CN108535821A - 一种多波长共存osa结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多波长共存光学组件，包括光发射组件、光接收组件、一个波分复用解复用组件、单纤双向光接口和光跳线接口，在所述的光发射组件中设置有N个光发射器，在所述的光接收组件中设置有N个光接收器，所述N个光发射器和所述N个光接收器交错平行设置，使得拥有光发射功能的第一光路和拥有光接收功能的第二光路共用一个波分复用解复用组件和单纤双向光接口，从而BOSA的体积更为紧凑，仅为原TOSA和ROSA分开方式的一半。

Description

一种多波长共存OSA结构
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种多波长共存OSA结构。
背景技术
由于数据中心的快速发展，行业内对光模块的速率提出了越来越高的要求，此要求又促进了光模块行业的高速发展和扩张，以太网光模块以惊人的速度从10Gb/s发展到40Gb/s，乃至今天的100Gb/s。从工作距离大等于两公里的40GE(40Gb/s Ethernet)模块开始，模块的实现方式是以波分复用的方式传输数据，即采用CWDM的4x10Gb/s的四路并行信号达到40Gb/s的传输速率。
中国专利CN201310424793.5公开了一种用于高速收发系统的单纤双向BOSA结构，如图1所示，1为波分复用器，2为波分解复用器，3为光环行器，4为光接口，5为壳体，6为光分路器，7为光隔离器，该专利采用TOSA和ROSA分开的方式，TOSA为多通道光发射端，包括光发射组和波分复用器，单独完成光发射功能，ROSA为多通道光接收端，包括光接收组和波分解复用器，单独完成光接收功能，该BOSA结构以四路并行信道方式工作。这种工作方式在工作距离大等于两公里的100GE模块中得到进一步的发展，现在这种100GE模块主要采用CWDM或者LAN-WDM波长的4×25Gb/s的四路并行信号达到100Gb/s的传输速率。
如果技术进一步发展，现有的国际标准将会再增加四路波长，通过8×25Gb/s的方式实现200GB/s的传输速率。然而，这样的8路CWDM或者LAN-WDM波长，会导致波分复用合波/分波器件的设计更为复杂，加大8个通道间的光程差和制造难度；或者导致原4路光合波器发展为8路光合波器后，进一步增加通道插损，为光路耦合和模块制造提出更高的要求。
因此，现行计划中8个收发通道光模块的方案，要采用8种波长进行波分解复用和复用，并封装在较大的OSA内(比如CFP8)，大大增加了光模块的体积和成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明揭示了一种可用于多信道通信的BOSA结构，以减小光模块的体积和成本，实现同一光模块中超多信道的通信。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多波长共存光学组件，包括光发射组件、光接收组件、波分复用解复用组件、单纤双向光接口和光跳线接口，在所述光发射组件中设置有N个光发射器，在所述光接收组件中设置有N个光接收器，所述N个光发射器发出N路不同波长的发射光束，所述N个光接收器接收N路不同波长的入射光束，所述的波分复用解复用组件设置一个，且所述的发射光束与入射光束在传输光路中共用所述的波分复用解复用组件和单纤双向光接口；
所述N个光发射器和N个光接收器一一对应交错设置，并且N路不同波长的发射光束与N路不同波长的入射光束，一一对应交错传输。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，由所述N个光发射器发射的N路不同波长的发射光束，经过所述波分复用解复用组件波分复用后由所述单纤双向光接口输入到光跳线接口，形成第一光路；
从单纤双向光组件输入的输入光束则通过光跳线接口进入波分复用解复用组件，经过解复用后分解为N路不同波长的入射光束，由N个光接收器接收，形成第二光路；
并且所述N路不同波长发射光束与N路不同波长入射光束的传输光路相互平行。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，所述波分复用解复用组件采用平面波导组件，由N个光发射器发射的N路不同波长的发射光束通过单纤双向光组件后进入波分复用解复用组件，并从波分复用解复用组件产生输出光束输出，形成第一光路；
输入光束输入波分复用解复用组件后解复用分解为N路不同波长的入射光束，经过单纤双向光接口，由N个光接收器接收，形成第二光路。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，设置N个光发射器和所述N个光接收器，使第n个光发射器发射的第n个波长的发射光束λN与第n个光接收器接收的第n个波长的入射光束λN互相平行，且所述发射光束和所述入射光束之间的间距小于等于2.5mm，其中n＝1、2、3…N。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，所述发射光束和所述入射光束之间的间距小于等于1mm。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，所述N个光发射器和所述N个光接收器在与发射光束及入射光束垂直的同一个平面上。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，所述N个光发射器和所述N个光接收器在发射光束及入射光束方向上前后排列，在所述方向上的间距小于等于12mm。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，在所述波分复用解复用组件中设置有N个带通滤波器，由第n个光发射器发射的第n个波长的光束在光路中经过第n个带通滤波器，由第n个光接收器接收的第n个波长λN的光束也在光路中经过所述第n个带通滤波器，所述第n个带通滤波器只透射第n个波长λN而对其余波长光束反射，其中n＝1、2、3…N。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，所述波分复用解复用组件包括透光基板和N个带通滤波器，所述透光基板包括相对的第一表面以及第二表面，在所述第一表面上设置有所述N个带通滤波器，第二表面为全反射面，并设有一个通光窗口，所述N路不同波长的发射光束和N路不同波长的入射光束都经过所述通光窗口。
进一步，根据本发明所述的多波长共存光学组件，所述单纤双向光接口是一个光环行器。
与现有技术相比，本发明提供的光模块具有以下优点：本发明将BOSA内部N个光发射组件和N个光接收组件交错设置，使N路不同波长的发射光束与N路不同波长的入射光束一一对应交错传输，同时，入射光束与发射光束在传输光路中，共用一个波分复用解复用组件和单纤双向光组件，使得BOSA的体积极为紧凑，仅为原TOSA和ROSA分开方式的一半，在缩小体积的同时，大大降低了成本。
附图说明
图1现有技术中的单纤双向BOSA结构；
图2是根据本发明的一个优选实施例的BOSA示意图；
图3a是图2中光发射组件和光接收组件设置方式的放大图；
图3b是光发射组件和光接收组件设置方式的另一个较佳实施例
图4是根据本发明的另一个实施例的BOSA示意图；
图5是根据本发明的第三实施例的BOSA示意图；
图6是本发明中光环形器的工作原理示意图；
图7是根据本发明且利用波导型波分复用解复用器件的实施例；
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本发明技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作详细地说明。
目前QSFP封装尺寸的光模块一般采取自由空间微光学或者平面光波导器件实现OSA内部波分复用解复用的功能。这里的OSA是optical sub-assembly的缩写，可称为光学组件。如果这个OSA只具有光发射功能，则称为TOSA，即transmitter optical sub-assembly，可称为光发射组件；如果OSA只具有光接收功能，则称为ROSA，即receiveroptical sub-assembly，可称为光接收组件。另一方面，当OSA在单个光接口上同时具备光发射和接收功能的时候，称之为BOSA，即bi-direction optical sub-assembly，可称为光收发组件。
现有的QSFP光模块内部一般有一个ROSA和一个TOSA，ROSA和TOSA各自用一个波分器件分别实现波分解复用功能(ROSA中)和波分复用功能(TOSA中)，两个波分器件可能完全相同，造成事实上的物料利用效率不高。此外，由于每个波分器件都占据了OSA内部大量的空间，也造成光模块狭小的空间内无法封装入更多的通道，本发明的目的，就是利用光发射器和光接收器的交错平行排列，把原来光模块中两个波分器件缩减为一个，达到减小OSA体积，提高通道密度的目的。
下面通过一个具体的实施例分别对所述的多波长共存光学组件(OSA)的具体组建结构进行详细地阐述。首先，介绍多波长共存光学组件(OSA)的具体组建结构，参见图2，OSA主要包括光发射组件100、光接收组件200、波分复用解复用组件(即WDM组件)300和单纤双向光接口400等部分。其中，在所述的光发射组件100中设置有N个光发射器100N，在所述的光接收组件200中设置有N个光接收器200N，N是整数，本实施例以N＝4为例进行说明。
即在所述的光发射组件100中设置有4路波长通道，例如是1270nm、1290nm、1310nm、1330nm四种波长，通过4个激光发射器1001、1002、1003、1004的端口发出以上4路不同波长的激光光束λ1λ2λ3λ4，射入光准直透镜组件110中，为了对每一个激光器1001、1002、1003、1004发出的激光光束进行准直处理，本实施例在所述的激光准直透镜组件110中设置了与激光器相同个数的激光准直透镜，即也为N个，仍以N＝4为例进行说明。不同激光发射器发出的激光光束对应射入不同的激光准直透镜，通过4个激光准直透镜对4路不同波长的激光光束进行准直处理后，射入WDM组件300。
本实施例的波分复用解复用组件(即WDM组件)300包括一个透光基板、N个带通滤波片和一个反射膜，透光基板包括相对的第一表面以及第二表面，在第一表面设置N个带通滤波片，在第二个表面上设置反射膜，反射膜除留有一个通光窗口外，其他均为全反射面。所述滤波片的个数与激光发射器100个数相同，且一一对应，与仍以N＝4为例进行说明。即在本实施例中，有4个带通滤波片，所述的4个滤波片3021、3022、3023、3024均具有对特定波长λN的入射光线透射而对其余波长的入射光线反射的特性，即4个滤波片3021、3022、3023、3024分别透射激光器1001、1002、1003、1004发出的不同波长的光束λ1λ2λ3λ4，例如分别透射1270nm、1290nm、1310nm、1330nm四种波长的光束λ1λ2λ3λ4。参见图2，用虚线箭头表示，通过4个滤波片透射到透光基板中的4路不同波长的光束，通过反射膜反射后，汇聚成一束光束λ，经过通光窗口射向单纤双向光接口400，再进入光跳线接口102中，形成第一光路，完成TOSA功能。
而ROSA功能的光路与TOSA正好相反，参见图2，用实线箭头表示，来自光跳线接口102的入射信号光束λ'(含有1270nm、1290nm、1310nm、1330nm四个波长的光信号)经单纤双向光接口400后，经过通光窗口304射入波分复用解复用组件(即WDM组件)300，通过WDM组件300中4个滤波片3021、3022、3023、3024分解为1270nm、1290nm、1310nm、1330nm四种波长的光束λ'1λ'2λ'3λ'4后，由光接收组件200接收，形成第二光路。本领域的技术人员可以理解，光跳线接口是一个光纤连接器，具体来说，可以是LC接口或MPO接口。
在所述的光接收组件200中设置N个光接收器，用于探测N路不同波长的激光光束，这里的光接收器采用光电二极管。本实施例仍以N＝4为例进行说明，即在所述的光接收器件中设置有4路波长通道，光接收器2001、2002、2003、2004分别探测上述的1270nm、1290nm、1310nm、1330nm四种波长的光束λ'1λ'2λ'3λ'4与光发射组件100中的4个激光发射器1001、1002、1003、1004分别一一对应。
参见图2，从光发射组件100到波分复用解复用组件(即WDM组件)300、再到单纤双向光接口400的TOSA光路(即光发射光路，用虚线箭头表示)和从单纤双向光接口400到波分复用解复用组件(即WDM组件)300、再到光接收组件200的ROSA光路(即光接收光路，用实线箭头表示)无法完全重合。这是由于本发明中光发射组件100和光接收组件200的功能不同，二者无法在空间上完全重合。
具体而言，对于每组光发射器和光接收器，例如光发射器1001和光接收器2001，在光发射器1001的端口发射波长为1270nm的发射光束λ1；而光接收器2001的端口接收波长同样为1270nm的入射光束λ'1，光发射器1001端口的发射光束λ1和光接收器2001端口的入射光束λ'1波长相同、互相平行。
一方面，光发射器1001端口的发射光束λ1经过波分复用解复用组件(即WDM 组件)300的带通滤波片3021后(图2中用虚线箭头表示)，透射波长为1270nm的光束，通过反射膜303反射与其它发射光束一起汇聚成一束发射光束λ经过通光窗口304射向单纤双向光接口400；另一方面，入射信号光束λ'经单纤双向光接口400后，经过同一个通光窗口304射入波分复用解复用组件(即WDM组件)300，经过解复用由带通滤波片3021只透射波长为1270nm的并经准直透镜110处理后，成为入射到光接收器2001端口入射光束λ'1。所以，光发射器1001端口的发射光束λ1和光接收器2001端口的入射光束λ'1都经过只能通过同一波长1270nm光束的WDM300第一表面上的带通滤波片3021，而且发射光束λ和入射光束λ'都通过WDM300第二表面上的同一通光窗口304在本实施例中，带通滤波片3021的尺寸为1.4mm*1.4mm。
此外，发射光束λN与入射光束λ'N或发射光束λN+1入射光束λ'N之间的间距<＝2.5mm。本领域的技术人员可以理解，发射光束与发射光束间的间距可以是2.5mm，也可以是小于2.5mm的取值，比如，间距可以是0.75mm、1mm、1.25mm、1.5mm、1.75mm、2mm、或2.25mm等等。
因此光发射组件100和光接收组件200在BOSA空间的容许范围内必须交错平行设置贴装。而且，为了满足该BOSA能封装在光模块内的需求，下面对光发射组件100和光接收组件200的设置贴装方式做进一步的说明。
图3a是图2中光发射组件100和光接收组件200设置方式的放大图，在本实施例中假定光的入射方向和接收方向都沿Z轴方向。光发射组件100中的4个激光发射器1001、1002、1003、1004和光接收器件中的4个光接收器2001、2002、2003、2004沿着X轴交错平行排列设置在一列中，即它们都在Y轴上的同一位置，但在X轴上有一定的间距。如图3a所示，在X轴上它们在一列中设置的排列次序为1001、2001、1002、2002、1003、2003、1004、2004，而且各个光发射器100N和光接收器200N之间的间距Dxn相同，在一个实例中，光发射器1001和光接收器2001在X轴上的间距D是2mm；在另一个实例中光发射器1001和光接收器2001在X轴上的间距D是1mm。本领域的技术人员可以理解，光发射器100N和光接收器200N的任何交错平行排列的方式都在本实施例的变化范围之内，比如在X轴方向上光发射器1001和光接收器2001之间的间距Dx1可以与光接收器2001和光发射器1002的间距Dx1’不完全相同。
图3b示出了光发射组件100和光接收组件200设置方式的另一个较佳实施例，与图3a所示实例的差别是，光发射组件100和光接收组件200的各个光发射器100N和光接收器200N在Y轴方向也无法完全重合，它们除了在XZ平面有一定间距外，在Y轴上同样有一定的间距。在贴装作为光发射器Tx的激光器芯片和作为光接收器Rx的光电二极管芯片时,二者可能在水平高度上有所偏差,如图3b的Y轴所示，这种情况下，光发射器100N和光接收器200N在与发射光束及入射光束垂直的X-Y平面上。在图3b的XZ平面上，光发射器100N和光接收，器200N的相对位置也不完全整齐排列，于是二者在Z轴方向有所间隔，Z向的间隔尺度小于等于12mm。对于同一波长的每组光发射器和光接收器，例如光发射器1001和光接收器2001，它们中心点的空间三维相对位置关系如图3b所示的分别为x,y,z值，受封装BOSA的光模块尺寸限制，x,y,z值须满足一定的限制。例如，当把此BOSA封装在QSFP模块中，由于QSFP光模块标准尺寸为长72mm(对应本图z方向)，宽18.4mm(对应本图x方向),高8.4mm(对应本图y方向),可以对x,y,z值作如下限定：x的绝对值|x|<＝2mm(约等于18.4mm/9),y的绝对值|y|<＝1.4mm(等于8.4mm/6),z的绝对值范围很宽|z|<＝12mm(等于72mm/6)，这时，光发射器1001和光接收器2001在X-Y平面上的间距小于等于2.5mm。
图4是本发明的另一个实施例。本实施例与图一中实施例的差别是波分复用解复用结构发生了改变。由于这种主基板加滤波片的方式现在已经被各个厂家广泛使用，结构设计也千变万化，本发明无意去涉及这种结构的设计。本发明要强调的是，不论波分复用解复用结构怎么改变，每组同波长的光发射端和接收端(比如Tx1和Rx1)都必须交错放置，并通过同一滤波片，达到波分复用和解复用的目的。
图5是本发明的第三种实施例。该实施例也是波分复用解复用结构发生了改变。当波分复用解复用结构采用多重层叠式设计的时候，光发射端和接收端也会相应的采取层叠式放置；然而对于每层上光发射端和接收端来说，每组同波长的光发射端和接收端还是必须交错放置，并通过同一滤波片，达到波分复用和解复用的目的。
图6所示的是一个单纤双向光接口0001，在较佳的实施例中是一个小型光环形器。光环形器的原理是，光信号由发射端进入环形器，会由公共端射出；当光信号由公共端进入环形器时，则由接收端射出。该光环行器的三个端口(发射端，接收端和公共端)依次分别与出射光位置，入射光位置和壳体的光跳线接口对接。由此，由波分复用解复用组件0002的通光窗口射出光信号经过环形器0001后，由环形器的公共端进入BOSA壳体101上的光跳线接口102；由光跳线接口102进入的准直光信号，则通过环形器接收端进入波分复用解复用组件0002，被解复用后为光接收端0003接收。由此，实现了同一光跳线接口102对多通道波长信号光的上行输出和下行接收。进一步的，光接收端0003，光发射端0004，波分复用解复用组件0002都被封装于壳体101内，光跳线接口102则和BOSA壳体101联结在一起。
图7是本发明另一个较佳的实施例，当采用平面波导组件实现波分复用解复用器功能时，整个BOSA的结构有所变化。一般来说，业界利用平面光栅型阵列波导(AWG)或波导型马赫曾德WDM组件来完成不同波长的合波或者分波，比如图6中的AWG器件0102。这种情况下，波导型单纤双向光组件的设置方式和上述自由空间微光学结构有所不用。波导型单纤双向光组件0101的位置位于N个光发射器0104/接收器0103与波导型波分复用解复用器件0102之间，由N个单纤双向光接口组成，每个单纤双向光接口对应一个光发射器和光接收器，由此达成交错平行排列放置的每组光发射器和光接收器共用一个波分复用解复用器件的设计功能，并和光跳线接口102对接。即由所述N个光发射器发射的N路不同波长的发射光束通过N个单纤双向光接口后进入平面光栅型阵列波导(AWG)，并从平面光栅型阵列波导(AWG)产生输出光束输出，形成第一光路；输入光束输入平面光栅型阵列波导(AWG)后解复用分解为N路不同波长的入射光束，经过N个单纤双向光接口，由所述N个光接收器接收，形成第二光路。以Tx1和Rx1举例来说，Tx1(0104-1)发出的1270nm波长的光进入波导型单纤双向光接口0101-1的发射端，通过0101-1的公共端后进入AWG 0102的相应通道，由光跳线接口102出射；另一方面，由光跳线接口102接收到的1270nm波长的光也会经过AWG 0102的相应通道进入0101-1的公共端，经由0101-1的接收端出射，被Rx1(0103-1)接收。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种多波长共存光学组件，包括光发射组件、光接收组件、波分复用解复用组件、单纤双向光接口和光跳线接口，在所述光发射组件中设置有N个光发射器，在所述光接收组件中设置有N个光接收器，所述N个光发射器发出N路不同波长的发射光束，所述N个光接收器接收N路不同波长的入射光束，其特征在于：
所述的波分复用解复用组件设置一个，且所述的发射光束与入射光束在传输光路中共用所述的波分复用解复用组件和单纤双向光组件；
所述N个光发射器和N个光接收器一一对应交错设置，并且所述N路不同波长的发射光束与N路不同波长的入射光束，一一对应交错传输。
2.如权利要求1所述的多波长共存光学组件，其特征在于：由所述N个光发射器发射的N路不同波长的发射光束，经过所述波分复用解复用组件波分复用后由所述单纤双向光接口输出到所述光跳线接口，形成第一光路；
从所述光跳线接口输入的输入光束则通过所述单纤双向光接口进入所述波分复用解复用组件，经过解复用后分解为N路不同波长的入射光束，由所述N个光接收器接收，形成第二光路；
并且所述N路不同波长发射光束与N路不同波长入射光束的传输光路相互平行。
3.如权利要求1所述的多波长共存光学组件，其特征在于：所述波分复用解复用组件采用平面波导组件，由所述N个光发射器发射的N路不同波长的发射光束通过单纤双向光组件后进入所述波分复用解复用组件，并从所述波分复用解复用组件产生输出光束输出，形成第一光路；
输入光束输入所述波分复用解复用组件后解复用分解为N路不同波长的入射光束，经过单纤双向光组件，由所述N个光接收器接收，形成第二光路。
4.如权利要求1-3所述的多波长共存光学组件，其特征在于：设置所述N个光发射器和所述N个光接收器，使第n个光发射器发射的第n个波长的发射光束λN与第n个光接收器接收的第n个波长的入射光束λN互相平行，且所述发射光束和所述入射光束之间的间距小于等于2.5mm，其中n＝1、2、3…N。
5.如权利要求4所述的多波长共存光学组件，其特征在于：所述发射光束和所述入射光束之间的间距小于等于1mm。
6.如权利要求5所述的多波长共存光学组件，其特征在于：所述N个光发射器和所述N个光接收器在与发射光束及入射光束垂直的同一个平面上。
7.如权利要求5所述的多波长共存光学组件，其特征在于：所述N个光发射器和所述N个光接收器在发射光束及入射光束方向上前后排列，在所述方向上的间距小于等于12mm。
8.如权利要求1，2，3，5，6或7所述的多波长共存光学组件，其特征在于：在所述波分复用解复用组件中设置有N个带通滤波器，由第n个光发射器发射的第n个波长的光束在光路中经过第n个带通滤波器，由第n个光接收器接收的第n个波长λN的光束也在光路中经过所述第n个带通滤波器，所述第n个带通滤波器只透射第n个波长λN而对其余波长光束反射，其中n＝1、2、3…N。
9.如权利要求8所述的多波长共存光学组件，其特征在于：所述波分复用解复用组件包括透光基板和N个带通滤波器，所述透光基板包括相对的第一表面以及第二表面，在所述第一表面上设置有所述N个带通滤波器，第二表面为全反射面，并设有一个通光窗口，所述N路不同波长的发射光束和N路不同波长的入射光束都经过所述通光窗口。
10.如权利要求1-3，5-7或9所述的多波长共存光学组件，其特征在于：所述单纤双向光接口是一个光环行器。
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