CN206710651U - 一种多波长共存光模块 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种多波长共存光模块，在光模块壳体中设置有光收发组件、印刷电路板和光跳线接口、印刷电路板在光模块壳体中形成水平布置，在光收发组件上设置有一个光跳线接口。在光收发组件内设置多个光发射器和多个光接收器，它们与光跳线接口光耦合并与印刷电路板电连接；在光模块壳体中设置2个或多个这样的光收发组件，这多个光收发组件以水平或垂直于所述印刷电路板的方向堆叠，并通过相应的多个光跳线接口与光纤连接。

Description

一种多波长共存光模块

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及一种单纤双向多波长光收发组件(BOSA)在光模块内的封装和应用。

背景技术

由于数据中心的快速发展，行业内对光模块的速率提出了越来越高的要求，此要求又促进了光模块行业的高速发展和扩张，以太网光模块以惊人的速度从10Gb/s 发展到40Gb/s，乃至今天的100Gb/s。从工作距离大等于两公里的40GE(40Gb/s Ethernet)模块开始，模块的实现方式是以波分复用的方式传输数据，即采用CWDM 的4x10Gb/s的四路并行信号达到40Gb/s的传输速率，封装在QSFP光模块中。这种工作方式在工作距离大等于两公里的100GE模块中得到进一步的发展，现在这种 100GE模块主要采用CWDM或者LAN-WDM波长的4×25Gb/s的四路并行信号达到 100Gb/s的传输速率，封装在和QSFP大小尺寸基本一致的QSFP28光模块中。

图1即为现有商用QSFP或者QSFP28光模块的光纤跳线接口图，该模块拥有一个发射端口(对应一个TOSA)和一个接收端口(对应一个ROSA)，只能实现4个不同波长通道的同时收发。

进一步演进的话，现有的国际标准是考虑再增加四路波长，通过8×25Gb/s的方式实现200GB/s的传输速率，光模块的使用者们希望这种8通道模块依然能封装在和 QSFP大小尺寸基本一致的QSFP-DD光模块中。然而，这样在原本4路光收发信道的光模块空间中扩展到8路波长信道，会导致波分复用合波/分波器件的设计更为复杂，加大8个通道间的光程差和制造难度；或者导致原4路光合波器发展为8路光合波器后，进一步增加通道插损，为光路耦合和模块制造提出更高的要求。

再从光模块的光纤接口来说，除了40GE速率及以上的短距离光模块(SR4， PSM4)用MPO接口以外，大部分以太网光模块会采用两个LC光纤跳线接口，一个是光发射器输出接口，另一个是光接收器输入接口，来完成光模块收发光信号的任务。近年来，也有不少厂商为了提高空间利用率，开发出了cSFP乃至cSFP+的单纤双向双通道模块，其中每个通道可以独立收发光信号，但是由于制造工艺的限制，这种模块内使用BOSA的光发射器和光接收器一般使用不同波长，导致通讯系统两端的cSFP(+)模块必须配对使用，给用户安装和操作带来一定的不便。进一步来说，当通讯协议要求该模块的发射和接收必须用同一波长组时(如40G和100G LR4协议)，该技术便束手无策了。

因此，现行计划中8个收发通道光模块的方案，一般要采用8种波长进行波分解复用和复用，并封装在较大的OSA内(比如CFP8)，大大增加了光通信服务器的体积和成本。要想在QSFP-DD模块中封装8路波长光收发组件并量产，必须有一些新思路。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型揭示了一种可用于多信道通信的多波长共存光模块，以期实现同一光模块中超多信道通信的能力。在该光模块壳体中设置有光收发组件、印刷电路板和光跳线接口、印刷电路板在该光模块壳体中形成水平布置，其中，在光收发组件上设置一个光跳线接口，在光收发组件内设置N个光发射器和 N个光接收器，这N个光发射器和N个光接收器与光跳线接口光耦合并与印刷电路板电连接；在光模块壳体中设置M个光收发组件，M个光收发组件以水平或垂直于印刷电路板的方向堆叠，并通过相应的M个光跳线接口与外部光纤连接，其中 M，N≥2。

根据本实用新型的一个方面，在光收发组件内还设置有一个波分复用解复用组件和单纤双向光接口，N个光发射器发射N路不同波长的发射光束，N个光接收器接收N路不同波长的入射光束，发射光束与入射光束从光跳线接口出入并且在传输光路中共用波分复用解复用组件和单纤双向光接口。

单纤双向光接口可以是一个，也可以是多个。

在一个较佳的实施例中，单纤双向光接口是光环形器。

根据本实用新型的另一个方面，N个光发射器和N个光接收器一一对应交错设置，并且N路不同波长的发射光束与N路不同波长的入射光束，一一对应交错传输。

在根据本实用新型的另一个较佳的实施例中，光收发组件的的尺寸在 12mm*36mm*3.5mm之内或6mm*36mm*7mm之内。

在根据本实用新型的又一个较佳的实施例中，光跳线接口是LC接口或MPO接口。

在根据本实用新型的再一个较佳的实施例中，在光模块内设置一至两块所述印刷电路板。

根据本实用新型的另一个方面，在光模块中还设置有软板，光收发组件通过软板与印刷电路板电连接；在光收发组件上设置光发射器芯片引脚和光发射器芯片引脚，光发射器芯片引脚通过软板电连接到印刷电路板的信号发射接口，光接收器芯片引脚通过软板电连接到印刷电路板的信号接收接口。

在本实用新型的较佳的实施例中，多波长共存光模块的M＝2，N＝4。

与现有技术相比，本实用新型提供的光模块具有以下优点：通过在多波长共存BOSA的在水平或者竖直方向的堆叠，使得光模块的体积极为紧凑。相较于现有技术中光发射器光组件和光接收器光组件分开布置的光模块，本实用新型所提供的光模块可以容纳更多的信号通道，并在一个光模块内实现用M个内置BOSA实现M ×N信道的通信，对QSFP-DD模块来说，用两个单纤双向BOSA实现8波长信道的通信。

附图说明

图1是现有商用QSFP或者QSFP28光模块的光纤跳线接口图；

图2是用于封装本实用新型光模块的一种竖直方向堆叠的BOSA示意图；

图3是根据本实用新型一个优选实施例的BOSA竖直方向堆叠示意图；

图4是根据本实用新型另一个优选实施例的BOSA竖直方向堆叠示意图；

图5是用于封装本实用新型光模块的一种水平方向堆叠的BOSA示意图；

图6是根据本实用新型一个优选实施例的BOSA水平方向堆叠示意图；

图7是根据本实用新型另一个优选实施例的BOSA水平方向堆叠示意图；

图8是将多个BOSA封装到光模块壳体中的示意图。

具体实施方式

为了更好地理解和阐释本实用新型，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

图2示出了可用于竖直堆叠于模块内的BOSA示意图，目前QSFP封装尺寸的光模块一般采取自由空间微光学或者平面光波导器件实现OSA内部波分复用解复用的功能。这里的OSA是optical sub-assembly的缩写，可称为光学组件。如果这个 OSA只具有光发射功能，则称为TOSA，即transmitter optical sub-assembly，可称为光发射组件；如果OSA只具有光接收功能，则称为ROSA，即receiver optical sub-assembly，可称为光接收组件。另一方面，当OSA在单个光接口上同时具备光发射和接收功能的时候，称之为BOSA，即bi-direction optical sub-assembly，可称为光收发组件。

如图2所示，0003是N个波长通道光光接收器，每个通道的光发射器由光电二极管，跨阻放大器TIA，反射镜和若干耦合透镜等组成，而且这N个通道的波长都不相同。0004是N个波长通道光光发射器，每个通道的光发射器由激光发射芯片和若干准直透镜等组成，准直透镜的作用是把激光发射芯片出射的激光会聚成准直光束，而且每个发射通道的波长和对应接收通道的波长一致(比如Tx1和Rx1,Tx2和 Rx2……依此类推)。不失一般性，这里取N＝4为实例解说。0002是一个波分复用解复用组件，该组件包括主透光基板和多个滤光片，主透光基板包括相对的第一表面以及第二表面，第一表面除留有一个通光窗口外，大部分为全反射面；多个滤光片则设置在第二表面上。在一个实施例中，入射光线从基板第一表面通光窗口入射，到达第二表面并分别经过各个滤光片后从主透光基板中射出，通过聚焦和反射系统进入各个光接收器(如示意图上的Rx1…Rx4)。同时，和光接收器交错放置的光发射器(如示意图上的Tx1…Tx4)发出的各波长经过同一滤波片和主基板后形成合波，也从通光窗口射出。

0001是单纤双向光接口，一般是一个小型光环形器。该光环行器的三个端口(光发射器，光接收器和公共端)依次分别与出射光位置，入射光位置和壳体的光跳线接口对接。在一个较佳的实施例中，光跳线接口是一个光纤连接器。由此，由波分复用解复用系统0002的通光窗口射出光信号经过环形器0001后，由环形器的公共端进入BOSA 005上的光跳线接口102；由光跳线接口102进入的准直光信号，则通过环形器光接收器进入波分复用解复用系统0002，被解复用后为光接收器0003 接收。

本领域的技术人员可以理解，如果波分复用解复用组件(WDM)采用平面光波导型结构，则对多个信道需要采用对应的多个单纤双向光接口,即多个光环形器。由此，实现了同一光跳线接口102对多通道波长信号光的上行输出和下行接收，形成了一个扁平式单纤双向多波长信道BOSA，这种封装方式的BOSA大小可以做到 12mm*36mm*3.5mm之内，可封装在QSFP-DD(标准尺寸为18.35mm*72mm*8.5mm) 光模块中，并在光模块的同一竖直面上摆放两个BOSA。

本领域的技术人员也可以理解，单纤双向光接口也可以是半反半透玻片，同样可以达到单纤双向光传输的效果。此外，根据本实用新型，在光模块壳体中可以设置的M个这样的光收发组件,并且每个光收发组件内设置N个光发射器和N个光接收器，这N个光发射器和N个光接收器与光跳线接口光耦合并与印刷电路板电连接。在图2的光模块封装方式中，M＝2，N＝4，但是M，N不限制于此，M，N可以是≥2的任意整数；比如M＝2，N＝8以实现8通道传输，或采用M＝4，N＝4的方案。

如图3所示，进一步的，101为光模块内堆叠的第一个4波长信道BOSA，102 为BOSA上的光跳线接口，103为BOSA配套的电路板，103通过软板和101连接； 201为堆叠的第二个4波长信道BOSA，202为该BOSA上的光跳线接口，203为该 BOSA配套的电路板，203通过软板和201连接。它们都放置于光模块壳体01之内，实现光模块的光电转化功能。

各个BOSA配套的电路板如图3中的103，203……也可以合而为一，通过软板和各个BOSA连接，具体而言，在BOSA上设置光发射器芯片引脚和光发射器芯片引脚，光发射器芯片引脚通过软板电连接到印刷电路板的信号发射接口，光接收器芯片引脚也通过软板电连接到印刷电路板的信号接收接口,如图4中的003所示。

图5展示的可用于水平堆叠于模块内的BOSA示意图。该实施例是波分复用解复用结构发生了改变。当波分复用解复用结构0002采用多重层叠式设计的时候，光光发射器0004和光接收器0003也会相应的采取层叠式放置(图中layer1和layer2)，并通过单纤双向光接口0001和BOSA上的光跳线接口102对接。这种封装方式的 BOSA大小可以做到6mm*36mm*7mm之内，可封装在QSFP-DD(标准尺寸为 18.35mm*72mm*8.5mm)光模块中，并在光模块的同一水平面上摆放两个BOSA。

图6是根据本实用新型的另一光模块实施例，该例中的BOSA在水平方向堆叠， 111为光模块内堆叠的第一个N波长信道BOSA，102为BOSA上的光跳线接口， 103为BOSA配套的电路板，103通过软板和111连接。211为堆叠的第二个N波长信道BOSA，202为该BOSA上的光跳线接口，203为该BOSA配套的电路板，203 通过软板和211连接。它们都放置于光模块壳体01之内，实现光模块的光电转化功能。

同样的，各个BOSA配套的电路板如图6中的103，203……也可以合而为一，通过软板和各个BOSA连接，具体而言，在BOSA上设置光发射器芯片引脚和光发射器芯片引脚，光发射器芯片引脚通过软板电连接到印刷电路板的信号发射接口，光接收器芯片引脚也通过软板电连接到印刷电路板的信号接收接口,如图7中的 003所示。

进一步的，如图8所示，在封装过程中，我们也可以在同一个壳体001内，在水平方向的第一层封装第一组N波长信道收发端0011，通过壳体001上的光跳线接口102和外界通信；在水平方向的第二层封装第二组N波长信道收发端0021，通过同一壳体001上的光跳线接口202和外界通信。

进一步的，本实用新型中的光跳线接口不仅仅局限于两个，也可以扩展至多路，比如MPO接口。光模块大小也不应限制于QSFP-DD方式。

以上所述,仅为本实用新型最佳实施例而已,并非用于限制本实用新型的范围,凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰,皆为本实用新型所涵盖。

Claims (10)

1.一种多波长共存光模块，在光模块壳体中设置有光收发组件、印刷电路板和光跳线接口、所述印刷电路板在所述光模块壳体中形成水平布置，其特征在于：在所述光收发组件上设置一个光跳线接口，在所述光收发组件内设置N个光发射器和N个光接收器，所述N个光发射器和N个光接收器与所述光跳线接口光耦合并与所述印刷电路板电连接；在光模块壳体中设置M个所述光收发组件，所述M个光收发组件以水平或垂直于所述印刷电路板的方向堆叠，并通过相应的M个光跳线接口与外部光纤连接，其中M，N≥2。

2.如权利要求1所述的多波长共存光模块，其特征在于：在所述光收发组件内还设置有一个波分复用解复用组件和单纤双向光接口，所述N个光发射器发射N路不同波长的发射光束，所述N个光接收器接收N路不同波长的入射光束，所述发射光束与入射光束从所述光跳线接口出入并且在传输光路中共用所述的波分复用解复用组件和单纤双向光接口。

3.如权利要求2所述的多波长共存光模块，其特征在于：所述N个光发射器和N个光接收器一一对应交错设置，并且所述N路不同波长的发射光束与N路不同波长的入射光束，一一对应交错传输。

4.如权利要求2所述的多波长共存光模块，其特征在于：所述单纤双向光接口是一个。

5.如权利要求2所述的多波长共存光模块，其特征在于：所述单纤双向光接口是光环形器。

6.如权利要求1-5任一项所述的多波长共存光模块，其特征在于：所述光收发组件的尺寸在12mm*36mm*3.5mm之内或6mm*36mm*7mm之内。

7.如权利要求6所述的多波长共存光模块，其特征在于：所述光跳线接口是LC接口或MPO接口。

8.如权利要求6所述的多波长共存光模块，其特征在于：在所述光模块内设置一至两块所述印刷电路板。

9.如权利要求1-5以及7-8任一项所述的多波长共存光模块，其特征在于：在光模块中还设置有软板，所述光收发组件通过软板与所述印刷电路板电连接；在所述光收发组件上设置光发射器芯片引脚和光发射器芯片引脚，所述光发射器芯片引脚通过所述软板电连接到所述印刷电路板的信号发射接口，所述光接收器芯片引脚通过所述软板电连接到所述印刷电路板的信号接收接口。

10.如权利要求1-5以及7-8任一项所述的多波长共存光模块，其特征在于：所述M＝2，N＝4。