CN117849965A - 基于多波分复用的同波长单纤双向光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，包括N通道发射系统、N通道接收系统、合波分波光学系统和一根光纤，N通道发射系统和N通道接收系统的光信号波长相同，N通道发射系统发射的N个波长的光信号通过所述合波分波光学系统耦合至光纤传输，经所述光纤传输的N个波长的光信号通过所述合波分波光学系统解分波至N通道接收系统，N为大于2的整数。例如N=16。本发明实现了在多通道信号传输中接收波长和发射波长一致，继而降低对芯片的要求。

Description

基于多波分复用的同波长单纤双向光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种基于多波分复用的同波长单纤双向光模块。

背景技术

光模块是实现光电信号相互转换的装置，是光通信领域中的重要设备。多通道光模块可以实现多路光信号的接收与发射，提高传输速率，因此被广泛使用。然而基于技术的限制，目前应用最多的是四通道光模块，8通道的技术较少，且8通道的发射信号与接收信号不同，因此需要16种波长的激光芯片，因此对激光芯片供应链是一个较大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，可以实现16通道信号的发射与接收，且接收与发射波长一致，继而降低对激光芯片的要求。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，包括N通道发射系统、N通道接收系统、合波分波光学系统和一根光纤，N通道发射系统和N通道接收系统的光信号波长相同，N通道发射系统发射的N个波长的光信号通过所述合波分波光学系统耦合至光纤传输，经所述光纤传输的N个波长的光信号通过所述合波分波光学系统解分波至N通道接收系统，N为大于2的整数。

上述方案中，利用了合波分波光学系统实现N通道发射系统和N通道接收系统的光信号波长相同，因此只需要N波长的激光芯片即可，降低了对芯片的要求。也就是说，传统结构中由于发射系统和接收系统的信号波长不同，因此需要2N个芯片，而本发明方案中仅需要N个芯片，因此大大改善了芯片受限的情况。

在一种已实施方案中，所述N通道发射系统为16通道发射系统，所述N通道接收系统为16通道接收系统。也就是说，N＝16。此时，所述合波分波光学系统包括环形器、反射棱镜、分波器和合波器；16个波长的发射光信号经所述合波器合束为一束复合光信号后，经所述反射棱镜反射至所述环形器，从所述环形器的第一端口入射，并从环形器的第二端口输出；从所述环形器的第二端口入射的复合光信号从环形器的第三端口输出至分波器；

或者，16个波长的发射光信号经所述合波器合束为一束复合光信号后，从所述环形器的第三端口入射，并从环形器的第二端口输出；从所述环形器的第二端口入射的复合光信号从环形器的第一端口输出后，经所述反射棱镜反射至所述分波器。

进一步优化的方案中，16通道发射系统由4个四通道TOSA组成，16通道接收系统由4个四通道ROSA组成。

四通道TOSA和ROSA是已经应用广泛且技术成熟的产品，上述方案中采用4个四通道TOSA实现16通道发射，4个四通道ROSA实现16通道接收，相比于重新研发新产品而言，可以大大降低实现难度，且缩短技术研发周期。而且更巧妙的是，将一个四通道TOSA或ROSA的光信号看成一路光信号，4个四通道TOSA或ROSA就相当于4路光信号，继而分波器和合波器就可以采用Z-block结构实现，继而大大降低整个合波分波光学系统的实现难度，也降低了研发成本。

更进一步优化的方案中，4个四通道TOSA和4个四通道ROSA呈上下两层布置。

本方案中，通过上下两层布置，可以合理利用竖直方向的空间，继而减小水平空间的要求，使得产品小型化。也就是说，4个TOSA和4个ROSA的布置方式有多种，但是本方案可以解决如何实现产品小型化的问题。

在更进一步优化的方案中，上层为4个四通道TOSA，下层为4个四通道ROSA。

经过对不同布置方式进行研究，发现将全部TOSA放在上层，而全部ROSA放在下层，相比于其他方式，信号线阻抗更连续，便于优化高速信号质量。也就是说，理论上两层布置的方式有多种，不管哪种都能实现产品小型化的目的，但是本方案可以解决如何保障或提高信号质量的问题。

另一实施方案中，所述N通道发射系统为8通道发射系统，所述N通道接收系统为8通道接收系统。也就是N＝8。此时，所述合波分波光学系统为第二合波分波光学系统，第二合波分波光学系统包括

进一步优化的方案中，还包括由盖板与底座组成的封装壳体，所述盖板上设置有散热翅。

光模块领域中，通常没有在盖板或底座上进行散热设计，本方案中，通过在盖板上设置散热翅，可以提升散热效果，解决如何增强散热效果的问题。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

单纤同波长传输应用，16/8波芯片即可实现16/8通道传输，相比于传统技术节省一半的芯片种类，大大降低芯片级供应风险。

采用4通道TOSA/ROSA，合分波设计完成16CWDM BIDI应用光模块(OBO模块)，收发各16通道，单纤双向LC接口，成本低，难度小。

速率可以扩展为16x25Gbps。

该OBO光模块可以实现单纤大容量数据传输，单只OBO光模块挂16只终端接口，独立带宽，布网简洁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对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发明的某些实施例，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，但都属于本发明保护的范围。

图1为实施例中基于多波分复用的同波长单纤双向光模块的功能框图。

图2为实施例中基于多波分复用的同波长单纤双向光模块的正面结构示意图。

图3为实施例中基于多波分复用的同波长单纤双向光模块的反面结构示意图。

图4为实施例中基于多波分复用的同波长单纤双向光模块的TOSA、ROSA与电路板之间的连接示意图。

图5为实施例中连接柱与绝缘套筒之间的连接示意图。

图6为实施例中合波分波光学系统的结构示意图。

图7为实施例中合波分波的光路示意图。

图8为实施例中多通道同波长单纤双向光模块的外形图。

图中标记：1-环形器；2-反射棱镜；3-合波器；4-分波器；5-基底；6-准直器；7-光纤；8-TOSA；9-ROSA；10-第一金手指；11-第二金手指；12-第一柔板一；13-第一柔板二；14-第二柔板一；15-第二柔板二；16-连接柱；17-主板；18-副板；19-绝缘套筒；20-散热翅。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

可参阅图1，本实施例中提供了一种基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，包括十六通道发射系统、十六通道接收系统、合波分波光学系统和一根光纤，十六通道发射系统和十六通道接收系统的光信号波长相同，十六通道发射系统发射的十六个波长的光信号通过所述合波分波光学系统耦合至光纤传输，经所述光纤传输的十六个波长的光信号通过所述合波分波光学系统解分波至十六通道接收系统。

十六通道发射系统可以是由一个或多个TOSA组成，如果采用一个TOSA实现，则十六通道TOSA为全新产品，需要开发设计，因此耗时更长。为此，更优选采用多个现有产品实现，例如八个二通道TOSA实现，或者四个四通道TOSA实现。同理的，十六通道接收系统也更优选采用八个二通道ROSA实现，或者四个四通道ROSA实现。由于使用的TOSA或ROSA数量越多，占用的空间越大，继而使得整体产品的尺寸也更大，因此，最优选采用四个四通道TOSA和ROSA实现。

在图1所示示例中，十六通道发射系统由四个四通道TOSA组成，十六通道接收系统由四个四通道ROSA组成，且TOSA和ROSA中芯片速率为10Gbps。当然地，还可以采用其他速率的芯片，例如25Gbps芯片，25Gbps的四通道TOSA和ROSA也是成熟的产品。

如图1所示，一个四通道TOSA发射出四种波长的光信号，四个四通道TOSA发射出十六种波长的光信号，十六种波长的光信号经过合波分波光学系统合波为一束，然后经光纤传输出去。光纤接收的十六波长的复合光信号经合波分波光学系统分波为十六路光信号，每四路光信号为一组，分别被一个四通道ROSA接收。光信号的发射与接收由MCU控制。

如图6、图7所示，合波分波光学系统包括环形器1、反射棱镜2、分波器4、合波器3和基底5，环形器1、反射棱镜2、分波器4、合波器3均布置于基底5上。十六个波长的发射光信号经所述合波器合束为一束复合光信号后，经反射棱镜2反射至环形器1，从环形器1的第一端口入射，并从环形器1的第二端口输出；从环形器1的第二端口入射的复合光信号从环形器1的第三端口输出至分波器4。

更具体的，环形器1包括分别位于不同侧的第一端口、第二端口和第三端口，发射光信号从第一端口入射，并从第二端口输出，接收光信号从第二端口入射，并从第三端口输出。本实施例中采用的是三端口环形器1，共用了一个端口，也可以采用四端口环形器1，光信号的发射与接收分别用不同的端口。

本实施例中，合波器3和分波器4均包含一个折返光线的棱镜和多个滤光片，以实现对多个波长的合束。本实施例中是实现四组光信号的合束与分波，因此滤光片为四个，如图7所示。Tx1～Tx4、Rx1～Rx4均代表不同组的光信号，Tx1～Tx4分别为一个四通道TOSA发射的光信号，Rx1～Rx4分别为一个四通道ROSA接收的光信号。合波器3和分波器4工作的中心波长相同，但通道的顺序不要求完全一致。

图7所示的结构中，Tx1～Tx4的光信号分别从对应的合波器的滤光片入射至合波器的棱镜，Tx1经反射后与Tx2会聚，再经反射后与Tx3会聚，再经反射后与Tx4会聚，合束为一束复合光信号，入射至反射棱镜2，经反射棱镜2反射后从第一端口入射至环形器1，在环形器1中经1/2波片反射后从第二端口输出。接收的复合光信号从环形器1的第二端口入射，在环形器1中经1/2波片反射后，从第三端口输出至分波器4的棱镜，依次分波出Rx4、Rx3、Rx2、Rx1，Rx1～Rx4分别从对应的滤光片射出，并被对应的ROSA接收。

另外，在环形器的第二端口还可以设置准直器6，通过布置准直器6，输入和输出的光束通过准直器6耦合到光纤7中。

通过设置环形器，接收的光信号与发射的光信号分别从不同端口射入，因此可以实现相同波长光信号的接收与发射，使得同一波长光源可以成倍使用，继而提高光源的利用率。而且通过分波器和合波器的配合使用，可以实现多通道信号双向传输，提高数据传输速率和频谱利用率。

图7所示结构中，反射棱镜2设置于光路中环形器1与合波器3之间，用于改变发射光信号的传输方向。作为另一种实施方式，也可以设置于环形器1与分波器4之间，用于改变接收光信号的传输方向，此时，十六个波长的发射光信号经所述合波器合束为一束复合光信号后，从所述环形器的第三端口入射，并从环形器的第二端口输出；从所述环形器的第二端口入射的复合光信号从环形器的第一端口输出后，经所述反射棱镜反射至所述分波器。

作为举例，四个四通道TOSA/ROSA的波长，例如可以是：TX1：1271/1291/1311/1331nm；TX2：1351/1371/1391/1411nm；TX3：1431/1451/1471/1491nm；TX4：1511/1531/1551/1571nm。

在结构设计时，为了方便于线路连接，所有的TOSA和ROSA可以呈水平布置，例如所有TOSA和ROSA沿水平x方向排列成一排，或者沿水平y方向排列成一列，又或者在同一水平面上呈前后两排分布，例如前面为TOSA，后面为ROSA。

如图2所示，本实施例中更优选将TOSA和ROSA呈上下两层布置，这样使得竖直方向的空间能够得到合理利用，也使得整体产品在水平方向空间的尺寸更小，继而有利于产品小型化设计。

所有的TOSA和ROSA呈上下两层布置可以有多种方式，例如上层包含两个四通道ROSA和两个四通道TOSA，下层也包含两个四通道ROSA和两个四通道TOSA；又或者，上层为3个四通道ROSA，下层为四个四通道TOSA和1个四通道ROSA。但是本实施例中进行了特殊设计，即上层全部为TOSA，下层全部为ROSA，因为在多次的研究中发现，这样的设计不仅能够实现TOSA与ROSA的位置相对应，尽可能地节省水平方向的空间，更重要的是，ROSA在下层时不经过连接器，信号线阻抗更连续，便于优化高速信号质量，有利于接收信号完整性，提高灵敏度性能。

可参阅图3，可以在TOSA与ROSA之间设置支架(图中未显示)，使得TOSA与ROSA之间形成间隔，继而可以避免信号相互干扰，提高信号传输质量。

本实施例基于多波分复用的同波长单纤双向光模块可以采用CFP或CFP2或CFP8封装形式进行封装，盖板与底座组成封装壳体。

如图8所示，本实施例中，盖板上设置有散热翅20，用于增强散热效果。而且散热翅20设置于盖板上，既能达到散热效果，又不影响光模块的正常使用。

实施例2

请参阅图2、图3、图4，本实施例中的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，在实施例1的基础上进行了进一步细化设计。

上层的四个TOSA8的电口通过第一柔板引出，下层的四个ROSA9的电口通过第二柔板引出，与TOSA8与ROSA9均通过同一个柔板引出的设计相比，本实施例采用第一柔板与第二柔板相结合的结构，可以大大降低柔板的设计难度，而且还可以提高产品性能，提高信号传输的可靠性及稳定性。

更具体地，如图4所示，第一柔板包括第一柔板一12和第一柔板二13，每个TOSA8的电口配置有带双排插针的第一金手指10，其中一排插针连接第一柔板一12，另一排插针连接第一柔板二13。第二柔板包括第二柔板一14和第二柔板二15，每个ROSA9的电口配置有带双排插针的第二金手指11，其中一排插针连接第二柔板一14，另一排插针连接第二柔板二15。电路板包括主板17和副板18，且呈上下两层布置，第一柔板一12和第一柔板二13分别连接于副板18的正反两面，第二柔板一14和第二柔板二15分别连接于主板17的正反两面。

如图4和图5所示，主板17与副板18之间设置有连接柱16，连接柱16贯穿主板17和副板18，连接柱16可以实现主板17与副板18之间信号的传输。连接柱16的外部套设有绝缘套筒19，且绝缘套筒19位于主板17与副板18之间，绝缘套筒19可以保障主板17与副板18位置固定，且保持一定间距。通过主板17与副板18保持一定间距，不仅可以降低工艺难度，导入自动焊接机提高生产效率，而且可以提高产品性能。

容易理解的，绝缘套筒19的主要作用是对主板17和副板18起定位作用，图4、图5所示举例的结构中，设计为套筒结构的目的是实现与连接柱16集成在一起，以尽可能简化产品结构，在其他实施方式中，绝缘套筒19也可以采用其他结构实现。

实施例3

基于相同的发明构思，本实施例提供了另一种基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，包括八通道发射系统、八通道接收系统、合波分波光学系统和一根光纤，八通道发射系统和八通道接收系统的光信号波长相同，八通道发射系统发射的八个波长的光信号通过合波分波光学系统耦合至光纤传输，经所述光纤传输的八个波长的光信号通过合波分波光学系统解分波至八通道接收系统。

八通道发射系统可以是由一个或多个TOSA组成，更优选采用多个现有产品实现，例如四个二通道TOSA实现，或者两个四通道TOSA实现。同理的，八通道接收系统也更优选采用四个二通道ROSA实现，或者两个四通道ROSA实现。使用的TOSA或ROSA数量越多，占用的空间越大，继而使得整体产品的尺寸也更大，因此，最优选采用两个四通道TOSA和ROSA实现。

一个四通道TOSA发射出四种波长的光信号，两个四通道TOSA发射出八种波长的光信号，八种波长的光信号经过合波分波光学系统合波为一束，然后经光纤传输出去。光纤接收的八波长的复合光信号经合波分波光学系统分波为八路光信号，每四路光信号为一组，分别被一个四通道ROSA接收。光信号的发射与接收由MCU控制。

针对于本实施例八通道光模块，合波分波光学系统也可以采用图5所示的结构，只是棱镜只需要与两个滤光片配合使用，而无需四个。

两个四通道TOSA和两个四通道ROSA可以呈单层布置，如单层并排布置，或者单层前后两排布置，也可以呈双层重叠布置，例如两个四通道TOSA在上层，两个四通道ROSA在下层。

另外，本实施例中未提及之处，在不排斥的情况下，可以参考实施例1和2中的相关设计，此处不再赘述。

应用光模块中，四通道、八通道、十六通道产品应用较多，因此上述举例了十六通道光模块和八通道光模块，但是本发明发射系统和接收系统的光信号波长相同的设计构思可以延伸到其他通道数量的光模块，因此并不局限于十六通道或八通道，如果用N表示通道数量，N大于2即可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，包括N通道发射系统、N通道接收系统、合波分波光学系统和一根光纤，N通道发射系统和N通道接收系统的光信号波长相同，N通道发射系统发射的N个波长的光信号通过所述合波分波光学系统耦合至光纤传输，经所述光纤传输的N个波长的光信号通过所述合波分波光学系统解分波至N通道接收系统，N为大于2的整数。

2.根据权利要求1所述的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述N通道发射系统为16通道发射系统，所述N通道接收系统为16通道接收系统。

3.根据权利要求2所述的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述合波分波光学系统包括环形器、反射棱镜、分波器和合波器；

16个波长的发射光信号经所述合波器合束为一束复合光信号后，经所述反射棱镜反射至所述环形器，从所述环形器的第一端口入射，并从环形器的第二端口输出；从所述环形器的第二端口入射的复合光信号从环形器的第三端口输出至分波器；

或者，16个波长的发射光信号经所述合波器合束为一束复合光信号后，从所述环形器的第三端口入射，并从环形器的第二端口输出；从所述环形器的第二端口入射的复合光信号从环形器的第一端口输出后，经所述反射棱镜反射至所述分波器。

4.根据权利要求2所述的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，16通道发射系统由一个或多个TOSA组成，16通道接收系统由一个或多个ROSA组成。

5.根据权利要求4所述的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，16通道发射系统由8个二通道TOSA组成，16通道接收系统由8个二通道ROSA组成。

6.根据权利要求4所述的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，16通道发射系统由4个四通道TOSA组成，16通道接收系统由4个四通道ROSA组成。

7.根据权利要求6所述的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，4个四通道TOSA和4个四通道ROSA呈上下两层布置。

8.根据权利要求1所述的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，上层为4个四通道TOSA，下层为4个四通道ROSA。

9.根据权利要求8所述的基于N波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述N通道发射系统为8通道发射系统，所述N通道接收系统为8通道接收系统。

10.根据权利要求1-9任一项所述的基于多波分复用的同波长单纤双向光模块，其特征在于，还包括由盖板与底座组成的封装壳体，所述盖板上设置有散热翅。