DE102014101671B4

DE102014101671B4 - Bidirektionales optisches Doppel-Wellenlänge-Kommunikationssystem und Verfahren zum Kommunizieren optischer Signale

Info

Publication number: DE102014101671B4
Application number: DE102014101671.8A
Authority: DE
Inventors: David Chak Wang Hui; Xiaozhong Wang; Bing Shao; Kit Cham; Seng-Kum Chan; Ye Chen
Original assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: DE102014101671A1; CN103986519A; US9106338B2; US20140226991A1

Abstract

Bidirektionales Kommunikationssystem (100) aufweisend:
ein optisches Medium (150, 650), das ein erstes Ende (652) und ein zweites Ende (654) aufweist;
eine erste optoelektronische Vorrichtung (102), welche über eine erste optische Baugruppe (130) mit dem ersten Ende (652) des optischen Mediums (150, 650) optisch gekoppelt ist,
wobei die erste optoelektronische Vorrichtung (102) eine erste Lichtquelle (230), einen primären Lichtdetektor (240) und einen ersten Monitor (242) enthält, welche auf einer Montagefläche (212) eines ersten Substrats (210) angebracht sind,
so dass die erste Lichtquelle (230) ein erstes optisches Signal (151) bei einer ersten Wellenlänge (λ1) entlang einer zu der Montagefläche (212) des ersten Substrats (210) senkrechten ersten optischen Achse (231) emittiert und
so dass der erste Monitor (242) einen Teil von dem ersten optischen Signal (151) entlang einer zweiten optischen Achse (243) empfängt, welche parallel ist zu der ersten optischen Achse (231), wenn das erste optische Signal (151) und der Teil des ersten optischen Signals (151) sich in der Nähe der ersten Lichtquelle (230) bzw. des ersten Monitors (242) befinden;
eine zweite optoelektronische Vorrichtung (104), welche über eine zweite optische Baugruppe (140) mit dem zweiten Ende (654) des optischen Mediums (150, 650) optisch gekoppelt ist,
wobei die zweite optoelektronische Vorrichtung (104) eine zweite Lichtquelle (330), einen sekundären Lichtdetektor (340) und einen zweiten Monitor (342) enthält, welche auf einer Montagefläche (312) eines zweiten Substrats (310) angebracht sind,
so dass die zweite Lichtquelle (330) ein zweites optisches Signal (152) bei einer zweiten Wellenlänge (λ2), welche verschieden ist von der ersten Wellenlänge (λ1), entlang einer zu der Montagefläche (312) des zweiten Substrats (310) senkrechten dritten optischen Achse (331) emittiert und
so dass der zweite Monitor (342) einen Teil von dem zweiten optischen Signal (152) entlang einer vierten optischen Achse (343) empfängt, welche parallel ist zu der dritten optischen Achse (331), wenn das zweite optische Signal (152) und der Teil des zweiten optischen Signals (152) sich in der Nähe der zweiten Lichtquelle (330) bzw. des zweiten Monitors (342) befinden;
wobei die erste optische Baugruppe (130) ein erstes optisches Element (610), ein zweites optisches Element (630), eine erste Linse (642), eine zweite Linse (621), eine erste Oberfläche (640) und eine zweite Oberfläche (620) umfasst, wobei die erste Linse (642) auf der ersten Oberfläche (640) angebracht ist, wobei die zweite Linse (621) auf der zweiten Oberfläche (620), die zu der ersten Oberfläche (640) benachbart ist, angebracht ist, wobei das von der ersten Lichtquelle (230) ausgesendete, erste optische Signal (151) durch die erste Linse (642) und das zweite optische Element (630) zu dem ersten optischen Element (610) gelangt, wobei das erste optische Element (610) das erste optische Signal (151) ablenkt und durch die zweite Linse (621) zu dem ersten Ende (652) des optischen Mediums (150, 650) ablenkt, wobei das zweite optische Signal (152) durch die zweite Linse (621) zu dem ersten optischen Element (610) gelangt, welches das zweite optische Signal (152) zu dem zweiten optischen Element (630) ablenkt, welches transparent ist für das erste optische Signal (151) bei der ersten Wellenlänge (λ1), und welches das zweite optische Signal (152) auf den primären Lichtdetektor (240) ablenkt.

Description

Hintergrund
Eine konventionelle optische Kommunikationsverbindung enthält zumindest einen optischen Transmitter, wie zum Beispiel einen Laser, an einem ersten Ende der Verbindung, einen optischen Receiver, wie zum Beispiel eine Fotodiode, an einem zweiten Ende der Verbindung und zumindest eine optische Faser, die den Transmitter und den Receiver miteinander verbindet. Solche optische Kommunikationsverbindungen werden in den Datenzentren und Supercomputern von Heute weitgehend verwendet.
Eine günstige Multimodefaserverbindung wird oft für optische Verbindungen im Bereich von etwa 1 bis 300 Metern bevorzugt. Die heutige Elektronik kann effektiv gewünschte Datenraten bis zu etwa 14 Gbps unter Verwendung von Oberflächenemittern (engl. „vertical cavity surface emitting lasers“) (VCSELs) unterstützen.
US 2012 / 0 002 284 A1 offenbart einen optischen Strahlteiler zur Verwendung in einem opto-elektronischen Modul und ein Verfahren zum Ausführen einer optischen Strahlteilung in einem opto-elektronischen Modul. Der optische Strahlteiler ist dazu eingerichtet, einem von einem Laser erzeugten Hauptstrahl aufzuteilen in zumindest einen ersten Lichtanteil und einen zweiten Lichtanteil, die verschiedene optische Leistungsniveaus aufweisen. Der erste Lichtanteil, der in ein Ende einer optischen Übertragungsfaser einer optischen Kommunikationsverbindung einzukoppeln ist, weist ein optisches Niveau auf, das innerhalb eines Augensicherheitsgrenzwerts ist und dennoch ausreichend optische Leistung aufweist, um Signaldegradationsprobleme zu vermeiden. Das optische Leistungsniveau des ersten Lichtanteils ist niedriger als das optische Leistungsniveau des zweiten Lichtanteils. Der optische Strahlteiler kann in einer unidirektionalen oder auch in einer bidirektionalen optischen Verbindung implementiert werden.
Die Nachfrage nach zusätzlicher Erhöhungen im Datendurchsatz in existierenden Datenzentren beinhaltet zurzeit Hinzufügen von Fasern oder Aufrüstung von Ausrüstung, wie zum Beispiel Servern und Switches. Mit relativ schnelleren Servern und Switches, die zum Arbeiten mit schnelleren Takt- und Datensignalen als diejenige fähig sind, die in zurzeit installierten Servern und Switches verwendet werden. Das Installieren von zusätzlichen Fasern und das Ersetzen von existierender Ausrüstung sind nicht nur teuer, es ist störend bzw. disruptiv für den Betrieb des Datenzentrums. Als eine Alternative zum Hinzufügen von Fasern und zum Aufrüsten von Servern und Switches, um den Datendurchsatz zu erhöhen, können Betreiber von Datenzentren die existierende Faserinfrastruktur verwenden und die Datenrate erhöhen. Mit zunehmenden Datenraten wird es aber schwieriger, die Signalintegrität aufrechtzuerhalten. Wenn das optische Signal bei einer höheren Datenrate moduliert wird, wird es zusätzlich erwartet, dass die Streckenlänge sinkt, über welche eine solche Verbindung erfolgreich den höheren Datendurchsatz erzielen kann. Folglich kann es sein, dass Betreiber von Datenzentren Faserverbindungen umleiten (engl. „reroute“) oder Ausrüstung verlagern müssen. Solche Lösungen sind wieder sowohl teuer als auch störend für den Datenzentrumbetrieb.
Zusammenfassung
Zur Lösung des ihr zugrunde liegenden Problems schafft die Erfindung ein bidirektionales Kommunikationssystem gemäß dem beigefügten, unabhängigen Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren zum Kommunizieren optischer Signale gemäß dem beigefügten, unabhängigen Anspruch 18.
Ein optisches Kommunikationssystem und ein Verfahren zum bidirektionalen Kommunizieren von optischen Signalen verwenden komplementäre Unterbaugruppen (engl. „sub-assemblies“) an jedem Ende eines optischen Mediums. Die Unterbaugruppen weisen einen Transceiver und eine optische Baugruppe auf. Die Transceiver sind durch Anbringen optoelektronischer Vorrichtungen auf einer Montagefläche eines planaren Substrats konfiguriert. Die optischen Baugruppen enthalten neben anderen optischen Elementen ein optisches Element, das im Wesentlichen transparent für einfallendes Licht ist, das einen ersten Bereich von Wellenlängen aufweist, und einfallendes Licht ablenkt (engl. „redirects“), das einen zweiten Bereich von Frequenzen bzw. Wellenlängen aufweist, der unterschiedlich von dem ersten Bereich von Frequenzen bzw. Wellenlängen ist. Beide optischen Baugruppen weisen ein optisches Element auf, das sowohl ein transmittiertes optisches Signal als auch ein empfangenes optisches Signal ablenkt.
In einer beispielhaften Ausführungsform weist ein bidirektionales Kommunikationssystem einen ersten und einen zweiten Transceiver, eine erste und eine zweite optische Baugruppe und ein optisches Medium auf. Der erste Transceiver weist eine erste optoelektronische Lichtquelle und einen ersten optoelektronischen Lichtdetektor auf, die auf einem planaren Substrat angebracht sind. Die erste optoelektronische Lichtquelle ist zum Emittieren eines ersten optischen Signals bei einer ersten Wellenlänge konfiguriert. Der erste optoelektronische Lichtdetektor ist von einem zweiten optischen Signal bei einer zweiten Wellenlänge ansprechbar (engl. „responsive to“), die unterschiedlich von der ersten Wellenlänge ist. Die erste optische Baugruppe weist ein erstes optisches Element auf, das zum Koppeln des ersten optischen Signals in ein erstes Ende des optischen Mediums hinein und zum Ablenken des zweiten optischen Signals an ein zweites optisches Element konfiguriert ist. Das zweite optische Element ist transparent für das erste optische Signal bei der ersten Wellenlänge und lenkt das zweite optische Signal an den ersten optoelektronischen Lichtdetektor ab. Der zweite Transceiver weist eine zweite optoelektronische Lichtquelle und einen zweiten optoelektronischen Lichtdetektor auf, die auf einem planaren Substrat angebracht sind. Die zweite optoelektronische Lichtquelle ist zum Emittieren eines zweiten optischen Signals bei einer zweiten Wellenlänge konfiguriert. Der zweite optoelektronische Lichtdetektor ist von dem ersten optischen Signal bei der ersten Wellenlänge ansprechbar. Die zweite optische Baugruppe weist ein drittes optisches Element auf, das zum Koppeln des zweiten optischen Signals in das zweite Ende des optischen Mediums hinein und zum Ablenken des ersten optischen Signals an ein viertes optisches Element konfiguriert ist. Das vierte optische Element ist transparent für das zweite optische Signal bei der zweiten Wellenlänge und lenkt das erste optische Signal an den zweiten optoelektronischen Lichtdetektor ab.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist ein Verfahren zur Kommunikation unter Verwendung optischer Signale die folgenden Schritte auf: ein Bereitstellen eines optischen Mediums, das ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, ein Bereitstellen eines ersten Transceivers, der eine erste optoelektronische Lichtquelle aufweist, die zum Emittieren eines ersten optischen Signals bei einer ersten Wellenlänge konfiguriert ist, und einen ersten optoelektronischen Lichtdetektor aufweist, der von einem zweiten optischen Signal bei einer zweiten Wellenlänge, die unterschiedlich von der ersten Wellenlänge ist, ansprechbar ist, wobei die erste optoelektronische Lichtquelle und der erste optoelektronische Lichtdetektor auf einem ersten planaren Substrat angebracht sind, ein Erzeugen des ersten optischen Signals entlang einer ersten Achse von einem Emitter der ersten optoelektronischen Lichtquelle, ein Bereitstellen eines zweiten Transceivers, der eine zweite optoelektronische Lichtquelle und einen zweiten optoelektronischen Lichtdetektor aufweist, wobei die zweite optoelektronische Lichtquelle zum Emittieren des zweiten optischen Signals bei der zweiten Wellenlänge konfiguriert ist, wobei der zweite optoelektronische Lichtdetektor von dem ersten optischen Signal bei der ersten Wellenlänge ansprechbar ist, wobei die zweite optoelektronische Lichtquelle und der zweite optoelektronische Lichtdetektor auf einem zweiten planaren Substrat angebracht sind, ein Erzeugen des zweiten optischen Signals entlang einer zweiten Achse von einem Emitter der zweiten optoelektronischen Lichtquelle, ein Verwenden einer ersten optischen Baugruppe zum optischen Koppeln des ersten Transceivers am ersten Ende des optischen Mediums, wobei die erste optische Baugruppe ein erstes optisches Element, das transparent zu dem ersten optischen Signal ist und das zweite optische Signal ablenkt, und ein zweites optisches Element aufweist, das sowohl das erste optische Signal als auch das zweite optische Signal ablenkt, wobei das erste optische Signal sich in Richtung des optischen Mediums ausbreitet und wobei das zweite optische Signal sich in Richtung des ersten optischen Elements ausbreitet, und ein Verwenden einer zweiten optischen Baugruppe zum optischen Koppeln des zweiten Transceivers am zweiten Ende des optischen Mediums, wobei die zweite optische Baugruppe ein drittes optisches Element, das transparent zu dem zweiten optischen Signal ist und das erste optische Signal ablenkt, und ein viertes optisches Element verwendet, das sowohl das erste optische Signal als auch das zweite optische Signal ablenkt, wobei das erste optische Signal sich in Richtung des dritten optischen Elements ausbreitet, wobei das zweite optische Signal sich in Richtung des optischen Mediums ausbreitet.
Weitere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile werden nach Durchsicht der folgenden Figuren und detaillierten Beschreibung für einen Fachmann offenkundig sein oder sich für denselben herausstellen. Es ist beabsichtigt, dass alle solche zusätzliche Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile in dieser Beschreibung enthalten sind, innerhalb des Umfangs der Spezifikation sind und von den begleitenden Patentansprüchen geschützt werden.
Figurenliste
Das bidirektionale optische Kommunikationssystem und die Verfahren zum Kommunizieren optischer Signale können mit Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen besser verstanden werden. Die Bauteile in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabgetreu, wobei stattdessen Betonung auf eine klare Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung gelegt wird.

Die 1 ist eine schematische Ansicht eines bidirektionalen Kommunikationssystems, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Die 2 ist eine Seitenelevationsansicht eines der Transceiver von 1.
Die 3 ist eine Seitenelevationsansicht des anderen Transceivers von 1.
Die 4 ist eine schematische Draufsicht des Transceivers von 2.
Die 5 ist eine schematische Draufsicht des Transceivers von 3.
Die 6 ist eine schematische Seitenelevationsansicht einer der optischen Baugruppen von 1.
Die 7 ist eine schematische Seitenelevationsansicht der anderen optischen Baugruppe von 1.
Die 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Kommunizieren mittels optischer Signale darstellt, die unter Verwendung des Systems von 1 ausgerichtet und gekoppelt sind.

Detaillierte Beschreibung
Die beschriebenen Probleme beim Erhöhen des Datendurchsatzes bei Wiederverwendung einer installierten Faserinfrastruktur werden von einem bidirektionalen Kommunikationssystem angegangen, in welchem die optoelektronischen Vorrichtungen in den jeweiligen Transceivern in einer gewünschten Konfiguration auf einer Montagefläche eines planaren Substrats angebracht sind, und von einer optischen Baugruppe, die den komplementären Transceiver an ein Ende der optischen Faser koppelt. Die optischen Baugruppen weisen erste und zweite optische Elemente auf, die entlang einer Achse angebracht sind, die senkrecht auf den Substraten ist. Das erste optische Element ist transparent für das optische Signal, das von dem jeweiligen Transceiver transmittiert wird, und lenkt das von dem anderen Transceiver empfangenen Signal ab. Die optischen Baugruppen ermöglichen eine einzige Ausrichtung von den optoelektronischen Vorrichtungen des Transceivers und von dem optischen Medium.
Wie oben kurz beschrieben, wird ein einziges optisches Medium, wie zum Beispiel eine Multimodefaser, die gegenwärtig in einem Datenzentrum verwendet wird, durch Trennen des optischen Mediums von den Vorrichtungen des Datenzentrums und Wiederverbinden des optischen Mediums mit den komplementären Baugruppen modifiziert. Die Baugruppen sind mit entsprechenden Anschlüssen konfiguriert, um die Vorrichtungen des Datenzentrums und das optische Medium zu verbinden. Die Unterbaugruppen enthalten gepaarte Transceiver und optische Unterbaugruppen, die dazu fähig sind, jeweilige optische Signale zu erzeugen und in die jeweiligen Enden des optischen Mediums hinein zu koppeln. Die beschriebenen Modifikationen stellt eine kostengünstige Lösung zur Erhöhung von Datendurchsatz bei Verwendung gegenwärtig installierter Faserverläufe (engl. „fiber runs“) in einem Datenzentrum dar.
Wie in der 1 schematisch dargestellt, sind die Baugruppe 102 und die Baugruppe 104 an entgegengesetzten Enden des optischen Mediums 150 verbunden, um ein bidirektionales Kommunikationssystem 100 zu bilden. Die Baugruppe 102 weist einen Transceiver 110 und eine optische Unterbaugruppe 130 auf. Ein erstes optisches Signal 151 wird von dem Transceiver 110 erzeugt und von der optischen Unterbaugruppe 130 in das optische Medium 150 hinein gekoppelt, welches das erste optische Signal 151 an die Baugruppe 104 am entgegengesetzten Ende des optischen Mediums 150 fördert. Das erste optische Signal 151 hat eine Wellenlänge λ₁ , die ungefähr gleich 855 nm und innerhalb eines Bereiches von ungefähr 840 Nanometer (nm) bis 870 nm ist.
Die Baugruppe 104 weist einen Transceiver 120 und eine optische Unterbaugruppe 140 auf. In ähnlicher Weise wird ein zweites optisches Signal 152 von dem Transceiver 120 erzeugt und von der Baugruppe 104 in das optische Medium 150 hinein gekoppelt, welches das zweite optische Signal 152 an die Baugruppe 102 am ersten Ende des optischen Mediums 150 fördert. Das zweite optische Signal 152 hat eine Wellenlänge λ₂ , die ungefähr gleich 905 nm und innerhalb eines Bereiches von ungefähr 890 nm bis 920 nm ist.
Wie es unten detaillierter beschrieben wird, enthält die optische Unterbaugruppe 130 ein optisches Element, das sowohl das erste optische Signal 151 als auch das zweite optische Signal 152 von der longitudinalen Achse des optischen Mediums 150 ablenkt, und ein zweites optisches Element, das für das erste optische Signal 151 transparent ist und das zweite optische Signal 152 ablenkt.
In ähnlicher Weise enthält die optische Unterbaugruppe 140 ein optisches Element, das sowohl das erste optische Signal 151 als auch das zweite optische Signal 152 von der longitudinalen Achse des optischen Mediums 150 ablenkt, und ein zweites optisches Element, das für das zweite optische Signal 152 transparent ist und das erste optische Signal 151 ablenkt.
Die 2 ist eine seitliche Elevationsansicht einer beispielhaften Ausführungsform des in der 1 eingeführten Transceivers 110. Der Transceiver 110 ist eine elektrooptische Vorrichtung, die bidirektional kommunizieren kann, das heißt optische Signale transmittieren und empfangen kann. In der dargestellten Ausführungsform sind die verschiedenen elektronischen und elektrooptischen Vorrichtungen des Transceivers 110 auf einer Montagefläche 212 eines im Wesentlichen planaren Substrats 210 angebracht. Wie dargestellt, ist die Montagefläche 212 im Wesentlichen parallel mit der X-Y-Ebene. Die Positionen dieser Bauteile können gestaltet werden, um für beste optische und elektrische Leistung bzw. Performance zu optimieren.
Das Substrat 210 ist aus einer Schicht von Halbleitermaterial gemacht oder kann in Alternativen Gestaltungen eine gedruckte Leiterplatte sein. Die optoelektronischen Vorrichtungen können einen Laser oder eine andere Lichtquelle 230 aufweisen, wie zum Beispiel einen Oberflächenemitter (engl. „vertical cavity surface emitting laser“) (VCSEL). Die Lichtquelle 230 erzeugt oder emittiert das erste optische Signal 151 als Reaktion auf elektrische Signale, mit denen sie angesteuert wird. Das erste optische Signal 151 wird von der Lichtquelle 230 entlang der optischen Achse 231 in die positive Z-Richtung emittiert und wird von der optischen Unterbaugruppe 130 in der Art und Weise, die unten detaillierter beschrieben wird, gekoppelt und optisch manipuliert.
Die optoelektronischen Vorrichtungen weisen ferner eine Fotodiode oder einen anderen primären Lichtdetektor 240 auf, wie zum Beispiel eine Positive-Intrinsic-Negative (PIN) Diode. Der primäre Lichtdetektor 240 erzeugt elektrische Signale als Reaktion auf das zweite optische Signal 152, das von dem Transceiver 110 empfangen wird und auf den primären Lichtdetektor 240 entlang der optischen Achse 241 in der negativen Z-Richtung in der Art und Weise auftrifft, die unten detaillierter beschrieben wird.
Die optoelektronischen Vorrichtungen können auch eine ähnliche Fotodiode oder einen anderen Lichtdetektor aufweisen, wie zum Beispiel den Monitor oder MON 242. Der MON 242 erzeugt elektrische Signale als Reaktion auf einen Teil des transmittierten ersten optischen Signals 151, der auf eine aktive Oberfläche des MON 242 entlang der optischen Achse 243 in der negativen Z-Richtung auftrifft.
Die elektronischen Schaltkreise 220, wie zum Beispiel integrierte Treiber- und Empfänger-Schaltkreise, verarbeiten die elektrischen Signale. Die verschiedenen optoelektronischen Vorrichtungen und elektronischen Schaltkreis(e) 220 können mittels Drahtbonds, Signalleiterbahnen (engl. „signal traces“) oder unter Verwendung einer jeden Anzahl von (nicht gezeigten) konventionellen Mechanismen verbunden sein. Elektrische Signale, die die Informationen repräsentieren, die in den transmittierten und empfangenen optischen Signalen getragen werden, können mit anderen (externen) Systemen durch (nicht gezeigte) elektrische Kontakte auf dem Substrat 210 kommuniziert werden.
Die 3 ist eine seitliche Elevationsansicht einer beispielhaften Ausführungsform des in der 1 eingeführten Transceivers 120. Der Transceiver 120 ist eine elektrooptische Vorrichtung, die bidirektional kommunizieren kann, das heißt optische Signale transmittieren und empfangen kann. In der dargestellten Ausführungsform sind die verschiedenen elektronischen und elektrooptischen Vorrichtungen des Transceivers 120 auf einer Montagefläche 312 eines im Wesentlichen planaren Substrats 310 angebracht. Ähnlich der Montagefläche 212 des Transceivers 110 ist die Montagefläche 312 im Wesentlichen parallel mit der X-Y-Ebene.
Es sollte aber verstanden werden, dass die Konvention, sowohl die Montagefläche 212 des Transceivers 101 als auch die Montagefläche 312 des Transceivers 120 als parallel zu der X-Y-Ebene zu beschreiben, der Einfachheit der Beschreibung dient und auf die Anordnung von Vorrichtungen innerhalb der separaten Baugruppen begrenzt ist. Anders ausgedrückt sind die optoelektronischen Vorrichtungen (zum Beispiel die Lichtquelle 230, der primäre Lichtdetektor 240, der Monitor-Detektor 242), die auf der Montagefläche 212 angebracht sind, koplanar aber nicht notwendigerweise auf der gleichen Ebene wie die komplementären optoelektronischen Vorrichtungen (zum Beispiel die Lichtquelle 330, der primäre Lichtdetektor 340, der Monitor-Detektor 342), die auf der Montagefläche 312 des Transceivers 120 angebracht sind.
Das Substrat 310 ist aus einer Schicht von Halbleitermaterial gemacht oder kann in Alternativen Gestaltungen eine gedruckte Leiterplatte sein. Die optoelektronischen Vorrichtungen können einen Laser oder eine andere Lichtquelle 330 aufweisen, wie zum Beispiel einen VCSEL. Die Lichtquelle 330 erzeugt oder emittiert das zweite optische Signal 152 als Reaktion auf elektrische Signale, mit denen sie angesteuert wird. Das zweite optische Signal 152 wird von der Lichtquelle 330 entlang der optischen Achse 331 in die positive Z-Richtung emittiert und wird von der optischen Unterbaugruppe 140 in der Art und Weise, die unten detaillierter beschrieben wird, gekoppelt und optisch manipuliert.
Die optoelektronischen Vorrichtungen weisen ferner eine Fotodiode oder einen primären Lichtdetektor 340 auf, wie zum Beispiel eine PIN-Diode. Der primäre Lichtdetektor 340 erzeugt elektrische Signale als Reaktion auf das erste optische Signal 151, das von dem Transceiver 120 empfangen wird und auf den primären Lichtdetektor 340 entlang der optischen Achse 341 in der negativen Z-Richtung in der Art und Weise auftrifft, die unten detaillierter beschrieben wird.
Die optoelektronischen Vorrichtungen können auch eine ähnliche Fotodiode oder einen anderen Lichtdetektor oder Monitor (MON benannt) 342 aufweisen. Der MON 342 erzeugt elektrische Signale als Reaktion auf einen Teil des transmittierten zweiten optischen Signals 152, der auf eine aktive Oberfläche des MON 342 entlang der optischen Achse 343 in der negativen Z-Richtung in der Art und Weise auftrifft, die unten detaillierter beschrieben wird.
Die elektronischen Schaltkreise 320, wie zum Beispiel integrierte Treiber- und Empfänger-Schaltkreise, verarbeiten die elektrischen Signale. Die verschiedenen optoelektronischen Vorrichtungen und elektronischen Schaltkreis(e) 320 können mittels Drahtbonds, Signalleiterbahnen oder unter Verwendung einer jeden Anzahl von (nicht gezeigten) konventionellen Mechanismen verbunden sein. Elektrische Signale, die die Informationen repräsentieren, die in den transmittierten und empfangenen optischen Signalen getragen werden, können mit anderen (externen) Systemen durch (nicht gezeigte) elektrische Kontakte auf dem Substrat 310 kommuniziert werden.
Die 4 enthält eine beispielhafte Ausführungsform des Transceivers 110 von 2. Spezifischer enthält die 4 eine schematische Draufsicht des Transceivers 110. Das heißt, dass die Darstellung den Transceiver 110 aus der Perspektive eines Betrachters in der negativen Z-Richtung zeigt, der auf die Montagefläche 212 sieht. Der/die elektronische(n) Schaltkreis(e) 220 kann/können ein integrierter Schaltkreis, eine Sammlung von integrierten Schaltkreisen und elektrisch gekoppelten Elementen oder eine Sammlung von elektrisch gekoppelten Elementen sein. Der/die elektronische(n) Schaltkreis(e) 220 ist/sind längs der ganz linken Seite der Montagefläche 212 gezeigt. Diese integrierten Treiber- und Empfänger-Schaltkreise und/oder diskrete elektronische Vorrichtungen, die beim Erzeugen oder Verarbeiten der elektrischen Signale mitwirken, welche die mit externen Systemen kommunizierten Informationen repräsentieren, können aber über die Montagefläche 212 verteilt sein.
Die Lichtquelle oder VCSEL 230, der primäre Lichtdetektor oder PIN 240 und der Monitor-Detektor oder MON 242 sind auf der Montagefläche 212 derart positioniert, dass die optische Achse 231, die sich von dem Emitter des VCSEL 230 erstreckt, die optische Achse 241, die sich von der fotoempfindlichen Oberfläche der PIN 240 erstreckt, und die optische Achse 243, die sich von der fotoempfindlichen Oberfläche des MON 242 erstreckt, in Registrierung mit einem oder mehreren entsprechenden optischen Elementen der optischen Unterbaugruppe 130 (1) in der Art und Weise, die in Zusammenhang mit der 6 beschrieben wird, angebracht werden können, um den Transceiver 110 optisch an die optische Unterbaugruppe 130 zu koppeln.
Die 5 enthält eine beispielhafte Ausführungsform des Transceivers 120 von 3. Spezifischer, enthält die 5 eine schematische Draufsicht des Transceivers 120. Das heißt, dass die Darstellung den Transceiver 120 aus der Perspektive eines Betrachters in der negativen Z-Richtung zeigt, der auf die Montagefläche 312 sieht. Der/die elektronische(n) Schaltkreis(e) 320 kann/können ein integrierter Schaltkreis, eine Sammlung von integrierten Schaltkreisen und elektrisch gekoppelten Elementen oder eine Sammlung von elektrisch gekoppelten Elementen sein. Der/die elektronische(n) Schaltkreis(e) 320 ist/sind längs der ganz rechten Seite der Montagefläche 312 gezeigt. Diese integrierten Treiber- und Empfänger-Schaltkreise und/oder diskrete elektronische Vorrichtungen, die beim Erzeugen oder Verarbeiten der elektrischen Signale mitwirken, welche die mit externen Systemen kommunizierten Informationen repräsentieren, können aber über die Montagefläche 312 verteilt sein.
Die Lichtquelle oder VCSEL 330, der primäre Lichtdetektor oder PIN 340 und der Monitor-Detektor oder MON 342 sind auf der Montagefläche 312 derart positioniert, dass die optische Achse 331, die sich von dem Emitter des VCSEL 330 erstreckt, die optische Achse 341, die sich von der fotoempfindlichen Oberfläche der PIN 340 erstreckt, und die optische Achse 343, die sich von der fotoempfindlichen Oberfläche des MON 342 erstreckt, in Registrierung mit einem oder mehreren entsprechenden optischen Elementen der optischen Unterbaugruppe 140 (1) in der Art und Weise, die in Zusammenhang mit der 7 beschrieben wird, angebracht werden können, um den Transceiver 120 optisch an die optische Unterbaugruppe 140 zu koppeln.
Die 6 ist eine schematische Seitenelevationsansicht einer der optischen Baugruppen von 1. Die 6 enthält eine beispielhafte Ausführungsform der optischen Unterbaugruppe 130 von 1. Die 6 enthält spezifischer eine schematische Seitenelevationsansicht der optischen Unterbaugruppe 130. Das heißt, die Darstellung zeigt die optische Unterbaugruppe 130 aus der Perspektive eines Betrachters, der in die Y-Richtung auf eine Seitenfläche der optischen Unterbaugruppe 130 sieht.
Die optische Unterbaugruppe 130 weist einen Körper auf, der aus einem Material hergestellt ist, das transparent für die transmittierten und empfangenen optischen Signale ist. Ein Beispiel eines solchen Materials ist unter dem Markennamen ULTEM® (zum Beispiel ULTEM 1010) erhältlich, das ein amorphes thermoplastisches Material ist, das von SABIC Innovative Plastics of Saudi Arabia (ehemals General Electric Plastics Division) hergestellt wird.
Da der Körper der optischen Unterbaugruppe 130 aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist und wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt, können eine Linse 641, eine Linse 642, eine Linse 643 und eine Linse 621 durch Abschnitte definiert werden, die einheitlich mit den umgebenden Abschnitten des Körpers der optischen Unterbaugruppe 130 geformt bzw. gegossen sind. Eine oder beide von der optischen Unterbaugruppe 130 und dem Transceiver 110 mögen mit verschiedenen Merkmalen zum Ausrichten der Oberfläche 640 der optischen Unterbaugruppe 130 mit den optoelektronischen Elementen auf der Montagefläche 212 des Transceivers 110 konfiguriert sein. Die Linse 641 ist entlang der Oberfläche 640 in einer Position in der X-Y-Ebene angebracht, die zur Registrierung mit der optischen Achse 243 führt, wenn die optische Unterbaugruppe in enger Anordnung mit dem Transceiver 110 angebracht wird. Die Linse 642 ist entlang der Oberfläche 640 an einer zweiten Position in der X-Y-Ebene angebracht, die zur Registrierung mit der optischen Achse 231 führt. In ähnlicher Weise ist die Linse 621 entlang der Oberfläche 620 an einer Position in der Y-Z-Ebene angebracht, die zur Registrierung mit der longitudinalen Achse 655 eines Lichtmediums führt.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Lichtmedium eine optische Multimodefaser 650. Ein erstes Ende 652 der optischen Multimodefaser 650 ist in Registrierung mit der Linse 621 gezeigt. Verschiedene Strukturen an der Schnittstelle zwischen der optischen Multimodefaser 650 und der Linse 621 sind in der dargestellten Ausführungsform zwecks Einfachheit der Darstellung und Beschreibung nicht gezeigt. Fachleute werden verstehen, wie die optische Multimodefaser 650 zweckmäßig in dem passenden Abstand von der Linse 621 und so, dass die longitudinale Achse der optischen Multimodefaser 650 mit der optischen Achse 655 innerhalb der optischen Unterbaugruppe 130 ausgerichtet wird, anzubringen ist.
Wie in der 6 gezeigt, ist die optische Unterbaugruppe 130 mit einem optischen Element 630 und einem optischen Element 610 angebracht, die die optische Achse 231 schneiden. Die Linse 642 kollimiert das erste optische Signal 151, das von der Lichtquelle 230 emittiert wird, entlang der optischen Achse 231, wo es auf das optische Element 630 und das optische Element 610 trifft. Das optische Element 630 weist eine erste Oberfläche 631 und eine zweite Oberfläche 632 auf. Das optische Element 630 ist im Wesentlichen transparent für auftreffendes Licht bei der ersten Wellenlänge (λ₁ ). Das heißt, dass ein erster oder größter Teil des ersten optischen Signals 151 durch das optische Element 630 ohne Ablenkung passiert. Wie mit gestrichelter Linie in der 6 markiert, passiert dieser erster Teil des ersten optischen Signals 151 durch das optische Element 630 entlang der optischen Achse 231 und wird von dem optischem Element 610 um einen Winkel in Bezug auf die optische Achse 231, der nicht gleich null ist, in eine Richtung zu der Linse 621 hin abgelenkt, die den ersten Teil des ersten optischen Signals 151 auf das erste Ende 652 der optischen Multimode-Fiber 650 fokussiert. In dieser Art und Weise wird das erste optische Signal 151 von der optischen Unterbaugruppe 130 gekoppelt, manipuliert und entlang der optischen Multimode-Fiber 650 losgeschickt (engl. „launched“).
Wie es in ähnlicher Weise mit gestrichelter Linie in der 6 markiert ist, wird der zweite Teil des ersten optischen Signals 151, wie in der Darstellung mit der Kennzeichnung λ₁ markiert, von der Oberfläche 632 des optischen Elements 630 in Richtung des optischen Elements 614 um einen Winkel (nicht Null) in Bezug auf die optische Achse 231 abgelenkt. Dieser zweite Teil des ersten optischen Signals 151 wird von dem optischen Element 614 in eine Richtung entlang der optischen Achse 243 zu der Linse 641 hin abgelenkt, die den zweiten Teil des ersten optischen Signals 151 auf eine aktive Oberfläche des MON 242 fokussiert. In dieser Art und Weise wird ein Teil des ersten optischen Signals 151 zweimal abgelenkt und optisch zu dem Licht-Monitor-Detektor oder MON 242 des Transceivers 110 gekoppelt.
Wie es in der 6 auch mit gestrichelter Linie markiert ist, wird das zweite optische Signal 152, wie in der Darstellung mit der Kennzeichnung λ₂ markiert, und als entlang der optischen Multimode-Fiber 650 von dem Transceiver 120 transportiert, von der Linse 621 kollimiert und entlang der optischen Achse 655 zu dem optischen Element 610 geführt, welches das zweite optische Signal 152 in Richtung der Oberfläche 631 des optischen Elements 630 ablenkt. Das einmal abgelenkte zweite optische Signal 152 trifft auf die Oberfläche 631 des optischen Elements 630 bei einem Einfallswinkel σ auf, der in einem Bereich von ungefähr 20 bis 45 Grad ist, und wird ferner um einen Winkel in Bezug auf die optische Achse 231, der nicht Null ist, in Richtung des optischen Elements 612 abgelenkt. Danach wird das zweite optische Signal 152 weiter um einen Winkel, der nicht Null ist, von dem optischen Element 612 derart abgelenkt, dass das abgelenkte Signal in eine Richtung entlang der optischen Achse 241 zu der Linse 643 hin geleitet wird, die das zweite optische Signal 152 auf eine aktive Oberfläche des PIN 240 fokussiert. In dieser Art und Weise wird das zweite optische Signal 152 dreimal abgelenkt und optisch zu dem PIN 240 des Transceivers 110 gekoppelt.
Die 7 enthält eine beispielhafte Ausführungsform der optischen Unterbaugruppe 140 von 1. Das heißt, die Darstellung zeigt die optische Unterbaugruppe 140 aus der Perspektive eines Betrachters, der in die Y-Richtung auf eine Seitenfläche der optischen Unterbaugruppe 140 sieht.
Die optische Unterbaugruppe 140 weist einen Körper auf, der aus einem Material hergestellt ist, das transparent für die transmittierten und empfangenen optischen Signale ist. Das Material kann das gleiche Material sein, das zum Herstellen des Körpers der optischen Unterbaugruppe 130 verwendet wurde.
Da der Körper der optischen Unterbaugruppe 140 aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist und wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt, können eine Linse 741, eine Linse 742, eine Linse 743 und eine Linse 721 durch Abschnitte definiert werden, die einheitlich mit den umgebenden Abschnitten des Körpers der optischen Unterbaugruppe 140 geformt bzw. gegossen sind. Eine oder beide von der optischen Unterbaugruppe 140 und dem Transceiver 120 mögen mit verschiedenen Merkmalen zum Ausrichten der Oberfläche 740 der optischen Unterbaugruppe 140 mit den optoelektronischen Elementen auf der Montagefläche 312 des Transceivers 120 konfiguriert sein. Die Linse 741 ist entlang der Oberfläche 740 in einer Position in der X-Y-Ebene angebracht, die zur Registrierung mit der optischen Achse 341 führt, wenn die optische Unterbaugruppe 140 in enger Anordnung mit dem Transceiver 120 angebracht wird. Die Linse 742 ist entlang der Oberfläche 740 an einer zweiten Position in der X-Y-Ebene angebracht, die zur Registrierung mit der optischen Achse 331 führt. In ähnlicher Weise ist die Linse 721 entlang der Oberfläche 720 an einer Position in der Y-Z-Ebene angebracht, die zur Registrierung mit der longitudinalen Achse eines Lichtmediums führt.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Lichtmedium eine optische Multimodefaser 650. Ein zweites Ende 654 der optischen Multimodefaser 650 ist in Registrierung mit der Linse 721 gezeigt. Verschiedene Strukturen an der Schnittstelle zwischen der optischen Multimodefaser 650 und der Linse 721 sind in der dargestellten Ausführungsform zwecks Einfachheit der Darstellung und Beschreibung nicht gezeigt. Fachleute werden verstehen, wie die optische Multimodefaser 650 zweckmäßig in dem passenden Abstand von der Linse 721 und so, dass die longitudinale Achse der optischen Multimodefaser 650 mit der optischen Achse 755 innerhalb der optischen Unterbaugruppe 140 ausgerichtet wird, anzubringen ist.
Wie in der 7 gezeigt, ist die optische Unterbaugruppe 140 mit einem optischen Element 730 und einem optischen Element 710 angebracht, die die optische Achse 331 schneiden. Die Linse 742 kollimiert das zweite optische Signal 152, das von der Lichtquelle 330 emittiert wird, entlang der optischen Achse 331, wo es auf das optische Element 730 und das optische Element 710 trifft. Das optische Element 730 weist eine erste Oberfläche 731 und eine zweite Oberfläche 732 auf. Das optische Element 730 ist im Wesentlichen transparent für auftreffendes Licht bei der zweiten Wellenlänge (λ₂ ). Das heißt, dass ein erster oder größter Teil des zweiten optischen Signals 152 durch das optische Element 730 ohne Ablenkung passiert. Wie mit gestrichelter Linie in der 7 markiert, passiert dieser erste Teil des zweiten optischen Signals 152 durch das optische Element 730 entlang der optischen Achse 331 und wird von dem optischem Element 710 um einen Winkel in Bezug auf die optische Achse 331, der nicht gleich null ist, in eine Richtung zu der Linse 721 hin abgelenkt, die den ersten Teil des zweiten optischen Signals 152 auf das zweite Ende 654 der optischen Multimode-Fiber 650 fokussiert. In dieser Art und Weise wird das zweite optische Signal 152 von der optischen Unterbaugruppe 140 gekoppelt, manipuliert und entlang der optischen Multimode-Fiber 650 losgeschickt.
Wie es in ähnlicher Weise mit gestrichelter Linie in der 7 markiert ist, wird der zweite Teil des zweiten optischen Signals 152, wie in der Darstellung mit der Kennzeichnung λ₂ markiert, von der Oberfläche 732 des optischen Elements 730 in Richtung des optischen Elements 714 um einen Winkel (nicht Null) in Bezug auf die optische Achse 331 abgelenkt. Dieser zweite Teil des zweiten optischen Signals 152 wird von dem optischen Element 714 in eine Richtung entlang der optischen Achse 343 zu der Linse 743 hin abgelenkt, die den zweiten Teil des zweiten optischen Signals 152 auf eine aktive Oberfläche des MON 342 fokussiert. In dieser Art und Weise wird ein Teil des zweiten optischen Signals 152 zweimal abgelenkt und optisch zu dem Licht-Monitor-Detektor oder MON 342 des Transceivers 120 gekoppelt.
Wie es in der 7 auch mit gestrichelter Linie markiert ist, wird das erste optische Signal 151, wie in der Darstellung mit der Kennzeichnung λ₁ markiert, und als entlang der optischen Multimode-Fiber 650 von dem Transceiver 110 transportiert, von der Linse 721 kollimiert und entlang der optischen Achse 755 zu dem optischen Element 710 geführt, welches das erste optische Signal 151 in Richtung der Oberfläche 731 des optischen Elements 730 ablenkt. Das einmal abgelenkte erste optische Signal 151 trifft auf die Oberfläche 731 des optischen Elements 730 bei einem Einfallswinkel φ auf, der in einem Bereich von ungefähr 20 bis 45 Grad ist, und wird ferner um einen Winkel in Bezug auf die optische Achse 331, der nicht Null ist, in Richtung des optischen Elements 712 abgelenkt. Danach wird das erste optische Signal 151 weiter um einen Winkel, der nicht Null ist, von dem optischen Element 712 derart abgelenkt, dass das abgelenkte Signal in eine Richtung entlang der optischen Achse 341 zu der Linse 741 hin geleitet wird, die das erste optische Signal 151 auf eine aktive Oberfläche des PIN 340 fokussiert. In dieser Art und Weise wird das erste optische Signal 151 dreimal abgelenkt und optisch zu dem PIN 340 des Transceivers 120 gekoppelt.
Wie oben beschrieben, sind das optische Element 630 und das optische Element 730 Filter, die erlauben, dass ein größter Teil des Lichts mit einer ausgewählten Wellenlänge oder einem ausgewählten Bereich von Wellenlängen passiert, während sie Licht mit einer ausgewählten zweiten Wellenlänge oder einem ausgewählten Bereich von Wellenlängen ablenken. Der Minderheitsteil des Lichts bei der ausgewählten Wellenlänge wird zum Monitoring bzw. zur Überwachung der Qualität des transmittierten optischen Signals bei der ausgewählten Wellenlänge abgelenkt. Die Filter sind aus mehreren Schichten von dielektrischen und/oder metallischen Materialien über ein Glas-oder Plastiksubstrat eingerichtet.
Das optische Element 610 und das optische Element 710 lenken sowohl das erste optische Signal 151 als auch das zweite optische Signal 152 ab. Diese Elemente können mit solchen Materialien, wie Plastik und Glas, implementiert sein, die zu einer totalen internen Reflexion über die gewünschten Wellenlängen führen. Dies kann mit oder ohne Folien oder Schichten von metallischen Materialien oder dielektrischen Materialien erreicht werden. Alternativ kann eine totale interne Reflexion über die gewünschten Wellenlängen vermieden werden, um Dämpfung bereitzustellen. Noch weitere Alternative enthalten die Verwendung von Filtern zum Implementieren des optischen Elements 610 und des optischen Elements 710. Solche Filter könnten angebracht werden, um die Ablenkung von einfallendem Licht bei Wellenlängen unter 840 nm und über 920 nm zu vermeiden.
Das optische Element 614 und das optische Element 712 lenken das erste optische Signal 151 ab. Diese Elemente können in ähnlicher Weise angebracht werden, um eine totale interne Reflexion des ersten optischen Signals 151 zu erzeugen. Alternativ kann eine totale interne Reflexion über der gewünschten Wellenlänge von ungefähr 855 nm vermieden werden, um Dämpfung bereitzustellen. Noch weitere Alternative enthalten die Verwendung von Filtern zum Implementieren des optischen Elements 614 und des optischen Elements 712. Solche Filter könnten angebracht werden, um die Ablenkung von einfallendem Licht bei Wellenlängen über ungefähr 870 nm zu vermeiden, um Übersprechen (engl. „cross talk“) durch das zweite optische Signal 152 zu vermeiden.
Das optische Element 612 und das optische Element 714 lenken das zweite optische Signal 152 ab. Diese Elemente können in ähnlicher Weise angebracht werden, um eine totale interne Reflexion des zweiten optischen Signals 152 zu erzeugen. Alternativ kann eine totale interne Reflexion über der gewünschten Wellenlänge von ungefähr 905 nm vermieden werden, um Dämpfung bereitzustellen. Noch weitere Alternative enthalten die Verwendung von Filtern zum Implementieren des optischen Elements 612 und des optischen Elements 714. Solche Filter könnten angebracht werden, um die Ablenkung von einfallendem Licht bei Wellenlängen unter ungefähr 890 nm zu vermeiden, um Übersprechen durch das erste optische Signal 151 zu vermeiden.
Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Baugruppe 102 und der Baugruppe 104 können in einer Vielfalt von Faseroptik-Paketen, einschließlich Small-Form-Factor-Pluggable-Plus (SFP+) und Quad- Small-Form-Factor-Pluggable (QSFP) Pakete implementiert sein.
Während die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen auf ein erstes optisches Signal, das bei einer Wellenlänge von ungefähr 855 nm arbeitet, und auf ein zweites optisches Signal, das bei einer Wellenlänge von ungefähr 905 nm arbeitet, gerichtet sind, können die zwei Wellenlängen basierend auf mehreren Faktoren ausgewählt werden. Zum Beispiel die Bandbreite der installierten Faser in einem Datenzentrum und die Verfügbarkeit von günstigen VCSEL-basierten Transceivern. Optische Fasern gemäß den OM3- oder OM4-Klassifikationen, die in dem ISO 11801 Standard angeführt sind, sind dazu ausgelegt, einen Spitzenwert der Bandbreite bei ungefähr 850 nm zu haben. Abweichung von dieser Wellenlänge wird die Bandbreite der Kommunikationsverbindung reduzieren, was wiederum die Weglänge reduziert, die das optische Signal sich ohne wesentliche Verschlechterung fortpflanzen kann. Durch Auswählen einer zweiten Wellenlänge, die nahe an 850 nm ist, ist es erwartet, dass eine akzeptable Verbindungsweglänge für Datenzentrumanwendungen aufrechterhalten werden kann. Es sind relativ kostengünstige VCSELs verfügbar, die zum Arbeiten bei einer Wellenlänge von ungefähr 905 nm optimiert sind. Durch Auswählen der Wellenlänge des zweiten optischen Signals, so dass diese ungefähr 905 nm ist, kann eine gute Balance zwischen Transceiverkosten und potentieller Verbindungsweglänge folglich erreicht werden.
Die 8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 800 zum Kommunizieren mittels optischer Signale darstellt, die unter Verwendung des Systems von 1 ausgerichtet und gekoppelt sind. Das Verfahren 800 beginnt mit dem Block 802, in welchem ein optisches Medium mit ersten und zweiten entgegengesetzten Enden bereitgestellt wird. Wie oben erläutert, kann das optische Medium eine optische Multimodefaser sein, die geeignet ist zur Unterstützung von Kommunikation über Verbindungslängen von bis zu ungefähr 300 m für Signale, die bei einer Datenrate von 10 Gbit/s oder mehr arbeiten. Zum Beispiel kann das optische Medium eine Multimodefaser gemäß den OM3- oder OM4-Klassifikationen sein, die in dem ISO 11801 Standard angeführt sind.
In dem Block 804 wird ein erster Transceiver bereitgestellt. Der erste Transceiver weist, wie gezeigt, eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor auf. Die Lichtquelle ist eingerichtet zum Emittieren eines ersten optischen Signals bei einer ersten Wellenlänge (zum Beispiel 855 nm +/-15 nm). Der Lichtdetektor ist ansprechbar von einfallendem Licht, das von einem zweiten optischen Signal bei einer zweiten Wellenlänge (zum Beispiel 905 nm plus/-15 nm) empfangen wird. In dem Block 806 wird der erste Transceiver zum Erzeugen des ersten optischen Signals verwendet.
In dem Block 808 wird ein zweiter Transceiver bereitgestellt. Der zweite Transceiver weist, wie gezeigt, eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor auf. Die Lichtquelle ist eingerichtet zum Emittieren des zweiten optischen Signals. Der Lichtdetektor ist ansprechbar von einfallendem Licht, das von dem ersten optischen Signal empfangen wird. In dem Block 810 wird der zweite Transceiver zum Erzeugen des zweiten optischen Signals verwendet.
In dem Block 812 koppelt eine erste optische Unterbaugruppe den ersten Transceiver optisch zu dem ersten Ende des optischen Mediums. Die erste optische Unterbaugruppe weist, wie gezeigt, ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element auf. Das erste optische Element ist transparent für das erste optische Signal und lenkt das zweite optische Signal ab. Das zweite optische Element lenkt beide optischen Signale ab. Die optische Unterbaugruppe ist so angebracht bzw. eingerichtet, dass das erste optische Signal sich in Richtung des optischen Mediums ausbreitet, während das zweite optische Signal sich in Richtung des ersten optischen Elements ausbreitet.
In dem Block 814 koppelt eine zweite optische Unterbaugruppe den zweiten Transceiver optisch zu dem zweiten oder entgegengesetzten Ende des optischen Mediums. Die zweite optische Unterbaugruppe weist, wie gezeigt, ein drittes optisches Element und ein viertes optisches Element auf. Das dritte optische Element ist transparent für das zweite optische Signal und lenkt das erste optische Signal ab. Das vierte optische Element lenkt beide optischen Signale ab. Die optische Unterbaugruppe ist so angebracht bzw. eingerichtet, dass das zweite optische Signal sich in Richtung des optischen Mediums ausbreitet, während das erste optische Signal sich in Richtung des dritten optischen Elements ausbreitet.
Es sollte von Fachleuten verstanden werden, dass die in den Blöcken 802 bis 814 assoziierten Funktionen in alternativen Reihenfolgen bzw. Sequenzen als die in der 8 gezeigte Reihenfolge durchgeführt werden können. Zum Beispiel ist das Verfahren nicht darauf beschränkt, den einen von den beiden Transceivern oder die eine von den beiden optischen Unterbaugruppen bereitzustellen, bevor der komplementäre Transceiver oder die komplementäre optische Unterbaugruppe bereitgestellt wird. Als weiteres Beispiel kann eins von den beiden optischen Signalen vor oder nach dem Erzeugen des anderen optischen Signals erzeugt werden. Des Weiteren wird es ferner verstanden werden, dass das Vorhandensein eines optischen Signals nicht erforderlich ist, um die erste optische Unterbaugruppe zu dem optischen Medium oder zu dem ersten Transceiver zu koppeln. In ähnlicher Weise ist das Vorhandensein eines optischen Signals nicht erforderlich, um die zweite optische Unterbaugruppe zu dem optischen Medium oder zu dem zweiten Transceiver zu koppeln. Es ist folglich möglich, das erste optische Signal zu erzeugen, wie es in Verbindung mit dem Block 806 gezeigt ist, nachdem die erste optische Unterbaugruppe zu dem optischen Medium und zu dem ersten Transceiver physisch gekoppelt ist. In ähnlicher Weise ist es möglich, das zweite optische Signal zu erzeugen, wie es in Verbindung mit dem Block 810 gezeigt ist, nachdem die zweite optische Unterbaugruppe zu dem optischen Medium und zu dem zweiten Transceiver physisch gekoppelt ist.
Eine oder mehrere illustrative oder beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind oben beschrieben worden. Es sollte aber verstanden werden, dass die Erfindung von den angefügten Patentansprüchen definiert wird und nicht auf die spezifischen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Bidirektionales Kommunikationssystem (100) aufweisend: ein optisches Medium (150, 650), das ein erstes Ende (652) und ein zweites Ende (654) aufweist; eine erste optoelektronische Vorrichtung (102), welche über eine erste optische Baugruppe (130) mit dem ersten Ende (652) des optischen Mediums (150, 650) optisch gekoppelt ist, wobei die erste optoelektronische Vorrichtung (102) eine erste Lichtquelle (230), einen primären Lichtdetektor (240) und einen ersten Monitor (242) enthält, welche auf einer Montagefläche (212) eines ersten Substrats (210) angebracht sind, so dass die erste Lichtquelle (230) ein erstes optisches Signal (151) bei einer ersten Wellenlänge (λ1) entlang einer zu der Montagefläche (212) des ersten Substrats (210) senkrechten ersten optischen Achse (231) emittiert und so dass der erste Monitor (242) einen Teil von dem ersten optischen Signal (151) entlang einer zweiten optischen Achse (243) empfängt, welche parallel ist zu der ersten optischen Achse (231), wenn das erste optische Signal (151) und der Teil des ersten optischen Signals (151) sich in der Nähe der ersten Lichtquelle (230) bzw. des ersten Monitors (242) befinden; eine zweite optoelektronische Vorrichtung (104), welche über eine zweite optische Baugruppe (140) mit dem zweiten Ende (654) des optischen Mediums (150, 650) optisch gekoppelt ist, wobei die zweite optoelektronische Vorrichtung (104) eine zweite Lichtquelle (330), einen sekundären Lichtdetektor (340) und einen zweiten Monitor (342) enthält, welche auf einer Montagefläche (312) eines zweiten Substrats (310) angebracht sind, so dass die zweite Lichtquelle (330) ein zweites optisches Signal (152) bei einer zweiten Wellenlänge (λ2), welche verschieden ist von der ersten Wellenlänge (λ1), entlang einer zu der Montagefläche (312) des zweiten Substrats (310) senkrechten dritten optischen Achse (331) emittiert und so dass der zweite Monitor (342) einen Teil von dem zweiten optischen Signal (152) entlang einer vierten optischen Achse (343) empfängt, welche parallel ist zu der dritten optischen Achse (331), wenn das zweite optische Signal (152) und der Teil des zweiten optischen Signals (152) sich in der Nähe der zweiten Lichtquelle (330) bzw. des zweiten Monitors (342) befinden; wobei die erste optische Baugruppe (130) ein erstes optisches Element (610), ein zweites optisches Element (630), eine erste Linse (642), eine zweite Linse (621), eine erste Oberfläche (640) und eine zweite Oberfläche (620) umfasst, wobei die erste Linse (642) auf der ersten Oberfläche (640) angebracht ist, wobei die zweite Linse (621) auf der zweiten Oberfläche (620), die zu der ersten Oberfläche (640) benachbart ist, angebracht ist, wobei das von der ersten Lichtquelle (230) ausgesendete, erste optische Signal (151) durch die erste Linse (642) und das zweite optische Element (630) zu dem ersten optischen Element (610) gelangt, wobei das erste optische Element (610) das erste optische Signal (151) ablenkt und durch die zweite Linse (621) zu dem ersten Ende (652) des optischen Mediums (150, 650) ablenkt, wobei das zweite optische Signal (152) durch die zweite Linse (621) zu dem ersten optischen Element (610) gelangt, welches das zweite optische Signal (152) zu dem zweiten optischen Element (630) ablenkt, welches transparent ist für das erste optische Signal (151) bei der ersten Wellenlänge (λ1), und welches das zweite optische Signal (152) auf den primären Lichtdetektor (240) ablenkt.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste optische Baugruppe (130) ferner ein drittes optisches Element (614) enthält, wobei das erste optische Element (610) und das dritte optische Element (614) eine totale interne Reflexion für auftreffendes Licht mit der ersten Wellenlänge (λ1) erzeugen und das erste optische Element (610) eine totale interne Reflexion für auftreffendes Licht mit der zweiten Wellenlänge (λ2) erzeugt.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Medium (150) eine Multimodefaser (650) ist.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste optische Baugruppe (130) ferner ein viertes optisches Element (612) enthält, wobei das erste optische Element (610) und das vierte optische Element (612) das zweite optische Signal (152) um Winkel relativ zu einer optischen Achse (655) des optischen Mediums (150) ablenken, die nicht gleich null sind.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Winkel, die nicht gleich null sind, innerhalb eines Bereiches von 20 bis 45 Graden sind.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Wellenlänge (λ1) innerhalb eines Bereiches von 840 bis 870 nm ist und/oder wobei die zweite Wellenlänge (λ2) innerhalb eines Bereiches von 890 bis 920 nm ist.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite optische Element (630) ein Filter ist.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste optische Baugruppe (130) ferner ein drittes optisches Element (614) enthält, wobei der Teil des ersten optischen Signals (151) empfangen von dem ersten Monitor (242), welcher auf dem ersten Substrats (210) angebracht ist und welcher ansprechend ist auf den Teil des ersten optischen Signals (151) mit der ersten Wellenlänge (λ1), ferner von dem dritten optischen Element (614) reflektiert wird.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste optische Baugruppe (130) es sowohl dem ersten optischen Signal (151) als auch dem zweiten optischen Signal (152) ermöglicht, in einer einzigen Ausrichtung an das optische Medium (150) gekoppelt zu werden, und/oder wobei die zweite optische Baugruppe (140) es sowohl dem ersten optischen Signal (151) als auch dem zweiten optischen Signal (152) ermöglicht, in einer einzigen Ausrichtung an das optische Medium (150) gekoppelt zu werden.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste optische Element (610) und das zweite optische Element (630) angebracht sind, um die erste optische Achse (231) zu schneiden.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der primäre Lichtdetektor (240) das zweite optische Signal (152) entlang einer fünften optischen Achse (241) empfängt, welche parallel ist zu der ersten optischen Achse (231) nahe des primären Lichtdetektors (240), und elektrische Signale als Antwort auf das zweite optische Signal (152) produziert und/oder wobei der sekundäre Lichtdetektor (340) das erste optische Signal (151) entlang einer sechsten optischen Achse (341) empfängt, welche parallel ist zu der dritten optischen Achse (331) nahe des sekundären Lichtdetektors (340), und elektrische Signale als Antwort auf das erste optische Signal (151) produziert.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zweite optische Baugruppe (140) ein fünftes optisches Element (710) enthält, welches das zweite optische Signal (152) auf das zweite Ende (654) des optischen Mediums (150, 650) ablenkt und das erste optische Signal (151) auf ein sechstes optisches Element (730) ablenkt, welches transparent ist für das zweite optische Signal (152) mit der zweiten Wellenlänge (λ2) und welches das erste optische Signal (151) auf den sekundären Lichtdetektor (340) ablenkt.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 12, wobei der Teil des zweiten optischen Signals (152) empfangen von dem zweiten Monitor (342), welcher auf dem zweiten Substrat (310) angebracht ist und welcher ansprechend ist auf den Teil des zweiten optischen Signals (152) mit der zweiten Wellenlänge (λ2), ferner von einem siebten optischen Element (714) reflektiert wird.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 13, wobei der zweite Monitor (342) von dem zweiten optischen Signal (152) ansprechbar ist, nachdem das zweite optische Signal (152) von einer zweiten Oberfläche (732) des sechsten optischen Elements (730) abgelenkt und ferner von dem siebten optischen Element (714) abgelenkt wird.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 14, wobei der sekundäre Lichtdetektor (340) von dem ersten optischen Signal (151) ansprechbar ist, nachdem das erste optische Signal (151) von einer ersten Oberfläche (731) des sechsten optischen Elements (730) abgelenkt und ferner von einem achten optischen Element (712) abgelenkt wird.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das fünfte optische Element (710) und das sechste optische Element (730) angebracht sind, um die dritte optische Achse (331) zu schneiden.
Das bidirektionale Kommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das sechste optische Element (730) der zweiten optischen Baugruppe (140) eine erste Oberfläche (731) enthält, welche transparent ist für das zweite optische Signal (152) mit der zweiten Wellenlänge (λ2) und reflektierend ist für das erste optische Signal (151) bei der ersten Wellenlänge (λ1), und eine zweite Oberfläche (732) enthält, welche sowohl teilweise transparent ist als auch teilweise reflektierend ist für das zweite optische Signal (152) mit der zweiten Wellenlänge (λ2).
Verfahren zum Kommunizieren optischer Signale (151, 152), das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines optischen Mediums (150, 650), das ein erstes Ende (652) und ein zweites Ende (654) aufweist; Anbringen einer ersten Lichtquelle (230), eines primären Lichtdetektors (240) und eines ersten Monitors (242) auf einer Montagefläche (212) eines ersten Substrats (210), wobei die erste Lichtquelle (230) ein erstes optisches Signal (151) bei einer ersten Wellenlänge (λ1) emittiert; Anbringen einer zweiten Lichtquelle (330), eines sekundären Lichtdetektors (340) und eines zweiten Monitors (342) auf einer Montagefläche (312) eines zweiten Substrats (310), wobei die zweite Lichtquelle (330) ein zweites optisches Signal (152) bei einer zweiten Wellenlänge (λ2) emittiert, welche verschieden ist von der ersten Wellenlänge (λ1); Verwenden einer ersten optischen Baugruppe (130), um das erste optische Signal (151) mit dem ersten Ende (652) des optischen Mediums (150, 650) optisch zu koppeln unter Verwendung einer ersten Linse (642), angebracht auf einer ersten Oberfläche (640) der ersten optischen Baugruppe (130), und einer zweiten Linse (621), angebracht auf einer benachbarten Oberfläche (620) der ersten optischen Baugruppe (130); Verwenden einer zweiten optischen Baugruppe (140), welche entfernt ist von der ersten optischen Baugruppe (130), um das zweite optische Signal (152) mit dem zweiten Ende (654) des optischen Mediums (150, 650) optisch zu koppeln; Verwenden der ersten optischen Baugruppe (130) zum optischen Koppeln des zweiten optischen Signals (152) aus dem ersten Ende (652) des optischen Mediums (150, 650) mittels der zweiten Linse (621), angebracht auf der benachbarten Oberfläche (620) der ersten optischen Baugruppe (130), mit dem primären Lichtdetektor (240) unter Verwendung einer dritten Linse (643), angebracht auf der ersten Oberfläche (640) der ersten optischen Baugruppe (130), wobei die erste optische Baugruppe (130) ein erstes optisches Element (610) und ein zweites optisches Element (630) umfasst, wobei das erste optische Element (610) konfiguriert ist zum Ablenken des ersten optischen Signals (151) von einer ersten optischen Achse (231) senkrecht zu der Montageoberfläche (212) des ersten Substrates (210) in Richtung der zweiten Linse (621) und danach in das erste Ende (652) des optischen Mediums (150, 650) und zum Ablenken des zweiten optischen Signals (152) zu einer ersten Oberfläche (631) von dem zweiten optischen Element (630), wobei die erste Oberfläche (631) von dem zweiten optischen Element (630) transparent ist für das erste optische Signal (151) bei der ersten Wellenlänge (λ1) und reflektierend ist für das zweite optische Signal (152) bei der zweiten Wellenlänge (λ2), wobei das zweite optische Signal (152) abgelenkt wird in Richtung zu der dritten Linse (643) entlang einer zweiten optischen Achse (241) parallel zu der ersten optischen Achse (231), wobei das zweite optische Element (630) gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche (631) eine zweite Oberfläche (632) hat, wobei die zweite Oberfläche (632) teilweise reflektierend ist für das erste optische Signal (151) bei der ersten Wellenlänge (λ1).
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Verwenden der zweiten optischen Baugruppe (140), um das zweite optische Signal (152) mit dem zweiten Ende (654) des optischen Mediums (150, 650) zu koppeln, erfolgt unter Verwendung einer fünften Linse (742), angebracht auf einer ersten Oberfläche (740) der zweiten optischen Baugruppe (140), und einer sechsen Linse (721), angebracht auf einer benachbarten Oberfläche (720) der zweiten optischen Baugruppe (140); und wobei das Verfahren ferner aufweist: Verwenden der zweiten optischen Baugruppe (140) zum optischen Koppeln des ersten optischen Signals (151) aus dem zweiten Ende (654) des optischen Mediums (150, 650) mittels der sechsten Linse (721) auf der benachbarten Oberfläche (720) von der zweiten optischen Baugruppe (140) mit dem sekundären Lichtdetektor (340) unter Verwendung einer siebenten Linse (741), angebracht auf der ersten Oberfläche (740) der zweiten optischen Baugruppe (140), wobei die zweite optische Baugruppe (140) ein fünftes optisches Element (710) und ein sechstes optisches Element (730) umfasst, wobei das fünfte optische Element (710) konfiguriert ist zum Ablenken des zweiten optischen Signals (152) von einer dritten optischen Achse (331) senkrecht zu der Montageoberfläche (312) des zweiten Substrates (310) in Richtung der sechsten Linse (721) und danach in das zweite Ende (654) des optischen Mediums (150, 650) und zum Ablenken des ersten optischen Signals (151) zu einer ersten Oberfläche (731) von einem sechsten optischen Element (730), wobei die erste Oberfläche (731) von dem sechsten optischen Element (730) transparent ist für das zweite optische Signal (152) bei der zweiten Wellenlänge (λ2) und reflektierend ist für das erste optische Signal (151) bei der ersten Wellenlänge (λ1), wobei das erste optische Signal (151) abgelenkt wird in Richtung zu der siebenten Linse (741) entlang einer vierten optischen Achse (341) parallel zu der dritten optischen Achse (331), wobei das sechste optische Element (730) gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche (731) eine zweite Oberfläche (732) hat, wobei die zweite Oberfläche (732) teilweise reflektierend ist für das zweite optische Signal (152) bei der zweiten Wellenlänge (λ2).
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die zweite Oberfläche (632) des zweiten optischen Elements (630) der ersten optischen Baugruppe (130) einen Teil des ersten optischen Signals (151) zu dem ersten Monitor (242) ablenkt, und/oder wobei die zweite Oberfläche (732) des sechsten optischen Elements (730) der zweiten optischen Baugruppe (140) einen Teil des zweiten optischen Signals (152) zu dem zweiten Monitor (342) ablenkt.