CN117590522A - 利用配合到非cwdm插芯的cwdm插芯进行光通信的系统及方法 - Google Patents

利用配合到非cwdm插芯的cwdm插芯进行光通信的系统及方法 Download PDF

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Abstract

两个光纤插芯的组件允许进行CWDM光纤插芯与非CWDM光纤插芯的配合。CWDM光纤插芯具有载送至少两种不同波长的光束的光纤，非CWDM插芯具有载送仅一个波长的光纤。CWDM光纤插芯和非CWDM光纤插芯具有沿着平行轴线插入的光纤。非CWDM光纤插芯具有匹配CWDM插芯的透镜节距。

Description

利用配合到非CWDM插芯的CWDM插芯进行光通信的系统及方法
本申请是申请日为2020年8月27日且发明名称为“利用配合到非CWDM插芯的CWDM插芯进行光通信的系统及方法”的中国发明专利申请号202080060364.2的分案申请。
相关案件的引用
本申请要求根据35 U.S.C.§119(e)的对在2019年8月27日提交的美国临时申请号62/892,416和62/892,413两者的优先权，所述美国临时申请的全部内容由此以引用的方式并入。
发明背景
随着世界变得越来越依赖于线上活动、移动电话和虚拟的会议及学校，所发射和接收的数据量日益增加。然而，由于载送此类数据的光纤以及使用这些光纤需要形成的连接越来越多，当前正在使用的基础设施正变得越来越拥挤。在一个实例中，超大规模数据中心存在将数据速度从10-40Gbps移动到100Gbps(及更高)的需求。在每单位面积更多光纤和光纤连接器的条件下，各种标准比如QSFP和OSFP正被提出或已被实现来支持这种更高速度需求。此外，还正在开发与最佳编码格式(NRZ、PAM4等)结合的波分复用(WDM)技术来产生甚至更高速度的数据传送。美国专利号9,692,516(“‘516专利”)中描述了用于处理四根光纤的不同波长的光束的示例插芯。
对于超大规模数据中心，“叶脊(leaf-spine)”型架构已存在且是本领域中已知的。在这种架构中，处理高数据速度(太比特/秒)的服务器形成数据中心的“脊”。从这些脊服务器分支出的另外的服务器形成“叶脊”架构的各个“叶”。叶服务器处理较低的数据速度。通常由MPO式多纤连接器服务从一个脊服务器到一组较低速度的叶服务器的高速数据链路。这些MPO式多纤连接器然后连接到布设在“架顶”交换机(“ToR”交换机)与叶服务器之间的聚合交换机(aggregate switch)。聚合交换机通常经由具有分支光纤缆线(breakoutfiber optic cable)的双工LC连接器连接到ToR交换机。ToR交换机进一步连接到各个机架的服务器并为它们提供服务。ToR交换机经由铜缆连接到各个服务器，这在支持的速度、成本和占用空间方面存在瓶颈。
数据中心技术有一个明显的趋势，即在不久的将来将速度提高到100Gbps和提高到400Gbps及更高。数据中心的当前设置设计用于10-40Gbps带宽，并且为处理更高数据速度，设备需要在光纤连接器类型及这些光纤连接器互连的方式上有所改变。这需要在同一给定空间内部署更高密度的光纤连接器及光纤插芯，所述光纤插芯可处理粗波分复用(CWDM)光束并能够与处理更高光纤计数的其它类型的带透镜光纤插芯配合。CWDM波束需要分成用于各个接收器通道的单独的光束，和在用于通过光源发射的另一个方向上组合成复合CWDM。本领域中(例如，‘516专利中)已知的CWDM插芯仅配合到电路板上的收发器上方的插座并且没有用在光链路的其它地方。此外，在本领域的当前状况中，对于CWDM插芯与其它类型的非CWDM插芯的能够相互配合性(intermateability)，没有已知的技术。CWDM插芯的输出与非CWDM插芯的输出之间的节距不匹配(pitch mismatch)是这种插芯配合要解决的挑战之一。
因此，提出一种两个光纤插芯的组件，以允许CWDM光纤插芯与非CWDM光纤插芯的配合。非CWDM光纤插芯具有载送不同波长的不同光束的光纤。这种配置构造允许两个不同侧的配合并允许更快及更高的数据吞吐量。
发明内容
本发明涉及一种两个光纤插芯的组件，所述组件包括第一光纤插芯和第二光纤插芯，第一光纤插芯具有至少一根用于载送至少两种不同波长的光束的光纤，并且第二光纤插芯具有用于载送所述光束中的一种的第一光纤和用于载送第二种光束的第二光纤，第二光纤插芯具有用于与第一光纤插芯的至少一部分接合的前面并具有多个外透镜，所述多个外透镜设置在所述前面之后。
在一些实施例中，第二插芯为非CWDM插芯并包括附接于其的滤波块。
在一些实施例中，第一光纤插芯在前向表面上具有多个反射器。
在其它实施例中，第一光纤插芯的凹入部分内设置有多个透射型透镜(transmissive lens)。
在一些实施例中，第二光纤插芯具有在前端处的凹入部分和用于接合滤波块的两个前向表面，所述多个外透镜设置在所述凹入部分内。
在仍另一方面中，设有一种两个光纤插芯的组件，所述组件包括：第一光纤插芯，所述第一光纤插芯具有至少一根用于载送至少两种不同波长的光束的光纤；第二光纤插芯，所述第二光纤插芯具有用于载送所述光束中的一种的第一光纤和用于载送第二种光束的第二光纤，第二光纤插芯具有用于接合第一光纤插芯的至少一部分的前面并具有多个外透镜，所述多个外透镜设置在所述前面之后；以及接口板，所述接口板设置在第一光纤插芯和第二光纤插芯之间并接合到第一光纤插芯和第二光纤插芯中的每个。
将理解的是，本发明的当前实施例的上述一般描述和以下详细描述都旨在提供供理解所要求保护的发明的本质和特征用的概述或框架。为提供对本发明的进一步理解，附图被包括，并且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示出本发明的不同实施例，并与描述一起服务于阐明本发明的原理和操作。
附图说明
图1是根据本发明的两个光纤插芯的组件的一个实施例的截面的侧视立面图；
图2是图1中的两个光纤插芯的组件的截面的一部分的放大图；
图3是图1中的组件的第一光纤插芯的从左前侧看的立体图；
图4是从右前侧看的第二光纤插芯的一部分的立体图，其中滤波块被移除；
图5是图1的明晰的第二光纤插芯的从右侧看的立体图；
图6是图1中的第二光纤插芯的截面的从右侧看的立体图；
图7是根据本发明的配合有接口板的两个光纤插芯的组件的第二实施例的截面
图8是图7的光纤插芯和接口板的组件的分解图；
图9是图8中的两个光纤插芯的组件的一部分的放大截面图；
图10是图7中的接口板的一侧的放大立体图；
图11是图7中的接口板的另一侧的放大立体图；
图12是图7中的两个光纤插芯的组件的截面的放大图；
图13是图7中的第二光纤插芯的前面的放大立体图；以及
图14是两个光纤插芯和接口板的对准特征的放大立体图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前优选实施例，这些实施例的示例在附图中图示出。只要可能，相同的附图标号将贯穿附图用于指代相同或相似的部件/部分。
申请人注解，术语“前”或“向前”表示的是光纤连接器将与另一光纤连接器或装置相遇的方向，而术语“后”或“向后”用于表示光纤从之进入到光纤插芯或光纤连接器中的方向。每个光纤插芯因此将具有前部和后部，并且所述光纤插芯的两个前部或向前部分将彼此接合。因此，在图1中，图左侧的光纤插芯的“前部”是该光纤连接器的在图1右侧的那部分并且“向前”是向右。“向后”或“后部”是该光纤连接器的处在页面左侧的那部分，并且“向后”和“朝后”是朝向左边。图1右侧的光纤插芯的前部面向左侧光纤插芯的前部，并且向后或朝后是向右——如图1中图示的。
图1-6中图示出两个光纤插芯的组件100，所述两个光纤插芯即第一光纤插芯102和第二光纤插芯104。在图1和图2中，光纤插芯处于配合状况中。第一光纤插芯102是CWDM光纤插芯并且包括至少一根这样的光纤(未示出)，即有至少两种不同波长的光束在其中传播的光纤。这种不同波长的光束可在经由光纤进入到第一光纤插芯102中之前由光源(例如，激光器)生成。光纤插芯中可设有更多或更少的光纤。优选地，第一光纤插芯102中设有仅一排光纤。在一个示例中，CWDM插芯包括成单排的十六(16)根光纤，每根光纤处理给定光谱带中的四种不同的波长(λ1-λ4)。例如，可能的情况包括λ1＝990nm、λ2＝1015nm、λ3＝1040nm以及λ4＝1065nm，即任何两个波长之间的差(Δλ)大体为25nm。基本上，这种CWDM插芯用于板载光学器件，其中呈λ1-λ4的输出光束由板载收发器的光电探测器接收。在另一方向(用于发射)上，这四个光束基本通过板载光源(例如，VCSEL)发射，并可作为多路复用光束或复合波束进入CWDM插芯上的光纤带的各个光纤纤维。用于CWDM插芯的呈λ1-λ4波长的各输出波束呈0.250mm的节距。也就是说，在CWDM插芯的输出处每种波长彼此在空间上隔开0.250mm。参见图1-3。
第一光纤插芯102(CWDM)在前端106与后端108之间延伸，并且第一光纤插芯在前端处具有凹入部分110。前端106还具有前面112，前面112包围凹入部分110，但前面112不必完全包围凹入部分110。在该凹入部分110内设有倾斜的端面114。倾斜的端面114具有多个(行)排116，第一排116a是由多个透射型透镜组成的排并且其它排是反射器排116b-116d，如以下说明的。也参见图3。如以上提到的，优选设有一排光纤，排中有16根纤维，然而第一光纤插芯102(CWDM)内也可设有更多或更少的排(对应于光纤带)和/或列(对应于每个光纤带中的光纤数量)。通过光纤传输的光束通过由透射型透镜组成的第一排116a传递。光束被进一步处理，如以下参考第二光纤插芯104论述的。
第二光纤插芯104为非CWDM光纤插芯，因为光纤载送仅一个波长的光束，而不是在第一光纤插芯102(CWDM)中的光纤中所载送的多个波长。第二光纤插芯104(非CWDM光纤插芯)可基于由申请人提供的MT插芯。第二光纤插芯104同样在前端120和后端122之间延伸，并且第二光纤插芯在前端处具有凹入部分124。前端120同样具有前面126，前面126包围凹入部分124，但前面126不必完全包围凹入部分124。优选地，前面126与第一光纤插芯102的前面112形成接触，如在图1和图2中图示的。在该凹入部分124内设有两个倾斜的表面128，这两个倾斜的表面为滤波块130提供支撑部和止挡部。参见图4。滤波块130优选适配于凹入部分124内，但一部分可延伸超出前面126并延伸到配合期间的第一光纤插芯104(CWDM)的凹入部分110中。第二光纤插芯104同样在前向表面134上包括多排集成透镜132，以帮助进行来往于第二光纤插芯104内的光纤的光束传输。在图3中的示例中，设有四排集成透镜132，它对应于第一光纤插芯102(CWDM)中的光纤载送的光束波长数目。
滤波块130是波长针对性滤波器，该波长针对性滤波器包括四个滤波器140(a-d)——对于每种波长各一个。被一个滤波器拒收的波长被反射回到第一光纤插芯102(CWDM)中并遇到接下来在排116b-116d之一中的内反射器，如此接连地进行直到最后一个波长的光束通过滤波块130。根据可逆性原理，波长在发射和接收期间遵循相同的路径。凹入部分110、124可比图中所示的更深或更浅。然而，当它们配合到彼此时，过滤块130不应接合第一光纤插芯102。
第一光纤插芯102(CWDM)在后端108中具有开口150，以沿着纵向轴线A在其中接收光纤。第二光纤插芯104也通过后端122中的开口152沿着纵向轴线B接收光纤，纵向轴线B平行于纵向轴线A。
第二光纤插芯104具有光纤支撑结构134，所述光纤支撑结构用于接收插入到后端122中的开口152中的光纤。光纤支撑结构134可包括微孔、V形沟道、U形沟道，或者光纤支撑结构也可具有不同的配置构造。第二光纤插芯104可还具有环氧树脂窗口154，所述环氧树脂窗口通过顶侧156开口。多个外透镜132中的每个与光纤支撑结构134中的相应一个光学对准。
此外，第二光纤插芯104中的各排光纤之间的节距为0.250mm，该节距与来自第一光纤插芯102的呈λ1-λ4波长的各单独的输出波束的节距匹配。第二光纤插芯104中的各列光纤的节距是0.250mm，这是对于非CWDM光纤插芯的标准节距。此外，光纤插芯102、104中的每个是阴阳两性的(hermaphroditic)，因为每个都具有一个突起和一个用于接收突起的开口。
根据本发明的两个光纤插芯的组件的第二实施例在图7-14中图示出。在组件200的该实施例中，设有第一光纤插芯202(CWDM)和第二光纤插芯204(非CWDM)和处在两个光纤插芯之间的接口板218。第一光纤插芯202(CWDM)在前端206与后端208之间延伸，并且第一光纤插芯在前端处具有凹入部分210。前端206同样具有前面212，前面212包围凹入部分210，但前面212不必完全包围凹入部分210。在该凹入部分210内设有前向表面214。前向表面214具有由透射型透镜组成的排216，复合光束通过所述透射型透镜传递。也参见图9。如以上提及的，优选设有一排光纤，排中有16根纤维，然而第一光纤插芯202(CWDM)内也可设有更多或更少的排(对应于光纤带)和/或列(对应于每个光纤带中的光纤数量)。通过光纤传输的光束通过排216中的透射型透镜传递。参见图8。光束被进一步处理，如以下参考第二光纤插芯204和接口板218论述的。应注意的是，在第一光纤插芯202(CWDM)和第二光纤插芯204两者中各光纤之间的节距都呈标准的0.250mm。
第二光纤插芯204为非CWDM光纤插芯，因为光纤载送仅一个波长的光束，而不是在第一光纤插芯202(CWDM)中的光纤中所载送的多个波长。第二光纤插芯204同样在前端220和后端222之间延伸，并且第二光纤插芯在前端处具有凹入部分224。前端220同样具有前面226，前面226包围凹入部分224，但前面226不必完全包围凹入部分224。前面212、226与接口板218形成接触，如图7、图9和图12中图示及以下论述的。前向表面234上的多排集成透镜232处在该凹入部分224内，用于帮助来往于第二光纤插芯204内的光纤的传输。前向表面234与进出第二光纤插芯204传递的光束垂直。在图8和图9中图示的示例中，设有四排集成透镜232，它们对应于第一光纤插芯202(CWDM)中的光纤载送的光束波长数目。
光纤插芯202、204中的每个都具有对准特征，对准特征允许当光纤插芯配合到彼此(通过接口板218或彼此直接配合)时插芯对准。光纤插芯202、204中的每个都是阴阳两性的，因为每个都具有一个突起和一个用于接收突起的开口。参考图8，第一光纤插芯202在一侧上具有突起236且在另一侧上具有开口238。第二光纤插芯204也是如此，因为它也在一侧上也具有突起236’且在另一侧上具有开口238’。
在该实施例中，光束的各个波长的分离由接口板218实施。接口板218具有滤波块240和反射器，所述滤波块240和反射器在第一实施例中为与第一光纤插芯和第二光纤插芯一体的。
接口板218具有第一侧240和第二侧242，第二侧242面向与第一侧240相反的方向。第一侧240待面向并接合第一光纤插芯202，而第二侧242待面向并接合第二光纤插芯204。第一侧240具有平坦的前表面244，该平坦的前表面接合第一光纤插芯202的前面212的至少一部分。第一侧240也具有凹入部分246，该凹入部分具有倾斜的内侧表面248。该倾斜的内侧表面相对于平坦的前表面244成角度α。参见图10。内侧表面248优选由光学透明材料制成且同样具有多个排列的集成反射器240。因此，倾斜的内侧表面248允许光束在没有遇到反射器的情况下传递通过它。第一侧240还具有对准结构252、254，所述对准结构允许第一光纤插芯202与集成反射器240和倾斜的内侧表面248对准。尤其，结构242是待要与第一光纤插芯202中的开口对准的突起，并且结构244是用于接收来自第一光纤插芯202的突起的开口。
接口板218具有第二侧242，该第二侧保持滤波块130并面向第二光纤插芯204。第二侧242具有凹入部分260和用于接合滤波块230的装配凸部262。第二侧242还具有平坦的前表面264和对准结构266、268，所述前表面用于接合第二光纤插芯204的前面226，并且所述对准结构是突起和开口。凹入部分与平坦的前面264形成角度β。参见图12和图13。角度α和β选择成使得从滤波块230输出到第二光纤插芯204的集成透镜232的各个光束基本上与第二光纤插芯的前面226垂直地进入集成透镜232。在一个方面中，α等于β，但它们也可以是不同的。
图14图示出组件200的三个部件如何彼此对准。在组件的一侧上，第一光纤插芯202的突起236接合接口板218的开口254并且接口板218的突起266接合第二光纤插芯204的开口238’。
对本领域技术人员来说显见的是，可对本发明作出各种修改和变化而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明意图涵盖对本发明的这些修改和变化，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (14)

1.一种两个光纤插芯的组件，包括：
第一CWDM光纤插芯，所述第一CWDM光纤插芯具有这样的至少一根光纤，即所述光纤用于载送具有不同波长的至少两种光束，其中，所述至少两种光束在所述至少一根光纤的同一根内进行波分复用；和
第二非CWDM光纤插芯，所述第二非CWDM光纤插芯具有用于载送所述光束中的以第一波长解复用的一种光束的第一光纤和用于载送以不同于第一波长的第二波长解复用的第二种光束的第二光纤，其中，第一CWDM光纤插芯和第二非CWDM光纤插芯各自为阴阳两性的，具有用于配合的突起与开口，并且其中，第二非CWDM插芯具有在第二非CWDM插芯的凹部内的多个外透镜。
2.根据权利要求1所述的组件，还包括附接于第二非CWDM光纤插芯的滤波块。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一CWDM光纤插芯在前向表面上具有多个反射器。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述多个外透镜成排设置，所述多个外透镜的各排以0.250mm的节距隔开。
5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述多个外透镜中的每个与第二非CWDM光纤插芯内的一光纤支撑结构相关联。
6.根据权利要求3所述的组件，其中，所述第一CWDM光纤插芯在前端处具有凹入部分，所述多个反射器被设置在该凹入部分内。
7.根据权利要求3所述的组件，还包括设置在第一CWDM光纤插芯的凹入部分内的多个透射型透镜。
8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二非CWDM光纤插芯具有用于接合滤波块的两个前向表面。
9.根据权利要求1所述的组件，其中，在第二非CWDM光纤插芯中，所述光纤和外透镜成排成列布置，每列中的各光纤传输不同波长的光束。
10.根据权利要求8所述的组件，其中，所述凹入部分能够接收滤波块的至少一部分而不触碰所述多个外透镜中的任何。
11.根据权利要求8所述的组件，其中，光纤沿着第一纵向轴线进入第一CWDM光纤插芯，并且光纤沿着第二纵向轴线进入第二非CWDM光纤插芯，所述第一纵向轴线和第二纵向轴线平行。
12.一种两个光纤插芯的组件，包括：
第一CWDM光纤插芯，所述第一CWDM光纤插芯具有这样的至少一根光纤，即所述光纤用于载送具有不同波长的至少两种光束，其中，所述至少两种光束在所述至少一根光纤的同一根内进行波分复用；
第二非CWDM光纤插芯，所述第二非CWDM光纤插芯具有用于载送所述光束中的以第一波长解复用的一种光束的第一光纤和用于载送以不同于第一波长的第二波长解复用的第二种光束的第二光纤，其中，第二非CWDM光纤插芯具有在第二非CWDM的凹部内的多个外透镜；以及
接口板，所述接口板设置在第一CWDM光纤插芯和第二非CWDM光纤插芯之间并接合到第一CWDM光纤插芯和第二非CWDM光纤插芯中的每个。
13.根据权利要求12所述的组件，其中，第一CWDM插芯和第二CWDM插芯各自为阴阳两性的，具有用于配合的突起与开口。
14.根据权利要求12所述的组件，其中，所述接口板为阴阳两性的，在接口板的每侧上都具有突起与凹部。
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