。

如图19所示，为按照本发明实施例所述方法生成的一高速率平面光波导，其中，4个WDM耦合器(即各实施例中的DEMUX耦合器)被制作在一片PLC芯片上，而对应每一个光多路解复用单元的探测器，也被固定在所述PLC芯片上，并与相应WDM耦合器的输出端口耦合。相应在单片PLC芯片上完成DEMUX耦合器和探测器布局的结构也适用于本发明其它实施例，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种高速率平面光波导的结构，其特征在于，结构中包括至少一组光多路复用单元和至少一组光多路解复用单元；每一组光多路复用单元中包括一多路复用MUX耦合器和至少两种不同波长的激光器，所述激光器的输出端与所述MUX耦合器输入端完成耦合，所述MUX耦合器输出端与光模块光输出端连接；每一组光多路解复用单元中包括解复用DEMUX耦合器和至少两个探测器，所述探测器的输入端与所述DEMUX耦合器的输出端完成耦合，所述DEMUX耦合器输入端与光模块光输入端连接；其中，结构还包括至少一个激光器驱动器和至少一个跨阻放大器，具体的：

所述激光器驱动器的输入端连接到光模块数据输入端口，用于获取待发送的数据内容；

所述激光器驱动器的输出端口连接到光多路复用单元中相应的激光器；

所述跨阻放大器的输入端连接到光多路复用单元中相应探测器的输出端，用于获取所述由探测器探测到的光信号而激发的电信号；

所述跨阻放大器的输出端口连接到光模块数据输出端口。

2.根据权利要求1所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，所述至少两种不同波长激光器的波特率为25G、28G、35G、50G和56G中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，所述结构包括4组光多路复用单元，每一组光多路复用单元中包含两种不同波长，且对应波特率相同的激光器；所述结构还包括4组光多路解复用单元，每一组光多路解复用单元包含两个探测器。

4.根据权利要求3所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，在所述结构应用于400G光模块，且选择的激光器的波特率为25G时，所述激光器驱动器的工作模式是PAM4编码模式；或者，

在所述结构应用于200G光发射模块，且选择的激光器的波特率为25G时，所述激光器驱动器的工作模式是NRZ编码模式。

5.根据权利要求1所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，所述MUX耦合器为3dB耦合器。

6.根据权利要求1所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，所述MUX耦合器为定向耦合器。

7.根据权利要求1所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，所述MUX耦合器为MZI耦合器。

8.根据权利要求1-4任一所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，每一组光多路复用单元中所包含的不同波长激光器之间的激光波长相差大于等于20nm。

9.根据权利要求1所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，DEMUX耦合器具体为定向耦合器。

10.根据权利要求1所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，DEMUX耦合器具体为MZI耦合器。

11.根据权利要求1所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，所述DEMUX耦合器具体为3dB耦合器，其中，所述DEMUX耦合器与探测器耦合侧的光波导之间还设置有薄膜滤波器，所述薄膜滤波器用于滤出对应发射端的至少两个激光器的不同波长光信号。

12.根据权利要求1所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，其中，所述DEMUX耦合器具体为3dB耦合器，其中，在所述DEMUX耦合器为3dB耦合器时，所述光多路解复用单元中的探测器的光敏面镀上用于过滤不同波长光信号的滤波膜。

13.根据权利要求1-4任一所述的高速率平面光波导的结构，其特征在于，所述结构适用于QSFP28、QSFP56、OSFP和QSFP-DD光模块。

14.一种高速率平面光波导的实现方法，其特征在于，确认待制作的光模块的网速规格和光模块所适用的网络标准，所述实现方法包括：

根据所述网络标准确认可供选择的至少两个激光波长和信道个数；

根据所述可供选择的激光波长和传输光纤的传输光带宽，选择至少两个可在所述传输光纤中传递的激光波长；

根据所述网速规格和信道个数，确认光多路复用单元和光多路解复用单元的组数；其中，每一组光多路复用单元由两个或者两个以上不同波长的预设波特率的激光器与多路复用耦合器耦合实现；每一组光多路解复用单元由两个或者两个以上探测器与跨阻放大器耦合实现；

根据选择出来的激光波长，配置相应波长的预设波特率的激光器；

根据激光器的个数设置激光器驱动器，其中激光器驱动器用于完成光模块数据输入端口传递过来数据内容的接收，并将其转换为利用激光器发射出去的驱动信号；相应完成探测器和跨阻放大器的配置。