CN114384653B - 一种基于异构多芯光纤的硅光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于异构多芯光纤的硅光模块，其中，包括：硅光芯片；异构多芯光纤，其中，异构多芯光纤被设置为连接在硅光芯片的出光口和另一个硅光模块的光口之间，异构多芯光纤中相邻的不同纤芯的折射率不同和/或尺寸不同。采用上述技术方案，解决了相关技术中纤芯间串扰较高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体而言，涉及一种基于异构多芯光纤的硅光模块。
背景技术
随着数据传输及云计算等业务需求的快速增长，具有高效服务器间协同以及数据处理能力的数据中心，承载着高速增长的信息总量和信息密度需求。因此，作为数据中心内部光互连和光交换的核心功能器件，高速光模块也必然面临从低速率到高速率的更新换代。而目前高速率的光模块中不局限于单路的信号传输，这对光模块的整体设计和封装提出了新的挑战。
为了解决该问题，相关技术中通过单模光纤阵列或普通单模多芯光纤内部信号多路并行的方案来构建硅光模块，将不同路信号在不同光纤中传输以达到信号分隔的目的。但需要注意的是，传统硅光模块方案中硅光芯片出光口通常为并排阵列排布，当硅光芯片出光口阵列间距设置较小时，按照同样间距来排布纤芯可能会导致纤芯间串扰过高的问题，从而无法保证硅光模块内部多路信号的质量。但较小的光口间距又是提升硅光芯片集成度的必然选择，因此这是多芯光纤硅光模块方案中必须面对的问题。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于异构多芯光纤的硅光模块，以至少解决现有技术中纤芯间串扰过高的问题。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种基于异构多芯光纤的硅光模块，包括：硅光芯片；异构多芯光纤，其中，异构多芯光纤被设置为连接在硅光芯片的出光口和另一个硅光模块的光口之间，异构多芯光纤中相邻的不同纤芯的折射率不同和/或尺寸不同。
可选地，上述硅光模块包括：异构多芯光纤中包括折射率为第一值的第一组纤芯和折射率为第二值的第二组纤芯，第一组纤芯和第二组纤芯沿异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，第一值与第二值不同，第一组纤芯与第二组纤芯中的纤芯的尺寸均为相同的第一预设值；或者异构多芯光纤中包括尺寸为第三值的第一组纤芯和尺寸为第四值的第二组纤芯，第一组纤芯和第二组纤芯沿异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，第三值与第四值不同，第一组纤芯与第二组纤芯中的纤芯的折射率均为相同的第二预设值；或者异构多芯光纤中包括折射率为第一值且尺寸为第三值的第一组纤芯和折射率为第二值且尺寸为第四值的第二组纤芯，第一组纤芯和第二组纤芯沿异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，第一值与第二值不同，第三值与第四值不同。
可选地，上述硅光模块包括：在异构多芯光纤中包括折射率为第一值的第一组纤芯和折射率为第二值的第二组纤芯的情况下，相邻的不同纤芯之间的串扰参数是根据第一值和第二值确定的串扰参数，串扰参数小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值；或者在异构多芯光纤中包括尺寸为第三值的第一组纤芯和尺寸为第四值的第二组纤芯的情况下，相邻的不同纤芯之间的串扰参数是根据第三值和第四值确定的串扰参数，串扰参数小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值；或者在异构多芯光纤中包括折射率为第一值且尺寸为第三值的第一组纤芯和折射率为第二值且尺寸为第四值的第二组纤芯的情况下，相邻的不同纤芯之间的串扰参数是根据第一值、第二值、第三值和第四值确定的串扰参数，串扰参数小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值。
可选地，上述相邻的不同纤芯的材料为掺杂了不同浓度第一材料的第二材料。
可选地，上述硅光模块还包括：相邻的不同纤芯的材料为掺杂了不同浓度氧化锗的二氧化硅。
可选地，上述硅光模块还包括：异构多芯光纤的一端与硅光芯片的光口阵列耦合封装，异构多芯光纤的另一端被设置为与另一个硅光模块的光口连接。
可选地，上述硅光模块还包括：硅光芯片内集成了至少一个调制器和至少一个探测器，其中，至少一个调制器用于将硅光芯片接收到的电信号转换为光信号，至少一个探测器用于将硅光芯片接收到的光信号转换为电信号；异构多芯光纤中的纤芯的数量大于或等于至少一个调制器与至少一个探测器的数量之和。
可选地，上述异构多芯光纤中的纤芯的数量为4芯、或8芯、或16芯。
可选地，上述硅光模块还包括：硅光模块的开模和封装满足QSFP-DD硬件协议；或者硅光模块的设计，开模和封装达到QSFP-DD DR4产品需求。
可选地，上述硅光模块还包括：数字信号处理芯片(DSP)，跨阻放大器(TIA)，硅光芯片驱动，第一激光器和第二激光器。
通过本发明实施例，将硅光模块中硅光芯片的出光口和另一个硅光模块的光口之间通过异构多芯光纤进行连接，并通过调控异构多芯光纤中不同纤芯的折射率参数或者尺寸参数，使得相邻纤芯之间的光功率传输效率较低，进而降低纤芯间串扰。解决了相关技术中纤芯间串扰较高的问题，提高了硅光模块内部多路信号的传输质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的基于异构多芯光纤的硅光模块的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种可选的异构多芯光纤的应用示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的基于异构多芯光纤的硅光模块的示意图；
图4是根据本发明实施例的一种可选的异构8芯光纤端面及纤芯折射率分布示意图；
图5是根据本发明实施例的另一种可选的异构8芯光纤的纤芯折射率分布示意图；
图6是根据本发明实施例的又一种可选的异构8芯光纤的纤芯折射率分布示意图；
图7是根据本发明实施例的一种可选的异构4芯光纤的纤芯折射率分布示意图。
图中，
100-硅光模块；200-硅光模块；
101-数字信号处理芯片(DSP)；102-跨阻放大器(TIA)；103-硅光芯片驱动；104-1-第一激光器；104-2-第二激光器；105-1-第一分束器；105-2-第二分束器；106-1-第一探测器；106-2-第二探测器；106-3-第三探测器；106-4-第四探测器；107-1-第一调制器；107-2-第二调制器；107-3-第三调制器；107-4-第四调制器；108-异构8芯光纤；109-硅光芯片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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一部分的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于异构多芯光纤的硅光模块，以异构多芯光纤为异构8芯光纤为例，上述基于异构多芯光纤的硅光模块可以但不限于如图1所示。其中，该硅光模块100可以包括但不限于数字信号处理芯片(DSP)101，四通道跨阻放大器(TIA)102，四通道硅光芯片驱动103，硅光芯片109，第一激光器104-1，第二激光器104-2，以及异构8芯光纤108。其中，硅光芯片内部集成了第一分束器105-1，第二分束器105-2，第一调制器107-1，第二调制器107-2，第三调制器107-3，第四调制器107-4，第一探测器106-1，第二探测器106-2，第三探测器106-3和第四探测器106-4。
作为一种可选的实施方式，硅光模块100上的电口P9-P16上接收到的8路电信号S9-S16通过数字信号处理芯片(DSP)101被转换为4路电信号，4路电信号输入四通道硅光芯片驱动103被其放大，并作为4个硅光调制器107-1～107-4的驱动电信号输入到硅光芯片109中。第一激光器104-1发射的光束耦合进入硅光芯片109后，被硅光芯片109内的第一分束器105-1分为两束，分别作为第三调制器107-3和第四调制器107-4的光源；第二激光器104-2发射的光束耦合进入硅光芯片109后，被硅光芯片109内的第二分束器105-2分为两束，分别作为第一调制器107-1和第二调制器107-2的光源。四个硅光调制器107-1～107-4输出的四路光信号从硅光芯片109出光口输出到异构8芯光纤108，异构8芯光纤108与硅光模块100的光口相连，输出4路光信号，此过程为硅光模块100内部电信号到光信号转换的过程。
作为另一种可选的实施方式，异构多芯光纤还可以应用于两个硅光模块之间的连接，具体地，以如图2所示的异构8芯光纤为例进行说明。在硅光模块100的光口，异构8芯光纤108接收来自硅光模块200光口的4路光信号，输入到硅光芯片109中分别被第一探测器106-1，第二探测器106-2，第三探测器106-3和第四探测器106-4接收并输出电信号。输出的4路电信号被跨阻放大器(TIA)102放大后输入到数字信号处理芯片(DSP)101中，数字信号处理芯片(DSP)101完成4路电信号到8路电信号的转换，并将8路电信号S1-S8传输给硅光模块100上的电口P1-P8，此过程为硅光模块100内部光信号到电信号转换过程。
可以理解的是，在本实施例中，对异构多芯光纤中的纤芯的数量不做限定，例如，可以为异构4芯光纤、异构8芯光纤或异构16芯光纤等。另一方面，图1和图2是本实施例中的基于异构多芯光纤的硅光模块的一种结构示例，其内部的器件和器件之间的连接关系可以根据需要进行调整，例如，对激光器的数量以及与分束器和调制器之间的连接关系不做限定，其中，激光器的数量可以为1个、4个或更多，调制器的数量可以为2个、8个或更多等。
在本实施例中，提供了一种基于异构多芯光纤的硅光模块。以异构8芯光纤为例，如图3所示，基于异构多芯光纤的硅光模块包括：
硅光芯片109；
异构8芯光纤108，其中，异构8芯光纤108被设置为连接在硅光芯片109的出光口和另一个硅光模块200的光口之间，异构多芯光纤中相邻的不同纤芯的折射率不同和/或尺寸不同。
在本实施例中，异构8芯光纤108的一端与硅光模块100中的硅光芯片109的出光口连接，异构8芯光纤108的另一端与硅光模块200的光口连接，通过异构8芯光纤108中不同纤芯的折射率或者尺寸，可以有效地降低异构8芯光纤108中相邻的不同纤芯之间的串扰，从而保证了硅光模块100与硅光模块200之间光信号的传输质量。
可以理解的是，在本实施例中，对异构多芯光纤中的纤芯的数量不做限定，例如，可以为异构4芯光纤、异构8芯光纤或异构16芯光纤等。
作为一种可选的实施方式，为了降低异构多芯光纤中相邻的不同纤芯之间的串扰，需要降低相邻的不同纤芯之间的光功率传输效率。以如图4所示的异构8芯光纤中的两种纤芯类型FC1和纤芯类型FC2为例，图中，n1为纤芯类型FC1的纤芯的折射率，n2为纤芯类型FC2的纤芯的折射率，nSio2为包层C的折射率(例如，当包层C的材料为二氧化硅时，nSio2即为二氧化硅的折射率)，C为异构8芯光纤的包层，x用于指示沿包层C的轴向。纤芯类型FC1的纤芯和纤芯类型FC2的纤芯在异构8芯光纤中交替分布，其中，相同或不同的阶跃折射率的纤芯以三角形或矩形晶格排列。
作为一种可选的实施方式，相邻的纤芯类型FC1的纤芯和纤芯类型FC2的纤芯之间的光功率传输效率(上述光功率传输效率用于表示这两种纤芯间的串扰，即，上述光功率传输效率越高，表示相邻纤芯之间的串扰越高，上述光功率传输效率越低，表示相邻纤芯之间的串扰越低)可以定义为：
其中，β1和β2分别表示纤芯类型FC1和纤芯类型FC2中纤芯的基模的传输常数，k表示耦合系数，耦合系数由各自纤芯中基模场分布的重叠积分决定。根据公式(1)可知，要降低异构8芯光纤108中相邻两个纤芯之间的光功率传输效率，可以通过以下两种方案来实现：(1)增大纤芯类型FC1和纤芯类型FC2中基模传播常数β1和β2之间的差值；(2)降低纤芯类型FC1和纤芯类型FC2对应的上述重叠积分，即降低模场重叠度。第一种方式可以通过改变纤芯的折射率来实现，第二种方式可以通过改变纤芯的尺寸来实现。
在一种可选的实施例中，纤芯的折射率与该纤芯对应的基模传播常数呈正相关关系，例如，纤芯类型FC1的纤芯的折射率越大，β1越大，纤芯类型FC2的纤芯的折射率越大，β2越大。进一步，纤芯类型FC1的纤芯的折射率与纤芯类型FC2的纤芯的折射率之间的差值越大，β1和β2之间的差值越大。
需要说明的是，由于图4中的包层C的材料与纤芯的材料不同，使得包层C的折射率与纤芯的折射率不同，在将包层C的折射率与纤芯的折射率之间的差值记为芯包折射率差的情况下，针对不同条件下的芯包折射率差，改变纤芯的折射率或改变纤芯的尺寸对不同纤芯内的模式有效折射率的影响存在如下情况：
具体地，当芯包折射率差较小时，相比于改变纤芯的尺寸r，改变纤芯的折射率对不同纤芯内的模式有效折射率(neff＝β/k0)影响更大，所以在这种情况下，可以采用不同折射率的纤芯作为异构多芯光纤中相邻的不同纤芯，例如，纤芯类型FC1的纤芯的折射率与纤芯类型FC2的纤芯的折射率不同；相反地，当芯包折射率差较大时，改变纤芯的尺寸对不同纤芯内的模式有效折射率影响更大，所以采用不同半径的纤芯作为异构多芯光纤中相邻的不同纤芯，例如，纤芯类型FC1的纤芯的尺寸(如半径)与纤芯类型FC2的纤芯的尺寸(如半径)不同。
可以理解的是，不同的光场模式在相同纤芯内传输过程中具有不同的有效折射率，其中，模式的有效折射率是该光场模式区别于其他光场模式的重要特征。在改变不同纤芯的尺寸使得不同纤芯内的模式有效折射率存在差别，从而使得存在差别的两种光场模式在相邻纤芯内传输时不容易发生串扰。
进一步地，相对于相关技术中的同质多芯光纤，本发明实施例中的异构多芯光纤的纤芯在相同的空间内可以排布得更加密集，纤芯间串扰更小。当光纤包层的半径增大时，纤芯密度可以进一步增大。并且渐变折射率分布的纤芯也可以用来代替阶跃折射率分布的纤芯。
通过本申请提供的上述实施例，将硅光模块中硅光芯片的出光口和另一个硅光模块的光口之间通过异构多芯光纤进行连接，并通过改变异构多芯光纤中相邻的不同纤芯的折射率或者尺寸，使得相邻纤芯之间的光功率传输效率较低，进而降低纤芯间串扰，特别是在光纤纤芯间距设置较小(例如，小于预设间距阈值)的情况下可以很好的降低纤芯间串扰。通过本申请提供的上述实施例，解决了相关技术中纤芯间串扰较高的问题，提高了硅光模块内部传输多路信号的稳定性。
作为一种可选的实施方案，上述硅光模块，还包括：
异构多芯光纤中包括折射率为第一值的第一组纤芯和折射率为第二值的第二组纤芯，第一组纤芯和第二组纤芯沿异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，第一值与第二值不同，第一组纤芯与第二组纤芯中的纤芯的尺寸均为相同的第一预设值；或者
异构多芯光纤中包括尺寸为第三值的第一组纤芯和尺寸为第四值的第二组纤芯，第一组纤芯和第二组纤芯沿异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，第三值与第四值不同，第一组纤芯与第二组纤芯中的纤芯的折射率均为相同的第二预设值；或者
异构多芯光纤中包括折射率为第一值且尺寸为第三值的第一组纤芯和折射率为第二值且尺寸为第四值的第二组纤芯，第一组纤芯和第二组纤芯沿异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，第一值与第二值不同，第三值与第四值不同。
具体地，以如图4所示的异构8芯光纤为例进行说明。假设异构8芯光纤中包括FC1和FC2两种纤芯类型，其中，第一种纤芯类型FC1的折射率为第一值RI1，纤芯半径为第三值r1；第二种纤芯类型FC2的折射率为第二值RI2纤芯半径为第四值r2。那么，调控异构8芯光纤中不同纤芯的折射率参数RI或者尺寸参数r的实现方式包括以下至少之一：
(1)如图5中(a)所示，异构8芯光纤中的所有纤芯共分为两组，其中，第一组纤芯的折射率为RI1，纤芯半径为r1；第二组纤芯的折射率为RI2，纤芯半径为r2，其中，RI1≠RI2,r1＝r2；
(2)如图5中(b)所示，异构8芯光纤中的所有纤芯共分为两组，其中，第一组纤芯的折射率为RI1，纤芯半径为r1；第二组纤芯的折射率为RI2，纤芯半径为r2，其中，RI1＝RI2,r1≠r2；
(3)如图5中(c)所示，异构8芯光纤中的所有纤芯共分为两组，其中，第一组纤芯的折射率为RI1，纤芯半径为r1；第二组纤芯的折射率为RI2，纤芯半径为r2，其中，RI1≠RI2,r1≠r2。
需要说明的是，对于上述三种实现方式中的任意一种方式中的第一组纤芯和第二组纤芯均沿异构8芯光纤的包层的轴向交替分布，具体可参见图4中，8根纤芯均沿异构8芯光纤的包层C的轴向X交替分布。
作为一种可选的实施方式，当异构8芯光纤中的纤芯类型的数量大于2时，8根纤芯的分布可参考图6中(a)和(b)所示。下面以纤芯类型的数量为4进行解释说明。
如图6所示，异构8芯光纤包括4种不同的纤芯类型，也即，4根纤芯分别具有不同的折射率RT1、RT2、RT3和RT4。在布置异构8芯光纤的纤芯时，可以包括但不限于以下两种方式：
(1)采用如图6中(a)所示的沿包层的轴向将8根纤芯放置在同一层；
(2)采用如图6中(b)所示的其中4根纤芯沿包层的轴向的同一层分布，而剩余4根纤芯沿包层的轴向的另一层分布。
对于纤芯类型的数量为4的异构8芯光纤来说，无论是将8根纤芯沿包层的轴向的同一层分布，还是将8根纤芯沿包层的轴向的不同层分布，只要保证任意相邻的两根纤芯的折射率不同，均可满足异构多芯光纤中纤芯间串扰较低的要求。
采用本申请提供的上述实施例，通过调整异构多芯光纤中相邻纤芯的折射率参数或尺寸参数中的至少之一，均可以降低两个纤芯之间的光功率传输效率，进而降低相邻纤芯之间的串扰。
作为一种可选地实施方案，上述硅光模块，还包括：
在异构多芯光纤中包括折射率为第一值的第一组纤芯和折射率为第二值的第二组纤芯的情况下，相邻的不同纤芯之间的串扰参数是根据第一值和第二值确定的串扰参数，串扰参数小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值；或者
在异构多芯光纤中包括尺寸为第三值的第一组纤芯和尺寸为第四值的第二组纤芯的情况下，相邻的不同纤芯之间的串扰参数是根据第三值和第四值确定的串扰参数，串扰参数小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值；或者
在异构多芯光纤中包括折射率为第一值且尺寸为第三值的第一组纤芯和折射率为第二值且尺寸为第四值的第二组纤芯的情况下，相邻的不同纤芯之间的串扰参数是根据第一值、第二值、第三值和第四值确定的串扰参数，串扰参数小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值。
需要说明的是，本发明实施例中的上述串扰参数用于表示相邻纤芯之间的串扰，上述串扰参数的取值越高，表示相邻纤芯之间的串扰越高，上述串扰参数的取值越低，表示相邻纤芯之间的串扰越低。作为一种可选的示例，上述串扰参数可以为但不限于纤芯之间的光功率传输效率，上述光功率传输效率越高，表示相邻纤芯之间的串扰越高，上述光功率传输效率越低，表示相邻纤芯之间的串扰越低。换言之，降低相邻纤芯之间的光功率传输效率，也就表示降低了相邻纤芯之间的串扰。
通过上述实施例中对异构8芯光纤中不同纤芯的折射率RI或者尺寸r的实现方式的分析可知，相应地，确定纤芯之间的光功率传输效率的方式也包括以下至少之一：
(一)通过上述公式(1)可知，相邻纤芯之间的光功率传输效率与不同纤芯类型中基模的传播常数β1和β2、以及耦合系数k相关。当异构多芯光纤中的所有纤芯的半径相同的情况下，具体地，可参见如图5中(a)所示，也即，公式(1)中的k为常数k0时，β1与β2之间的差异越大，纤芯间的光功率传输效率F就越小。换言之，在所有纤芯的半径相等时，纤芯间的光功率传输效率F仅与纤芯中基模的传播常数β有关。
根据上述实施例中纤芯内的模式有效折射率neff＝β/k0可知，纤芯间折射率neff与纤芯中基模的传播常数β正比例相关。也就意味着，在异构多芯光纤的所有纤芯半径相同的情况下，不同纤芯之间的光功率传输效率是根据不同类型纤芯的折射率来确定的。例如，假设上述实施例中的异构8芯光纤中共有两种类型的纤芯，那么任意两个相邻纤芯之间的光功率传输效率F可以根据纤芯类型FC1的第一折射率RI1和纤芯类型FC2的第二折射率RI2来确定，且F小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值。
(二)基于相同的原理，当异构多芯光纤中的所有纤芯的类型相同时，具体可参见如图5中(b)所示，纤芯间的光功率传输效率F仅与耦合系数k相关，其中，耦合系数由各自纤芯中基模场分布的重叠积分决定，即由两个相邻纤芯的模场重叠度来决定。根据上述公式(1)可知，F与k正相关，也即k越小，F越小。也就意味着，降低纤芯间的模场重叠度，即可降低纤芯间的光功率传输效率。
可以理解的是，通过增加相邻纤芯的纤芯半径r1和r2之间的差异，增加相邻纤芯之间的纤芯密度的差异，即可降低两个相邻纤芯的模场重叠度。也就意味着，不同纤芯之间的光功率传输效率F直接由第一组纤芯的纤芯半径r1和第二组纤芯的纤芯半径r2决定，其中，r1不等于r2。
(三)通过上述确定纤芯将的光功率传输效率的方式(一)和(二)可知，在异构多芯光纤中的纤芯类型及纤芯半径如图5中(c)所示的情况下，纤芯间的光功率传输效率F与不同纤芯类型中基模的传播常数β1和β2、以及耦合系数k相关。假设如图5中(c)所示的第一组纤芯的折射率为RI1、纤芯半径为r1，第二组纤芯的折射率为RI2、纤芯半径为r2，那么，不同纤芯间的功率传输功率F是由RI1、RI2、r1和r2确定的，且F小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值。
进一步地，本实施例中，上述预设速率可以包括但不限于用于高速传输信号的速率，在一种可选的应用场景中，上述用于高速传输信号的速率可以是大于或等于20Gbps(Giga bits per second，简称千兆位/秒)的速率，其中，20Gbps用于指示单根纤芯的信号传输速率；在另一种可选的应用场景中，上述用于高速传输信号的速率还可以是大于或等于25Gbps的速率；在又一种可选的应用场景中，上述用于高速传输信号的速率还可以是大于或等于30Gbps的速率。
作为一种可选的实施方案，为了实现相邻的不同纤芯的折射率不同，上述各实施例中相邻的不同纤芯的材料可以但不限于为掺杂了不同浓度第一材料的第二材料。在本实施例中，通过掺杂了不同浓度第一材料的第二材料来实现不同折射率的纤芯，只是一种可选的实现不同折射率的纤芯的方式。
具体地，如图4所示，异构8芯光纤的任意两个纤芯的类型均包括FC1和FC2两种，假设两种纤芯类型FC1和FC2中第二材料的含量相同，纤芯类型FC1中第一材料占第二材料的比例为a1％，纤芯类型FC2中第一材料占第二材料的比例为a2％。通过调控不同纤芯的第一材料与第二材料之间的掺杂浓度，使得相邻的不同纤芯的折射率分别为n1和n2。
作为一种可选的实施方式，上述第一材料可以包括但不限于氧化锗，第二材料包括但不限于二氧化硅。因此，上述实施例中异构8芯光纤中相邻的不同纤芯的材料即为掺杂了不同浓度氧化锗的二氧化硅。
在本实施例中，通过改变不同纤芯的材料中氧化锗的掺杂浓度，使得不同纤芯类型的纤芯的折射率为n1和n2，这样就能以30微米的纤芯间距在同一包层内并排排列8根纤芯，同时还能够保证同一根异构多芯光纤中芯间串扰足够小，从而确保基于异构8芯光纤的硅光模块不同信道间的串扰足够小。
需要说明的是，本实施例中不同纤芯的材料中氧化锗的掺杂浓度的可调控范围包括但不限于0.25％-0.35％。
进一步地，由于微小的折射率变化引起的纤芯出射模场变化较小，对光纤和硅光芯片耦合时的模场匹配影响较小，这样也就能确保异构的纤芯设计方式不会影响到硅光模块内部不同信道的功率均衡。
作为一种可选的实施方案，上述硅光模块还包括：
异构多芯光纤的一端与硅光芯片的光口阵列耦合封装，异构多芯光纤的另一端被设置为与另一个硅光模块的光口连接。
具体地，以图2中所示的异构8芯光纤为例进行说明。
如图2所示，异构8芯光纤108的一端与硅光模块100中的硅光芯片109连接，具体地，异构8芯光纤108中的8根纤芯分别与第一探测器106-1至第四探测器106-4、第一调制器107-1至第四调制器107-4相连。因此，在使用异构8芯光纤108时，直接将沿包层轴向交替分布的8根纤芯中的一端与硅光芯片109的光口阵列进行耦合封装。
为了实现硅光模块100与硅光模块200之间的光信号的交换，异构8芯光纤的另一端与硅光模块200的光口连接。
采用本申请提供的上述实施例，异构多芯光纤内部不同纤芯并行传输多路收发光信号，通过将异构多芯光纤的一端与硅光芯片的光口对准封装，另一端与硅光模块的光口相连接，使得在确保硅光模块内部多路信号的质量的同时，还降低了异构多芯光纤的封装工艺要求，从而降低了硅光模块的制作成本。
作为一种可选的实施方式，上述硅光模块还包括：
硅光芯片内集成了至少一个调制器和至少一个探测器，其中，至少一个调制器用于将硅光芯片接收到的电信号转换为光信号，至少一个探测器用于将硅光芯片接收到的光信号转换为电信号；
异构多芯光纤中的纤芯的数量大于或等于至少一个调制器与至少一个探测器的数量之和。
容易理解的是，由于硅光模块自身的属性，在硅光模块内部既可以实现电信号到光信号的转换，也可以实现光信号到电信号的转换。
具体地，如图2所示，硅光模块100内部电信号到光信号转换的过程如下：
在硅光模块100的电口，8路电信号T1～T8通过数字信号处理芯片(DSP)101被转换为4路电信号，4路电信号输入四通道硅光芯片驱动103被其放大，并作为4个硅光调制器107-1～107-4的驱动电信号输入到硅光芯片109中。第一激光器104-1发射的光束耦合进入硅光芯片109后，被硅光芯片109内的第一分束器105-1分为两束，分别作为第三调制器107-3和第四调制器107-4的光源；第二激光器104-2发射的光束耦合进入硅光芯片109后，被硅光芯片109内的第二分束器105-2分为两束，分别作为第一调制器107-1和第二调制器107-2的光源。四个硅光调制器107-1～107-4输出的四路光信号从硅光芯片109出光口输出到异构8芯光纤108，异构8芯光纤108与硅光模块100的光口相连，输出4路光信号。
硅光模块100内部电信号到光信号转换的过程如下：
在硅光模块100的光口，异构8芯光纤108接收来自硅光模块200光口的4路光信号，输入到硅光芯片109中分别被第一探测器106-1，第二探测器106-2，第三探测器106-3和第四探测器106-4接收并输出光电流。输出的4路电信号被跨阻放大器(TIA)102放大后输入到数字信号处理芯片(DSP)101中，数字信号处理芯片(DSP)101完成4路电信号到8路电信号的转换，并将8路电信号传输给硅光模块100的电口。
需要说明的是，本实施例中硅光模块100内的调制器数量与探测器数量可根据异构多芯光纤的纤芯数量进行调整，因此，在本发明实施例中，调制器数量与探测器数量均不做限定。但为了确保异构多芯光纤与硅光芯片的光口能够正常连接，异构多芯光纤中的纤芯的数量通常大于或等于所述至少一个调制器与所述至少一个探测器的数量之和。
作为一种可选的实施方式，上述硅光模块中的异构多芯光纤的纤芯的数量为4芯、或8芯、或16芯。
为了更好地理解本发明实施例，以异构多芯光纤的纤芯数量为4芯为例进行说明。具体地，如图7所示，异构4芯光纤包括4种不同的纤芯类型，也即，4根纤芯分别具有不同的折射率RT1、RT2、RT3和RT4。
由于异构4芯光纤中任意两个纤芯的折射率均不同，因此在布置异构4芯光纤的纤芯时，可以采用如图7中(a)所示的沿包层的轴向将4根纤芯放置在同一层，也可以采用如图7中(b)所示的其中2根纤芯沿包层的轴向的同一层分布，而另外2根纤芯沿包层的轴向的另一层分布。
需要说明的是，当异构4芯光纤中纤芯类型的数量小于或等于2时，4根纤芯的分布可参考如5中所示的方式，将4根纤芯沿包层的轴向交替分布。另外，对于异构16芯光纤的纤芯类型与纤芯分布情况可参考上述实施例中的异构4芯光纤和异构8芯光纤，此处不再赘述。
可选地，上述各实施例中的硅光模块，还包括：
硅光模块的开模和封装满足双密度四通道小型可插拔封装(Quad Small FormFactor Pluggable-Double Density，简称QSFP-DD)硬件协议；或者
硅光模块的设计，开模，封装达到QSFP-DD DR4产品标准。
在本实施例中，硅光模块的具体封装和开模遵循移动安全联盟(Mutual SecretAgency，简称MSA)机构公布的QSFP-DD硬件协议，其中，QSFP-DD硬件协议指的是光模块外形尺寸的硬件规范及封装工艺要求，适用于200Gb/s和400Gb/s以太网，用于高速线缆开发。
具体地，包括其上下外壳开模尺寸，光模块接口形状设置，拉环尺寸设计，电路板尺寸设计及金手指尺寸设计与定义等均遵循协议规定。即该达到400G QSFP-DD硅光模块产品标准。
其中，400G QSFP-DD硅光模块能够支持的线缆传输距离达到500m(DR4)，即该硅光模块为400G QSFP-DD DR4硅光模块。
可选地，上述各实施例中的硅光模块，还包括：数字信号处理芯片(DSP)101，跨阻放大器(TIA)102，硅光芯片驱动103，第一激光器104-1和第二激光器104-2。
本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及示例性实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于异构多芯光纤的硅光模块，其特征在于，包括：
硅光芯片；
异构多芯光纤，其中，所述异构多芯光纤被设置为连接在所述硅光芯片的出光口和另一个硅光模块的光口之间，所述异构多芯光纤的至少一个纤芯沿所述异构多芯光纤的包层的轴向分布，所述异构多芯光纤中相邻的不同纤芯的折射率不同和/或尺寸不同，所述相邻的不同纤芯的材料为掺杂了不同浓度第一材料的第二材料；
所述硅光模块还包括：通过增大所述异构多芯光纤中相邻纤芯之间的基模传输常数的差值和/或降低所述异构多芯光纤中相邻纤芯各自对应的重叠积分，实现降低所述相邻纤芯之间的串扰参数，所述相邻纤芯之间的串扰参数与所述相邻纤芯的基模传输常数之间的差值呈负相关，其中，所述相邻纤芯的纤芯类型不同，所述相邻纤芯之间的基模传输常数的差值与所述相邻纤芯之间的折射率的差值呈正相关，通过改变所述异构多芯光纤中相邻纤芯的尺寸来降低所述异构多芯光纤中相邻纤芯各自对应的重叠积分；
在芯包折射率差小的情况下，通过改变所述异构多芯光纤中相邻的不同纤芯的折射率增加所述异构多芯光纤中相邻纤芯的模式有效折射率之间的差别；在芯包折射率差大的情况下，通过改变所述异构多芯光纤中相邻纤芯的尺寸增加所述异构多芯光纤中相邻纤芯的模式有效折射率之间的差别；其中，所述芯包折射率差是所述异构多芯光纤的包层的折射率与所述异构多芯光纤中相邻的不同纤芯的折射率之间的差值，所述异构多芯光纤包括所述包层。
2. 根据权利要求1所述的硅光模块，其特征在于，
所述异构多芯光纤中包括折射率为第一值的第一组纤芯和折射率为第二值的第二组纤芯，所述第一组纤芯和所述第二组纤芯沿所述异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，所述第一值与所述第二值不同，所述第一组纤芯与所述第二组纤芯中的纤芯的尺寸均为相同的第一预设值；或者
所述异构多芯光纤中包括尺寸为第三值的第一组纤芯和尺寸为第四值的第二组纤芯，所述第一组纤芯和所述第二组纤芯沿所述异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，所述第三值与所述第四值不同，所述第一组纤芯与所述第二组纤芯中的纤芯的折射率均为相同的第二预设值；或者
所述异构多芯光纤中包括折射率为第一值且尺寸为第三值的第一组纤芯和折射率为第二值且尺寸为第四值的第二组纤芯，所述第一组纤芯和所述第二组纤芯沿所述异构多芯光纤的包层的轴向交替分布，其中，所述第一值与所述第二值不同，所述第三值与所述第四值不同。
3. 根据权利要求2所述的硅光模块，其特征在于，
在所述异构多芯光纤中包括折射率为第一值的第一组纤芯和折射率为第二值的第二组纤芯的情况下，所述相邻的不同纤芯之间的串扰参数是根据所述第一值和所述第二值确定的串扰参数，所述串扰参数小于或等于按照预设速率传输信号所需的阈值；或者
在所述异构多芯光纤中包括尺寸为第三值的第一组纤芯和尺寸为第四值的第二组纤芯的情况下，所述相邻的不同纤芯之间的串扰参数是根据所述第三值和所述第四值确定的串扰参数，所述串扰参数小于或等于所述按照预设速率传输信号所需的阈值；或者
在所述异构多芯光纤中包括折射率为第一值且尺寸为第三值的第一组纤芯和折射率为第二值且尺寸为第四值的第二组纤芯的情况下，所述相邻的不同纤芯之间的串扰参数是所述第一值、所述第二值、所述第三值和所述第四值确定的串扰参数，所述串扰参数小于或等于所述按照预设速率传输信号所需的阈值。
4.根据权利要求1所述的硅光模块，其特征在于，所述相邻的不同纤芯的材料为掺杂了不同浓度氧化锗的二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的硅光模块，其特征在于，所述异构多芯光纤的一端与所述硅光芯片的光口阵列耦合封装，所述异构多芯光纤的另一端被设置为与所述另一个硅光模块的光口连接。
6.根据权利要求1所述的硅光模块，其特征在于，其特征在于，所述硅光芯片内集成了至少一个调制器和至少一个探测器，其中，所述至少一个调制器用于将所述硅光芯片接收到的电信号转换为光信号，所述至少一个探测器用于将所述硅光芯片接收到的光信号转换为电信号；
所述异构多芯光纤中的纤芯的数量大于或等于所述至少一个调制器与所述至少一个探测器的数量之和。
7.根据权利要求1所述的硅光模块，其特征在于，所述异构多芯光纤中的纤芯的数量为4芯、或8芯、或16芯。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的硅光模块，其特征在于，
所述硅光模块的开模和封装满足QSFP-DD硬件协议；或者
所述硅光模块的设计，开模，封装达到QSFP-DD DR4产品标准。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的硅光模块，其特征在于，还包括：
数字信号处理芯片DSP，跨阻放大器TIA，硅光芯片驱动，第一激光器和第二激光器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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