CN114337829A - 一种密集波分复用的超长距离光模块 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及通信技术领域，提供一种密集波分复用的超长距离光模块，包括数字信号处理器，以及连接所述数字信号处理器的光发射次模块，所述光发射次模块包括四路带有激光器的光信号发射电路，以及连接四路光信号发射电路的波分复用器；其中，在所述四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度至110度。在实际应用过程中，通过使四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度至110度，即，使得相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向近似正交，从而降低四波混频效应，从而可进一步缩小相邻光信号的波长间隔，提高所述一种密集波分复用的超长距离光模块的光信号传输速度。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种密集波分复用的超长距离光模块。
背景技术
光模块作为支持互联网和数据中心数据传输的重要模块，光模块的传输速率和传输距离，对互联网和数据中心传输带宽的影响较大，为了提高互联网和数据中心传输带宽，要求光模块具备一定的传输速率和传输距离。但是，受到光学电学等多种因素影响，采用单一波长的光模块传输速率有限，无法满足传输速率和传输距离的要求。
对此，现有技术中提出一种LWDM4光模块，LWDM4光模块利用四个波长的激光来合成一个100G传输速率的光信号，从而需要四个激光器和相应的收发器件，成本较高，而后又发展PAM4技术，单波长就可以传输100G，四个波长可以传输400G，从而进一步提高光模块的传输速率。
但是，LWDM4光模块和PAM4光模块中，采用多波长的激光合成一个光信号过程中，要求多个波长的激光对应的波长具备一定间距，无法采用密集的波长，所以严重限制了传输速率的进一步提升，而如果为了更快的传输速率，采用多个波长更密集的激光，则波长相邻的激光会由于四波混频因素影响而相互干扰，从而导致光模块的信噪比降低。
发明内容
在传统的LWDM4光模块和PAM4光模块中，为了避免多个波长的光信号产生四波混频，要求多个波长的光信号对应的波长具备一定间距，即不能采用波长太密集的激光进行光信号的传输，从而限制了传输速率的进一步提升，本申请为了进一步提升波分复用光模块的的通信距离，提供一种密集波分复用的超长距离光模块。
所述一种密集波分复用的超长距离光模块，包括数字信号处理器，以及连接所述数字信号处理器的光发射次模块，所述光发射次模块包括至少四路带有激光器的光信号发射电路，以及连接所述至少四路光信号发射电路的波分复用器；
其中，在所述至少四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度到110度。
在一种实现方式中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差80度到100度。
在一种实现方式中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差90度。
在一种实现方式中，所述光信号发射电路为四路，且分为依次设置的第一路光信号发射电路、第二路光信号发射电路、第三路光信号发射电路和第四路光信号发射电路；
第一路光信号发射电路和第三路光信号发射电路上设置有偏振旋转器，或者，第二路光信号发射电路和第四路光信号发射电路上设置有偏振旋转器。
在一种实现方式中，所述至少四路光信号发射电路上均设置有隔离器。
在一种实现方式中，所述至少四路光信号发射电路上均设置有偏振旋转器。
在一种实现方式中，所述一种密集波分复用的超长距离光模块还包括连接所述数字信号处理器的光接收次模块，所述光接收次模块包括采用四路56G的硅锗雪崩光电二极管。
在一种实现方式中，所述光发射次模块还包括连接所述激光器的调制器，所述调制器为电吸收调制器或MZ调制器。
在一种实现方式中，所述数字信号处理器还包括KP码型前向纠错器。
在一种实现方式中，所述一种密集波分复用的超长距离光模块采用SFP-DD小型封装或QSFP小型封装。
在一种实现方式中，所述一种密集波分复用的超长距离光模块上还设置有散热片，所述散热片与数字信号处理器的集成块采用导热材料填充缝隙。
在一种实现方式中，所述散热片为铜或铜合金散热片。
由以上技术方案可知，本申请提供一种密集波分复用的超长距离光模块，包括数字信号处理器，以及连接所述数字信号处理器的光发射次模块，所述光发射次模块包括至少四路带有激光器的光信号发射电路，以及连接所述至少四路光信号发射电路的波分复用器；其中，在所述至少四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度到110度。
在实际应用过程中，通过使四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度到110度，即，使得相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向近似正交，从而降低四波混频效应，从而可进一步缩小相邻光信号的波长间隔，提高所述一种密集波分复用的超长距离光模块的光信号传输速度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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
图1为本申请实施例提供的密集波分复用的超长距离光模块中光发射次模块的第一种实施结构示意图；
图2为本申请实施例提供的密集波分复用的超长距离光模块中光发射次模块的第二种实施结构示意图；
图3为本申请实施例提供的密集波分复用的超长距离光模块中光发射次模块的第三种实施结构示意图；
图4为本申请实施例提供的密集波分复用的超长距离光模块中光发射次模块的第四种实施结构示意图；
图5为本申请实施例提供的密集波分复用的超长距离光模块的信号转换示意图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的实施例的示例。
需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。
术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
在传统的LWDM4光模块和PAM4光模块中，为了避免多个波长的激光产生四波混频(four-wave mixing,以下简称FWM)，要求多个波长的激光对应的波长具备一定间距，即不能采用波长太密集的激光进行光信号的传输，从而限制了传输速率的进一步提升，本申请实施例为了进一步提升波分复用光模块的的通信距离，提供一种密集波分复用的超长距离光模块。
FWM是影响波分复用(WDM)系统的光纤特性，其中多个激光的波长以相等的间隔或通道间隔隔开，FWM的效果在波长的信道间隔小(例如在密集的WDM系统中)和高信号功率水平下影响显著，高色散会降低FWM效应，因为信号失去相干性，即会增加相位失配，在WDM系统中引起的干扰FWM被称为信道间串扰，可以通过使用不均匀的信道间隔或增加色散的光纤来减轻FWM，FWM在DWDM系统中的影响在DWDM(密集波分复用)系统中，当信道间距与光纤色散足够小且满足相位匹配时，四波混频将成为非线性串扰的主要因素，四波混频对DWDM系统的影响主要表现在：(1)产生新的波长，使原有信号的光能量受到损失，影响系统的信噪比等性能；(2)如果产生的新波长与原有某波长相同或交叠，从而产生严重的串扰。四波混频的产生要求要求各信号光的相位匹配，当各信号光在光纤的零色散附近传输时，材料色散对相位失配的影响很小，因而较容易满足相位匹配条件，容易产生四波混频效应。
为了提供波分复用光模块的的通信距离，且避免产生四波混频现象，参见图1，为本申请实施例提供的密集波分复用的超长距离光模块中光发射次模块的结构示意图，所述一种密集波分复用的超长距离光模块包括数字信号处理器，以及连接所述数字信号处理器的光发射次模块，所述光发射次模块包括至少四路带有激光器的光信号发射电路，以及连接所述至少四路光信号发射电路的波分复用器；其中，在所述至少四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度到110度。
需要说明的是，在实际使用过程中，相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向相差70度至110度，即可实现降低四波混频效应，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差90度时，对激光调制的精度要求更高，也可最大限度的降低四波混频效应，又或者，在部分精度要求不是特别好的情况下，还可以将相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向设置为相差80度至100度。
本申请实施例中，通过使所述至少四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度至110度，即，使得相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向近似正交，从而降低四波混频效应，从而可进一步缩小相邻光信号的波长间隔，提高所述一种密集波分复用的超长距离光模块的光信号传输速度。
具体的，为了实现相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差90度，如图1所示，以光信号发射电路为四路进行说明，四路光信号发射电路分为依次设置的第一路光信号发射电路、第二路光信号发射电路、第三路光信号发射电路和第四路光信号发射电路；第一路光信号发射电路和第三路光信号发射电路上设置有偏振旋转器，或者，第二路光信号发射电路和第四路光信号发射电路上设置有偏振旋转器，通过设置的偏振旋转器，调整对应激光器发出的光信号的偏振方向，从而使得相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向相差80度至100度。
具体的，所述偏振旋转器为90度偏振旋转器，使得相邻波长的偏振方向相差为90度+/-20度，当偏振方向为90度(正交)时，相邻波长的四波混频作用最小，从而保证最大程度的降低相邻波长的间隔，在本申请实施例中，相邻激光器发射的光信号波长间隔小于或等于100GHz。
需要说明的是，四波混频的混频量与偏振方向有关，针对选定的偏振轴，投影重叠部分和偏振角a的余弦成正比。因此四波混频量和cos(a1)×cos(a2)×cos(a3)×cos(a4)成正比.其中，a1,a2,a3,a4分别各路光信号发射电路的偏振角，如果有两个偏振角已对齐，即a2＝a4＝0，假设A1＝90-a1，A3＝90-a3，A1和A3是偏振角与直角的差值。
则四波混频量与cos(90-A1)×cos(0)×cos(90-A3)×cos(0)＝sinA1×sinA3成正比。因此当偏振角误差为+/-20度(也就是A1<20，A3<20度)时，混频量只有最大值的11.6％(sin20×sin20)，对信号传输的信噪比影响很小。当偏振角误差为+/-10度的时候，混频量只有最大值的3％(sin10*sin10)，影响几乎可以忽略。
需要说明的是，在实际应用过程中，如图2所示，还可以在所述波分复用器和激光器之间设置自带偏振旋转功能的隔离器，或者，如图3所示，在设置两路偏振旋转器的情况下，四路光信号发射电路上均设置隔离器。
在实际应用过程中，如图4所示，还可以在四路光信号发射电路上均设置偏正旋转器。其中，所述偏正旋转器可以贴设在所述隔离器上，也可以贴设在波分波分复用器上的滤波片上。
需要说明的是，本申请实施例提供的密集波分复用的超长距离光模块中光发射次模块的多种实施结构，最终实现的技术方案均为使得在所述四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差90度。
需要说明的是，以上实施例以及对应的说明书附图，均以光信号发射电路为四路进行说明，在实施应用过程中，还可以按照上述实施例的设计原理，想设计方案应用到包括更多路的光信号发射电路的技术方案中。
在本申请的部分实施例中，所述一种密集波分复用的超长距离光模块还包括连接所述数字信号处理器的光接收次模块，所述光接收次模块包括采用四路56G的硅锗雪崩光电二极管。
在本申请的部分实施例中，所述光发射次模块还包括连接所述激光器的调制器，所述调制器为电吸收调制器或MZ调制器。
由于光纤传输光信号的过程中，存在色散代价，速率越高，距离越远，色散代价越大，接收到的光信号质量越低，为了解决这一问题，在本申请的部分实施例中，所述一种密集波分复用的超长距离光模块还包括连接所述数字信号处理器的光接收次模块，所述光接收次模块包括采用四路56G的硅锗雪崩光电二极管和线性跨导放大器，所述硅锗雪崩光电二极管用于接收搭载光信号的单波长激光，并将光信号转化为电信号传输到线性跨导放大器，所述线性跨导放大器连接所述数字信号处理器的线接收端。
进一步的，参见图5，为本申请实施例提供的密集波分复用的超长距离光模块的信号转换示意图，在本申请的部分实施例中，所述数字信号处理器还包括KP码型前向纠错器，所述KP码型前向纠错器用于将接收的电信号进行处理后，再传输至光发射次模块，并由光发射次模块将电信号转换为光信号，多个波长的光信号经过波分复用器的合成后，作为最终的发射信号。发射的光信号经过超长距离传输后，由另一密集波分复用的超长距离光模块的光接收次模块接收，另一密集波分复用的超长距离光模块的光接收次模块接收到光信号后处理原理为：光信号传入硅锗雪崩光电二极管，由所述硅锗雪崩光电二极管将光信号转变为电信号，电信号在经过线性跨导放大器放大传入数字信号处理器，经所述KP码型前向纠错器处理后，由数字信号处理器输出电信号，例如将电信号传输到交换机芯片或数据中心。
进一步的，为了保证本申请实施例提供的光模块能够满足小型化的要求，以适应设备端口密度的不断提高，在本申请的部分实施例中，所述一种密集波分复用的超长距离光模块采用SFP-DD小型封装或QSFP小型封装。
进一步的，在本申请的部分实施例中，为了保证器件的稳定工作，提高对所述数字信号处理器的散热能力，所述一种密集波分复用的超长距离光模块还设置有散热片，所述散热片为铜或铜合金散热片。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种密集波分复用的超长距离光模块，包括数字信号处理器，以及连接所述数字信号处理器的光发射次模块，所述光发射次模块包括四路带有激光器的光信号发射电路，以及连接四路光信号发射电路的波分复用器；其中，在所述四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差80度至100度。
在实际应用过程中，通过使四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度至110度，即，使得相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向近似正交，从而降低四波混频效应，从而可进一步缩小相邻光信号的波长间隔，提高所述一种密集波分复用的超长距离光模块的光信号传输速度。
以上的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，包括数字信号处理器，以及连接所述数字信号处理器的光发射次模块，所述光发射次模块包括至少四路带有激光器的光信号发射电路，以及连接所述至少四路光信号发射电路的波分复用器；
其中，在所述至少四路光信号发射电路中，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差70度到110度。
2.根据权利要求1所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差80度到100度。
3.根据权利要求1所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，相邻两路光信号发射电路的光信号偏振方向相差90度。
4.根据权利要求1所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，所述光信号发射电路为四路，且分为依次设置的第一路光信号发射电路、第二路光信号发射电路、第三路光信号发射电路和第四路光信号发射电路；
第一路光信号发射电路和第三路光信号发射电路上设置有偏振旋转器，或者，第二路光信号发射电路和第四路光信号发射电路上设置有偏振旋转器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，所述至少四路光信号发射电路上均设置有隔离器。
6.根据权利要求1所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，所述至少四路光信号发射电路上均设置有偏振旋转器。
7.根据权利要求1所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，所述一种密集波分复用的超长距离光模块还包括连接所述数字信号处理器的光接收次模块，所述光接收次模块包括采用四路56G的硅锗雪崩光电二极管。
8.根据权利要求1所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，所述光发射次模块还包括连接所述激光器的调制器，所述调制器为电吸收调制器或MZ调制器。
9.根据权利要求1所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，所述数字信号处理器还包括KP码型前向纠错器。
10.根据权利要求1所述的密集波分复用的超长距离光模块，其特征在于，所述一种密集波分复用的超长距离光模块采用SFP-DD小型封装或QSFP小型封装。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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