CN219780149U - 一种光发射组件、光收发模块以及光通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光发射组件、光收发模块以及光通信设备，通过集成多种发射波长的激光器来降低光发射组件的复杂度，降低封装成本。该光发射组件，包括：至少两个激光器，底座，合波芯片以及基底；其中，基底与底座垂直，至少两个激光器集成在基底中，且至少两个激光器的输出端与合波芯片的输入端相对；该至少两个激光器可以用于发射不同波长的光信号，合波器用于对至少两个激光器发射的光信号进行合波后输出。

Description

一种光发射组件、光收发模块以及光通信设备

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种光发射组件、光收发模块以及光通信设备。

背景技术

无源光网络(passive optical network，PON)系统属于一个上下行共存的系统，采用单纤双向光组件进行光信号的传递，随着网络的演进，会出现多个不同的PON系统共存的场景，因此波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)将成为常用光器件。简单来说，不同的波长表示不同的信号传输通道，叠加在一起，可以共光纤传输。

在光通信系统中，光收发组件是核心元件。而当光通信网络中存在多个PON系统时，就需要对额外增加的发送和接收器件进行封装，将导致光组件的结构更为复杂，封装难度增加，且成本也急剧上升。

实用新型内容

本申请提供一种光发射组件、光收发模块以及光通信设备，通过集成多种发射波长的激光器来降低光发射组件的复杂度，降低封装成本。

有鉴于此，第一方面，本申请提供一种光发射组件，包括：至少两个激光器，底座，合波芯片以及基底；

其中，基底与底座垂直，至少两个激光器集成在基底中，且至少两个激光器的输出端与合波芯片的输入端相对；该至少两个激光器可以用于发射不同波长的光信号，合波器用于对至少两个激光器发射的光信号进行合波后输出。

因此，本申请实施方式中，发射不同波长的激光器可以集成于同一基底上，可以降低光发射组件的复杂度，降低封装成本。

在一种可能的实施方式中，至少两个激光器通过载体芯片封装COC的方式集成在基底上。因此，本申请实施方式中，可以通过COC的封装方式，以较小的占用体积将激光器封装在基底上。

在一种可能的实施方式中，光发射组件还包括：热电制冷器(thermo-electricCooler，TEC)，TEC设置于底座上。可以解决低温下波长偏移过大问题，可以通过加热方式予以补偿。

在一种可能的实施方式中，TEC与基底平行，或者TEC与基底垂直，从而可以适应更多的应用场景。

在一种可能的实施方式中，光发射组件还包括管帽，管帽设置于底座上，且包围至少两个激光器、合波芯片以及基底，管帽的底部的形状与底座耦合。

在一种可能的实施方式中，管帽包括透镜，透镜与合波芯片的输出端相对，从而可以发射出射光。

在一种可能的实施方式中，底座包括凸起结构，基底设置于凸起结构上的表面，从而承载基底或者其他光器件。

第二方面，本申请提供一种光收发模块，其特征在于，包括：光发射组件和光接收组件，光发射组件包括如第一方面或第一方面任一项的光发射组件，光发射组件用于发射光信号，光接。

第三方面，本申请提供一种光通信设备，可以包括印制电路板(Printed CircuitBoard，PCB)输入接口、输出接口和光模块，输入接口和所述输出接口和所述光模块固定在所述PCB板上，该光模块可以包括如前述第二方面或者第二方面任意可选实施方式中的光模块。

该光通信设备可以包括光线路终端(optical line terminal，OLT)、光网络单元(optical network unit，ONU)或者光网络终端(optical network terminal，ONT)。

第四方面，本申请提供一种光通信系统，可以包括如第三方面的光通信设备。此外，该光通信系统还可以包括如路由器或者交换机等其他设备，本申请对此不作赘述。

附图说明

图1为本申请提供的一种光通信系统的架构示意图；

图2为本申请提供的另一种光通信系统的架构示意图；

图3为本申请提供的另一种光通信系统的结构示意图；

图4为本申请提供的一种光通信设备的结构示意图；

图5为本申请提供的一种光收发模块的结构示意图；

图6为本申请提供的一种光发射组件的结构示意图；

图7为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图8A为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图8B为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图9A为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图9B为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图10为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图11为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图12为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图13为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图14为本申请提供的另一种光发射组件的结构示意图；

图15为本申请提供的另一种光收发模块的结构示意图。

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做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。

本申请提供一种光发射组件、光收发模块以及光通信设备，可以应用于多种光通信系统，该光通信网络包括但不限于：光传送网(optical transport network，OTN)、光接入网(optical access network，OAN)、城域网(Metropolitan Area Network，MAN)、同步数字体系(synchronous digital hierarchy，SDH)、无源光网络(passive optical network，PON)、以太网(Ethernet)、或灵活以太网(flex Ethernet，FlexE)、波分复用(wavelengthdivision multiplexing，WDM)网络等中的任意一种或多种的组合。

例如，本申请提供的光发射组件、光收发模块以及光通信设备可以应用于PON系统。PON的主要应用称之为光纤到x(Fiber to x，FTTX)，容易具体可以包括各种(Fiber tothe Home，FTTH)、光纤到路边(Fiber-To-The-Curb，FTTC)、光纤到办公室(Fiber To TheOffice，FTTO)、光纤到楼(Fiber to The Building，FTTB)等，差异在于光纤所到的位置不同。其中典型的如基于等比例分光器的FTTH，一般采用两级分光的方案。主干光纤经过一级分光器之后(如1路分4路)，再接二级分光器(如1路分16路)，之后分支接入到最终用户。

随着现代社会的发展，信息量的爆炸增长，尤其是大数据时代的来临，对网络吞吐能力的需求不断提高。光传输凭借其独有的超高带宽，低电磁干扰等特性，为现代通信方案主流，尤其是新建的网络，以光纤到户为代表的接入网，正在大规模的部署。

例如，随着光通信的发展，在各个城市或者地区之间，可以构建MAN。MAN通常是介于局域网和广域网之间，覆盖一片区域，如覆盖一个城市的范围，用于将同一区域内的局域网互联。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在l00兆比特/秒以上。MAN的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同--城市内不同地点的主机、数据库以及LAN等互相联接起来。

例如，如图2所示。首先，本申请提供的MAN架构可以分为多层，如图2中所示出的骨干层、汇聚层以及接入层，骨干层也可以称为核心层，本申请提供的光通信设备可以是各个层中的节点设备。

骨干层中可以设置骨干路由器，骨干路由器通常需具备大带宽，可以实现大容量的数据吞吐，如可以是吉比特或太比特线速路由器，或者大容量异步传输模式(asynchronous transfer mode，ATM)交换机，或者大容量同步数字传输体质(SynchronousDigital Hierarchy，SDH)交叉差复用设备等，来实现大量的数据吞吐。例如，可以在多个城市之间建立光通信网络，覆盖每个城市的子网络即可理解为一个MAN，多个MAN之间互联，互联多个MAN的节点即可组成骨干层，骨干层中的设备需具备实现大量数据吞吐的能力。

汇聚层可以包括一种或者多种路由，如ATM交换机、集中复用器、局域网交换机、宽带接入服务器(broadband access server，BAS)或者SDH复用设备等，可以实现大量数据吞吐。汇聚层介于接入层和骨干层之间，用于传输接入层中的设备用于骨干层之间的数据传输。

接入层可以设置多种可以进行用户设备接入的设备，如数字用户线路接入复用器(digital subscriber line Access multiplexer，DSLAM)或者其他路由器或交换机等。接入层可以采用10M/100M/1000M以太网接入，并且可以与本地局域网(local area network，LAN)互联，提供和区域多点传输服务(local multipoint distribution services，LMDS)等，接入层可以采用非对称数字用户线路(asymmetric digital subscriber line，ADSL)或者超高速数字用户线路(Very-high-bit-rate Digital Subscriber loop，VDSL)或者电缆调制解调器(Cable Modem)等方式接入等。

应用于接入的光通信网主要以PON(无源光网络)的形式存在，在光网络全面普及的整体形势之下，大量PON网络的铺设，需要用到数量同样巨大的通信设备，相关的通信设备主要由光模块及放置光模块的单板及机框，即光线路终端(optical line terminal，OLT)组成，如图2所示，每个光模块对应一个光纤分布网络(ODN)并服务一定数目的用户(每个ONU表示一个用户)。作为光网络中的关键构成，OLT及ONU设备里面的光模块担负着将网络信号进行光电转换及传输的任务，是整个网络能够正常通信的基础。该PON系统可以包括OLT、ODN以及至少一个ONU，本申请提供的光通信设备可以包括如图1中所示出的OLT、ODN或者ONU。

OLT是光接入网的核心部件，OLT用于为接入的一个或多个ONU提供数据，以及提供管理等等。

ODN可以包括至少一个分光装置，还可以包括光纤，具体地，该光纤又可以包括主干光纤(feed fiber)、分配光纤(Distribute Fiber)和分路光纤(drop fiber)。主干光纤即OLT与ODN连接的光纤，分配光纤与分路光纤又可以称为分支光纤。分路光纤即分光装置与接入的ONU之间连接的光纤，分配光纤即ODN中分光装置之间连接的光纤。并且，当ODN中仅包括一个分光装置时，则不存在分配光纤。

ONU用于接收OLT发送的数据，响应OLT的管理命令、对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT分配的发送窗口中向上行方向发送等等。OLT用于为接入的一个或多个ONU提供数据，以及提供管理等等。OLT可以用于向至少一个ONU发送光信号，并接收ONU反馈的信息，以及对ONU反馈的信息或其他数据等进行处理。

此外，PON系统还可以与公共电话交换网(public telephone switchingnetwork，PTSN)、互联网(internet)或者有线电视(cable television，CATV)等网络或设备建立连接。

应理解，本申请图1中的至少一个ONU，可以包括光网络终端(optical networktermination，ONT)或多路复用单元(multiplexer unit，MXU)等，该至少一个ONU也可以替换为至少一个光网络终端(optical network termination，ONT)，或者，接入ODN的至少一个设备中，可以同时包括ONU以及ONT。

目前，大规模部署的PON网络，包括下行波长1490nm，上行波长1310nm的EPON和GPON、以及下行波长1577nm，上行波长1270nm的10G EPON和10G GPON两种，这两类光网络，所支持的速率为2.5G、1.25G或10G，随着网络带宽升级，下一代将要部署的网络为50G PON，支持的速率为50G。这就牵涉到了与原来大规模的GPON、EPON光组件以及10G GPON、10GEPON共存的问题。

通常，根据传输速率或者代际不同，PON具体可以分为吉比特无源光网络(Gigabitpassive optical network，GPON)、以太网无源光网络(ethernet passive opticalnetwork，EPON)，10G Gigabit无源光网络(10G Gigabit-capable passive opticalnetwork，XGPON)，10G以太网无源光网络(10G ethernet passive optical network，10GEPON)或者50G Gigabit无源光网络(50G Gigabit-capable passive optical network，50GPON)等。

例如，GPON、10GPON、50GPON分别对应的上行波长和下行波长可以如表1所示。

	下行波长(nm)	上行波长(nm)
			GPON	1480～1500	1290～1330
XGPON(XGS-PON)	1575～1581	1260～1280
			50GPON	1340～1344	1284～1288

表1

PON是属于一个上下行共存的系统，采用单纤双向光组件进行光信号的传递，随着网络的演进，会出现多个不同的PON共存的现象，如图3所示。示例性地，为便于说明，该PON网络中包括OLT和一级分光ODN。同时在ONU一侧，出现了满足不同速率要求的规格。不同标准的PON之间的波长不同，同一标准的PON，上下行波长不同。

由于不同的波长在同一个网络当中传输，必然涉及到波分复用(WDM)的概念，简单来说，就是不同的波长表示不同的信号传输通道，叠加在一起，可以共光纤传输。在OLT、ONU端，需要将进行分光或者合波处理。

典型的单纤双向组件连接如图4所示，TX表示光发送组件，用于将电信号转化为光信号，通过光纤进行传输，RX表示光接收组件，用于将光纤来的光信号转化为电信号，两端的TX波长不一样，通过WDM器件实现复用和解复用，WDM的功能，是反射某些波长，透射另外一些波长。比如，TX1发送波长1，经过光纤，到WDM2反射/透射进入RX2，TX2发送波长2，经过光纤，到WDM1反射/透射进入RX1。

通常，RX和TX组合在一起称之为BOSA。BOSA是光通信中的核心部件，是位于OLT端的光收发组件，以及位于ONU端的光收发组件，包含了两个晶体管外形(Transistoroutline，TO)器件，分为发送和接收两个关键单元，BOSA的外部形状可以如图5所示。具体的原理，发送TO的光经过WDM分光片，耦合到光纤端子，光纤端子过来的光，经过WDM分光片，反射进入到接收TO，这些器件封装在一个方形的管体上，OLT和ONU的一对组件相互配合，实现单纤双向的光通信。

例如，一些光组件中，发送端采用一个BOX壳体结构，将两个发送光源进行贴装，同时由透镜变成平行光后，经过滤波片，进行合束，进入到后续的光路。然而，若采用BOX类型封装，每个光源都需要与单独的透镜进行准直耦合，同时在这种情况下，由于滤波片的贴装角度会存在偏差，导致两个光源分别准直之后的光束很难做到重合或同心，会极大影响后续的耦合效率。

又例如，一些光组件中，可以采用一个BOX壳体结构，将两个发送光源进行贴装，两个发送光源与三端口合波芯片进行对接耦合，解决了两个光源合一的问题，输出光再经过透镜进行光路准直，然后进入后端组件光路。然而，采用BOX将进行封装，同时仍然采用准直光路，需要涉及到准直透镜的调节过程。

又或者，在一些光组件中，采用一个光源与波导芯片进行端面耦合集成，用于提升相应的发送性能。然后将热沉、激光器、波导芯片(PLC)等组合起来放置到电热制冷器(TEC)，基于TO底座进行封装，最后用透镜管帽实现密封。发送TO，靠管帽的密封实现准直耦合。然而，TO内部只有单个光源，而且需要依靠透镜帽实现光源的准直，难度非常高。

因此，本申请提供一种光发射模块，可以用于通过较为简单的结构来实现低成本的双发合一的光组件。

首先，如图6所示，本申请提供的光发射组件可以包括至少两个激光器61，底座62，合波芯片63以及基底64。

其中，基底64与底座62之间呈一定夹角，如基底与底座之间可以垂直，至少两个激光器61分别集成在基底中，且该至少两个激光器61的输出端分别与合波芯片的输入端相对；

该至少两个激光器61用于发射不同波长的光信号，合波器63可以用于对该至少两个激光器61发射的光信号进行合波后输出。

因此，本申请实施方式中，可以将发射不同波长的激光器集成在基底上，且同时集成了合波器，从而可以通过较小的占用空间即可实现多波长的发射，从而减少光发射组件的占用空间，减小光发射组件的体积，可以降低光发射组件的封装成本。

具体地，前述的至少两个激光器61可以通过载体芯片封装(Chip on Carrier，COC)的方式集成在基底上。因此，本申请实施方式中，可以通过COC的封装方式，以较小的占用体积将激光器封装在基底上。

在一种可能的实施方式中，为了减少光通道的干扰，如图7所示，还可以在光发射组件设置管帽65，管帽设置于底座上，且包围至少两个激光器、合波芯片以及基底，管帽底部的形状与底座的形状耦合，从而使管帽可以固定于底座上方。

具体地，管帽顶部还可以包括透镜，该透镜与合波芯片的输出端相对，从而可以输出发射光信号。

例如，底座的俯视图可以如图8A所示，底座的截面可以设置为圆形，即底座可以包括圆柱形的TO底座，底座表面还可以设置凸台，从而承载基底或者其他光器件。相应地，管帽的俯视图可以如图8B所示，管帽可以是不透光的材质，如金属或者其他材料，其底部形状可以与底座耦合，即也设置为圆形，从而不改变TO底座的封装方式。

又例如，当底座的界面设置为方形时，底座的俯视图可以如图9A所示，相应地，管帽的底部也可以设置与为底座耦合的方形，如图9B所示。

可选地，前述的光发射组件还可以包括：热电制冷器(Thermo-electric Cooler，TEC)，TEC设置于底座上。如图10所示，光发射组件中还可包括TEC 66。TEC是利用半导体材料的帕尔帖效应进行工作的元器件，可以发热，因此次通常作为控温元件应用于光需要精确控制波长的光器件上。例如，通常InP/GaAs体系下光芯片存在温漂效应，即光芯片的工作波长与温度相关，如分布反馈式激光器(Distributed Feed Back，DFB)光芯片温漂系数为0.1nm/℃，这导致模块难以在较宽的工作温度范围工作，存在低温和高温下波长超出范围的可能性。为了解决低温下波长偏移过大问题，可以通过加热方式予以补偿。如光芯片可以通过金锡焊料粘接陶瓷基板上，基板通过焊料粘接到热沉上去，热沉再粘接到TEC上。

其中，TEC的排列方式可以包括多种，如可以设置TEC与基底平行，或者TEC与基底垂直，从而可以适应更多的应用场景。

例如，光发射组件的其中两个侧面图可以如图11和图12所示，TO底座上设置了凸台，TEC设置于凸台上，TEC的表面设置了基底，激光器和合波芯片集成在基底上，TEC与基底平行，且通过TO管座的管脚的电缆来进行供电或者控制，从而使TEC可以更全面地对激光器整体进行温度控制。

又例如，光发射组件的其中两个侧面图可以如图13和图14所示，TEC设置于靠近TO底座，即TEC与TO底座平行或者接近平行，此时与基底垂直，且通过TO管座的管脚的电缆来进行供电或者控制。

此外，本申请提供的光发射组件中还可以包括其他处理模块，如处理器，可以用于控制激光器或者TEC等，此处不再赘述。

结合前述的光发射组件，本申请还提供一种光收发组件，可以包括前述图6-图14所示出的光发射组件以及光接收组件。

例如，本申请提供的光收发组件可以称为BOSA，BOSA的结构可以如图15所示，该BOSA可以包括光发射组件和光接收组件，其中在管体内部还可以设置隔离器、WDM或者插芯等光器件，隔离器用于隔离光信号之间的干扰，WDM可以用于分离发射波长或者接收波长光信号，插芯用于接收入射光或者发射出射光。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。

本申请各实施例中提供的消息/帧/信息、模块或单元等的名称仅为示例，可以使用其他名称，只要消息/帧/信息、模块或单元等的作用相同即可。

在本申请实施例中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。在本申请实施例中所使用的单数形式的“一种”、“所述”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，在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系，例如，A/B可以表示A或B；本申请中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A,B可以是单数或者复数。

以上所述，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范围。

Claims (10)

1.一种光发射组件，其特征在于，包括：

至少两个激光器，底座，合波芯片以及基底；

所述基底与所述底座垂直，所述至少两个激光器集成在所述基底中，且所述至少两个激光器的输出端与所述合波芯片的输入端相对；

所述至少两个激光器用于发射不同波长的光信号，所述合波芯片用于对所述至少两个激光器发射的光信号进行合波后输出。

2.根据权利要求1所述的光发射组件，其特征在于，

所述至少两个激光器通过载体芯片封装COC的方式集成在所述基底上。

3.根据权利要求1或2所述的光发射组件，其特征在于，所述光发射组件还包括：热电制冷器TEC，所述TEC设置于所述底座上。

4.根据权利要求3所述光发射组件，其特征在于，

所述TEC与所述基底平行，或者所述TEC与所述基底垂直。

5.根据权利要求1或2所述光发射组件，其特征在于，所述光发射组件还包括管帽，所述管帽设置于所述底座上，且包围所述至少两个激光器、所述合波芯片以及所述基底，所示管帽的底部的形状与所述底座耦合。

6.根据权利要求5所述的光发射组件，其特征在于，所述管帽包括透镜，所述透镜与所述合波芯片的输出端相对。

7.根据权利要求1或2所述的光发射组件，其特征在于，所述底座包括凸起结构，所述基底设置于所述凸起结构上的表面。

8.一种光收发模块，其特征在于，包括：光发射组件和光接收组件，所述光发射组件包括如权利要求1-7中任一项所述的光发射组件，所述光发射组件用于发射光信号，所述光接收组件接收光信号。

9.一种光通信设备，其特征在于，包括输入接口、输出接口、印制电路PCB板和光模块，所述输入接口和所述输出接口和所述光模块固定在所述PCB板上，所述光模块包括如权利要求8所述的光收发模块。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述光通信设备包括光线路终端OLT、光网络单元ONU或者光网络终端ONT中的至少一种。