CN117761848A - 一种光发射器件和交换机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光发射器件和交换机，光发射器件集成在热沉上；光发射器件包括：目标激光器、准直透镜、隔离器、汇聚透镜和光子集成芯片，目标激光器为激光功率大于等于50毫瓦的激光器，光子集成芯片包括通过硅波导依次连接的第一分光器和马赫曾德尔调制器；其中，在目标激光器的光路上依次设置有准直透镜、隔离器和汇聚透镜，并且汇聚透镜将通过隔离器的激光汇聚到第一分光器，从而相比于现有的光发射器件来说，目标激光器的光源一直工作在比较大的功率下并且其温度波动比较小，所以不需要额外的补偿来使得光功率稳定。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光发射器件和交换机。
背景技术
目前，现有的光发射器件可集成有半导体光放大器(Semiconductor OpticalAmplifier，SOA)和电吸收调制激光器(Electro-absorption Modulated Laser，EML)等，具体可参见图1。
但是，由于SOA的缺点是噪声系数高，故其需要复杂的电路来稳定其增益。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种光发射器件和交换机，其解决了现有技术中存在着的需要复杂的电路来稳定其增益的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种光发射器件，光发射器件集成在热沉上；光发射器件包括：目标激光器、准直透镜、隔离器、汇聚透镜和光子集成芯片，目标激光器为激光功率大于等于50毫瓦的激光器，光子集成芯片包括通过硅波导依次连接的第一分光器和马赫曾德尔调制器；
其中，在目标激光器的光路上依次设置有准直透镜、隔离器和汇聚透镜，并且汇聚透镜将通过隔离器的激光汇聚到第一分光器。
在一个可能的实施例中，光子集成芯片进一步包括MPD_in接口、第二分光器、MPD_out接口和波分复用器，第一分光器还通过硅波导与MPD_in接口连接，马赫曾德尔调制器还通过硅波导与第二分光器连接，第二分光器还通过硅波导分别与MPD_out接口和波分复用器的第一分波接口连接。
在一个可能的实施例中，光子集成芯片进一步包括光纤阵列V型槽和光电探测器，光纤阵列V型槽与波分复用器的合波接口连接，光电探测器与波分复用器的第二分波接口连接；其中，光纤阵列V型槽是通过对光子集成芯片的Tx_out接口和Rx_in接口进行封装后得到的。
在一个可能的实施例中，光发射器件进一步包括带有尾纤的光接口组件，并且尾纤水平放置到光纤阵列V型槽中。
在一个可能的实施例中，光接口组件为LC插座或SC插座。
第二方面，本发明实施例提供一种交换机，该交换机包括第一方面任一所述的光发射器件。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本申请实施例提供了一种光发射器件，通过在目标激光器的光路上依次设置有准直透镜、隔离器和汇聚透镜，并且汇聚透镜将通过隔离器的激光汇聚到第一分光器，且第一分光器还与马赫曾德尔调制器连接，以及目标激光器为激光功率大于等于50毫瓦的激光器，相比于现有的光发射器件来说，目标激光器的光源一直工作在比较大的功率下并且其温度波动比较小，所以不需要额外的补偿来使得光功率稳定。
为使本申请实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1示出了现有技术中的光发射器件的结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一种光发射器件的结构示意图；
图3A示出了本申请实施例提供的一种V Groove的侧面示意图；
图3B示出了本申请实施例提供的一种V Groove的正面示意图；
图4A示出了本申请实施例提供的一种PIC键合到Driver/TIA的结构示意图；
图4B示出了本申请实施例提供的一种PIC键合到PCB的结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的一种交换机的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
随着宽带普及和提速深入，千兆宽带时代已经到来，同时以8K视频、Cloud VR、全息交互等为代表的新兴业务不断涌现，对网络宽带提出了更高要求。PON网络演进大约每8-10年一代，当前基于10G PON光纤接入技术的千兆宽带已经成为主流。相较于10G PON，50GPON将带来5倍带宽提升，具备低时延、低抖动、高可靠等特性，通过带宽换时延、带宽换算力，可以提供极致的业务体验，催生出更多的新应用新业务，更好的满足万兆时代家庭数字生活、行业数字转型和城市数字基础设施等领域的典型应用需求。
以及，2018年，国际电信联盟电信标准化部门ITU-T启动50G PON标准的制定，其兼容现有10G PON网络的融合发展路线得到业界普遍认可，并于2021年9月正式发布50G PON标准，将其定义为10G PON之后的下一代PON。2022年9月，ITU-T批准了标准的第一个修订版本，支持下行50Gbps和上行12.5Gbps、25Gbps或50Gbps。中国通信标准化协会CCSA也紧跟国际标准，开启了中国50G PON标准的制定。
以及，如图1所示，现有的50G PON OLT光发射器件可集成有SOA和EML等，且该SOA设置在两个光器件(即lens1和lens2)之间。以及，虽然SOA放大器的优点是增益高和带宽宽广，但是，由于SOA的缺点是噪声系数高，故其需要复杂的电路来稳定其增益。
也就是说，随着温度的升高，光功率也会降低，光放大的能力也会变化，所以现有的光发射器件的光功率的控制需要比较复杂的电路来进行温度的补偿，以达到相关标准。
基于此，本申请实施例提供了一种光发射器件，通过在目标激光器的光路上依次设置有准直透镜、隔离器和汇聚透镜，并且汇聚透镜将通过隔离器的激光汇聚到第一分光器，且第一分光器还与马赫曾德尔调制器连接，以及目标激光器为激光功率大于等于50毫瓦的激光器，相比于现有的光发射器件来说，目标激光器的光源一直工作在比较大的功率下并且其温度波动比较小，所以不需要额外的补偿来使得光功率稳定。
应理解，该光发射器件也可以称为光引擎等。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
请参见图2，图2示出了本申请实施例提供的一种光发射器件的结构示意图。如图2所示，该光发射器件包括集成在热沉(1)上；该光发射器件包括目标激光器(2)、准直透镜(3)、隔离器(4)、汇聚透镜(5)、光子集成芯片PIC(6)和带有尾纤的光接口组(7)，该目标激光器为激光功率大于等于50毫瓦的激光器，该光子集成芯片包括第一分光器(61)、第二分光器(62)、MPD_in接口(63)、MPD_out接口(64)、马赫曾德尔调制器MZM(65)、波分复用器WDM(66)、光电探测器PD(67)和光纤阵列V型槽V Groove(68)；
其中，在目标激光器(2)的光路上依次设置有准直透镜(3)、隔离器(4)和汇聚透镜(5)，并且该汇聚透镜(5)将通过隔离器(4)的激光汇聚到第一分光器(61)中，以及第一分光器(61)还通过硅波导分别与MPD_in接口(63)和马赫曾德尔调制器(65)连接，以及该马赫曾德尔调制器(65)还通过硅波导与第二分光器(62)连接，以及该第二分光器(62)还通过硅波导分别与MPD_out接口(64)和波分复用器(66)的第一分波接口(661)连接，以及该光纤阵列V型槽(68)通过硅波导与波分复用器(66)的合波接口(663)连接，以及该光电探测器PD(67)通过硅波导与波分复用器(66)的第二分波接口(662)连接；
此外，带有尾纤的光接口组(7)的尾纤水平放置到光纤阵列V型槽(68)中。
应理解，该光发射器件中的各个装置的具体结构可根据实际需求来进行设置，本申请实施例并不局限于此。
可选地，请参见图3A和图3B，可将该光子集成芯片(6)上的Tx_out与Rx_in的COM端口做成光纤阵列V型槽(68)，并且该光接口组(7)的尾纤通过多维调节架在显微镜下对位耦合，裸纤水平放置到V Groove里，端面距离PIC光口端面10～20μm，就完成无源耦合，然后在V Groove里点上UV胶并用UV灯固化，完成无源耦合。
也就是说，当光纤水平放置到V-groove中，与之接触后，纤芯与PIC上的波导自然中心对齐，V-groove间隙填充UV胶固定光纤，完成耦合。
可选地，该光接口组件为LC插座或SC插座。
另外，光发射器件与印刷电路板PCBA上DRIVER和TIA的连接，并且可预留有金丝键合的位置，可以从PIC键合到PCB上，再连接到DRIVER和TIA，也可以直接通过金丝键合连接PIC与DRIVER和TIA。
例如，请参见图4A，对于PIC键合到Driver/TIA的方式来说，Driver/TIA需要在PCBA上贴装，然后再分别键合PIC-Driver/TIA-PCBA，
再例如，请参见图4B，对于PIC键合到PCB的方式来说，Driver/TIA使用flip-chip封装的，可以在PCB-Assembly时，跟其他元器件一起SMT，缺点是，路径远了点(PIC-PCB-Driver/TIA)，射频性能会差一些。
为了便于理解光发射器件，下面对光发射器件的具体结构进行描述。
具体地，可先将目标激光器(2)、光子集成芯片PIC(6)和隔离器(4)用导电银胶贴装在热沉上，以及通过准直透镜(3)的耦合将发散光变成准平行光，以及该准平行光通过隔离器，并且该隔离器可以阻挡反射光返回激光器，减少噪声，以及还可使用汇聚透镜(5)将通过隔离器(4)的激光耦合进第一分光器(61)。
以及，该第一分光器(61)耦合进硅波导的光分成两部分：一部分光进入MPD_in接口(63)，从而能够探测耦合进波导的光功率，即能够通过MPD_in接口(63)监控耦合效率；另一部分光输入到马赫曾德尔调制器(65)中进行调制，通过RFO接口和RFOB这两个接口输入调制信号来实现光功率变化，并且该马赫曾德尔调制器(65)能够输出带信号的激光光波，但在光引擎制作过程，不需要调制。
以及，激光通过马赫曾德尔调制器(65)的调制波导后，通过第二分光器(62)再次分光成两部分：一部分进入MPD_out接口(64)中，从而能够监控输出光功率大小；另外一部分从光口输出，输入到波分复用器WDM(66)中。
以及，该波分复用器WDM(66)可通过V Groove(68)将输入的光输入到光接口组(7)中，随后该光接口组(7)可通过V Groove(68)将光输入到波分复用器WDM(66)中，并且该波分复用器WDM(66)将输入的光分成两部分，其中一部分输入到光电探测器PD(67)中，另一部分输入到第二分光器(62)中，但是该部分是无效的，可以不做处理。
因此，本申请中的目标激光器的光源一直工作在比较大的功率下并且其温度波动比较小，所以不需要额外的补偿来使得光功率稳定。
以及，Tx/Rx集成在一块光子集成芯片上，芯片尺寸更紧凑，多余空间有利于模块PCBA布线。
以及，Tx_out/Rx_in耦合采取光子集成芯片上的V Groove结构无源耦合，只需在显微镜下使用多维调节架控制光纤水平放置到V Groove里，光纤端面距离PIC端面10-20μm距离内就完成耦合了。
以及，由于外置目标激光器并通过一对透镜耦合，从而能够拉开与光子集成芯片的距离，提高散热效率。
应理解，上述光发射器件仅是示例性的，本领域技术人员根据上述的方法可以进行各种变形，该变形之后的方案也属于本申请的保护范围。
请参见图5，图5示出了本申请实施例提供的一种交换机500的结构示意图。具体地，该交换机500包括光模块，以及该光模块包括光发射器件，并且该光发射器件的相关内容可参见上述的相关描述内容，在此不再重复限定。
应理解，上述交换机500仅是示例性的，本领域技术人员根据上述的方法可以进行各种变形，该变形之后的方案也属于本申请的保护范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
Claims (6)
1.一种光发射器件，其特征在于，所述光发射器件集成在热沉上；所述光发射器件包括：目标激光器、准直透镜、隔离器、汇聚透镜和光子集成芯片，所述目标激光器为激光功率大于等于50毫瓦的激光器，所述光子集成芯片包括通过硅波导依次连接的第一分光器和马赫曾德尔调制器；
其中，在所述目标激光器的光路上依次设置有所述准直透镜、所述隔离器和所述汇聚透镜，并且所述汇聚透镜将通过所述隔离器的激光汇聚到所述第一分光器。
2.根据权利要求1所述的光发射器件，其特征在于，所述光子集成芯片进一步包括MPD_in接口、第二分光器、MPD_out接口和波分复用器，所述第一分光器还通过所述硅波导与所述MPD_in接口连接，所述马赫曾德尔调制器还通过所述硅波导与所述第二分光器连接，所述第二分光器还通过所述硅波导分别与所述MPD_out接口和所述波分复用器的第一分波接口连接。
3.根据权利要求2所述的光发射器件，其特征在于，所述光子集成芯片进一步包括光纤阵列V型槽和光电探测器，所述光纤阵列V型槽与所述波分复用器的合波接口连接，所述光电探测器与所述波分复用器的第二分波接口连接；其中，所述光纤阵列V型槽是通过对所述光子集成芯片的Tx_out接口和Rx_in接口进行封装后得到的。
4.根据权利要求3所述的光发射器件，其特征在于，所述光发射器件进一步包括带有尾纤的光接口组件，并且所述尾纤水平放置到所述光纤阵列V型槽中。
5.根据权利要求4所述的光发射器件，其特征在于，所述光接口组件为LC插座或SC插座。
6.一种交换机，其特征在于，所述交换机包括权利要求1至5任一所述的光发射器件。
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