CN110311734A - 一种发射器件、接收器件和光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种发射器件、接收器件和光模块，发射器件包括：N个发射芯片，分别为第1发射芯片到第N发射芯片；其中，N为大于或等于2的整数；2(N－1)个波片，分别为第1波片到第2(N－1)波片；其中，当i为1到(N－1)之间的整数时，第N发射芯片的光轴垂直于第i发射芯片的光轴；第i发射芯片的光轴上设置有第(2i－1)波片；第N发射芯片的光轴上与第i发射芯片对应的位置上设置有第2i波片；第N发射芯片发射的光信号沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤，第i发射芯片发射的光经第(2i－1)波片和第2i波片反射后沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤。本发明实施例减小了插损，提高了耦合效率，降低了成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及但不限于光电技术，尤指一种发射器件、接收器件和光模块。
背景技术
传统的多通道光电一体化发送及接收器大多数采用4通道方式传输光或电信号，比如100Gbps的常规光器件，以4×25G反向不归零编码(NRZ，Non Return Zero InvertedCode)为例，其发射器件的封装结构如图1所示，4个并行通道的发射芯片或者器件集成后经过波分复用器件来合波汇聚进入单模光纤，其中波分复用器件包括多路信号转换器、多路信号复用器(MUX，Multiple User Experiment)、棱镜组、薄膜组或光栅组，其接收器件的封装结构如图2，单模光纤将多通道光信号汇聚进入波分解复用器件来分波进入4个并行通道的接收芯片或者器件，其中波分解复用器件包括多路信号分离器、多路解复用器(DMUX，Detached Multiple User Experiment)、棱镜组、薄膜组或光栅组。
如上描述的100Gbps常规光器件存在如下待攻克的难题，1、难以获得商用并批量的25Gbps NRZ芯片，或者即使获得其价格高昂，难以降低器件的成本；2、采用4个并行通道的发射芯片只有在数通领域才能采用非气密性封装集成，其它光通讯领域需要采用气密性封装集成，从而提高了器件的成本；3、器件的过多通道并行排列，使得光程较大，造成系统的插损代价过大，使得器件的整体耦合效率降低。
发明内容
本发明实施例提供了一种发射器件、接收器件和光模块，能够提高耦合效率，降低成本。
本发明实施例提供了一种发射器件，包括：
N个发射芯片，分别为第1发射芯片到第N发射芯片；其中，N为大于或等于2的整数；
2(N－1)个波片，分别为第1波片到第2(N－1)波片；
其中，当i为1到(N－1)之间的整数时，
第N发射芯片的光轴垂直于第i发射芯片的光轴；
第i发射芯片的光轴上设置有第(2i－1)波片；第N发射芯片的光轴上与第i发射芯片对应的位置上设置有第2i波片；
第N发射芯片发射的光信号沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤，第i发射芯片发射的光经第(2i－1)波片和第2i波片反射后沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤。
本发明实施例提供了一种接收器件，包括：
N个接收芯片，分别为第1接收芯片到第N接收芯片；其中，N为大于或等于2的整数；
(N－1)个波片，分别为第(2N－1)波片到第3(N－1)波片；
其中，当j为2到N之间的整数时，
第1接收芯片的光轴垂直于第j接收芯片的光轴；第1接收芯片的光轴上与第j接收芯片对应的位置上设置有第(2N+i－3)波片；
第(2N+i－3)波片反射的光信号由第j接收芯片接收，第(2N+i－3)波片透射的光信号沿着第1接收芯片的光轴传输，第(2N－1)波片透射的光信号由第1接收芯片接收。
本发明实施例提供了一种光模块，包括：
上述任一种发射器件和上述任一种接收器件。
本发明实施例包括：N个发射芯片，分别为第1发射芯片到第N发射芯片；其中，N为大于或等于2的整数；2(N－1)个波片，分别为第1波片到第2(N－1)波片；其中，当i为1到(N－1)之间的整数时，第N发射芯片的光轴垂直于第i发射芯片的光轴；第i发射芯片的光轴上设置有第(2i－1)波片；第N发射芯片的光轴上与第i发射芯片对应的位置上设置有第2i波片；第N发射芯片发射的光信号沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤，第i发射芯片发射的光经第(2i－1)波片和第2i波片反射后沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤。本发明实施例通过2(N－1)个波片来实现N个发射芯片发射的光的耦合，而不需要通过波分复用器来实现光路的耦合，由于光程较小，减小了插损，提高了耦合效率，并且不需要气密性封装，降低了成本。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。
图1为传统发射器件的封装结构示意图；
图2为传统接收器件的封装结构示意图；
图3为本发明一个实施例提出的发射器件的封装结构示意图；
图4为本发明另一个实施例提出的接收器件的封装结构示意图；
图5为本发明实施例发射器件的功能结构示意图；
图6为本发明实施例接收器件的功能结构示意图。
具体实施方式
下文中将结合附图对本发明实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
参见图3，本发明一个实施例提出了一种发射器件，包括：
N个发射芯片，分别为第1发射芯片到第N发射芯片；其中，N为大于或等于2的整数；
2(N－1)个波片，分别为第1波片到第2(N－1)波片；
其中，当i为1到(N－1)之间的整数时，
第N发射芯片的光轴垂直于第i发射芯片的光轴；
第i发射芯片的光轴上设置有第(2i－1)波片；第N发射芯片的光轴上与第i发射芯片对应的位置上设置有第2i波片；
第N发射芯片发射的光信号沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤，第i发射芯片发射的光经第(2i－1)波片和第2i波片反射后沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤。
在本发明实施例中，N可以取任意值，在一个示例性实例中，所述N为4。
在一个示例性实例中，所述N个发射芯片中每一个发射芯片封装成TO形式，即为N个发射同轴器件。从而所述发射器件可以是气密性封装，也可以是非气密性封装，适用于任何光通讯领域。
在一个示例性实例中，所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片设置在所述第N发射芯片的光轴的同一侧。
在一个示例性实例中，所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片与所述第N发射芯片之间的距离依次递减。
在一个示例性实例中，第1发射芯片到第(N－1)发射芯片与所述第N发射芯片的光轴之间的距离相等或在同一范围内。
在一个示例性实例中，
所述第N发射芯片发射的光信号的波长大于所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片发射的光信号的波长；
所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片发射的光信号的波长依次递增。
在一个示例性实例中，如图5所示，所述N个发射芯片发射的光信号为高阶调制信号，如脉冲幅度调制(PAM，Pulse Amplitude Modulation)信号。
本发明实施例为了提升高速互联的网络容量并降低每比特的传输成本，通过引入PAM技术这种高阶调制方式来提高传输速率，以满足不断增加的网络带宽需求，在相同的波特率下，PAM信号的传输速率是NRZ码的几倍，携带更多的信息，并且具有更高的传输效率。NRZ即采用高、低两种信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1,0信号，每个信号符号周期可以传输1比特(bit)的逻辑信息。但是随着传输速率由28G向更高速率的演化，背板等电信号传输会对高频信号产生更恶劣的损耗，而采用更高阶的调制信号，在相同的信号带宽下可以传输更多的数据，比如PAM技术中的PAM4调制信号，PAM4采用4个不同的信号电平来进行信号的传输，每个符号周期可以传输2bit的信息，因此要实现同样的信号传输能力，PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可，从而有效降低传输成本，通过电层PAM4技术实现带宽的翻倍，在满足带宽提升的同时，减少了光组件的使用数量和速率，从而有效解决光器件的可获得性及气密性封装等问题。
例如，图5以N为4为例给出了发射器件的功能示意图。如图5所示，利用高阶调制信号比如PAM4信号输入图3的发射器件，此发射器件为4个12.5G的不同波长的激光器组成，从而达到4路光信号输出，总的发射器件带宽满足100Gbps的需求。
上述发射器件的工作原理如下：
第N发射芯片发射的光信号经过第2(N－1)波片透射，第(N－1)发射芯片发射的光信号经过第(2N－3)波片和第2(N－1)波片反射，第N发射芯片透射的光信号和第(N－1)发射芯片反射的光信号合成一路光信号，即第一合成光信号；
第一合成光信号经过第2(N－2)波片透射，第(N－2)发射芯片发射的光信号经过第(2N－5)波片和第2(N－2)波片反射，第一合成光信号透射的光信号和第(N－2)发射芯片反射的光信号合成一路光信号，即第二合成光信号；
以此类推，第(N－2)合成光信号经过第2波片透射，第1发射芯片发射的光信号经过第1波片和第2波片反射，第(N－2)合成光信号透射的光信号和第1发射芯片反射的光信号合成一路光信号，即第(N－1)合成光信号，第(N－1)和成光信号入射到单模光纤中进行传输。
本发明实施例通过2(N－1)个波片来实现N个发射芯片发射的光的耦合，而不需要通过波分复用器来实现光路的耦合，由于光程较小，提高了耦合效率，并且不需要气密性封装，降低了成本。
图3以N为4为例给出了发射器件的封装示意图。如图3所示，当第1发射芯片发出的光信号的波长为λ1，第2发射芯片发出的光信号的波长为λ2，第3发射芯片发出的光信号的波长为λ3，第4发射芯片发出的光信号的波长为λ4时，波长从低到高λ1<λ2<λ3<λ4，处于侧面的第4发射芯片T4发射的波长λ4，通过波片6透射的光与邻侧第3发射芯片T3发射的波长λ3，通过波片5反射再通过波片6反射的光合波进入波片4，此合波后的光通过波片4透射的光与邻侧第2发射芯片T2发射的波长λ2，通过波片3反射再通过波片4反射的光合波进入波片2，此合波后的光通过波片2透射的光与邻侧第1发射芯片T1发射的波长λ1，通过波片1反射再通过波片2反射的光合波进入单模光纤，最终四路光信号通过发射器件进入单模光纤的顺序为λ1→λ2→λ3→λ4。
参见图4，本发明另一个实施例提出了一种接收器件，包括：
N个接收芯片，分别为第1接收芯片到第N接收芯片；其中，N为大于或等于2的整数；
(N－1)个波片，分别为第(2N－1)波片到第3(N－1)波片；
其中，当j为2到N之间的整数时，
第1接收芯片的光轴垂直于第j接收芯片的光轴；第1接收芯片的光轴上与第j接收芯片对应的位置上设置有第(2N+i－3)波片；
第(2N+i－3)波片反射的光信号由第j接收芯片接收，第(2N+i－3)波片透射的光信号沿着第1接收芯片的光轴传输，第(2N－1)波片透射的光信号由第1接收芯片接收。
在本发明实施例中，N可以取任意值，在一个示例性实例中，所述N为4。
在一个示例性实例中，所述N个接收芯片中每一个接收芯片被封装成TO形式，即为N个接收同轴器件。从而所述接收器件可以是气密性封装，也可以是非气密性封装，适用于任何光通讯领域。
在一个示例性实例中，所述第2接收芯片到第N接收芯片设置在所述第1接收芯片的光轴的同一侧。
在一个示例性实例中，所述第2接收芯片到第N接收芯片与所述第1接收芯片之间的距离依次递增。
在一个示例性实例中，第2接收芯片到第N接收芯片与所述第1接收芯片的光轴之间的距离相等或在同一范围内。
在一个示例性实例中，
所述第1接收芯片接收的光信号的波长小于所述第2接收芯片到第N接收芯片接收的光信号的波长；
所述第2接收芯片到第N接收芯片接收的光信号的波长依次递增。
在一个示例性实例中，如图6所示，所述N个接收芯片接收的光信号为高阶调制信号，如PAM信号。
本发明实施例为了提升高速互联的网络容量并降低每比特的传输成本，通过引入PAM技术这种高阶调制方式来提高传输速率，以满足不断增加的网络带宽需求，在相同的波特率下，PAM信号的传输速率是NRZ码的几倍，携带更多的信息，并且具有更高的传输效率。NRZ即采用高、低两种信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1,0信号，每个信号符号周期可以传输1比特(bit)的逻辑信息。但是随着传输速率由28G向更高速率的演化，背板等电信号传输会对高频信号产生更恶劣的损耗，而采用更高阶的调制信号，在相同的信号带宽下可以传输更多的数据，比如PAM技术中的PAM4调制信号，PAM4采用4个不同的信号电平来进行信号的传输，每个符号周期可以传输2bit的信息，因此要实现同样的信号传输能力，PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可，从而有效降低传输成本，通过电层PAM4技术实现带宽的翻倍，在满足带宽提升的同时，减少了光组件的使用数量和速率，从而有效解决光器件的可获得性及气密性封装等问题。
例如，图6以N为4为例给出了接收器件的功能示意图。如图6所示，4路光信号输入图4的接收器件，此接收器件为4个12.5G的不同波长的接收器组成，4路光信号被器件接收，输出电信号为高阶调制信号比如PAM4信号，总的接收器件带宽满足100Gbps的需求。
上述接收器件的工作原理如下：
从单模光纤传输进入的光信号通过第3(N－1)波片反射和透射得到第一反射光和第一透射光，第一反射光进入第N接收芯片，由第N接收芯片接收，第一透射光经过第(3N－4)波片反射和透射得到第二反射光和第二透射光，第二反射光进入第(N－1)接收芯片，由第(N－1)接收芯片接收，第二透射光经过第(3N－5)波片反射和透射得到第三反射光和第三透射光，第三反射光进入第(N－2)接收芯片，由第(N－2)接收芯片接收，以此类推，第(N－1)透射光经第(2N－1)波片反射和透射得到第(N－1)反射光和第(N－1)透射光，第(N－1)反射光进入第2接收芯片，由第2接收芯片接收，第(N－1)透射光进入第1接收芯片，由第1接收芯片接收，各个接收芯片接收到光信号后，进行高阶调制解码。
本发明实施例通过N个波片来实现N个接收芯片接收的光的解耦合，而不需要通过波分解复用器来实现光路的解耦合，由于光程较小，减小了插损，提高了解耦合效率，并且不需要气密性封装，降低了成本。
图4以N为4为例给出了接收器件的封装示意图。如图4所示，四路光信号λ1+λ2+λ3+λ4通过单模光纤进入接收器件，其中波长从低到高λ1<λ2<λ3<λ4，通过波片9反射的光进入邻侧第4接收芯片R4接收波长λ4，其余的λ1+λ2+λ3通过波片9透射的光通过波片8反射进入邻侧第3接收芯片R3接收波长λ3，其余的λ1+λ2通过波片8透射的光通过波片7反射的光进入侧面第2接收芯片R2接收波长λ2，通过波片7透射的光进入第1接收芯片R1接收波长λ1，最终四路光信号进入接收器件后的接收顺序为λ4→λ3→λ2→λ1。
本发明另一个实施例提出了一种光模块，包括：
上述任意一种发射器件和上述任意一种接收器件。
在一个示例性实例中，当k为1到N之间的整数时，所述第k发射芯片发射的光信号的波长与所述第(N－k)接收芯片接收的光信号的波长相等。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明实施例而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (16)
1.一种发射器件，包括：
N个发射芯片，分别为第1发射芯片到第N发射芯片；其中，N为大于或等于2的整数；
2(N－1)个波片，分别为第1波片到第2(N－1)波片；
其中，当i为1到(N－1)之间的整数时，
第N发射芯片的光轴垂直于第i发射芯片的光轴；
第i发射芯片的光轴上设置有第(2i－1)波片；第N发射芯片的光轴上与第i发射芯片对应的位置上设置有第2i波片；
第N发射芯片发射的光信号沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤，第i发射芯片发射的光经第(2i－1)波片和第2i波片反射后沿着第N发射芯片的光轴传输进入光纤。
2.根据权利要求1所述的发射器件，其特征在于，所述发射器件为气密性封装或非气密性封装。
3.根据权利要求1所述的发射器件，其特征在于，所述N为4。
4.根据权利要求1所述的发射器件，其特征在于，所述N个发射芯片为N个发射同轴器件。
5.根据权利要求1所述的发射器件，其特征在于，包括以下至少之一：
所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片设置在所述第N发射芯片的光轴的同一侧；
所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片与所述第N发射芯片之间的距离依次递减；
所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片与所述第N发射芯片的光轴之间的距离相等或在同一范围内。
6.根据权利要求5所述的发射器件，其特征在于，包括以下至少之一：
所述第N发射芯片发射的光信号的波长大于所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片发射的光信号的波长；
所述第1发射芯片到第(N－1)发射芯片发射的光信号的波长依次递增。
7.根据权利要求1所述的发射器件，其特征在于，所述N个发射芯片发射的光信号为高阶调制信号。
8.一种接收器件，包括：
N个接收芯片，分别为第1接收芯片到第N接收芯片；其中，N为大于或等于2的整数；
(N－1)个波片，分别为第(2N－1)波片到第3(N－1)波片；
其中，当j为2到N之间的整数时，
第1接收芯片的光轴垂直于第j接收芯片的光轴；第1接收芯片的光轴上与第j接收芯片对应的位置上设置有第(2N+i－3)波片；
第(2N+i－3)波片反射的光信号由第j接收芯片接收，第(2N+i－3)波片透射的光信号沿着第1接收芯片的光轴传输，第(2N－1)波片透射的光信号由第1接收芯片接收。
9.根据权利要求8所述的接收器件，其特征在于，所述接收器件为气密性封装或非气密性封装。
10.根据权利要求8所述的接收器件，其特征在于，所述N为4。
11.根据权利要求8所述的接收器件，其特征在于，所述N个接收芯片为N个接收同轴器件。
12.根据权利要求8所述的接收器件，其特征在于，包括以下至少之一：
所述第2接收芯片到第N接收芯片设置在所述第1接收芯片的光轴的同一侧；
所述第2接收芯片到第N接收芯片与所述第1接收芯片之间的距离依次递增；
所述第2接收芯片到第N接收芯片与所述第1接收芯片的光轴之间的距离相等或在同一范围内。
13.根据权利要求12所述的接收器件，其特征在于，包括以下至少之一：
所述第1接收芯片接收的光信号的波长小于所述第2接收芯片到第N接收芯片接收的光信号的波长；
所述第2接收芯片到第N接收芯片接收的光信号的波长依次递增。
14.根据权利要求8所述的接收器件，其特征在于，所述N个接收芯片接收的光信号为高阶调制信号。
15.一种光模块，包括：
权利要求1～7任一项所述的发射器件和权利要求8～14任一项所述的接收器件。
16.根据权利要求15所述的光模块，其特征在于，当k为1到N之间的整数时，所述第k发射芯片发射的光信号的波长与所述第(N－k)接收芯片接收的光信号的波长相等。
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