CN212649474U - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供的光模块，包括：电路板；光源；硅光芯片，包括输入光口、第一分光器、马赫‑增德尔电光调制器、消息通道调制器、第一合光器和输出光口，输入光口连接第一分光器的输入端，第一分光器的第一输出端连接马赫‑增德尔电光调制器的输入端，马赫‑增德尔电光调制器的输出端连接第一合光器的第一输入端，第一分光器的第二输出端连接消息通道调制器的一端，消息通道调制器的另一端连接第一合光器的第二输入端，第一合光器的输出端连接输出光口；MCU，与电路板连接，输出消息数据；消息通道调制器驱动电路，控制端连接MCU，输出端连接消息通道调制器，在流经消息通道调制器的光上加载消息数据。方便采用调顶技术实现光模块辅助信道功能。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

在云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式，均会用到光通信技术。而在光通信中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。其中，采用硅基光电子的外腔激光器方案实现光电转换功能已经成为高速光模块采用的一种主流方案。相比于传统的DBR(Distributed Bragg Reflector)激光器+电吸收调制器的可调谐方案，基于硅基光电子的外腔激光器方案，具有低成本，调谐范围广，功耗低等方面的良好优势。

而随着G.metro技术的发展，G.metro系统中头端和尾端的光模块需要实现的双向消息通道，来进行设备管控、OAM(Operation Administration and Maintenance，操作、管理、维护)以及升级软件等消息数据的传输，以实现远端设备管理功能。因此G.metro中的光模块需要具有双向消息通道的数据传输功能，如，波长自动对通功能、载波数据通道功能、DDM (Digital Diagnostic Monitoring，数字诊断)信息传输功能、掉电告警功能等。具体的，对于波长对通功能，光模块没有识别波长的功能，需要通过头端光模块把波长数据编码通过调顶方式发送出去，尾端光模块接收后解析数据，尾端光模块以该波长发光后会把自身的波长数据编码后再传送回头端光模块，完成对通；对于DDM信息传输、掉电告警等，同样需要头端光模块将消息数据进行编码，通过调顶的方式发送出去，由尾端光模块进行接收并解析。调顶是指在发射端的业务信号上，叠加一小幅度的模拟或者数字信号作为调顶业务，在光传输通道上传输，完成光模块双向消息通道的数据传输的功能。因此，对发射光信号进行调顶是实现消息通道传输的必要途径。

目前传统基于DBR激光器的光模块可以通过在激光器的偏置电流上加载低频信号来实现调顶功能，但针对到硅光外腔可调技术的复杂性，传统光模块的调顶方式会造成光模块波长的严重漂移等问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种光模块，以方便采用调顶技术实现光模块辅助信道功能。

本申请实施例提供的一种光模块，包括：

电路板；

光源，与所述电路板电连接，用于发出不携带信号的光；

硅光芯片，与所述电路板电连接，包括输入光口、第一分光器、马赫-增德尔电光调制器、消息通道调制器、第一合光器和输出光口，所述输入光口连接所述第一分光器的输入端，所述第一分光器的第一输出端连接所述马赫-增德尔电光调制器的输入端，所述马赫-增德尔电光调制器的输出端连接所述第一合光器的第一输入端，所述第一分光器的第二输出端连接所述消息通道调制器的一端，所述消息通道调制器的另一端连接所述第一合光器的第二输入端，所述第一合光器的输出端连接所述输出光口；

MCU，与所述电路板电连接，用于输出消息数据；

消息通道调制器驱动电路，与电路板电连接，控制端连接所述MCU，输出端连接所述消息通道调制器，根据所述消息数据通过向所述消息通道调制器施加电流在流经所述消息通道调制器的光上加载所述消息数据。

本申请提供的光模块，包括电路板、光源、硅光芯片和MCU，硅光芯片包括输入光口、第一分光器、马赫-增德尔电光调制器(MZM)、消息通道调制器、第一合光器和输出光口。光源发出不携带信号的光，经输入光口传输至硅光芯片内部，第一分光器将传输至硅光芯片内部光分为两束，一束传输至MZM，另一束传输至消息通道调制器；传输至MZM不携带信号的光经MZM被调制为携带业务信号的信号光，传输至消息通道调制器的光被调制为携带消息数据的信号光；MZM输出的携带业务信号的信号光以及消息通道调制器输出的携带消息数据的信号光传输至第一合光器，第一合光器将携带业务信号的信号光以及携带消息数据的信号光进行合光获得携带业务信号和消息数据的信号光，进而硅光芯片输出的信号光上加载了业务信号和消息数据。因此，本申请提供的光模块，消息数据通过消息通道调制器调制加载到携带业务信号的信号光上，实现采用调顶技术实现光模块辅助信道功能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为光网络单元结构示意图；

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；

图5本申请实施例提供的一种光模块中电路板的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种光模块的内部结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种光模块的内部结构图。

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。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等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。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

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；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。

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。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；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，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

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，用于接入金手指等光模块电口；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，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤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。

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、电路板300、硅光芯片400、光源500及光纤插座600。

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202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201包括盖板，盖板盖合在下壳体202的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体201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201盖合在下壳体202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，用于外部光纤接入以连接光模块内部的硅光芯片400；电路板300、硅光芯片400、光源500等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、硅光芯片400等器件安装到壳体中，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300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、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；当光收发器件位于电路板上时，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。

硅光芯片400设置在电路板300上，与电路板300实现电连接，具体可以是打线连接；硅光芯片的周边与电路板300之间通过多条导电线连接，所以硅光芯片400一般设置在电路板300的表面。

硅光芯片400与光源500之间可以通过光纤带实现光连接，硅光芯片400通过光纤带接收来自光源500的光，进而对光进行调制，具体为将信号加载到光上。硅光芯片400与光纤插座600之间通过光纤带实现光连接，光纤插座600实现与光模块外部光纤的光连接。硅光芯片400调制的光通过光纤带传输至光纤插座600，通过光纤插座600传输至外部光纤；外部光纤传来的光通过光纤插座600传输至光纤带，通过光纤带传输至硅光芯片400中；从而实现硅光芯片400向光模块外部光纤输出携带数据的光，或从光模块外部光纤接收携带数据的光。

在本申请实施例中，为完成光的调制，硅光芯片400中包括MZM，MZM中包括两个干涉臂，为便于描述称为第一干涉臂和第二干涉臂，第一干涉臂和第二干涉臂分别设置调制电极。光源500发出的光输入至MZM，通过调制电极实现光的信号调制获得信号光。

进一步，在本申请实施例中，硅光芯片400还包括输入光口、第一分光器、消息通道调制器、第一合光器和输出光口。硅光芯片400上设置输入光口和输出光口，光源发出的不携带信号的光通过输入光口进入硅光芯片400，经过第一分光器分为两束光，为便于描述一束光为T1，另一束光为T2，T1输入至MZM，T2输入至消息通道调制器。MZM将不携带信号的光T1调制为携带业务信号的信号光，消息通道调制器将不携带信号的光T2调制为携带消息数据的信号光。第一合光器将携带业务信号的信号光和携带消息数据的信号光进行合波，然后通过输出光口输出硅光芯片400耦合至光模块外部光纤，进而耦合至光模块外部光纤的携带业务信号的信号光中携带了消息数据。

本申请实施例提供的光模块中，还包括消息通道调制器驱动电路，消息通道调制器驱动电路设置在电路板上。消息通道调制器驱动电路与消息通道调制器连接，且消息通道调制器驱动电路的控制端连接MCU。MCU可通过消息通道调制器驱动电路的控制端向消息通道调制器驱动电路输出消息数据，使消息通道调制器驱动电路根据接收到的消息数据向消息通道调制器施加电流，消息通道调制器根据所施加电流变化调制通过消息通道调制器的光T2，将消息数据加载到光T2上。

当光模块有消息数据需要传输时，上位机将消息数据传输至MCU，MCU将该消息数据进行编码，获得具有一定频率的信号，MCU将该信号传输至消息通道调制器驱动电路，消息通道调制器驱动电路根据接收到的消息数据信号驱动消息通道调制器，消息通道调制器将消息数据信号加载到通过消息通道调制器的光T2上，获得携带消息数据的信号光，然后通过第一合光器将携带消息数据的信号光与携带业务信号的信号光合波，实现携带消息数据的信号光携带加载消息数据。因此本申请实施例提供的光模块，消息数据结合第一分光器、消息通道调制器和第一合光器加载到携带业务信号的信号光上，使消息数据随业务数据传输至光纤，实现采用调顶技术实现光模块辅助信道功能。

图5为本申请实施例提供的一种光模块中电路板的结构示意图。如图5所示，本申请实施例提供的光模块中，电路板300上还包括MCU301和消息通道调制器驱动电路302。MCU301 连接金手指，消息通道调制器驱动电路302的控制端连接MCU301。MCU301通过金手指接收上位机下发的消息数据，MCU301将该消息数据进行编码，获得具有一定频率的信号，MCU301将该信号传输至消息通道调制器驱动电路302。

图6为本申请实施例提供的一种光模块的内部结构示意图。如图6所示，硅光芯片400 包括第一分光器、MZM401、消息通道调制器402和第一合光器；第一分光器的输入端连接输入光口，第一分光器的第一输出端连接MZM401，第一分光器的第二输出端连接消息通道调制器402；MZM401的输出端连接第一合光器的第一输入端，消息通道调制器402的输出端连接第一合光器的第二输入端。第一分光器将光源通过输入光口输入不携带信号的光T分为光T1 和光T2；光T1传输至MZM401，业务信号通过MZM401调制加载至光T1上获得携带业务信号的信号光S；光T2传输至消息通道调制器402，消息通道调制器402工作用于完成将消息数据加载至光T2获得携带消息数据的信号光T3；携带业务信号的信号光S与携带消息数据的信号光T3经第一合光器进行合波，经第一合光器合波获得携带业务信号和消息数据的信号光，携带业务信号和消息数据的信号光经输出光口耦合至外部光纤。

在本申请实施例中，可选的第一分光器将不携带信号的光T等强度的分为两束光，即光 T1与光T2的光强相同。

如图6所示，MCU301与消息通道调制器驱动电路302连接，消息通道调制器驱动电路302 还与消息通道调制器402连接。MCU301将编码后的消息数据传输至消息通道调制器驱动电路 302，消息通道调制器驱动电路302根据接收到消息数据驱动消息通道调制器402，消息通道调制器402将消息数据调制加载到传输至消息通道调制器402内的光T2，获得携带消息数据的信号光T3。

如图6所示，业务信号为高频信号，经编码后的消息数据为低频信号，业务信号与编码后的消息数据二者之间通常相差若干个数量级，且消息数据的幅值稍大于业务信号的幅值。进而携带业务信号的信号光S与携带消息数据的信号光T3经第一合光器合波时，信号光中消息数据加载以及传输不会影响到业务信号的传输。编码后的消息数据的频率通常由设备运营商制定，MCU301根据规定的频率进行消息数据编码。

如图6所示，MZM401包括第二分光器、第一干涉臂、第二干涉臂、第一调制电极、第二调制电极、相位转换器和第二合光器。第二分光器的输入端与第一分光器的第一输出端连接，接收第一分光器的第一输出端输入的不携带信号的光；第二分光器的第一输出端连接第一干涉臂的输入端、第二输出端连接第二干涉臂的输入端，第二分光器将接收到的光一分为二分别输送至第一干涉臂和第二干涉臂。第一干涉臂上设置第一调制电极，第一调制电极用于第一干涉臂对输入至第一干涉臂内的光进行调制；第二干涉臂上设置第二调制电极，第二调制电极作用于第二干涉臂对输入至第二干涉臂内的光进行调制；第一调制电极和第二调制电极用于向输入MZM401中的光上调制业务信号。其中，第二分光器将输入至MZM401的光等强度的分为两束光传输至第一干涉臂和第二干涉臂。

相位转换器设置在第一干涉臂上，MCU301将消息数据信号以及相位转换器驱动电压施加到相位转换器上，相位转换器消息数据信号调制加载到第一干涉臂上传输的光中，同时相位转换器根据接收到的驱动电压加热第一干涉臂。第一干涉臂的输出端和第二干涉臂的输出端分别连接第二合光器的输入端，第二合光器将第一干涉臂和第二干涉臂输入至其的光进行合光处理；第二合光器的输出端连接合光器的第一输入端。

在本申请实施例中，相位转换器还可设置在第二干涉臂上，相位转换器用于第一干涉臂或第二干涉臂传输光的相位转换。相位转换器可采用加热器。第一干涉臂和第二干涉臂上可分别设置加热器，但考虑到硅光芯片400引脚数以及MCU中数模转换接口数量的限制，第一干涉臂或第二干涉臂上设置加热器，如第一干涉臂上设置加热器。在本申请实施例中，加热器可以为加热电阻、热电偶等加热器件。

在使用MZM401调制业务光信号时，需要先将MZM401稳定在最佳工作点，进而当施加信号时方便调制信号传递信息。因此，在MZM401中调制获得信号光后，MZM401将信号光束为输出光和监控光，输出光用于传输出光模块，监控光用于光模块发射光功率的监测；输出光的光强需要为1/2MZM调制获得信号光的光强，进而输出光的光强和监控光的光强需要相等。但由于MZM401自身结构因素的制约，容易受到自身温度和外接环境的干扰，进而导致工作点不稳定。因此当MZM401偏离最佳工作点时，调整加热器的加热强度，使第一干涉臂或第二干涉臂上光的相位产生变化，缩小输出光和监控光的光强差，进而使MZM401维持在工作点。

附图7为本申请实施例提供的另一种光模块的内部结构图。如图7所示，消息通道调制器驱动电路302包括电流源3021和控制开关3022。电流源3021的输出端连接控制开关3022 的第一端，控制开关3022的第二端连接消息通道调制器402，控制开关3022的控制端连接 MCU301，控制开关3022根据MCU301输出的消息数据切换导通。电流源3021设置在电路板 300上，通过电路板300供电并输出用于驱动消息通道调制器402的电流，控制开关3022根据消息数据切换导通，进而调整消息通道调制器402上施加根据消息数据变化的电流以调整消息通道调制器402内载流子浓度，使通过调整消息通道调制器402的信号光发生功率变化，进而将消息数据加载至通过调整消息通道调制器402的信号光上。调整消息通道调制器402 如光衰减器、半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier,SOA)等半导体光器件。可选的，调整消息通道调制器402为可变光衰减器(Variable OpticalAttenuator，VOA)。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光源，与所述电路板电连接，用于发出不携带信号的光；

硅光芯片，与所述电路板电连接，包括输入光口、第一分光器、马赫-增德尔电光调制器、消息通道调制器、第一合光器和输出光口，所述输入光口连接所述第一分光器的输入端，所述第一分光器的第一输出端连接所述马赫-增德尔电光调制器的输入端，所述马赫-增德尔电光调制器的输出端连接所述第一合光器的第一输入端，所述第一分光器的第二输出端连接所述消息通道调制器的一端，所述消息通道调制器的另一端连接所述第一合光器的第二输入端，所述第一合光器的输出端连接所述输出光口；

MCU，与所述电路板电连接，用于输出消息数据；

消息通道调制器驱动电路，与电路板电连接，控制端连接所述MCU，输出端连接所述消息通道调制器，根据所述消息数据通过向所述消息通道调制器施加电流在流经所述消息通道调制器的光上加载所述消息数据。

2.根据权利要求1所述光模块，其特征在于，所述马赫-增德尔电光调制器包括第二分光器、第一干涉臂、第二干涉臂、第一调制电极、第二调制电极、相位转换器和第二合光器；

所述第二分光器的输入端连接所述第一分光器的第一输出端；所述第一干涉臂的输入端连接所述第二分光器的第一输出端，所述第二干涉臂的输入端连接所述第二分光器的第二输出端；

所述第一调制电极和所述相位转换器设置在所述第一干涉臂上，所述第一调制电极用于根据接收到信号调制第一干涉臂上传输的光，所述相位转换器调整调制第一干涉臂上传输光的相位；所述第二调制电极设置在所述第二干涉壁上，用于根据接收到信号调制第二干涉臂上传输的光；

所述第一干涉臂的输出端和第二干涉臂的输出端连接所述第二合光器，所述第二合光器用于将所述第一干涉臂上调制的光和所述第二干涉臂上调制的光合波获得携带业务信号的信号光。

3.根据权利要求2所述光模块，其特征在于，所述消息通道调制器驱动电路包括电流源和控制开关；所述电流源的输出端连接所述控制开关的第一端，所述控制开关的第二端连接所述消息通道调制器，所述控制开关的控制端连接所述MCU，所述控制开关根据所述MCU输出的消息数据切换导通。

4.根据权利要求1或3所述光模块，其特征在于，所述消息通道调制器为可变光衰减器或半导体光放大器。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一分光器的第一输出端和第二输出端的分光强度比为1:1。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述消息数据为低频信号数据。

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