CN107167886A - 一种多波长并行光收发器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多波长并行光收发器件，包括一壳体、一PAM4芯片、一光发射组件、一光接收组件以及一电路板，所述PAM4芯片安装于所述电路板上，所述光发射组件和所述光接收组件均与所述壳体结合安装，且所述光发射组件和所述光接收组件均与所述PAM4芯片电连接。所述多波长并行光收发器件结构紧凑，易于扩展，适用于光通信系统的升级。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，更准确的说涉及一种多波长并行光收发器件。
背景技术
随着社会信息化程度的不断提高，以及互联网以及信息技术的不断发展，数据量正在以爆炸性的方式增长，这就对网络运营商和企业的数据处理能力造成了一定的挑战，迫使其不断提高自身以数据中心为平台的数据处理能力，而云计算、虚拟化等技术正不断为数据中心的发展带来新的推动力。光通信网络能够提供现有技术中最优的数据传输速率，能够适应不断增长的数据业务、网络资源等的要求。目前数据中心已经普遍采用光纤作为主要传输介质，来组建光通信网络，并且大多采用速率为10Gbps/40Gbps的光器件，但是随着光通信网络对带宽需求的不断增加，对光器件的速率要求也越来越高。为了提高光通信网络的带宽，同时满足对成本的要求，需要在现有的基础上进行系统升级。现有的40Gbps/100Gbps光器件多以并行方式实现，如40Gbps由4个10Gbps组成，100Gbps由4个25Gbps组成。图1为4个25Gbps组成100Gbps的示意图，由4个波长相同的发射端(TX1、TX2、TX3和TX4)和四个接收端(RX1、RX2、RX3和RX4)，其调制/解调制方式采用NRZ方式。目前随着用户对带宽需求的增加，需要从现有的40Gbps/100Gbps升级至200Gbps或400Gbps。如果按照现有的并行方式，针对400Gbps，则需要采用16个25Gbps来实现，同时还需要使用16根光纤。可见采用光纤并行方式需要耗费更多光纤，不便于系统升级以及日常维护。因此急需一种可利用现有网络架构进行升级的光器件。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多波长并行光收发器件，包括一壳体、一PAM4芯片、一光发射组件、一光接收组件以及一电路板，所述PAM4芯片安装于所述电路板上，所述光发射组件和所述光接收组件均与所述壳体结合安装，且所述光发射组件和所述光接收组件均与所述PAM4芯片电连接。所述多波长并行光收发器件结构紧凑，易于扩展，适用于光通信系统的升级。
为了达到上述目的，本发明提供一种多波长并行光收发器件，包括一壳体、一PAM4芯片、一光发射组件以及一光接收组件，所述光发射组件和所述光接收组件均与所述壳体结合安装，且所述光发射组件和所述光接收组件均与所述PAM4芯片电连接。
优选地，所述光发射组件包括至少两个光发射端以及一波分复用器，所述光发射端和所述波分复用器均与所述壳体结合安装，两个所述光发射端与所述PAM4芯片电连接，且两个所述光发射端与所述波分复用器连接。
优选地，所述光接收组件包括至少两个光接收端以及一波分解复用器，所述光接收端和所述波分解复用器均与所述壳体结合安装，两个所述光接收端与所述PAM4芯片电连接，且两个所述光接收端与所述波分解复用器连接。
优选地，所述光发射端为VCSEL激光器。
优选地，所述光发射组件包括一第一光发射端和一第二光发射端，且所述第一光发射端发出的光波长为λ1，所述第二光发射端发出的光波长为λ2。
优选地，所述波分复用器包括一第一平行光透镜、一第二平行光透镜、一第一滤波片、一第一反射镜以及一第一聚焦透镜，所述第一平行光透镜与所述第一光发射端对应设置，所述第二平行光透镜与所述第二光发射端对应设置，所述第一滤波片呈一定角度与所述第二平行光透镜对应设置，且所述所述第一滤波片镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜，所述第一反射镜与所述第一平行光透镜对应设置，且所述第一反射镜与所述第一滤波片平行，所述第一聚焦透镜与所述第二平行光透镜对应设置，且所述第一聚焦透镜与所述第二平行光透镜平行。
优选地，所述光接收组件包括一第一光接收端和一第二光接收端。
优选地，所述波分解复用器包括一第三平行光透镜、一第四平行光透镜、一第二滤波片、一第二反射镜以及一第二聚焦透镜，所述第三平行光透镜与所述第一光接收端对应设置，所述第四平行光透镜与所述第二光接收端对应设置，所述第二滤波片呈一定角度与所述第四平行光透镜对应设置，且所述所述第二滤波片镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜，所述第二反射镜与所述第三平行光透镜对应设置，且所述第二反射镜与所述第二滤波片平行。所述第二聚焦透镜与所述第四平行光透镜对应设置，且所述第二聚焦透镜与所述第四平行光透镜平行。
优选地，所述第一光发射端和所述第二光发射端按一维阵列方式排列，所述第一光接收端和所述第二光接收端按照一维阵列方式排列，所述第一平行光透镜、所述第二平行光透镜、所述第三平行光透镜、所述第四平行光透镜按照一维阵列方式排列，所述第一滤波片和所述第二滤波片按照一维阵列方式排列，所述第一反射镜和所述第二反射镜按照以为阵列方式排列，所述第一聚焦透镜和所述第二聚焦透镜按照以为阵列方式排列。
优选地，所述壳体为一注塑结构件，且所述壳体具有一滤波片安装面和一反射镜安装面，所述滤波片安装面和所述反射镜安装面互相平行，所述滤波片安装面上安装有所述第一滤波片和所述第二滤波片，所述反射镜安装面上安装有所述第一反射镜和所述第二反射镜。
与现有技术相比，本发明公开的一种多波长并行光收发器件的优点在于：采用波分复用器和波分解复用器，有效减少了光纤用量，便于扩展，节约成本的同时便于日常检修维护。结构紧凑，节省空间，有利于进一步的升级。采用注塑结构件，简化制造工艺，有利于大批量生产。
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他的附图。
如图1所示为现有技术实现传输速率为100Gbps的并行收发器件的结构示意图。
如图2所示为本发明的一种多波长并行光收发器件的结构示意图，且所述多波长并行光收发器件的传输速率为100Gbps。
如图3所示为本发明的一种多波长并行光收发器件一种扩展变体的示意图，用于实现速率为400Gbps。
如图4所示为本发明的一种多波长并行光收发器件的光发射组件和光接收组件的结构示意图。
如图5所示为本发明的一种多波长并行光收发器件的光发射组件和光接收组件一种扩展变体的结构示意图。
如图6所示为本发明的一种多波长并行光收发器件壳体的结构示意图。
如图7所示为本发明的一种多波长并行光收发器件壳体的侧面剖视图。
具体实施方式
如图2所示为本发明的一种多波长并行光收发器件，包括一壳体10、一PAM4芯片20、一光发射组件30以及一光接收组件40，所述光发射组件30和所述光接收组件40均与所述壳体10结合安装，且所述光发射组件30和所述光接收组件40均与所述PAM4芯片20电连接。如图2所示，4路速率为25Gbps的电信号进入所述PAM4芯片20，经所述PAM4芯片20调制后，所述PAM4芯片20输出2路速率为50Gbps的电信号至所述光发射组件30，所述光发射组件30将2路速率为50Gbps的电信号转换为2路速率为50Gbps的光信号后复用为1路速率为100Gbps的光信号并通过光纤输出；1路速率为100Gb/s的光信号输入所述光接收组件40后，被所述光接收组件40解复用为2路速率为50Gbps的光信号，再经所述光接收组件40转换为2路速率为50Gbps的电信号并输入到所述PAM4芯片20，经所述PAM4芯片解调制为4路速率为25Gbps的电信号。
具体的，所述光发射组件30包括一第一光发射端311、一第二光发射端312以及一波分复用器32，所述第一光发射端311、所述第二光发射端312以及所述波分复用器32均与所述壳体10结合安装，所述第一光发射端311和所述第二光发射端312分别与所述PAM4芯片电连接，4路速率为25Gbps的电信号进入所述PAM4芯片20，经所述PAM4芯片20调制后，所述PAM4芯片20将2路速率为50Gbps的电信号分别输出至所述第一光发射端311和所述第二光发射端312，所述第一光发射端311和所述第二光发射端312将2路速率为50Gbps的电信号转换为2路速率为50Gbps的光信号。所述第一光发射端311和所述第二光发射端312均与所述波分复用器32连接，所述第一光发射端311和所述第二光发射端312将2路速率为50GBps的光信号输出至所述波分复用器32，所述波分复用器32将2路速率为50Gbps的光信号复用为1路速率为100Gbps的光信号并通过光纤输出。
所述光接收组件40包括一第一光接收端411、一第二光接收端412以及一波分解复用器42，所述第一光接收端411、所述第二光接收端412以及所述波分解复用器42均与所述壳体10结合安装，所述第一光接收端411和所述第二光接收端412分别与所述PAM4芯片20电连接，同时所述第一光接收端411和所述第二光接收端412均与所述波分解复用器42连接，其中所述第一光接收端411和所述第二光接收端412均为光电探测器。1路速率为100Gb/s的光信号输入所述波分解复用器42后，被所述波分解复用器42解复用为2路速率为50Gbps的光信号后分别输入至所述第一光接收端411和所述第二光接收端412，经所述第一光接收端411和所述第二光接收端412转换为2路速率为50Gbps的电信号并输入到所述PAM4芯片20，再经所述PAM4芯片解调制为4路速率为25Gbps的电信号。综上，采用所述多波长并行光收发器件能够在仅使用两根光纤的情况下实现速率为100Gbps的信号传输。
如图3所示为本发明的一种多波长并行光收发器件一种扩展变体的示意图，该变体在所述壳体10中并排设置4组所述PAM4芯片20、所述光发射组件30以及所述光接收组件40，每一组均能够实现速率为100Gbps的信号传输，通过上述组合，该变体即能够在使用8根光纤的情况下实现速率为400Gbps的信号传输。采用该变体即可在不改变光纤数量的情况下，实现从如图1所示的现有结构进行升级至速率为400Gbps的光网络。值得注意的是，针对未来光网络速率不断提高的情况，该变体可以在所述壳体10中设置更多组所述PAM4芯片20、所述光发射组件30以及所述光接收组件40，升级过程简单便捷，并且能够节省光纤数量，有利于控制成本。
如图4所示为所述多波长并行光收发器件的所述光发射组件30和所述光接收组件40的结构示意图。其中，所述第一光发射端311和所述第二光发射端312均为VCSEL激光器，且所述第一光发射端311发出的光波长为λ1，所述第二光发射端312发出的光波长为λ2。所述波分复用器32包括一第一平行光透镜321、一第二平行光透镜322、一第一滤波片323、一第一反射镜324以及一第一聚焦透镜325。所述第一平行光透镜321与所述第一光发射端311对应设置，所述第二平行光透镜322与所述第二光发射端312对应设置，所述第一滤波片323呈一定角度与所述第二平行光透镜322对应设置，且所述所述第一滤波片323镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜。所述第一反射镜324与所述第一平行光透镜321对应设置，且所述第一反射镜324与所述第一滤波片323平行。所述第一聚焦透镜325与所述第二平行光透镜322对应设置，且所述第一聚焦透镜325与所述第二平行光透镜322平行。
所述第一光发射端311发出波长为λ1的激光通过所述第一平行光透镜321后形成第一路平行光，所述第一路平行光经由所述第一反射镜324反射至所述第一滤波片322，由于所述第一滤波片322镀有针对波长λ1的反射膜，所述第一路平行光被所述第一滤波片322反射至所述第一聚焦透镜325，再由所述第一聚焦透镜325汇聚入射光纤输出。所述第二光发射端312发出波长为λ2的激光通过所述第二平行光透镜322后形成第二路平行光，所述第二路平行光入射所述第一滤波片322，由于所述第二滤波片镀有针对波长为λ2的透射膜，所述第二路平行光穿过所述第一滤波片322后经所述第一聚焦透镜325汇聚入射光纤输出。以上即实现了两种不同波长光的波分复用。
如图4所示，所述光接收组件40中，所述第一光接收端411和所述第二光接收端412分别为用于接收波长为λ1和λ2光的光电探测器，所述波分解复用器42包括一第三平行光透镜421、一第四平行光透镜422、一第二滤波片423、一第二反射镜424以及一第二聚焦透镜425。所述第三平行光透镜421与所述第一光接收端411对应设置，所述第四平行光透镜422与所述第二光接收端412对应设置，所述第二滤波片423呈一定角度与所述第四平行光透镜422对应设置，且所述所述第二滤波片423镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜。所述第二反射镜424与所述第三平行光透镜421对应设置，且所述第二反射镜424与所述第二滤波片423平行。所述第二聚焦透镜425与所述第四平行光透镜422对应设置，且所述第二聚焦透镜425与所述第四平行光透镜422平行。
混合有波长λ1、λ2的光经过所述第二聚焦透镜425入射所述第二滤波片423，由于所述第二滤波片423镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜，波长为λ2的光穿过所述第二滤波片423后经过所述第四平行光透镜422后入射所述第二光接收端412；波长为λ1的光经所述第二滤波片423反射后经所述第二反射镜424反射至所述第三平行光透镜421后入射所述第一光接收端411。以上即实现了两种不同波长光的波分解复用。
进一步的，所述第一光发射端311和所述第二光发射端312按一维阵列方式排列，所述第一光接收端411和所述第二光接收端412按照一维阵列方式排列，4个平行光透镜(321、322、421、422)按照一维阵列方式排列，2个滤光片(323、423)按一维阵列方式排列，且共用一个安装面，2个反射镜(324、424)按一维阵列方式排列，且共用一个安装面，2个聚焦透镜(325、425)按一维阵列方式排列。便于所述多波长并行光收发器件的制造组装。
如图5所示为所述多波长并行光收发器件的所述光发射组件30和光接收组件40一种扩展变体的结构示意图。该变体的光发射组件30A和光接收组件40A分别包括n(n>2)个光发射端和光接收端，一波分复用器32A和一波分解复用器42A，n个光发射端均与所述波分复用器32A连接，n个光接收端均与所述波分解复用器42A连接。所述波分复用器32A和所述波分解复用器分别包括n个平行光透镜，n-1个滤波片、1个反射镜以及1个聚焦透镜。
如图5中所示，为n＝8的的情况下，该变体的结构示意图，其中，8个光发射端(311A至318A)均为VCSEL激光器，且8个光发射端发出光的波长不同，依次为λ1、λ2...λ8；8个平行光透镜(3211A至3218A)分别与8个光发射端(311A至318A)对应设置，且8个平行光透镜(3211A至3218A)共面，且二者的间距相同；7个滤波片(3222A至3228A)分别与7个平行光透镜(3212A至3218A)对应设置，且7个滤波片(3222A至3228A)共面，且二者的间距相同；反射镜323A与7个平行光透镜(3211A至3217A)对应设置，且反射镜323A与7个滤波片(3222A至3228A)平行；聚焦透镜324A与所述滤波片3228A对应设置，且聚焦透镜324A与平行光透镜3218A平行。其中，7个滤波片(3222A至3228A)中，滤波片3222A镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜，滤波片3223A镀有针对波长λ1、λ2的反射膜和针对波长λ3的透射膜，依次类推，滤波片3228A镀有针对波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7的反射膜和针对波长λ8的透射膜。8个光发射端发出的光在所述波分复用器30A的作用下汇聚成一束平行光并入射光纤输出。
所述波分解复用器40A与所述波分复用器30A的结构相同，包括8个平行光透镜(4211A至4218A)，7个平行光透镜(4222A至4228A)，1个反射镜423A和1个聚焦透镜424A，8个平行光透镜(4211A至4218A)分别与8个光接收端(411A至418A)对应设置，且8个平行光透镜(4211A至4218A)共面，且二者的间距相同；7个滤波片(4222A至4228A)分别与7个平行光透镜(4212A至4218A)对应设置，且7个滤波片(4222A至4228A)共面，且二者的间距相同；反射镜423A与7个平行光透镜(4211A至4217A)对应设置，且反射镜423A与7个滤波片(4222A至4228A)平行；聚焦透镜424A与所述滤波片4228A对应设置，且聚焦透镜424A与平行光透镜4218A平行。其中，7个滤波片(4222A至4228A)中，滤波片4222A镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜，滤波片4223A镀有针对波长λ1、λ2的反射膜和针对波长λ3的透射膜，依次类推，滤波片4228A镀有针对波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7的反射膜和针对波长λ8的透射膜。一束包含波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8的光通过所述聚焦透镜424A入射所述波分解复用器40A后被分解为8束波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8依次入射8个光接收端(411A至418A)。综上，通过上述变体能够在进一步提高传输速率的同时，不增加光纤的使用量，有利于光网络升级过程中控制成本。
如图6和图7所示，所述壳体10为一注塑结构件，所述壳体10安装在以电路板50上，所述PAM4芯片20、2个所述光发射端(311、312)以及2个所述光接收端(411、412)均设置在所述电路板50上。所述壳体10扣设于2个所述光发射端(311、312)和2个所述光接收端(411、412)的上部，且2个所述光发射端(311、312)的光线垂直向上出射，2个所述光接收端(411、412)接收垂直方向入射光，对应2个所述光发射端(311、312)和2个所述光接收端(411、412)分别设置4个平行光透镜(321、322、421、422)，且4个平行光透镜(321、322、421、422)均安装于所述壳体10上。所述壳体10在4个平行光透镜(321、322、421、422)上部具有一45°的斜面101，所述斜面101为反射面，所述斜面101用于改变光路方向，使垂直方向的光路变为水平方向，其中，所述斜面101上可以通过镀膜技术在所述壳体10上镀制的反射膜，也可以在所述斜面101上外置反射镜。所述壳体10还包括一滤波片安装面102和一反射镜安装面103，且所述滤波片安装面102和所述反射镜安装面103互相平行。所述滤波片安装面102上安装2个滤光片(323、423)，所述反射镜安装面103上安装2个反射镜(324、424)，且所述壳体10对应2个滤光片(323、423)位置分别设置2个聚焦透镜(325、425)。通过所述滤波片安装面102和所述反射镜安装面103能够实现2个滤光片(323、423)按一维阵列方式排列以及两个反射镜(324、424)按一维阵列方式排列，且4个平行光透镜(321、322、421、422)和2个聚焦透镜(325、425)可以由精密模具来保证光学性能和相对位置，制造工艺简单，简化了光路调节过程，提高了良品率，有利于大批量生产。另外，所述多波长并行光收发器件的变体也能够采用对应的壳体结构件来实现滤波片按以为阵列方式排列以及反射镜按一维阵列方式排列。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种多波长并行光收发器件，其特征在于，包括：一壳体、一PAM4芯片、一光发射组件以及一光接收组件，所述光发射组件和所述光接收组件均与所述壳体结合安装，且所述光发射组件和所述光接收组件均与所述PAM4芯片电连接。
2.如权利要求1所述的多波长并行光收发器件，其特征在于，所述光发射组件包括至少两个光发射端以及一波分复用器，所述光发射端和所述波分复用器均与所述壳体结合安装，两个所述光发射端与所述PAM4芯片电连接，且两个所述光发射端与所述波分复用器连接。
3.如权利要求2所述的多波长并行光收发器件，其特征在于，所述光接收组件包括至少两个光接收端以及一波分解复用器，所述光接收端和所述波分解复用器均与所述壳体结合安装，两个所述光接收端与所述PAM4芯片电连接，且两个所述光接收端与所述波分解复用器连接。
4.如权利要求2所述的多波长并行光收发器件，其特征在于，所述光发射端为VCSEL激光器。
5.如权利要求2所述的多波长并行光收发器件，其特征在于，所述光发射组件包括一第一光发射端和一第二光发射端，且所述第一光发射端发出的光波长为λ1，所述第二光发射端发出的光波长为λ2。
6.如权利要求5所述的多波长并行光收发器件，其特征在于，所述波分复用器包括一第一平行光透镜、一第二平行光透镜、一第一滤波片、一第一反射镜以及一第一聚焦透镜，所述第一平行光透镜与所述第一光发射端对应设置，所述第二平行光透镜与所述第二光发射端对应设置，所述第一滤波片呈一定角度与所述第二平行光透镜对应设置，且所述所述第一滤波片镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜，所述第一反射镜与所述第一平行光透镜对应设置，且所述第一反射镜与所述第一滤波片平行，所述第一聚焦透镜与所述第二平行光透镜对应设置，且所述第一聚焦透镜与所述第二平行光透镜平行。
7.如权利要求6所述的多波长并行光收发器件，其特征在于，所述光接收组件包括一第一光接收端和一第二光接收端。
8.如权利要求7所述的多波长并行光收发器件，其特征在于，所述波分解复用器包括一第三平行光透镜、一第四平行光透镜、一第二滤波片、一第二反射镜以及一第二聚焦透镜，所述第三平行光透镜与所述第一光接收端对应设置，所述第四平行光透镜与所述第二光接收端对应设置，所述第二滤波片呈一定角度与所述第四平行光透镜对应设置，且所述所述第二滤波片镀有针对波长λ1的反射膜和针对波长λ2的透射膜，所述第二反射镜与所述第三平行光透镜对应设置，且所述第二反射镜与所述第二滤波片平行。所述第二聚焦透镜与所述第四平行光透镜对应设置，且所述第二聚焦透镜与所述第四平行光透镜平行。
9.如权利要求8所述的多波长并行光收发器件，其特征在于，所述第一光发射端和所述第二光发射端按一维阵列方式排列，所述第一光接收端和所述第二光接收端按照一维阵列方式排列，所述第一平行光透镜、所述第二平行光透镜、所述第三平行光透镜、所述第四平行光透镜按照一维阵列方式排列，所述第一滤波片和所述第二滤波片按照一维阵列方式排列，所述第一反射镜和所述第二反射镜按照以为阵列方式排列，所述第一聚焦透镜和所述第二聚焦透镜按照一维阵列方式排列。
10.如权利要求9所述的多波长并行光收发器件其特征在于，所述壳体为一注塑结构件，且所述壳体具有一滤波片安装面、一反射镜安装面、一45度反射面，所述滤波片安装面和所述反射镜安装面互相平行，所述滤波片安装面上安装有所述第一滤波片和所述第二滤波片，所述反射镜安装面上安装有所述第一反射镜和所述第二反射镜，所述的45度反射面具有通过镀膜技术镀制的反射膜，或者所述45度反射面具有外置的反射镜。
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