CN116073905A

CN116073905A - 高传输速率的光通信系统

Info

Publication number: CN116073905A
Application number: CN202211585698.9A
Authority: CN
Inventors: 程进; 叶学亮; 孙涛; 于让尘; 潘栋; 吕维亮; 包抗生; 陈涛; 韩也
Original assignee: Xifeng Photoelectric Technology Nanjing Co ltd
Current assignee: Xifeng Photoelectric Technology Nanjing Co ltd
Priority date: 2022-12-09
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2023-05-05

Abstract

光信号偏振方向一致，且与首尾两路的光信号的偏振方向相差80°‑100°。优点，本发明的高传输速率的光通信系统，使得中间两路的偏振方向一致，其他相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向近似正交，从而降低信号串扰，从而可进一步缩小相邻光信号的波长间隔，提高密集波分复用的超长距离光模块的光信号传输速度。

Description

高传输速率的光通信系统

技术领域

本发明涉及一种高传输速率的光通信系统。

背景技术

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。但受到光学电学等多种因素影响，传输距离往往是有上限的。于是如何能在通信系统中传的更快更远就成为亟待解决的问题。

现有技术中，提出了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，提高光模块的传输速率。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模块，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

本发明提出一种高传输速率的光通信系统，解决LWDM4光模块和PAM4模块内波长相邻的激光出现四波混频从而降低光模块的信噪比，而影响传输速率的技术问题。

为解决上述技术问题，采取的具体技术方案如下：

一种高传输速率的光通信系统，包括光通信系统，所述光通信系统内包含并联的四路光信号发射电路，所述四路光发射电路内的中间两路光信号发射电路的光信号偏振方向一致，且与首尾两路的光信号的偏振方向相差80°-100°。

对本发明技术方案的进一步优选，中间两路光信号发射电路的光信号偏振方向与首尾两路的光信号的偏振方向相差90°。

对本发明技术方案的进一步优选，首尾两路的光信号偏振方向一致。

对本发明技术方案的进一步优选，所述中间两路光信号发射电路上设置偏振旋转器。

对本发明技术方案的进一步优选，所述中间两路光信号发射电路中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隔离器之后再偏振旋转器进行偏振方向的调整，最后进入波分复用器与首尾两路光信号发射电路传出的光信号一起合成一路复合光传输出去。

对本发明技术方案的进一步优选，所述四路光信号发射电路上均设置调制器，调制器布置在光源的前端，位于光源的发射光路上。外置调制器的高频特性更好，带宽更宽，线性度好，适合PAM4信号的调制，可以大大提高传输速率。而直接调制激光器由于啁啾效应，高频特性较差。另外硅是直接带隙半导体，很难直接发光，只能外置光源。

对本发明技术方案的进一步优选，所述四路光信号发射电路上的偏振旋转器、调制器、隔离器和波分复用器均布置在硅光芯片上，四路光信号发射电路上的激光器和透镜布置在硅光芯片的外部。由于硅材料自身的特点，硅光芯片本身很难发光，因此需要将激光器和透镜布置在硅光芯片的外部。除此之外集成了其他所有器件，可以提高了硅光芯片的集成度。众所周知，芯片上集成的器件成本最低，也不需要贴装耦合工艺，这样工艺也简单，总的成本就降低了。

对本发明技术方案的进一步优选，调制器为微环调制器、电吸收调制器和马赫曾德尔调制器中的任一种。

对本发明技术方案的进一步优选，偏振旋转片粘贴在隔离器上，这样的结构简单，增加器件所多占的空间非常小，同时也有利于简化工艺降低成本。

本发明技术方案中提及的激光器、隔离器、偏振旋转器和调制器均为本领域的已知产品，本领域技术人员已知，且均为市售件。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

本发明的高传输速率的光通信系统，使得中间两路的偏振方向一致，其他相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向近似正交，从而降低信号串扰，从而可进一步缩小相邻光信号的波长间隔，提高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

图1是实施例1中发射组件的原理框图。

图2是实施例1中四路光信号发射电路的光信号偏振方向的示意图。

图3是四波混频影响因子的表格示意图。

图4是对应图3的各个通道的偏振方向的示意图。

图5是实施例1中偏振旋转器、马赫曾德尔调制器、隔离器和波分复用器均集成在一片硅光芯片上的结构示意图。

图6是实施例1中波分复用的超长距离光模块内的发射组件的封装结构示意图。

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6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。

实施例1

一种高传输速率的光通信系统，光通信系统内包含并联的四路光信号发射电路，所述四路光发射电路内的中间两路光信号发射电路的光信号偏振方向一致，且与首尾两路的光信号的偏振方向相差80°-100°。

由于，FWM四波混频效应的强度取决于信号功率、光纤非线性系数、色散、色散斜率、偏振模色散（PMD）和信号通道的波长分布。抗四波混频技术原理可参见参考文献C. J.McKinstrie, H. Kogelnik, R. M. Jopson, S. Radic and A. V. Kanaev, “Four-wavemixing in fibers with random birefringence,” Opt. Express 12, 2033–2055(2004)。典型的传输光纤，可采用随机双折射模型（RBM）来近似模拟，其中光纤偏振轴和双折射强度随距离随机变化。在随机双折射模型下，第4个波长上的非简并四波混频强度取决于3个波长的偏振排列。

各个通道的偏振方向和四波混频影响因子如图3和4所示：

情况一：所有通道的偏振方向一致，都互相平行（即偏振角度为0,0,0,0），则影响因子为1。

情况二：第一通道的偏振方向与第二通道平行且与第三第四通道垂直（即偏振角度为0,0,90,90）。影响因子为1/4。

情况三：第一通道的偏振方向与第三通道平行且与第二第四通道垂直（即偏振角度为0,90,0,90）。影响因子为1/4。

情况四：第一通道的偏振方向与第二第三通道垂直，与第四通道平行（即偏振角度为0,90,90,0）。影响因子为0，即四波混频的影响最小。

因此，信号通道的偏振方向采用第四种，四波混频的影响最小。信号质量最好。众所周知，PAM4 信号传输速率比NRZ信号高出近一倍，因为每个周期可传输2个比特。但是因此也对信号的质量更为敏感。

不失一般性，假设四通道的首通道偏振方向为0度，则其他三通道应选择接近于90度，90度，0度的偏振方向。即采用第一通道的偏振方向与第二第三通道垂直，与第四通道平行的偏振排列方向。几乎消除了四波混频的影响，信号质量最好。用在100G\400G PAM4信号非常适合，减少了码间串扰，大大延长了传输距离。

在实际应用过程中，较佳的实施例为，在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1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。偏振旋转器可以贴设在隔离器上，也可以贴设在波分复用器上的滤波片上。

因此，本实施例中优选，首尾两路的光信号偏振方向一致，且，中间两路光信号发射电路的光信号偏振方向与首尾两路的光信号的偏振方向相差90°。如图2所示。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。

如图5所示，四路光信号发射电路上均设置马赫曾德尔调制器10，马赫曾德尔调制器10布置在光源的前端，位于光源的发射光路上。四路光信号发射电路上的偏振旋转器、马赫曾德尔调制器、隔离器和波分复用器均布置在硅光芯片9上，四路光信号发射电路上的激光器和透镜布置在硅光芯片9的外部。将偏振旋转器、马赫曾德尔调制器、隔离器和波分复用器均集成在一片硅光芯片，不是分立器件，集成度更高，成本更低一点。

本实施例提出一种波分复用的超长距离光模块，包括PCB主板、数字信号处理器、发射组件、接收组件和光纤插芯适配器，数字信号处理器与PCB主板通信，发射组件和接收组件都通过柔性连接板与PCB主板通信，PCB主板、数字信号处理器、发射组件和接收组件封装在外壳内；光纤插芯适配器设置在外壳一端，且与发射组件和接收组件上的插座相通。

如图6所示，本实施例的发射组件包括并联的四路光信号发射电路，其中，中间两路光信号发射电路包括激光器1、透镜2、隔离器3和偏振旋转4片，中间两路光信号发射电路中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隔离器之后再偏振旋转器进行偏振方向的调整，最后进入波分复用器5与首尾两路光信号发射电路传出的光信号一起合成一路复合光传输出去。

如图6所示，首尾两路光信号发射电路包括激光器1、透镜2和隔离器3，首尾两路光信号发射电路中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隔离器之后，直接进入波分复用器5与中间两路光信号发射电路传出的光信号一起合成一路复合光传输出去。

如图6所示，偏振旋转片粘贴在隔离器上。在激光器和透镜的下方设置热电制冷器6。发射组件还包括光路调节器7，光路调节器7布置在波分复用器5和光纤插座8之间，光路调节器光位移传感器，光位移传感器用于调整光路位置，保证光可以完整从发射口中传出。

本实施例的高传输速率的光通信系统，使得中间两路的偏振方向一致，其他相邻两路光信号发射电路的光信号的偏振方向近似正交，从而降低信号串扰，从而可进一步缩小相邻光信号的波长间隔，提高密集波分复用的超长距离光模块的光信号传输速度。

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

1.一种高传输速率的光通信系统，包括光通信系统，其特征在于，所述光通信系统内包含并联的四路光信号发射电路，所述四路光发射电路内的中间两路光信号发射电路的光信号偏振方向一致，且与首尾两路的光信号的偏振方向相差80°-100°。

2.根据权利要求1所述的高传输速率的光通信系统，其特征在于，中间两路光信号发射电路的光信号偏振方向与首尾两路的光信号的偏振方向相差90°。

3.根据权利要求2所述的高传输速率的光通信系统，其特征在于，首尾两路的光信号偏振方向一致。

4.根据权利要求1所述的高传输速率的光通信系统，其特征在于，所述中间两路光信号发射电路上设置偏振旋转器。

5.根据权利要求4所述的高传输速率的光通信系统，其特征在于，所述中间两路光信号发射电路中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隔离器之后再偏振旋转器进行偏振方向的调整，最后进入波分复用器与首尾两路光信号发射电路传出的光信号一起合成一路复合光传输出去。

6.根据权利要求4所述的高传输速率的光通信系统，其特征在于，所述四路光信号发射电路上均设置调制器，调制器布置在光源的前端，位于光源的发射光路上。

7.根据权利要求6所述的高传输速率的光通信系统，其特征在于，所述四路光信号发射电路上的偏振旋转器、调制器、隔离器和波分复用器均布置在硅光芯片上，四路光信号发射电路上的激光器和透镜布置在硅光芯片的外部。

8.根据权利要求7所述的高传输速率的光通信系统，其特征在于，调制器为微环调制器、电吸收调制器和马赫曾德尔调制器中的任一种。

9.根据权利要求7所述的高传输速率的光通信系统，其特征在于，偏振旋转片粘贴在隔离器上。