CN110505017A - 一种可插拔光模块式的半导体光纤放大装置 - Google Patents

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郑敏蔚
管佩祥
刘希华
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Abstract

本发明涉及一种可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，封装为可插拔光模块的产品形态，特别是实施为标准光模块封装，将SOA集成在模块内部，将非光纤型的SOA与TAPPDRx、TAPPDTx设置为光子集成电路，缩小产品整体尺寸，降低了对机房的空间需要；直接采用电接口供电，节省了供电电源，降低了功耗和成本，降低了电源需求；进而扩展了应用场景和范围，非常适合在数据中心机房中高速光模块的中继放大应用。本发明采用可插拔光模块的标准的I2C通信标准接口，实现对SOA的管理和控制，结构简单且低成本，符合SFF8472标准，对SFF8472标准未定义的一些功能可通过自定义区域实现，由于电气接口和软件接口均兼容MSA标准，设备厂家仅需要很少的二次开发就可以将其集成在现有设备中。

Description

一种可插拔光模块式的半导体光纤放大装置
技术领域
本发明涉及光收发技术领域，更具体地说，涉及一种可插拔光模块式的半导体光纤放大装置。
背景技术
随着数据中心的飞速发展以及5G网络建设的开始，40G/100G/200G/400G光模块市场需求快速增长，这些高速光模块中短距离传输，通常采用4*10G/4*25G/4*50G的方案，其内部采用波分复用技术，将4个不同波长的低速业务进行复用传输，4波长通常为CWDM(1271nm、1291nm、1311nm、1331nm)或LAN-WDM波长(通常选择1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.14nm)。
但由于受限于光器件的接收灵敏度，以及内部集成的波分复用器带来的插入损耗，其难以传输更远的距离，为获得更远的传输距离和更好的传输链路余量，现有技术中，主要有以下几种技术方案：
1、更换长距的光模块，但长距光模块成本高昂，对一些QSFP，CFP4等小封装，目前技术还无法实现太长距离传输，此外由于部分长距光模块需要设备软硬件支持，部分交换机路由器无法支持长距光模块；
2、外接光纤放大器，这些波长均位于1310波段，无法使用EDFA掺铒光纤放大器进行中继放大，只能采用SOA进行放大，外接SOA通常为1U台式设备，体积大，功耗大，成本高。如，中国实用新型专利申请201621165399.X公开了一种可插拔的光纤放大器，其为可插拔的EDFA，只能放大1550nm波段，不能支持1310nm波段；中国实用新型专利申请201520728089.3公开了一种100G SOA光信号放大器，其采用的是1U的台式设备，体积大，功耗大，成本高；
3、外接OEO设备，将短距光模块转换为长距光模块(如单波相干光模块)，此种方案同样体积大，功耗高，价格昂贵，方案复杂，系统可靠性降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、小型化、低功耗、低成本的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置。
本发明的技术方案如下：
一种可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，采用一体化的可插拔光模块封装，包括光路部分与电路部分；光路部分包括光连接器、接收侧的分光光探测器TAPPDRx、发送侧的分光光探测器TAPPDTx、半导体光放大器SOA，TAPPDRx、TAPPDTx分别连接于光连接器与SOA之间。
作为优选，电路部分包括电连接器、控制管理单元，SOA驱动单元，放大单元，放大单元与TAPPDRx、TAPPDTx连接，SOA驱动单元与SOA连接，放大单元、SOA驱动单元分别与控制管理单元连接，控制管理单元与电连接器连接。
作为优选，从光连接器的接收口收到的光信号，先送入TAPPDRx，其中，部分光分配至TAPPDRx，用于监测接收光功率，剩余光送分配至SOA，经SOA放大后，再进入TAPPDTx，其中，部分光分配至TAPPDTx，用于监视发送光功率，剩余光从光连接的发送口发出。
作为优选，放大单元接收TAPPDRx、TAPPDTx用于监测接收光功率、监视发送光功率的电流信号，进行放大后发送至控制管理单元，完成监测数据的采集。
作为优选，控制管理单元根据监测的接收光功率、监视发送光功率的数值，生成对应的告警状态。
作为优选，SOA驱动单元包括温控电路、驱动电路，控制管理单元通过SOA驱动单元控制SOA，SOA驱动单元通过驱动电流控制SOA的开启和关闭、控制增益、控制温控电路。
作为优选，控制管理单元根据获得的光功率数值、增益，以及输出光功率的设定，调整温度和驱动电流。
作为优选，所述的可插拔光模块封装为标准光模块封装，为SFP、QSFP、CFP2或CFP4，光连接器、电连接器符合MSA标准。
作为优选，控制管理单元中设置蓝牙接口电路，用于与外部终端进行通信，对SOA进行远程管理和控制。
作为优选，非光纤型的SOA与TAPPDRx、TAPPDTx设置为光子集成电路。
作为优选，SOA与TAPPDTx之间设置可调衰减器VOA，用于调节发送光功率。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，封装为可插拔光模块的产品形态，特别是实施为标准光模块封装，将SOA集成在模块内部，实现SOA小型化，并且采用分光光探测器，将非光纤型的SOA与TAPPDRx、TAPPDTx设置为光子集成电路，缩小产品整体尺寸，降低了对机房的空间需要；直接采用电接口供电，节省了供电电源，降低了功耗和成本，降低了电源需求；进而扩展了应用场景和范围，非常适合在数据中心机房中高速光模块的中继放大应用。
本发明采用可插拔光模块的标准的I2C通信标准接口，实现对SOA的管理和控制，结构简单且低成本，符合SFF8472标准，对SFF8472标准未定义的一些功能可通过自定义区域实现，由于电气接口和软件接口均兼容MSA标准，设备厂家仅需要很少的二次开发就可以将其集成在现有设备中。
控制管理单元中设置蓝牙接口电路，用于与外部终端进行通信，对SOA进行远程管理和控制，采用蓝牙技术的管理方案更简便易用，无需通过I2C通信与外部终端连接通信，更适合现场单独使用SOA的场景。
SOA与TAPPDTx之间设置可调衰减器VOA，用于调节发送光功率，VOA可灵活地对发送光功率进行调整，调整驱动电流与VOA结合使用，特性更好，调整范围更大。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图中，实线为光路连接，虚线为电路连接。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
本发明为了解决现有技术存在的无法实现太长距离传输、尺寸大、功耗大、成本高等不足，提供一种可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，采用一体化的可插拔光模块封装，特别是采用标准光模块封装，包括但不限于SFP(Small Form-factor Pluggable，小型可插拔光模块)、QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable，小型可插拔光模块)、CFP2或CFP4(CFP：C Form-factor Pluggable，100G可插拔光模块，CFP在SFP基础上定义，最初主要面向100G的高速业务；CFP2、CFP4、CFP8是在CFP光模块的基础上定义的新封装，尺寸进一步缩小)等。传统的半导体光放大器通常为1U台式，或机架的板卡式设备，本发明以QSFP28标准封装为例，其尺寸大小仅为72.4mm*18.35mm*8.5mm，体积远小于传统的半导体光放大器。本发明由于采用标准的可插拔光模块的封装，可插在空闲的标准的光模块接口中，无需额外的机房空间，无需额外的电源连接，即插即用。
如图1所示，本发明包括光路部分与电路部分；其中，光路部分包括光连接器、接收侧的分光光探测器TAPPDRx、发送侧的分光光探测器TAPPDTx、半导体光放大器SOA，TAPPDRx、TAPPDTx分别连接于光连接器与SOA之间；电路部分包括电连接器、控制管理单元，SOA驱动单元，放大单元，放大单元与TAPPDRx、TAPPDTx连接，SOA驱动单元与SOA连接，放大单元、SOA驱动单元分别与控制管理单元连接，控制管理单元与电连接器连接。光路部分的内部采用光纤连接，电路部分的内部采用电路连接，电路部分与光路部分之间采用电路连接。在本发明采用标准光模块封装，光连接器、电连接器定义均符合MSA(Multi-Source Agreement，多源协议)标准。
光信号在光路部分中的流向为：从光连接器的接收口收到的光信号，先送入TAPPDRx，其中，部分光分配至TAPPDRx，用于监测接收光功率，剩余光送分配至SOA，经SOA放大后，再进入TAPPDTx，其中，部分光分配至TAPPDTx，用于监视发送光功率，剩余光从光连接的发送口发出。
电信号在电路部分中的流向为：放大单元接收TAPPDRx、TAPPDTx用于监测接收光功率、监视发送光功率的电流信号，进行放大后发送至控制管理单元，完成监测数据的采集。本实施例中，放大单元将来自TAPPDRx、TAPPDTx的电流信号转换为电压信号后，进行对数放大，并送入控制单元，进行模数转换并采集。本发明中，控制管理单元根据监测的接收光功率、监视发送光功率的数值以及预先设置的告警阈值，生成对应的告警状态。本实施例中，该部分性能和告警数据存储在DDM的性能和告警数据区，与标准的MSA协议兼容。
所述的SOA实施为小型封装的SOA，将SOA集成在模块内部，实现SOA小型化，以应用于小型的可插拔光模块中，对小型可插拔光模块封装如QSFP、SFP、CFP4等。同时，为了确保尾纤具有良好的抗弯特性，还需选择尾纤类型，本实施例中，采用非光纤型的SOA与TAPPDRx、TAPPDTx，直接通过光子集成的方式实现，即非光纤型的SOA与TAPPDRx、TAPPDTx设置为光子集成电路。
接收侧的分光光探测器TAPPDRx、发送侧的分光光探测器TAPPDTx的分光比可根据SOA产品具体应用场景来选择，分光比的选择包括但不限于0.5％、1％、2％、2.5％、5％等，由于发送和接收的光功率范围不同，通常接收和发送侧采用不同的分光比。本实施例中，采用1％分光比，即，TAPPDRx从线路接收的光，其中1％送给TAPPDRx内的光探测器PD进行光功率检测，剩余99％送入SOA进行放大。TAPPDTx接收到从SOA放大过的光后，其中1％送给TAPPDTx内的光探测器PD进行光功率检测，剩余99％从光连接器的发送口发送出去。
所述的电连接器采用符合相应可插拔光模块封装MSA标准的接口结构，本实施例中，采用QSFP封装时，则电连接器采用的是QSFP的MSA定义的38pin连接器，其管脚定义及电气特性遵循MSA规定。管脚中，主要包括模块电源、模块地、I2C通信线、接收光功率丢失告警、模块在位指示、激光器发送关闭控制等，其中，MSA定义的“激光器发送关闭控制”管脚，在本实施例的实际应用中，则定义为“SOA关闭控制”。本发明通过电连接器进行供电，最大功耗仅3.5W，节省了供电单元，与传统的半导体光放大器相比，减化了控制单元，成本和功耗均大幅降低。
控制管理单元主要完成如下功能：通过I2C接口与外部主板的通信；对内部的SOA驱动单元与放大单元进行控制；TAPPDRx、TAPPDTx检测的光信号的数据采集等功能。
SOA驱动单元用于实现对SOA的驱动，通过驱动电流控制SOA的开启和关闭，控制增益，控制温控电路等。SOA驱动单元包括温控电路、驱动电路，控制管理单元通过SOA驱动单元控制SOA，SOA驱动单元通过驱动电流控制SOA的开启和关闭、控制增益、控制温控电路。控制管理单元根据获得的光功率数值、增益，以及输出光功率的设定，调整温度和驱动电流。本实施例中，支持恒定增益模式或恒定输出光功率模式，可根据设置调节驱动电流，甚至关闭SOA；并且支持APSD(Auto Power Shut Down，自动光功率关断)模式，在APSD模式下，当输入无光时，自动关闭SOA。
所述的光连接器可根据标准封装的可插拔光模块的MSA要求，以及实际应用场景需求，选择不同的连接器类型，本实施例中，光连接器采用标准的双LC(Little Connector，小型连接器)光连接器。
放大单元用于实现将TAPPDRx、TAPPDTx中收到的小电流信号进行放大，并送给后端的控制管理单元进行采集。
本发明还可根据实施需求，增加设置功能模块，以实现更完善的功能。本实施例中，控制管理单元中设置蓝牙接口电路，用于与外部终端进行通信，通过定向开发的管理软件对SOA进行远程管理和控制。
本实施例中，还在SOA与TAPPDTx之间设置可调衰减器VOA，用于调节发送光功率。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，采用一体化的可插拔光模块封装，包括光路部分与电路部分；光路部分包括光连接器、接收侧的分光光探测器TAPPDRx、发送侧的分光光探测器TAPPDTx、半导体光放大器SOA，TAPPDRx、TAPPDTx分别连接于光连接器与SOA之间。
2.根据权利要求1所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，电路部分包括电连接器、控制管理单元，SOA驱动单元，放大单元，放大单元与TAPPDRx、TAPPDTx连接，SOA驱动单元与SOA连接，放大单元、SOA驱动单元分别与控制管理单元连接，控制管理单元与电连接器连接。
3.根据权利要求1或2所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，从光连接器的接收口收到的光信号，先送入TAPPDRx，其中，部分光分配至TAPPDRx，用于监测接收光功率，剩余光送分配至SOA，经SOA放大后，再进入TAPPDTx，其中，部分光分配至TAPPDTx，用于监视发送光功率，剩余光从光连接的发送口发出。
4.根据权利要求3所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，放大单元接收TAPPDRx、TAPPDTx用于监测接收光功率、监视发送光功率的电流信号，进行放大后发送至控制管理单元，完成监测数据的采集。
5.根据权利要求4所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，控制管理单元根据监测的接收光功率、监视发送光功率的数值，生成对应的告警状态。
6.根据权利要求3所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，SOA驱动单元包括温控电路、驱动电路，控制管理单元通过SOA驱动单元控制SOA，SOA驱动单元通过驱动电流控制SOA的开启和关闭、控制增益、控制温控电路。
7.根据权利要求5所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，控制管理单元根据获得的光功率数值、增益，以及输出光功率的设定，调整温度和驱动电流。
8.根据权利要求2所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，所述的可插拔光模块封装为标准光模块封装，为SFP、QSFP、CFP2或CFP4，光连接器、电连接器符合MSA标准。
9.根据权利要求2所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，控制管理单元中设置蓝牙接口电路，用于与外部终端进行通信，对SOA进行远程管理和控制。
10.根据权利要求1或2所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，非光纤型的SOA与TAPPDRx、TAPPDTx设置为光子集成电路。
11.根据权利要求1或2所述的可插拔光模块式的半导体光纤放大装置，其特征在于，SOA与TAPPDTx之间设置可调衰减器VOA，用于调节发送光功率。
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