CN211557264U - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光模块，属于光线通信领域。本申请提供的光模块中，相干光器件的输入光均来自光模块外部，使得光模块内部可以不设置光源，而是通过本振光光纤适配器接收来自外部的不携带信号的光，即完成光信号发射功能的光来自光模块的外部，通过增加本振光光纤适配器，使得光模块外部的光可以接入光模块内部。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

数据中心普遍采用光纤通信作为信息传输技术。在数据中心中，串行电接口达到物理带宽限制，速率/波特率的限制开始成为数据交互的强硬限制，使用光纤输入输出（IO）接口替换电IO接口演变成一种必然的趋势。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种光模块。

本申请实施例提供一种光模块，包括电路板；相干光器件，设置在电路板表面，与所述电路板电连接，接收的光均来自所述光模块外部；光发射光纤适配器，与所述相干光器件连接，可接收并对外发出来自所述相干光器件的光信号；光接收光纤适配器，与所述相干光器件连接，可向所述相干光器件传送来自外部的光信号；本振光光纤适配器，与所述相干光器件连接，可向所述相干光器件传送来自外部的不携带信号的光。

相干光器件的输入光均来自光模块外部，使得光模块内部可以不设置光源，而是通过本振光光纤适配器接收来自外部的不携带信号的光，即完成光信号发射功能的光来自光模块的外部，通过增加本振光光纤适配器，使得光模块外部的光可以接入光模块内部。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络终端结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在新一代信息技术领域中，光纤通信技术支撑了下一代通信网络、物联网、三网融合以及云计算的快速发展，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗、高速率的信息传输；目前，光纤通信在传输速率方面已经明显超过传统的电通信。

光纤通信是数据中心采用的主要通信方式，负责数据中心超大容量的信息吞吐。数据中心的信息处理以电信号为主，而光纤/光波导中传输的是光信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与数据中心的信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光接口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电接口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的双向相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；具体地，来自光纤101的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤101中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接（一般为以太网协议的电信号，与光模块使用的电信号属于不同的协议/类型）；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的本地信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；常见的光网络终端包括光网络单元ONU、光线路终端OLT、数据中心服务器等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入光模块的电接口（如金手指等）；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端中，光模块的电接口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光接口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

数据中心的信息吞吐量需求在不断的增加，增加光模块的数量以提供更多的通信链路是一种可以满足上述需求的解决方案，但光模块数量的增加会带来光网络终端体积的明显增大，需要占用更多的空间以及能耗，对此，本申请提供了一种新的数据中心硬件架构，涉及光网络终端及光模块两方面的改进。

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203；

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口（204、205），也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入中。

由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。

解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

电路板上设置有电路走线、电子元件（如电容、电阻、三极管、MOS管）及芯片（如MCU、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP）等。

电路板通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当激光盒位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。

本申请实施例提供的光模块包括数据处理芯片DSP、相干光收发器件COSA、光发射光纤适配器TX、光接收光纤适配器RX及本振光光纤适配器LO，适配器可以使用LC接口。本申请实施例提供的光模块中，没有包括光源，如光模块常规使用的半导体激光芯片，而是由本振光光纤适配器接收来自外部的光，由光模块外部提供光源。

由本振光光纤适配器接收的光不携带信息，一般表现为功率稳定的光，由相干光收发器件完成光的调制，以将信息加载到光中形成光信号，光信号通过光发射光纤适配器传到光模块外部。

相干光器件还包括分光器、发射调制部及接收解调部，分光器一端与本振光光纤适配器连接，另一端为至少两支光分路，其中一支光分路与发射调制部连接，其中另一光分路与接收解调部连接，接收解调部还与光接收光纤适配器连接。

在本申请的某一实施例中，相干光收发器包括将本振光光纤适配器通过光模块内部光纤输入的光分为多束，其中一束用于加载信息实现调制，另一束用于相干解调。

信息调制的方式可以采用马赫曾德调制臂实现光功率的调制，也可以采用马赫曾德调制臂实现光相位的调制，也可以在光相位调制的基础上产生干涉而实现光功率的调制；

实现上述调制的硬件方案中，可以采用硅光芯片实现；在硅光芯片中设置马赫曾德调制臂，马赫曾德调制一般采用双臂，分束之后的光分别在一个支臂上进行调制，调制方式可以是改变相位，也可以是改变功率；两个支臂最终合并为一个支臂，将两个支臂上的光合并为一束光，合并时可以发生不同相位间的干涉，合并时也可以发生功率的叠加，合并时也可以发生相位的改变，最终得到的光信号可以是功率变化的光信号，也可以是改变了相位的光信号。改变了相位的光信号在接收时需要本振光进行相位干涉。

通过光发射光纤适配器输出的光信号可以是功率变化的光信号，也可以是相位变化之后的光信号。

由光接收光纤适配器接收来自外部的光信号，由相干光收发器件将光信号转换为电信号。本申请实施例中，接收的光可以是相位调制后形成的光信号，由本振光与相位调制光一起形成干涉，从而得到功率变化的光，进而将功率变化的光转变为电流值变化的电信号。

本申请实施例中，接收的光也可以是功率变化的光信号，将功率变化的光信号转变为电流值变化的电信号。

数据处理芯片DSP主要用于数据信号的合并与拆分。在光网络终端中以及光模块的电路中主要通过电路实现长距离的电信号传输；由于信号线的传输性能以及阻抗匹配因素，较长距离的电信号传输具有速率上限，这个速率上限低于光信号的长距离传输速率上限，即单路光信号的传输速率高于单路电信号的传输速率；为了提高光信号的传输利用率，将两路或更多路的电信号由数据处理芯片合并为一路倍速电信号，将倍速电信号转换为光信号进行传输。采用数据处理芯片将多路电信号合并，提高了单路电信号的速率，使得光信号传输更高速率的信息。

数据处理芯片一端与电路板的信号引脚连接，另一端与相干光器件的驱动芯片连接。相干光器件可以是硅光芯片。

在接收部分，光信号携带的更高速率的信息转换为电信号后，由数据处理芯片将一路倍速电信号拆分为两路或更多路的电信号，拆分后的电信号速率下降，用于光网络终端及光模块中进行较长距离的传输。

在数据信号的合并于拆分过程中，存在短距离的倍速电信号传输，由于传输距离较短，不受上述长距离电信号传输速率的上限限制。

具体地，光网络终端与光模块之间建立2路发射电信号连接以及2路接收电信号连接，由数据处理芯片将2路发射电信号合并为一路发射倍速电信号，依据该发射倍速电信号对光进行调制，以生成速率为倍速的光信号；以倍速速率传输的光信号转化为电信号后，由数据处理芯片将一路接收倍速速率电信号拆分为2路接收电信号。

一般地，并不使用发射倍速电信号直接驱动光信号的调制，而是将发射倍速电信号传输给驱动芯片，由驱动芯片依据倍速电信号生成调制电信号，进而使用马赫曾德调制器进行光调制。

本申请实施例提供的光模块中，除了常规的发射光纤适配器接口、接收光纤适配器接口外，还包括本振光光纤适配器接口；本振光光纤适配器用于接收来自光模块外部的光。

光模块插接在光网络终端上，例如光模块插接在数据中心服务器中，一个服务器中可以插接多个光模块，由服务器向多个光模块统一提供光，该光通过光模块新增的本振光光纤适配器接入光模块中。

与本申请实施例提供的光模块进行匹配，光网络终端的架构发生了变化。

当前数据中心使用的光互连存在如下的技术问题：

其一，串行电接口达到物理带宽限制，速率/波特率的限制开始成为数据交互的强硬限制；其二，使用光纤输入输出（IO）接口替换电IO接口演变成一种必然的趋势；

解决此问题的一种方法是使用超高阶调制格式相干光学器件来解决此问题，可用的的高阶调制格式为QAM256，QAM1024，QAM14096等。

对于相干的大容量光互连接口，本申请实施例在数据中心场景使用一种彩色、窄线宽波长的光电网。通过这样做，数据中心架构可以具有集中式光源架构，使得不再需要将光源安装在每个小型光收发器中。一些超窄线宽激光器（小于1kHz，100Hz，50Hz）可以用于光通信中，可选的激光器可以是光纤光栅激光器，染料激光器，固态激光器等。

这种架构的变化为热管理、光耦合过程、降低成本等方面带来了具有巨大优势，也使得相干光技术可以应用于数据中心。这也大大降低了光收发器和Co-packaged光学设计的复杂性，使半导体激光器以外的其他可能的激光源也可以用于数据中心。

轻松的热管理：当前的光模块中，每个都需要光源。目前使用的光源一般为半导体激光器。为了冷却激光源，每个光模块中都需要提供半导体制冷器TEC。采用集中式光源架构，TEC和封装的尺寸不再是问题，可以将需要冷却的器件集中、高效一起冷却。对于没有冷却需求的激光器，集中式光源架构也会为简化功率控制机制。

轻松的光耦合过程：光模块和封装光学器件都需要将光功率源耦合到SiP波导中。封装激光，密封或非密封激光器并将光耦合到SiP波导中，始终不是一件容易的事。但是，当要将光纤耦合到SiP波导时，它变得更加容易。集中式光源架构可以实现光纤耦合到波导。

降低总体成本：简化激光封装并与SiP波导对准，大大简化了光模块和光学封装的设计和耦合过程，这将导致光模块整体成本的大幅降低。

特别是在数据中心中使用的超高阶相干调制中，光源频谱宽度是极为关键的问题。但是，与当今的光收发器尺寸相比，大多数超窄线宽激光源都很大，这使得激光源无法在集成在光模块中，从而为被应用于数据中心的光纤通信中，而集中式光源架构使这些光源可以在数据中心中使用。

轻松的光学SiP集成设计：因为当前的SiP 集成芯片始终需要将高功率激光器耦合到波导中。高功率激光器将产生大量热量，这些热量将耦合到SiP中并引起热串扰问题。热串扰将使敏感的SiP芯片难以立即工作。将光源从光模块中移除，便移除了将产生这个问题的根源。

允许将除半导体激光器以外的其他激光器用于数据中心的光互连。这为其他更有效的激光器（例如气体，固态，染料或其他要在DC中使用的激光器）创造新的潜在应用场景。

对于超高阶调制格式相干光学器件，集中式窄线宽光源被分配到整个数据中心网络，作为单个光学时钟源以及同步光学时钟源。现在所有相干互连都成为零差相干系统。这可以大大降低相干通信系统的成本。

利用DWDM系统的优势，我们可以构建彩色超窄线宽光功率网格网络。彩色超窄线宽光电网格网络使高阶QAM相干系统变成了零差相干系统，从而放宽了激光器的线宽和DSP的复杂性。彩色超窄线宽光电网网络使高阶QAM相干系统成为零差相干系统，大大减少了可调谐激光器的使用，因此可以大大降低总的数据中心成本。彩色超窄线宽光功率网格网络使高阶QAM相干系统成为零差相干系统，可以使用固定波长的窄线宽激光作为光源，而无需可调激光源作为光源。彩色超窄线宽光功率网格网络从光模块中去除了ITLA和可调谐激光器，这将大大简化相干光模块的设计，并大大降低相干收发器的成本。

如果DSP功能被核心集成芯片吸收，彩色超窄线宽光电网网络将使交换机与光模块的一体式封装光学设计成为可能，这可以进一步提高交换机的整体吞吐量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种光模块，其特征在于，包括

电路板；

相干光器件，设置在电路板表面，与所述电路板电连接，接收的光均来自所述光模块外部；

光发射光纤适配器，与所述相干光器件连接，可接收并对外发出来自所述相干光器件的光信号；

光接收光纤适配器，与所述相干光器件连接，可向所述相干光器件传送来自外部的光信号；

本振光光纤适配器，与所述相干光器件连接，可向所述相干光器件传送来自外部的不携带信号的光。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述相干光器件还包括分光器、发射调制部及接收解调部，所述分光器一端与所述本振光光纤适配器连接，另一端为至少两支光分路，其中一支光分路与所述发射调制部连接，其中另一光分路与所述接收解调部连接，所述接收解调部还与所述光接收光纤适配器连接。

3.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述发射调制部为马赫曾德调制器。

4.如权利要求1至3任一所述的光模块，其特征在于，还包括数据处理芯片，所述数据处理芯片一端与所述电路板的信号引脚连接，另一端与所述相干光器件的驱动芯片连接。

5.如权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述相干光器件为硅光芯片。

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