CN214756358U

CN214756358U - 一种双载波传输的光收发模块

Info

Publication number: CN214756358U
Application number: CN202120403840.8U
Authority: CN
Inventors: 宋旭宇; 陈土泉; 刘成刚
Original assignee: Wuhan Telecommunication Devices Co Ltd
Current assignee: Wuhan Telecommunication Devices Co Ltd
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2031-02-23

Abstract

本申请公开了一种双载波传输的光收发模块，所述光收发模块包括光发射单元、光接收单元、电接口单元、第一光接口单元、第二光接口单元；所述电接口单元、所述光发射单元、所述第一光接口单元依次级联；所述电接口单元与所述光接收单元、所述第二光接口单元依次级联；其中，所述光发射单元包括第一激光器、第二激光器、驱动单元和第一四电平脉冲幅度调制PAM4处理单元；所述第一激光器和所述第二激光器并联，与所述驱动单元、所述第一PAM4处理单元依次级联；所述光接收单元包括第一探测器、第二探测器和第二PAM4处理单元；所述第一探测器和所述第二探测器并联，和所述第一PAM4处理单元级联；其中，所述第一光接口和所述第二光接口均配置为CS适配器。

Description

一种双载波传输的光收发模块

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种双载波传输的光收发模块。

背景技术

互联网和智能终端的快速应用使全球数据量呈爆发式增长，引发数据生态的巨变，为应对信息时代激增的压力，越来越多的国家正在提高宽带带宽。对带宽的需求不断提升给网络建设提出了新的挑战，对信号进行光电转换的光收发模块也正在更新换代。

相关技术中，光收发模块从电接口单元接收到输入的电信号，由驱动单元将电信号转换为驱动信号，通过激光器将驱动信号转换为光信号，从光接口单元传输至外部，从而实现电信号转换为光信号，再经由光纤进行光信号的传输。由于光纤会对光信号造成较大的损耗，光信号从光纤的一端射入，从光纤另一端射出时，光信号的强度会减弱，导致光信号传输距离受限。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种双载波传输的光收发模块，以至少解决相关技术中光收发模块发出的光信号在光纤中的损耗较大、光信号传输距离受限的问题。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供了一种光收发模块，所述光收发模块包括光发射单元、光接收单元、电接口单元、第一光接口单元、第二光接口单元；

所述电接口单元、所述光发射单元、所述第一光接口单元依次级联；所述电接口单元与所述光接收单元、所述第二光接口单元依次级联；其中，

所述光发射单元包括第一激光器、第二激光器、驱动单元和第一四电平脉冲幅度调制(PAM4,4Pulse Amplitude Modulation)处理单元；所述第一激光器和所述第二激光器并联，与所述驱动单元、所述第一PAM4处理单元依次级联；

所述光接收单元包括第一探测器、第二探测器和第二PAM4处理单元；所述第一探测器和所述第二探测器并联，和所述第一PAM4处理单元级联；

其中，所述第一光接口和所述第二光接口均配置为CS适配器。

其中，上述方案中，所述第一探测器、所述第二探测器为板上芯片(COB,Chips onBoard)封装。

上述方案中，所述光收发模块包括COB封装的印制电路板(PCB,Printed CircuitBoard)基板；于所述PCB基板上配置所述第一PAM4处理单元、所述第二PAM4处理单元和所述驱动单元。

上述方案中，所述PCB基板上用于焊接芯片的焊盘区的焊盘结构为地-信号(Ground-Signal,GS)结构，对应的跨阻放大器(TIA,trans-impedance amplifier)的射频输入焊盘结构为GS结构；

或，

所述PCB基板上用于焊接芯片的焊盘区的焊盘结构为地-信号-地(Ground-Signal-Ground,GSG)结构，对应的TIA的射频输入焊盘结构为GSG结构。

上述方案中，所述光接收单元还包括TIA、光电二极管(PD,Photo-Diode)阵列、电容和两路光纤阵列(FA,Fiber Array)；所述FA垂直耦合至所述PD阵列；所述PD阵列与所述TIA相连。

上述方案中，所述TIA、所述PD阵列及所述电容设置在所述PCB基板的芯片承载区上，通过金丝键合的方式相连。

上述方案中，所述FA包含V槽基板、盖板以及位于V槽基板与盖板之间的两根光纤；所述两根光纤的间隔为设定距离，光纤端面为45°。

上述方案中，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为直调激光器(DML,Directly Modulated Laser)。

上述方案中，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为外调激光器(EML,External Modulated Laser)。

上述方案中，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为BOX封装的25G光发射次模块(TOSA,Transmitter Optical Subassembly)。

本申请实施例提供的光收发模块，光收发模块包括光发射单元、光接收单元，光发射单元包括第一PAM4处理单元，光接收单元包括第二PAM4处理单元，通过在光收发模块中引入PAM4处理单元，采用PAM4调制方式对从电接口单元接收到的电信号进行调制处理，这样，在实现同样的信号传输能力基础上，由于经过PAM4调制方式调制的信号的波特率(Baudor Baud rate)减小，使得后续在光纤传输中对光信号造成的损耗也相应减小，由此提升了光收发模块的性能。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光收发模块结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光收发模块内部结构图；

图3为本申请实施例提供的一种光纤阵列和光电二极管阵列的耦合示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请再作进一步详细的描述。

互联网和智能终端的快速应用使全球数据量呈爆发式增长，引发数据生态的巨变，为应对信息时代激增的压力，越来越多的国家正在提高宽带带宽。对带宽的需求不断提升给网络建设提出了新的挑战。

在同步数字体系光通信和以太网数据通信中，通常采用光收发模块实现信号的光电转换。相关技术中，光收发模块发出的光信号在光纤中的损耗较大，导致光信号传输距离受限。

基于此，在本申请的各种实施例中，光收发模块包括光发射单元、光接收单元，光发射单元包括第一PAM4处理单元，光接收单元包括第二PAM4处理单元，通过在光收发模块中引入PAM4处理单元，采用PAM4调制方式对从电接口单元接收到的电信号进行调制处理，这样，在实现同样的信号传输能力基础上，由于经过PAM4调制方式调制的信号的波特率减小，使得后续在光纤传输中对光信号造成的损耗也相应减小，由此提升了光收发模块的性能。

图1示出了本申请实施例提供的光收发模块结构示例图，参见图1，光收发模块包括光发射单元10、光接收单元20、电接口单元30、第一光接口单元40、第二光接口单元50；所述电接口单元30、所述光发射单元10、所述第一光接口单元40依次级联；所述电接口单元30与所述光接收单元20、所述第二光接口单元50依次级联；其中，所述光发射单元10包括第一激光器103、第二激光器104、驱动单元102和第一PAM4处理单元101；所述第一激光器103和所述第二激光器104并联，与所述驱动单元102、所述第一PAM4处理单元101依次级联；所述光接收单元20包括第一探测器202、第二探测器203和第二PAM4处理单元201；所述第一探测器202和所述第二探测器203并联，和所述第一PAM4处理单元101级联；其中，所述第一光接口和所述第二光接口均配置为CS适配器。

这里，光收发模块为双载波传输的光收发模块。光接收单元20用于将第二光接口单元50输入的光信号转换为电信号，解调后从电接口单元30传输至外部电网络。光发射单元10用于将电接口单元30输入的信号通过第一PAM4处理单元101进行PAM4调制，由驱动单元102将调制后的电信号转换为驱动信号，以驱动第一激光器103、第二激光器104，从而将驱动信号转换为光信号，从光接口单元40传输至外部。其中，CS适配器即CS光接口，第一激光器103、第二激光器104用于发射基于光信号确定的特定波长的光，可以设置第一激光器103、第二激光器104所要发射的光信号之间的波长差值。具体的连接方式，可参见图2所示出的光收发模块内部结构图，第一激光器103、第二激光器104与第一光接口单元40相连，第一探测器202、第二探测器203与第二光接口单元50相连。

随着信号波特率的增加，光纤对光信号的损耗大幅增加。本申请实施例提供的光收发模块采用PAM4调制方式，在实现同样的信号传输能力基础上，PAM4信号的波特率只需要达到不归零编码(NRZ,Non-return-to-zero Code)信号的一半，这样，使得后续在光纤传输中对光信号造成的损耗也相应减小，由此提升光收发模块的性能。同时，所述第一光接口和所述第二光接口均配置为CS适配器，与CS适配器配套的CS跳线可以在一根跳线里面实现两路光信号的传输，这样，采用CS适配器的连接方式可以减小模块尺寸和降低成本。并且，通过两路FA用于耦合，从而进行光信号的传输，实现了光收发模块的双载波传输，避免了光收发模块内部分波、合波造成的相邻波长信号间的串扰问题。

在一实施例中，所述第一探测器、所述第二探测器为COB封装。

这里，把第一探测器、第二探测器的芯片通过COB封装的方式封装到电路板上，这样，可以降低光收发模块的成本。

在一实施例中，所述光收发模块包括COB封装的PCB基板；于所述PCB基板上配置所述第一PAM4处理单元101、所述第二PAM4处理单元201和所述驱动单元102。

这里，光收发模块包括COB封装的PCB基板，光收发模块中的第一PAM4处理单元101、第二PAM4处理单元201和驱动单元102被配置于PCB基板上。PCB基板上还可以配置有用于焊接芯片的焊盘。将第一PAM4处理单元101、第二PAM4处理单元201和驱动单元102集成于PCB基板，可以减小器件占用空间。

实际应用中，将COB封装的PCB基板分为芯片承载区、位于芯片承载区两侧的焊盘区、第一PAM4处理单元区、第二PAM4处理单元区以及驱动单元区。

在一实施例中，所述PCB基板上用于焊接芯片的焊盘区的焊盘结构为GS结构，对应的TIA的射频输入焊盘结构为GS结构；或，所述PCB基板上用于焊接芯片的焊盘区的焊盘结构为GSG结构，对应的TIA的射频输入焊盘结构为GSG结构。

这里，焊盘结构可根据需要选取为GS结构，对应的TIA射频输入焊盘结构为对应尺寸的GS结构；焊盘结构也可以选取为GSG结构，对应的TIA射频输入焊盘结构为对应尺寸的GSG结构。

在一实施例中，所述光接收单元20还包括TIA、PD阵列、电容和两路FA；所述FA垂直耦合至所述PD阵列；所述PD阵列与所述TIA相连。

所述光接收单元20的输入端接收到两个波长信号λ₁和λ₂，传输至两路的FA，再垂直耦合至PD阵列，实现光电的转换处理后，输出至线性TIA。所述PD阵列用于实现光电转换，将接收到的两个波长信号λ₁和λ₂转换为电信号，传输至线性TIA；所述线性TIA用于将电信号转换为差分电压信号，输入至第二PAM4处理单元201；经过第二PAM4处理单元201对电信号进行时钟恢复、放大、均衡、解调后，从电接口单元30输出。

在一实施例中，所述TIA、所述PD阵列及所述电容设置在所述PCB基板的芯片承载区上，通过金丝键合的方式相连。

这里，PCB基板的芯片承载区上设置有探测器的芯片、TIA的芯片、PD阵列及电容，用导电银胶固定在PCB基板上，通过金丝键合的方式实现连接。探测器的芯片可以是25G的集成PD芯片，也可以是25G的单芯片。

在一实施例中，所述FA包含V槽基板31、盖板以及位于V槽基板31与盖板之间的两根光纤32；所述两根光纤的间隔为设定距离，光纤端面为45°。

这里，两根光纤之间的间隔根据探测器的类型进行设置，光纤的端面被抛光成45°倾角。使用的V槽基板31和盖板是石英玻璃/高硼硅材质。如图3所示出的一种45°FA 32与PD阵列33耦合的示意图。

实际应用中，两个波长信号λ₁和λ₂输入至光接收单元20后，分别沿一根光纤传输，在光纤端面上实现全反射，在45°抛光面转向90°后，反射到PD的光敏面。

光收发模块采用45°光纤阵列耦合模式，接收到的光沿FA可以实现全反射，再垂直耦合，耦合效率高。同时，相比于传统的透镜耦合模式，45°FA所使用的V槽基板31和盖板是石英玻璃/高硼硅材质，不存在光通道的光学老化效应，可以用于对环境要求、温度较高的场景中，提升光收发模块工作环境的鲁棒性。

在一实施例中，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为DML。

这里，第一激光器和第二激光器中的每个激光器分别可以配置为DML。

在一实施例中，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为EML。

这里，第一激光器和第二激光器中的每个激光器分别可以配置为EML。

在一实施例中，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为BOX封装的25G TOSA。

光发射单元包含第一激光器103和第二激光器104，每个激光器配置为BOX封装的25G TOSA，光发射单元由封装好的两个独立的TOSA实现。这里，TOSA可以设置在PCB基板上。每个激光器的发射芯片可以是单通道25G EML或DML芯片。

实际应用中，光收发模块的光发射单元的工作过程：四路25G的NRZ电信号从所述电接口单元30输入至所述第一PAM4处理单元101，完成电信号处理和PAM4调制后，输出两路25G的PAM4电信号，加载到驱动单元102上，由驱动单元102对两路25G的PAM4电信号进行电压和电流放大处理，以分别驱动后级联的两个25G TOSA，通过两路的25G TOSA将两路25G的PAM4的电信号转换为两路波特率为50Gb/s的光信号，通过第一光接口单元40输出至外部光网络。光收发模块的光接收单元的工作过程：两路的25G的光信号从第二光接口单元50输入至光接收单元20，通过两路的45°FA传输，在光纤端面实现全反射，并垂直耦合至PD阵列，完成光电转换，将转换后的微弱的电信号传送至TIA，用于将电流信号转换为差分电压信号输入至第二PAM4处理单元201，经过第二PAM4处理单元201对电信号进行时钟恢复、放大、均衡、解调后，转换为四路25G的NRZ电信号，从电接口单元30输出。本申请实施例提供的光收发模块，采用PAM4调制模式，双载波传输，CS光接口，同时模块内部的光接收单元采用COB封装形式，并用45°FA耦合模式，在低成本的基础上，实现100G甚至更高比特率信号的收发功能，同时减少串扰、减小器件占用空间，结构紧凑。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

另外，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims

1.一种双载波传输的光收发模块，其特征在于，所述光收发模块包括光发射单元、光接收单元、电接口单元、第一光接口单元、第二光接口单元；

所述光发射单元包括第一激光器、第二激光器、驱动单元和第一PAM4处理单元；所述第一激光器和所述第二激光器并联，与所述驱动单元、所述第一PAM4处理单元依次级联；

2.根据权利要求1所述的光收发模块，其特征在于，所述第一探测器、所述第二探测器为板上芯片COB封装。

3.根据权利要求2所述的光收发模块，其特征在于，所述光收发模块包括COB封装的印制电路板PCB基板；于所述PCB基板上配置所述第一PAM4处理单元、所述第二PAM4处理单元和所述驱动单元。

4.根据权利要求3所述的光收发模块，其特征在于，

所述PCB基板上用于焊接芯片的焊盘区的焊盘结构为地-信号GS结构，对应的跨阻放大器TIA的射频输入焊盘结构为GS结构；

或，

所述PCB基板上用于焊接芯片的焊盘区的焊盘结构为地-信号-地GSG结构，对应的TIA的射频输入焊盘结构为GSG结构。

5.根据权利要求1所述的光收发模块，其特征在于，所述光接收单元还包括TIA、光电二极管PD阵列、电容和两路光纤阵列FA；所述FA垂直耦合至所述PD阵列；所述PD阵列与所述TIA相连。

6.根据权利要求5所述的光收发模块，其特征在于，所述TIA、所述PD 阵列及所述电容设置在PCB基板的芯片承载区上，通过金丝键合的方式相连。

7.根据权利要求5所述的光收发模块，其特征在于，所述FA包含V槽基板、盖板以及位于V槽基板与盖板之间的两根光纤；所述两根光纤的间隔为设定距离，光纤端面为45°。

8.根据权利要求1所述的光收发模块，其特征在于，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为直调激光器DML。

9.根据权利要求1所述的光收发模块，其特征在于，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为外调激光器EML。

10.根据权利要求1所述的光收发模块，其特征在于，所述第一激光器和所述第二激光器中的每个激光器配置为BOX封装的25G光发射次模块TOSA。