CN115276806A - 一种波长非等距的波分复用光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波长非等距的波分复用光模块，所述光模块包括至少四路光信号通道，所有光信号通道中任意相邻两条光信号通道的波长间距均不相等；各光信号通道的波长为F+(2^n‑1‑1)df，其中，n为光信号通道的序号，n为正整数；F为光信号通道第一通道的波长，df为任意两条光信号通道之间的通道波长间距的最小值；每个通道波长的误差均小于等于±0.8纳米。优点，本发明任意两条光信号通道的波长间距均不相等，相邻波长的四波混频信号无法互相影响，而是泄露到空出的通道和外侧的通道，从而达到提高信噪比，延长传输距离的作用；提高了信噪比，延长了传输距离，大大提高了超远距离的传输容量。

Description

一种波长非等距的波分复用光模块

技术领域

本发明涉及一种波长非等距的波分复用光模块。

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光模块中，采用多波长的激光合成一个光信号过程中，一般要求多个波长的激光对应的波长的间距是相等的。 而波长相邻的激光会由于四波混频因素影响相互干扰，从而大大降低了光模块的信噪比，限制了光通信的传输速率和传输距离。

随着互联网和数据中心的发展，对传输带宽的要求也越来越高。这样就需要尽可能地提高光通信系统在单根光纤下的传输速率和传输距离。但受到光学电学等多种因素影响，光纤的传输速率和传输距离受四波混频影响是非常有限的。于是如何能提高信噪比延长传输距离就成为亟待解决的问题。

四波混频（four-wave mixing,以下简称FWM）在光纤通信中的影响：FWM是影响波分复用（WDM）系统的光纤特性，其中多个光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（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，或者换句话说，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。目前的DWDM系统的信道间隔一般在100GHZ，零色散导致四波混频成为主要原因，所以，采用G.653光纤传输DWDM系统时，容易产生四波混频效应，而采用G.652或G.655光纤时，不易产生四波混频效应。

发明内容

本发明提出一种波长非等距的波分复用光模块，具体技术方案如下：

一种波长非等距的波分复用光模块，光模块包括至少四路光信号通道，所有光信号通道中任意相邻两条光信号通道的波长间距均不相等；各光信号通道的波长为F+(2^n-1-1)df，其中，n为光信号通道的序号，n为正整数；F为光信号通道第一通道的波长，df为任意两条光信号通道之间的通道波长间距的最小值；每个通道波长的误差均小于等于±0.8纳米。

对本发明技术方案的优选，光模块中，n=4，四路光信号通道的波长分别为F、F+df、F+3df和F+7df。

对本发明技术方案的优选，F的波长取值为1260-1360纳米。

对本发明技术方案的优选，四路光信号通道的道波长分别为1297.8±0.5纳米、1300.05±0.5纳米、1304.58±0.5纳米和1313.73±0.5纳米。

对本发明技术方案的优选，光信号通道包括激光器、透镜和波分复用器，电信号通过柔性连接板传递给激光器，激光器发射的光信号进入波分复用器。

对本发明技术方案的优选，光信号通道还包括隔离器，隔离器在透镜和波分复用器之间。

对本发明技术方案的优选，光信号通道还包括光路调节器，光路调节器在波分复用器的传输路上。

对本发明技术方案的优选，光信号通道还包括温控器，温控器设置在激光器的正下方。温控器设置在激光器的下方，温度可由外部控制器单独控制，从而保证激光器一直工作在固定的温度和波长。

对本发明技术方案的优选，光模块采用QSFP封装。QSFP封装，使得光模块还应满足小型化的要求，以适应设备端口密度的不断提高。

对本发明技术方案的优选，光模块内的接收组件采用半导体光放大器。光模块的发射模块采用半导体光放大器，提高接收端灵敏度。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

本发明的波长非等距的波分复用光模块，光信号通道中，任意两个光信号通道的波长间距均不相等，这样相邻波长的四波混频信号无法互相影响，而是泄露到空出的通道和外侧的通道，从而达到提高信噪比，延长传输距离的作用。

本发明的波长非等距的波分复用光模块，提高了信噪比，延长了传输距离，大大提高了超远距离的传输容量；由于5G和数据中心的发展，对带宽的要求成倍增长。而本发明提高了信噪比，大大降低了传输成本，具有较好社会经济效益。

本发明的波长非等距的波分复用光模块的应用，传统的LR4/ER4光模块，传输距离不如本方案，许多场合下无法使用。 如果用更远距离的DWDM加EDFA大材小用，成本提高几倍，经济上也无法负担。由于5G和数据中心的发展，对带宽的要求成倍增长。而现有光通信系统已完成布线，另外布线费时费力甚至是不可能的。而本发明光模块的使用，需增加光纤，只要改变两端的光模块即可，大大降低了传输成本，具有较好社会经济效益。

附图说明

图1是本实施例的光模块内发射组件的光信号通道的传输原理框图。

图2是本实施例的光模块的内部结构示意图。

图3是本实施例的光模块内的发射组件的内部结构示意图。

图4是本实施例的光模块内发射组件的第一结构的工作流程框图。

图5是本实施例的光模块内发射组件的第二结构的工作流程框图。

图6是本实施例的光模块内发射组件的第三结构的工作流程框图。

图7是本实施例的光模块内接收组件的工作流程框图。

图8是本实施例的光模块内接收组件的光信号通道的传输原理框图。

图9是本实施例的光模块的工作流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-图9及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

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光模块中，采用多波长的激光合成一个光信号过程中，一般要求多个波长的激光对应的波长的间距是相等的。 而波长相邻的激光会由于四波混频因素影响相互干扰，从而大大降低了光模块的信噪比，限制了光通信的传输速率和传输距离。

四波混频现象如果要发生作用，激光器波长间隔需要是近似相等的。比如波长为f, f+df, f+2df, f+3df, f+4df等等。 而我们可以选择光信号通道中任意两条光信号通道的波长间距均不相等，1号通道波长F，2号通道波长F+df，3号通道波长F+3df，4号通道波长F+7df, 任意两个光信号通道的波长间距均不相等，这样相邻波长的四波混频信号无法互相影响，而是泄露到空出的通道和外侧的通道；从而达到提高信噪比，延长传输距离的作用。

如图1和8所示，本实施例提出了一种波长非等距的波分复用光模块，光模块包括四路光信号通道，所有光信号通道中任意相邻两条光信号通道的波长间距均不相等；各光信号通道的波长为F+(2^n-1-1)df，其中，n为光信号通道的序号，n为正整数；F为光信号通道第一通道的波长，df为任意两条光信号通道之间的通道波长间距的最小值；每个通道波长的误差均小于等于±0.8纳米。本实施例中的四路光信号通道的波长分别为F、F+df、F+3df和F+7df。

举例如下：在400G ER4中，我们可以设定4个通道的波长为：n=1，1号通道1297.8±0.5纳米；n=2，2号通道1300.05±0.5纳米，n=3，3号通道1304.58±0.5纳米， n=4，4号通道1313.73±0.5纳米。光信号通道中任意两条光信号通道的波长间距均不相等，这样相邻波长的四波混频信号无法互相影响，而是泄露到空出的通道和外侧的通道。从而达到提高信噪比，延长传输距离的作用。

本实施例方案的优点是提高了信噪比，延长了传输距离，大大提高了超远距离的传输容量；由于5G和数据中心的发展，对带宽的要求成倍增长。而本发明提高了信噪比，大大降低了传输成本，具有较好社会经济效益。

如图2和9所示，一种波分复用光模块，包括PCB主板1、数字信号处理器2、发射组件3、接收组件4和光纤插芯适配器5。光纤插芯适配器5为市售件，直接购买获得。

数字信号处理器2与PCB主板1通信，发射组件3和接收组件4都通过柔性连接板6与PCB主板1通信，PCB主板1、数字信号处理器2、发射组件3和接收组件4封装在外壳内；光纤插芯适配器5设置在外壳一端，且与发射组件3和接收组件4上的插座3-7相通。

如图2所示，本实施例的光模块，采用QSFP封装,光模块满足小型化的要求，以适应设备端口密度的不断提高。QSFP封装为本技术领域内已知封装技术，本领域技术人员已知。

进一步，本实施例的光模块内的接收组件采用半导体光放大器SOA，提高接收端灵敏度。

如图2所示，本实施例的光模块，由于波长的间隔很小，对光模块内激光器的波长控制要求很严，对激光器采用了TEC精确控温。具体为：本实施例在光模块内的激光器的正下方设置温控器3-5，温控器3-5为TEC温控器，TEC温控器为市售件，直接购买获得，本领域技术人员已知。

如图3和4所示，本实施例光模块的发射组件，包括四路光信号通道，光信号通道包括激光器3-1、透镜3-2和波分复用器3-3，电信号通过柔性连接板传递给激光器3-1，激光器3-1发射的光信号进入波分复用器3-3，波分复用器3-3合成一路复合光再由插座3-7传输出去。激光器3-1、透镜3-2和波分复用器3-3都封装在管壳3-8内。

具体的，本实施例光模块的发射组件的四路光信号通道中，四个激光器3-1的通道波长，依次为F、F+df、F+3df和F+7df，这样相邻波长的四波混频信号无法互相影响，而是泄露到空出的通道和外侧的通道；无法产生四波混频信号，从而达到提高信噪比，延长传输距离的作用。

如图3和5所示，具体的，本实施例光模块的发射组件，光信号通道上在透镜3-2和波分复用器3-3之间设置隔离器3-6，光隔离器的使用减少反射光对激光器3-1的输出功率稳定性产生的不良影响。

如图3和6所示，具体的，本实施例光模块的发射组件，光信号通道上在波分复用器3-3的传输口处设置的光路调节器3-4，光路调节器3-4为光路位移器，光路位移器为市售件，直接购买获得，本领域技术人员已知。波分复用器3-3合成的一路复合光经过光路调节器3-4调整光路位置，保证复合光完整从插座3-7传输出去。

如图3所示，具体的，本实施例光模块的发射组件，光信号通道上在激光器3-1的正下方设置温控器3-5，温控器3-5为TEC温控器，TEC温控器为市售件，直接购买获得，本领域技术人员已知。在激光器3-1上加装温控器3-5，构成了电吸收调制激光器，这是本领域技术人员已知技术。

如图3所示，具体的，本实施例的光模块，光模块内的使用的数字信号处理器2，具有四个输出通道，四个输出通道的数字信号处理器2为市售件，因数字信号处理器2的使用，其发热量可能超过1.5瓦，对散热提出了很大挑战。 因此本方案采用了与数字信号处理器2集成块粘成一体的铜散热片8。

如图7和8所示，具体的，本实施例的光模块的接收组件采用56G PAM4 APD，具体为一个波分解复用器、四路雪崩二极管光电探测器和一个跨阻放大器，波分解复用器接收外部传输的光信号，分解为四路光信号，四路光信号分别进入四路雪崩二极管光电探测器转换成四路电信号，再同时进入跨阻放大器进行放大，放大后的四路电信号通过柔性连接板6进入数字信号处理器2，数字信号处理器2输出多路高速电信号。

如图8所示，本实施例的光模块的接收组件的四路光信号通道中，四个通道波长，依次为F、F+df、F+3df和F+7df，这样相邻波长的四波混频信号无法互相影响，而是泄露到空出的通道和外侧的通道；无法产生四波混频信号，从而达到提高信噪比，延长传输距离的作用。

如图3所示，本实施例光模块，还包括解锁拉环7，解锁拉环7连接光纤插芯适配器5。解锁拉环7的设置是，在模块工作时是卡在笼子中的，解锁拉环就是把模块接卡并拉出来。本实施例光模块内，发射模块和接收模块都采用一个光模块来实现，用解锁拉柄的颜色来去区分。

进一步，在构建光通信系统，解锁拉环7可以设置为各个不同的颜色，用于区别各个光模块。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波长非等距的波分复用光模块，包括光模块，其特征在于，所述光模块包括至少四路光信号通道，所有光信号通道中任意相邻两条光信号通道的波长间距均不相等；各光信号通道的波长为F+(2^n-1-1)df，其中，n为光信号通道的序号，n为正整数；F为光信号通道第一通道的波长，df为任意两条光信号通道之间的通道波长间距的最小值；每个通道波长的误差均小于等于±0.8纳米。

2.根据权利要求1所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，光模块中，n=4，四路光信号通道的波长分别为F、F+df、F+3df和F+7df。

3.根据权利要求1所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，所述F的波长取值为1260-1360纳米。

4.根据权利要求3所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，四路光信号通道的波长分别为1297.8±0.5纳米、1300.05±0.5纳米、1304.58±0.5纳米和1313.73±0.5纳米。

5.根据权利要求1所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，光信号通道包括激光器（3-1）、透镜（3-2）和波分复用器（3-3），电信号通过柔性连接板传递给激光器（3-1），激光器（3-1）发射的光信号进入波分复用器（3-3）。

6.根据权利要求5所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，光信号通道还包括隔离器（3-6），隔离器（3-6）在透镜（3-2）和波分复用器（3-3）之间。

7.根据权利要求6所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，光信号通道还包括光路调节器（3-4），光路调节器（3-4）在波分复用器（3-3）的传输路上。

8.根据权利要求7所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，光信号通道还包括温控器（3-5），温控器（3-5）设置在激光器（3-1）的正下方。

9.根据权利要求8所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，光模块采用QSFP封装。

10.根据权利要求8所述的波长非等距的波分复用光模块，其特征在于，光模块内接收组件采用半导体光放大器。

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