DE102014103330A1

DE102014103330A1 - Bidirektionales optisches Datenkommunikationsmodul

Info

Publication number: DE102014103330A1
Application number: DE102014103330.2A
Authority: DE
Inventors: Xiaozhong Wang; David Chak Wang Hui
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-09-18
Also published as: TW201440443A; TWI536757B; US9191118B2; US20140270778A1

Abstract

Ein optisches Transceivermodul enthält N Lichtquellen, N Lichtdetektoren, einen bidirektionalen Faseranschluss und ein optisches Netzwerk mit 2N-1 Wellenlängen-selektiven Elementen. Die Anzahl 2N repräsentiert die Gesamtzahl an Sende- und Empfangskanälen in einem bidirektionalen System, in welchem Sende- und Empfangssignale den Sende- und Empfangskanälen entsprechen. Jede Lichtquelle entspricht einem Sendekanal und emittiert ein optisches Sendesignal, welches eine eindeutige Sendewellenlänge aufweist. Jeder Lichtdetektor entspricht einem Empfangskanal und detektiert ein optisches Empfangssignal, welches eine eindeutige Empfangswellenlänge aufweist. Das optische Netzwerk koppelt jede Lichtquelle mit dem bidirektionalen Faseranschluss über einen entsprechenden Sendepfad durch das optische Netzwerk. Das optische Netzwerk koppelt ferner jeden Lichtdetektor mit dem bidirektionalen Faseranschluss über einen entsprechenden Empfangspfad durch das optische Netzwerk. Jeder Sende- und Empfangspfad enthält einige der Wellenlängen-selektiven optischen Elemente.

Description

Hintergrund
In Datenkommunikationssystemen ist es häufig hilfreich, eine Schnittstellenelektronik und andere Schnittstellenelemente in einem Datenkommunikationsmodul zu modularisieren. Zum Beispiel kann in einem optischen Datenkommunikationssystem ein optisches Datentransceivermodul eine Lichtquelle, wie beispielsweise einen Laser, und einen Lichtdetektor, wie beispielsweise eine Fotodiode, enthalten und kann ferner Treiber- und Empfängerschaltungen enthalten, die dem Laser und der Fotodiode zugeordnet sind. Der Laser und die dazugehörige Schaltung konvertiert elektrische Signale, die das Modul über elektrische Kontakte empfängt, in optische Signale, die das Modul über eine oder mehrere optische Fasern ausgibt. Die Fotodiode und die zugehörige Schaltung konvertieren optische Signale, die über die eine oder mehreren optischen Fasern empfangen werden, in elektrische Signale, die das Modul über die elektrischen Kontakte ausgibt.
Allgemein gibt es zwei Typen von Halbleiterlaservorrichtungen: Kantenemittierende Laser und Vertikalkavitäts-Oberflächenemittierende Laser (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSELs). Ein Vorteil von VCSELs ist, dass sie ökonomisch auf Waferniveau getestet werden können anstatt auf Chipniveau. Ein anderer Vorteil von VCSELs ist ihre wohldefinierte Spotgröße, welche eine hohe Kopplungseffizienz an optische Fasern fördert, ohne das Erfordernis, Strahlformkorrekturen bereitzustellen, und erleichtert folglich ein ökonomisches Packaging. Kanten-emittierende Laser haben ebenfalls Vorteile, wie beispielsweise hohe optische Ausgangsleistung. Kanten-emittierende Laser bleiben die am häufigsten verwendeten Laser in Langstreckenhochgeschwindigkeits-optischen Datentransceivern.
Ein optisches Datentransceivermodul kann von einem bidirektionalen Typ sein, welcher ein moduliertes optisches Sendesignal mit einer ersten Wellenlänge über eine optische Faser sendet und ein moduliertes optisches Empfangssignal mit einer zweiten Wellenlänge über dieselbe optische Faser empfängt. Ein solches Modul enthält allgemein einen Wellenlängen-selektiven Filter (auch als ein Strahlsplitter bezeichnet) zum Separieren des Sendesignals und des Empfangssignals.
Grobwellenlängenmultiplexing (Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM) ist eine Technik, bei welcher eine einzige optische Faser gleichzeitig zwei oder mehr Kommunikationskanäle tragen kann, von denen jeder durch eine eindeutige Wellenlänge gekennzeichnet ist. Ein optisches CWDM-Transceivermodul koppelt gewöhnlich mit mindestens einer Faser, die zwei oder mehr ausgehende oder Sendekanäle trägt, und mindestens eine andere Faser, die zwei oder mehr ankommende oder Empfangskanäle trägt. Die optischen CWDM-Transceivermodule, die gegenwärtig kommerziell erhältlich sind, haben allgemein entweder vier oder acht Kanäle. Ein Typ von optischem Multiplexer, der vorgeschlagen worden ist zur Verwendung in einem optischen CWDM-Transceivermodul, enthält vier Kanten-emittierende Laser, vier korrespondierende Schmalband-optische Filter und drei Reflektoren, die optische Signale von einem optischen Filter zu einem anderen in Art einer Reihenschaltung umleiten. Die vier Kanten-emittierenden Laser müssen präzise ausgerichtet sein, so dass ihre emittierten Signale, die unter den Reflektoren und Filtern auftreffen, letztlich in das Ende der Faser gekoppelt werden. Das mehrfache Auftreffen, das einige der optischen Signale erfahren, resultiert in einem signifikanten Einfügeverlust. Die Schwierigkeit in dem Erzielen von ausreichend präziser Laserausrichtung und Filterdurchlassbändern kann in einer niedrigen Herstellungsausbeute resultieren.
Es wäre wünschenswert, ein optisches Wellenlängenmultiplextransceivermodul bereitzustellen, welches einen niedrigen Einfügeverlust und eine hohe Produktionsausbeute aufweist.
Zusammenfassung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein optisches Transceivermodul und ein Verfahren, gemäß welchem es arbeitet. In einer exemplarischen Ausführungsform enthält ein optisches Transceivermodul N Lichtquellen, N Lichtdetektoren, einen bidirektionalen optischen Faseranschluss, der mit einer optischen Faser verbindbar ist, und ein optisches Netzwerk, welches 2N – 1 Wellenlängen-selektive optische Elemente enthält, wobei N eine ganzzahlige Potenz von 2 ist, die größer oder gleich 2 ist. Die Anzahl von 2N (welche folglich in ähnlicher Weise eine ganzzahlige Potenz von 2 ist, die größer oder gleich 4 ist) repräsentiert die Gesamtanzahl von Sende- und Empfangskanälen in einem bidirektionalen System, in welchem Sende- und Empfangssignale, die den Sende- und Empfangskanälen entsprechen, über die optische Faser kommuniziert werden. Jede Lichtquelle entspricht einem Sendekanal und ist konfiguriert zum Emittieren eines optischen Sendesignals, welches eine eindeutige Sendewellenlänge hat, d.h. eine Wellenlänge, die verschieden ist von den Sendewellenlängen von allen anderen der Lichtquellen. Jeder Lichtdetektor entspricht einem Empfangskanal und ist konfiguriert zum Detektieren eines optischen Empfangssignals, welches eine eindeutige Empfangswellenlänge aufweist, d.h. eine Wellenlänge, die verschieden ist von den Empfangswellenlängen von allen anderen der Lichtdetektoren.
Das optische Netzwerk koppelt jede Lichtquelle mit dem bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden Sendepfad durch das optische Netzwerk. Das optische Netzwerk koppelt ferner jeden Lichtdetektor mit dem bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden Empfangspfad durch das optische Netzwerk. Jeder Sende- und Empfangspfad enthält einige der Wellenlängen-selektiven Elemente.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält ein Verfahren für optische Kommunikation in dem oben beschriebenen optischen Transceivermodul: Jede Lichtquelle emittiert ein optisches Sendesignal, welches einem Sendekanal entspricht und welches eine Sendewellenlänge aufweist, die verschieden ist von den Sendewellenlängen von allen anderen der Lichtquellen; jeder Lichtdetektor detektiert ein optisches Empfangssignal, welches einem Empfangskanal entspricht, und welches eine Empfangswellenlänge aufweist, die verschieden ist von den Empfangswellenlängen von allen anderen der Lichtdetektoren; jedes optische Sendesignal breitet sich durch das erste optische Netzwerk von einer Lichtquelle zu dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden Sendepfad durch das optische Netzwerk aus; Senden jedes optischen Sendesignals von dem bidirektionalen optischen Faseranschluss über die optische Faser, die mit dem bidirektionalen optischen Faseranschluss gekoppelt ist; Empfangen von jedem optischen Empfangssignal an dem bidirektionalen optischen Faseranschluss über die optische Faser; und wobei sich jedes optische Empfangssignal durch das optische Netzwerk von dem bidirektionalen optischen Faseranschluss zu einem der Lichtdetektoren über einen entsprechenden Empfangspfad durch das erste optische Netzwerk ausbreitet.
Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile werden einem Fachmann auf das Studium der folgenden Figuren und der detaillierten Beschreibung hin offensichtlich sein oder werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines optischen Kommunikationssystems, gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein schematisches Diagramm eines Senders und Empfängers eines anderen optischen Kommunikationssystems.
3 ist ein schematisches Diagramm eines Senders und Empfängers des exemplarischen optischen Kommunikationssystems von 1.
4 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Senders und Empfängers des exemplarischen optischen Kommunikationssystems von 1.
Detaillierte Beschreibung
Wie in 1 dargestellt, enthält in einer anschaulichen oder beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein optisches Kommunikationssystem 10 einen ersten Teil 12, der entfernt von einem zweiten Teil 14 angeordnet ist. Der erste Teil 12 enthält einen ersten Transceiver 16 des ersten Teils und einen zweiten Transceiver 18 des ersten Teils, welche zusammen miteinander angeordnet sein können (z.B. innerhalb eines ersten Transceivergehäuses). Der zweite Teil 14 enthält einen ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils und einen zweiten Transceiver 16’ des zweiten Teils, welche zusammen miteinander angeordnet sein können (z.B. innerhalb eines zweiten Transceivergehäuses). Der erste Transceiver 16 des ersten Teils und der erste Transceiver 18’ des zweiten Teils sind imstande, miteinander über eine einzige optische Faser 24 bidirektional zu kommunizieren. Die Enden der optischen Faser 24 sind mit entsprechenden optischen Faseranschlüssen 21 und 23 der ersten Transceiver 16 und 18’ verbunden. Der zweite Transceiver 18 des ersten Teils und der zweite Transceiver 16’ des zweiten Teils sind imstande, miteinander über eine einzige optische Faser 26 bidirektional zu kommunizieren. Die Enden der optischen Faser 26 sind über entsprechende optische Faseranschlüsse 25 und 27 der zweiten Transceiver 18 und 16’ verbunden.
Wie unten detaillierter beschrieben ist, hat in der exemplarischen Ausführungsform das optische Kommunikationssystem 10 vier Kanäle. Jeder Kanal ist charakterisiert durch eine eindeutige Wellenlänge und die optischen Fasern 24 und 26 tragen die Kanäle in einer Wellenlängenmultiplexweise. Der erste Teil 12 kann optische Datensignale auf jedem der vier Kanäle senden und kann optische Datensignale auf jedem der vier Kanäle empfangen. Ähnlich kann der zweite Teil 14 optische Datensignale auf jedem der vier Kanäle senden und optische Datensignale auf jedem der vier Kanäle empfangen. Entsprechend kann das optische Kommunikationssystem 10 als ein Vollduplex-Datenkommunikationssystem charakterisiert werden.
Der erste Transceiver 16 des ersten Teils enthält zwei erste Lichtquellen 28 und 30 und entsprechende Treiberschaltungen 32 und 34. Die Lichtquellen 28 und 30 können zum Beispiel Vertikalkavitäts-Oberflächenemittierende Laser (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSELs) sein. Die Treiberschaltungen 32 und 34 treiben die Lichtquellen 28 bzw. 30 und bewirken dadurch, dass diese optische Datensignale produzieren in Reaktion auf elektrische Datensignale. Der erste Transceiver 16 des ersten Teils enthält auch zwei erste Lichtdetektoren 36 und 38 und entsprechende Empfängerschaltungen 42 und 44. Die Lichtdetektoren 36 und 38 können zum Beispiel Positiv-Intrinsisch-Negativ(PIN)-Diodenfotodetektoren sein. Die Receiverschaltungen 42 und 44 konvertieren und verstärken die Ausgaben der Lichtdetektoren 36 bzw. 38 und erzeugen dadurch elektrische Datensignale in Reaktion auf optische Datensignale. Die Treiberschaltungen 32 und 34 empfangen die elektrischen Datensignale von einem elektrischen Kontaktarray 40. Die Receiverschaltungen 42 und 44 geben andere elektrische Datensignale an das elektrische Kontaktarray 40 aus. Die optischen Elemente 46 koppeln die optischen Sendesignale, die von den Lichtquellen 28 und 30 erzeugt wurden, in die optische Faser 24. Ähnlich koppeln die optischen Elemente 46 optische Empfangssignale von der optischen Faser 24 in die Lichtdetektoren 36 und 38. Folglich liefern die ersten Lichtquellen 28 und 30 und die korrespondierenden Treiberschaltungen 32 und 34 eine elektrisch-zu-optisch-Signalkonvertierung, während die ersten Lichtdetektoren 36 und 38 und die entsprechenden Empfängerschaltungen 42 und 44 eine optisch-zu-elektrisch-Signalkonvertierung liefern.
Der zweite Transceiver 18 des ersten Teils enthält zwei zweite Lichtquellen 48 und 50 und entsprechende Treiberschaltungen 52 und 54. Die Lichtquellen 48 und 50 können zum Beispiel Vertikalkavitäts-Oberflächenemittierende Laser (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSELs) sein. Die Treiberschaltungen 52 und 54 treiben die Lichtquellen 48 bzw. 50 und bewirken dadurch, dass diese optische Datensignale in Reaktion auf elektrische Datensignale erzeugen. Der zweite Transceiver 18 des ersten Teils enthält ebenfalls zwei zweite Lichtdetektoren 56 und 58 und entsprechende Empfängerschaltungen 62 und 64. Die Lichtdetektoren 56 und 58 können zum Beispiel PIN-Diodenfotodetektoren sein. Die Empfängerschaltungen 62 und 64 konvertieren und verstärken die Ausgaben der Lichtdetektoren 56 bzw. 58 und erzeugen dadurch elektrische Datensignale in Reaktion auf optische Datensignale. Die Treiberschaltungen 52 und 54 empfangen die elektrischen Datensignale von einem elektrischen Kontaktarray 60. Die Empfängerschaltungen 62 und 64 geben andere elektrische Datensignale an das elektrische Kontaktarray 60 aus. Optische Elemente 66 koppeln die optischen Sendesignale, die durch die Lichtquellen 48 und 50 erzeugt werden, in die optische Faser 26. Ähnlich koppeln die optischen Elemente 66 die optischen Empfangssignale von der optischen Faser 26 in die Lichtdetektoren 56 und 58. Folglich liefern die zweiten Lichtquellen 48 und 50 und die korrespondierenden Treiberschaltungen 52 und 54 eine elektrisch-zu-optisch-Signalkonvertierung, während die zweiten Lichtdetektoren 56 und 58 und die entsprechenden Empfängerschaltungen 62 und 64 eine optisch-zu-elektrisch-Signalkonvertierung liefern.
Jede der Lichtquellen 28, 30, 48 und 50 entspricht einem der vier Kanäle und ist konfiguriert zum Emittieren eines optischen Sendesignals mit einer eindeutigen Sendewellenlänge, die diesem Kanal entspricht. Das heißt, die Sendewellenlänge, die durch jede der Lichtquellen 28, 30, 48 und 50 emittiert wird, ist verschieden von der anderen Sendewellenlänge, die von den anderen der Lichtquellen 28, 30, 48 und 50 emittiert wird. Die Wellenlängen, die von den Lichtquellen 28, 30, 48 und 50 emittiert werden, können für anschauliche Zwecke als eine erste Wellenlänge (λ1), eine zweite Wellenlänge (λ2), eine dritte Wellenlänge (λ3) und eine vierte Wellenlänge (λ4) bezeichnet werden. Obwohl in der exemplarischen Ausführungsform der erste Teil 12 des optischen Kommunikationssystems vier Kanäle aufweist, können Ausführungsformen allgemeiner 2N Kanäle haben, wobei N eine Zahl ist, welche die Anzahl an Lichtquellen (z.B. 2 in der exemplarischen Ausführungsform) in jedem von dem ersten und dem zweiten Transceiver 16 und 18 angibt. Man beachte, dass 2N folglich die Gesamtanzahl an Kanälen (d.h. die Anzahl an Sendekanälen plus die Anzahl an Empfangskanälen) angibt, die von jedem der ersten und zweiten Transceiver 16 und 18 aufgenommen sind. Vorzugsweise ist 2N eine Potenz von zwei (2) größer als oder gleich vier (4). Folglich, obwohl in der exemplarischen Ausführungsform der erste Teil 12 des optischen Kommunikationssystems 10 vier Kanäle hat, kann in anderen Ausführungsformen solch ein optisches Kommunikationssystem alternativ zum Beispiel 8, 16 oder 32, etc. Kanäle aufweisen.
Jeder der Lichtdetektoren 36, 38, 56 und 58 entspricht auch einem der vier Kanäle und ist konfiguriert, um imstande zu sein, ein optisches Empfangssignal zu detektieren, welches eine eindeutige Empfangswellenlänge aufweist, die diesem Kanal entspricht. Die Wellenlängen, die von den Lichtdetektoren 56, 58, 36 und 38 detektierbar sind, sind entsprechend die erste Wellenlänge (λ1), die zweite Wellenlänge (λ2), die dritte Wellenlänge (λ3) und die vierte Wellenlänge (λ4).
Maßgeblich ist zu beachten, dass in dem ersten Transceiver 16 des ersten Teils die Lichtquellen 28 und 30 konfiguriert sind, um die ersten und zweiten Wellenlängen zu emittieren, während die Lichtdetektoren 36 und 38 konfiguriert sind, um die dritte und vierte Wellenlänge zu detektieren. Ähnlich ist zu beachten, dass in dem zweiten Transceiver 18 des ersten Teils die Lichtquellen 48 und 50 konfiguriert sind zum Emittieren der dritten und der vierten Wellenlänge, während die Lichtdetektoren 56 und 58 konfiguriert sind zum Detektieren der ersten und zweiten Wellenlängen. Anders gesagt sind die Sende- und Empfangswellenlängen des ersten Transceivers 16 und des zweiten Transceivers 18 komplementär.
Der zweite Teil 14 des optischen Kommunikationssystems 10 ist identisch mit dem ersten Teil 12 des optischen Kommunikationssystems 10. Entsprechend ist der erste Transceiver 18’ des zweiten Teils identisch mit dem zweiten Transceiver 18 des ersten Teils und der zweite Transceiver 16’ des zweiten Teils ist identisch mit dem ersten Transceiver 16 des ersten Teils. Man beachte, dass die Sende- und Empfangswellenlängen des ersten Transceivers 18’ und des zweiten Transceivers 16’ komplementär sind.
Da der erste Transceiver 18’ des zweiten Teils identisch mit dem zweiten Transceiver 18 des ersten Teils ist und der zweite Transceiver 16’ des zweiten Teils identisch mit dem ersten Transceiver 16 des ersten Teils ist, werden deren Elemente nicht in ähnlichem Detail beschrieben. Vielmehr genügt es anzumerken, dass: Die Lichtquellen 28’, 30’, 48’ und 50’ sind identisch zu den Lichtquellen 28, 30, 48 bzw. 50; die Treiberschaltungen 32’, 34’, 52’ und 54’ sind identisch mit den Treiberschaltungen 32, 34, 52 bzw. 54; die Lichtdetektoren 36’, 38’, 56’ und 58’ sind identisch zu den Lichtdetektoren 36, 38, 56 bzw. 58; die Empfängerschaltungen 42’, 44’, 62’ und 64’ sind identisch zu den Empfängerschaltungen 42, 44, 62 bzw. 64; die optischen Elemente 46’ und 66’ sind identisch zu den optischen Elementen 46 bzw. 66; und die elektrischen Kontaktarrays 40’ und 60’ sind identisch zu den elektrischen Kontaktarrays 40 bzw. 60.
Der erste Transceiver 16 des ersten Teils ist über eine optische Faser 24 mit dem ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils gekoppelt, und der zweite Transceiver 18 des ersten Teils ist über die optische Faser 26 mit dem zweiten Transceiver 16’ des zweiten Teils gekoppelt. Wie oben beschrieben, kann der erste Transceiver 16 des ersten Teils optische Datensignale senden, die auf den ersten und zweiten Wellenlängen moduliert sind, und optische Datensignale empfangen, die auf den dritten und vierten Wellenlängen moduliert sind, während der zweite Transceiver 18 des ersten Teils optische Datensignale senden kann, die auf den dritten und vierten Wellenlängen moduliert sind, und kann optische Datensignale empfangen, die auf den ersten und zweiten Wellenlängen moduliert sind. Aufgrund dieser komplementären Konfiguration der Sende- und Empfangswellenlängen kann der erste Transceiver 16 des ersten Teils optische Datensignale, die auf den dritten und vierten Wellenlängen moduliert sind, von dem ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils empfangen, während der erste Transceiver 18’ des zweiten Teils optische Datensignale, die auf den ersten und zweiten Wellenlängen moduliert sind, von dem ersten Transceiver 16 des ersten Teils empfangen kann. Man beachte, dass diese Anordnung des ersten Transceivers 16 des ersten Teils und des ersten Transceivers 18’ des zweiten Teils eine Hälfte von einem Vollduplex-optischen Datenkommunikationssystem definiert. Umgekehrt kann der zweite Transceiver 18 des ersten Teils optische Datensignale, die auf den ersten und zweiten Wellenlängen moduliert sind, von dem zweiten Transceiver 16’ des zweiten Teils empfangen, während der zweite Transceiver 16’ des zweiten Teils optische Datensignale, die auf den dritten und vierten Wellenlängen moduliert sind, von dem zweiten Transceiver 18 des ersten Teils empfangen kann. Es ist zu beachten, dass diese Anordnung des zweiten Transceivers 18 des ersten Teils und des zweiten Transceivers 16’ des zweiten Teils eine andere Hälfte eines Vollduplex-optischen Datenkommunikationssystems definiert und dass das gesamte optische Datenkommunikationssystem 10 entsprechend vollduplex ist. Die Bedeutung des oben beschriebenen Systems, in welchem jedes kommunizierende Transceiverpaar komplementäre Sende- und Empfangswellenlängen verwendet, wird aus dem Folgenden offensichtlich werden.
Man betrachte das optische Vierkanal-CWDM-Datenkommunikationssystem 68, welches in 2 dargestellt ist, welches einen Sender 70 aufweist, der an einen Empfänger 72 durch eine optische Faser 74 gekoppelt ist. Obwohl aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt, kann solch ein optisches Datenkommunikationssystem ferner einen anderen Empfänger ähnlich dem Empfänger 72 enthalten, der zusammen angeordnet ist mit dem Sender 70, und ein anderer Sender ähnlich dem Sender 70 ist zusammen mit dem Empfänger 72 angeordnet, so dass Daten auf vier Kanälen zwischen zwei Orten gesendet und empfangen werden können.
Der Sender 70 enthält vier Lichtquellen 76, 78, 80, 82, wie beispielsweise VCSELs, welche auf einem geeigneten Substrat (nicht dargestellt) wie beispielsweise einer Leiterplatte angebracht sein können. Eine Treiberschaltung des Typs, der üblicherweise in optischen Sendern enthalten ist, ist in dem Sender 70 enthalten, aber aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt. Die Lichtquellen 76, 78, 80 und 82 sind konfiguriert, um entsprechend eine erste Wellenlänge (λ1), eine zweite Wellenlänge (λ2), eine dritte Wellenlänge (λ3) und eine vierte Wellenlänge (λ4) zu emittieren. Ein erster Wellenlängen-selektiver Filter 84, ein zweiter Wellenlängen-selektiver Filter 86 und ein dritter Wellenlängen-selektiver Filter 88 richten die optischen Signale, die von den Lichtquellen 76, 78, 80 und 82 emittiert werden, entlang entsprechenden optischen Sendepfaden, die an dem Eingang zu der optischen Faser 74 enden. Die optischen Sende- und Empfangspfade enthalten auch Linsen 90, 92, 94, 96 und 98.
Ein erster optischer Sendepfad existiert zwischen der Lichtquelle 76 und der optischen Faser 74 über den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 84 und den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88. Der erste Wellenlängen-selektive Filter 84 ist im Wesentlichen reflektierend für die erste Wellenlänge (λ1) und der dritte Wellenlängen-selektive Filter 88 ist im Wesentlichen transparent für die erste Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale, die von der Lichtquelle 76 emittiert werden, durch die Linse 90 übertragen und durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 84 zu dem dritten Wellenlängenselektiven Filter 88 reflektiert. Diese optischen Signale, die durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 84 reflektiert werden, werden durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88 und durch die Linse 98 in das Ende der optischen Faser 74 übertragen.
Ein zweiter optischer Sendepfad existiert zwischen der Lichtquelle 78 und der optischen Faser 74 über den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 84 und den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88. Der erste Wellenlängen-selektive Filter 84 ist im Wesentlichen transparent für die zweite Wellenlänge (λ1), und der dritte Wellenlängen-selektive Filter 88 ist im Wesentlichen transparent für die zweite Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale, die von der Lichtquelle 78 emittiert werden, durch die Linse 92 und durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 84 zu dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88 übertragen. Diese optischen Signale, die durch den ersten Wellenlängenselektiven Filter 84 übertragen werden, werden ferner durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88 und durch die Linse 98 in das Ende der optischen Faser 74 übertragen.
Ein dritter optischer Sendepfad existiert zwischen der Lichtquelle 80 und der optischen Faser 74 über den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 86 und den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88. Der zweite Wellenlängenselektive Filter 86 ist im Wesentlichen reflektierend für die dritte Wellenlänge (λ3) und der dritte Wellenlängen-selektive Filter 88 ist im Wesentlichen reflektierend für die dritte Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale, die von der Lichtquelle 80 emittiert werden, durch die Linse 94 übertragen und dann von dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 86 zu dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88 reflektiert. Diese optischen Signale, die von dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 86 reflektiert werden, werden ferner durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88 und durch die Linse 98 in das Ende der optischen Faser 74 reflektiert.
Ein vierter optischer Sendepfad existiert zwischen der Lichtquelle 82 und der optischen Faser 74 über den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 86 und den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88. Der zweite Wellenlängenselektive Filter 86 ist im Wesentlichen transparent für die vierte Wellenlänge (λ4) und der dritte Wellenlängen-selektive Filter 88 ist im Wesentlichen reflektierend für die vierte Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale, die von der Lichtquelle 82 emittiert werden, durch die Linse 94 und dann durch den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 86 zu dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88 übertragen. Diese optischen Signale, die durch den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 86 übertragen werden, werden dann durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 88 und durch die Linse 98 in das Ende der optischen Faser 74 reflektiert.
Der Sender 70 stellt eine potenzielle Herstellungsherausforderung dar. In einem sich wiederholenden Herstellprozess, der bekannte Herstelltechniken für optoelektronische Vorrichtungen verwendet, wäre es schwierig, physikalische Ausführungsformen des Senders 70 einheitlich zu produzieren, in welchen alle vier Lichtquellen 76, 78, 80 und 82 in ihren optischen Sendepfaden mit ausreichender Genauigkeit optisch ausgerichtet sind, um dem Sender 70 zu erlauben, korrekt zu arbeiten, d.h. zuverlässig Daten auf jedem der vier Kanäle zu übertragen. Diese Einheitlichkeit wird üblicherweise in einem Herstellkontext als „Ausbeute“ bezeichnet. Mit anderen Worten, in einem Herstellprozess, in welchem eine bestimmte Anzahl von Vorrichtungen in exakt derselben Weise wie untereinander produziert werden, ist es wünschenswert, den Anteil derjenigen Vorrichtungen, die korrekt arbeiten, zu maximieren (der Rest, der nicht korrekt arbeitet, wird als fehlerhaft oder für ihren beabsichtigten Zweck nicht verwendbar angesehen). Das Erzielen einer ausreichend genauen optischen Ausrichtung ist herausfordernd für einen Herstellprozess, da VCSELs (d.h. Lichtquellen 76, 78, 80 und 82) eine kleine Spotgröße und eine große numerische Apertur haben, und die optische Faser 74 einen kleinen Akzeptanzwinkel hat. Eine Abweichung von der Ausrichtung von einer der Lichtquellen 76, 78, 80 und 82 über einen sehr kleinen Toleranzbereich (z.B. nur einige wenige µm) hinaus, resultiert in einem Kopplungsverlust, welcher die Kommunikationsqualität negativ beeinflusst. Wenn nur eine von den vier Lichtquellen 76, 78, 80 und 82 nicht innerhalb des Toleranzbereichs ausgerichtet ist, wird die gesamte Sendevorrichtung 70 als fehlerhaft und nicht verwendbar angesehen, und beeinflusst daher die Ausbeute. Dass für einen Herstellungsprozess eine Ausrichtung von allen vier Lichtquellen 76, 78, 80 und 82 innerhalb des Toleranzbereichs erreicht wird, ist grob viermal weniger wahrscheinlich als die Ausrichtung von nur einer solchen Lichtquelle zu erreichen. Folglich könnte vernünftigerweise erwartet werden, dass die Ausbeute eines Prozesses zur Herstellung des Vierkanal-CWDM-Transmitters 70 nur ein Viertel der Ausbeute eines ähnlichen Prozesses ist, der für die Herstellung eines optischen Einkanaltransmitters verwendet wird. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung befassen sich mit dieser möglichen Herstellungsherausforderung. Der Empfänger 72 stellt keine ähnlich große Herausforderung für den Herstellungsprozess dar, da PIN-Fotodioden große aktive Flächen haben und weite optische Akzeptanzwinkel haben und folglich eine breite Toleranz für eine Abweichung der optischen Signale von dem optischen Pfad haben. Nichtsdestoweniger wird aus Gründen der Vollständigkeit der Empfänger 72 nun in ähnlichem Detail wie der Sender 70 beschrieben.
Der Empfänger 72 enthält vier Lichtdetektoren 100, 102, 104 und 106, wie beispielsweise PIN-Fotodioden, welche auf einem geeigneten Substrat (nicht dargestellt), wie beispielsweise einer Leiterplatte, montiert sein können. Die Receiverschaltung des Typs, der üblicherweise in optischen Empfängern enthalten ist, ist in dem Empfänger 72 enthalten, aber aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt. Die Lichtdetektoren 100, 102, 104 und 106 sind konfiguriert, um jeweils die erste Wellenlänge (λ1), die zweite Wellenlänge (λ2), die dritte Wellenlänge (λ3) und die vierte Wellenlänge (λ4) zu detektieren. Ein erster Wellenlängen-selektiver Filter 108, ein zweiter Wellenlängen-selektiver Filter 110 und ein dritter Wellenlängen-selektiver Filter 112 richten die optischen Signale, die durch die optische Faser 74 empfangen werden, durch entsprechende optische Empfangspfade zu jedem der Lichtdetektoren 100, 102, 104, 106. Die optischen Empfangspfade enthalten auch Linsen 114, 116, 118, 120 und 122.
Ein erster optischer Empfangspfad existiert zwischen dem Lichtdetektor 100 und der optischen Faser 74 über den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 112 und den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 108. Der dritte Wellenlängenselektive Filter 112 ist im Wesentlichen transparent für die erste Wellenlänge (λ1) und der erste Wellenlängen-selektive Filter 108 ist im Wesentlichen reflektierend für die erste Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale der ersten Wellenlänge, die von dem Ende der optischen Faser 74 emittiert werden, durch die Linse 122 und durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 112 zu dem ersten Wellenlängen-selektiven Filter 108 übertragen. Diese optischen Signale werden dann von dem ersten Wellenlängen-selektiven Filter 108 und durch die Linse 114 auf den Lichtdetektor 100 reflektiert.
Ein zweiter optischer Empfangspfad existiert zwischen dem Lichtdetektor 102 und der optischen Faser 74 über den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 112 und den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 108. Der dritte Wellenlängenselektive Filter 112 ist im Wesentlichen transparent für die zweite Wellenlänge (λ2), und der erste Wellenlängen-selektive Filter 108 ist im Wesentlichen transparent für die zweite Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale der zweiten Wellenlänge, die von dem Ende der optischen Faser 74 emittiert werden, durch die Linse 122 und durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 112 zu dem ersten Wellenlängen-selektiven Filter 108 übertragen. Diese optischen Signale werden ferner durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 108 und durch die Linse 116 auf den Lichtdetektor 102 übertragen.
Ein dritter optischer Pfad existiert zwischen dem Lichtdetektor 104 und der optischen Faser 74 über den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 112 und den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 110. Der dritte Wellenlängenselektive Filter 112 ist im Wesentlichen reflektierend für die dritte Wellenlänge (λ3) und der zweite Wellenlängen-selektive Filter 110 ist im Wesentlichen reflektierend für die dritte Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale der dritten Wellenlänge, die von dem Ende der optischen Faser 74 emittiert werden, durch die Linse 122 übertragen und dann durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 112 zu dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 110 reflektiert. Diese optischen Signale werden ferner durch den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 110 und durch die Linse 118 auf den Lichtdetektor 104 reflektiert.
Ein vierter optischer Empfangspfad existiert zwischen dem Lichtdetektor 106 und der optischen Faser über den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 112 und den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 110. Der dritte Wellenlängenselektive Filter 112 ist im Wesentlichen reflektierend für die vierte Wellenlänge (λ4) und der zweite Wellenlängen-selektive Filter 110 ist im Wesentlichen transparent für die vierte Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale der vierten Wellenlänge, die von dem Ende der optischen Faser 74 emittiert werden, durch die Linse 122 übertragen und dann von dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 112 zu dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 110 reflektiert. Diese optischen Signale werden dann durch den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 110 und durch die Linse 120 auf den Detektor 106 übertragen.
Das optische Kommunikationssystem 10, welches oben mit Bezug auf 1 beschrieben ist, richtet sich an das oben beschriebene Herstellungsausbeuteproblem. Der erste Transceiver 16 des ersten Teils und der erste Transceiver 18’ des zweiten Teils sind detaillierter in 3 dargestellt, während der zweite Transceiver 18 des ersten Teils und der zweite Transceiver 16’ des zweiten Teils detaillierter in 4 dargestellt sind. Elektrische Verbinderarrays 40, 60, 40’ und 60’, Treiberschaltungen 32, 34, 52, 54, 32’, 34’, 52’ und 54’ und Empfängerschaltungen 42, 44, 62, 64, 42’, 44’, 62’ und 64’ (1) sind in 3 bis 4 aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt.
Wie in 3 dargestellt, enthält das optische Element 46 (1) des ersten Transceivers 16 des ersten Teils zusätzlich zu den Lichtquellen 28 und 30 und den Lichtdetektoren 36 und 38 einen ersten Wellenlängen-selektiven Filter 124, einen zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 126 und einen dritten Wellenlängen-selektiven Filter 128. Als Erstes richten der zweite und dritte Wellenlängen-selektive Filter 124 bis 126 optische Signale, die von den Lichtquellen 28 und 30 emittiert werden, entlang entsprechenden optischen Sendepfaden, die an einem ersten Ende der optischen Faser 24 enden, und richten optische Signale, die von dem ersten Ende der optischen Faser 24 emittiert werden, entlang entsprechender optischer Empfangspfade, die an entsprechenden der Lichtdetektoren 36 und 38 enden. Die Wellenlängenselektiven Filter 124, 126 und 128 können zum Beispiel Dünnfilm-dielektrische Beschichtungen auf einem Glas oder ähnlichem optisch-transparenten Substrat enthalten. Die Wellenlängen-selektiven Filter 124, 126 und 128 können von einem Hochpassfilter- oder von einem Tiefpassfiltertyp sein. Die optischen Pfade enthalten auch Linsen 130, 132, 134, 136 und 138. Die Lichtquellen 28 und 30, welche VCSELs sein können, und die Lichtdetektoren 36 und 38, welche PIN-Fotodioden sein können, können auf einem geeigneten Substrat (nicht dargestellt), wie beispielsweise einer Leiterplatte, montiert sein.
In dem ersten Transceiver 16 des ersten Teils existiert ein erster optischer Sendepfad zwischen der Lichtquelle 28 und der optischen Faser 24 über den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 124 und den dritten Wellenlängenselektiven Filter 128. Der erste Wellenlängen-selektive Filter 124 ist im Wesentlichen reflektierend für die erste Wellenlänge (λ1) und der dritte Wellenlängen-selektive Filter 128 ist im Wesentlichen transparent für die erste Wellenlänge (λ1). Entsprechend werden optische Signale, die von der Lichtquelle 28 emittiert werden, durch die Linse 130 übertragen und werden durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 124 auf den dritten Wellenlängen-Filter 128 reflektiert. Diese optischen Signale werden dann durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 124 reflektiert und werden durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 128 und durch die Linse 138 in das Ende der optischen Faser 74 übertragen.
In dem ersten Transceiver 16 des ersten Teils existiert ein zweiter optischer Sendepfad zwischen der Lichtquelle 30 und der optischen Faser 24 über den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 124 und den dritten Wellenlängenselektiven Filter 128. Der erste Wellenlängen-selektive Filter 124 ist im Wesentlichen transparent für die zweite Wellenlänge (λ2) und der dritte Wellenlängen-selektive Filter 128 ist im Wesentlichen transparent für die zweite Wellenlänge (λ2). Entsprechend werden optische Signale, die von der Lichtquelle 30 emittiert werden, durch die Linse 132 und durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 124 zu dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 128 übertragen. Diese optischen Signale werden dann durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 124 übertragen und werden weiter durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 128 und durch die Linse 138 in das Ende der optischen Faser 24 übertragen.
In dem ersten Transceiver 16 des ersten Teils existiert ein erster optischer Empfangspfad zwischen dem Lichtdetektor 36 und der optischen Faser 24 über den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 128 und den zweiten Wellenlängenselektiven Filter 126. Der dritte Wellenlängen-selektive Filter 128 ist im Wesentlichen reflektierend für die dritte Wellenlänge (λ3) und der zweite Wellenlängen-selektive Filter 126 ist im Wesentlichen reflektierend für die dritte Wellenlänge (λ3). Entsprechend werden optische Signale der dritten Wellenlänge, die von dem Ende der optischen Faser 24 emittiert werden, durch die Linse 138 übertragen und dann von dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 128 zu dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 126 reflektiert. Diese optischen Signale werden dann von dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 126 und durch die Linse 134 auf den Lichtdetektor 36 reflektiert.
In dem ersten Transceiver 16 des ersten Teils existiert ein zweiter optischer Empfangspfad zwischen dem Lichtdetektor 38 und der optischen Faser 24 über den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 128 und den zweiten Wellenlängenselektiven Filter 126. Der dritte Wellenlängen-selektive Filter 128 ist im Wesentlichen reflektierend für die vierte Wellenlänge (λ4) und der zweite Wellenlängen-selektive Filter 126 ist im Wesentlichen transparent für die vierte Wellenlänge (λ4). Entsprechend werden optische Signale der vierten Wellenlänge, die von dem Ende der optischen Faser 24 emittiert werden, durch die Linse 138 übertragen und dann durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 128 zu dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 126 reflektiert. Diese optischen Signale werden dann durch den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 126 und durch die Linse 136 auf den Lichtdetektor 38 übertragen.
Obwohl in der exemplarischen Ausführungsform die Wellenlängen-selektiven Filter 124, 126 und 128 unter 45°-Winkeln bezüglich der optischen Pfade ausgerichtet sind, können in anderen Ausführungsformen solche Wellenlängenselektiven Filter unter jedem anderen geeigneten Winkel bezüglich einem oder mehreren optischen Pfaden ausgerichtet sein. Ebenso können in anderen Ausführungsformen die optischen Pfade in solch einem ersten Transceiver mehr oder weniger optische Elemente als in dem exemplarischen ersten Transceiver 16 des ersten Teils, der in 3 dargestellt ist, wie beispielsweise zusätzliche Linsen, Reflektoren, etc. enthalten. Die optischen Pfade in solchen anderen Ausführungsformen können folglich Konfigurationen haben, die von den in 3 dargestellten abweichen, wie beispielsweise zusätzliche Wendungen, Zickzack-Verläufe, etc.
Wie ferner in 3 dargestellt, enthalten die optischen Elemente 66’ (1) des ersten Transceivers 18 des zweiten Teils zusätzlich zu den Lichtquellen 48’ und 50’ und den Lichtdetektoren 56’ und 58’ einen ersten Wellenlängenselektiven Filter 140, einen zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 142 und einen dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144. Die ersten bis dritten Wellenlängen-selektiven Filter 140 bis 144 richten die optischen Signale, die von den Lichtquellen 48’ und 50’ emittiert werden, entlang entsprechenden optischen Sendepfaden, die an dem zweiten Ende der optischen Faser 24 enden und richten die optischen Signale, die von dem zweiten Ende der optischen Faser 24 emittiert werden, entlang entsprechenden optischen Empfangspfaden, die an entsprechenden der Lichtdetektoren 56’ und 58’ enden. Die Wellenlängen-selektiven Filter 140, 142 und 144 können zum Beispiel Dünnfilm-dielektrische Beschichtungen auf einem Glas oder ähnlichem optisch-transparenten Substrat enthalten. Die Wellenlängen-selektiven Filter 140, 142 und 144 können von einem Hochpassfilter- oder Tiefpassfiltertyp sein. Die optischen Pfade enthalten auch Linsen 146, 148, 150, 152 und 154. Die Lichtquellen 48’ und 50’, welche VCSELs sein können, und die Lichtdetektoren 56’ und 58’, welche PIN-Fotodioden sein können, können auf einem geeigneten Substrat (nicht dargestellt), wie beispielsweise einer Leiterplatte, montiert sein.
In dem ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils existiert ein erster optischer Sendepfad zwischen der Lichtquelle 48’ und der optischen Faser 24 über den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 142 und den dritten Wellenlängenselektiven Filter 144. Der zweite Wellenlängen-selektive Filter 142 ist im Wesentlichen reflektierend für die dritte Wellenlänge (λ3) und der dritte Wellenlängen-selektive Filter 144 ist im Wesentlichen reflektierend für die dritte Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale, die von der Lichtquelle 48’ emittiert werden, durch die Linse 150 übertragen und werden von dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 142 zu dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144 reflektiert. Diese optischen Signale werden dann von dem zweiten Wellenlängen-selektiven Filter reflektiert und werden weiter durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144 und durch die Linse 154 in das Ende der optischen Faser 24 reflektiert.
In dem ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils existiert ein zweiter optischer Sendepfad zwischen der Lichtquelle 50’ und der optischen Faser 24 über den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 142 und den dritten Wellenlängenselektiven Filter 144. Der zweite Wellenlängen-selektive Filter 142 ist im Wesentlichen transparent für die vierte Wellenlänge (λ4) und der dritte Wellenlängen-selektive Filter 144 ist im Wesentlichen reflektierend für die vierte Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale, die von der Lichtquelle 50’ emittiert werden, durch die Linse 152 und durch den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 142 zu dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144 übertragen. Diese optischen Signale werden dann durch den zweiten Wellenlängen-selektiven Filter 142 übertragen und werden von dem dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144 und durch die Linse 154 in das Ende der optischen Faser 24 reflektiert.
In dem ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils existiert ein erster optischer Empfangspfad zwischen dem Lichtdetektor 56’ und der optischen Faser 24 über den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144 und den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 140. Der dritte Wellenlängen-selektive Filter 144 ist im Wesentlichen transparent für die erste Wellenlänge (λ1) und der erste Wellenlängen-selektive Filter 140 ist im Wesentlichen reflektierend für die erste Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale der ersten Wellenlänge, die von dem Ende der optischen Faser 24 emittiert werden, durch die Linse 154 und durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144 zu dem ersten Wellenlängen-selektiven Filter 140 übertragen. Diese optischen Signale werden ferner von dem ersten Wellenlängen-selektiven Filter 140 und durch die Linse 146 auf den Lichtdetektor 56’ reflektiert.
In dem ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils existiert ein zweiter optischer Empfangspfad zwischen dem Lichtdetektor 58’ und der optischen Faser 24 über den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144 und den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 140. Der dritte Wellenlängen-selektive Filter 144 ist im Wesentlichen transparent für die zweite Wellenlänge (λ2) und der erste Wellenlängen-selektive Filter 140 ist im Wesentlichen transparent für die zweite Wellenlänge. Entsprechend werden optische Signale der zweiten Wellenlänge, die von dem Ende der optischen Faser 24 emittiert werden, durch die Linse 154 und durch den dritten Wellenlängen-selektiven Filter 144 zu dem ersten Wellenlängen-selektiven Filter 140 übertragen. Diese optischen Signale werden dann durch den ersten Wellenlängen-selektiven Filter 140 und durch die Linse 148 auf den Lichtdetektor 58’ übertragen.
Obwohl in der exemplarischen Ausführungsform die Wellenlängen-selektiven Filter 140, 142 und 144 unter 45°-Winkeln bezüglich der optischen Pfade ausgerichtet sind, können in anderen Ausführungsformen solche Wellenlängenselektiven Filter unter jedem anderen Winkel bezüglich einem oder mehreren optischen Pfaden ausgerichtet sein. Ebenso können in anderen Ausführungsformen die optischen Pfade in solch einem ersten Transceiver mehr oder weniger optische Elemente als in dem exemplarischen ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils, der in 3 dargestellt ist, wie beispielsweise zusätzliche Linsen, Reflektoren, etc. enthalten. Die optischen Pfade in solchen anderen Ausführungsformen können folglich Konfigurationen haben, die von den in 3 dargestellten abweichen, wie beispielsweise zusätzliche Wendungen, Zickzack-Verläufe, etc.
Der zweite Transceiver 18 des ersten Teils und der zweite Transceiver 16’ des zweiten Teils sind in weiterem Detail in 4 dargestellt. Da der zweite Transceiver 18 des ersten Teils identisch zu dem oben beschriebenen ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils ist, werden seine Elemente und der Betrieb nicht in ähnlichem Detail beschrieben. Vielmehr ist es ausreichend anzumerken, dass: Die ersten bis dritten Wellenlängen-selektiven Filter 140’, 142’ und 144’ sind identisch zu den oben beschriebenen ersten bis dritten Wellenlängen-selektiven Filtern 140, 142 bzw. 144, und die Linsen 146’, 148’, 150’, 152’ und 154’ sind identisch zu den oben beschriebenen Linsen 146, 148, 150, 152 und 154. Die optischen Sendepfade und optischen Empfangspfade durch den zweiten Receiver 18 des ersten Teils sind identisch zu den oben beschriebenen optischen Sende- und Empfangspfaden durch den ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils. In ähnlicher Weise werden, da der zweite Transceiver 16’ des zweiten Teils identisch zu dem oben beschriebenen ersten Transceiver 16 des ersten Teils ist, seine Elemente und der Betrieb nicht in ähnlichem Detail beschrieben. Vielmehr ist es ausreichend anzumerken, dass:
Die ersten bis dritten Wellenlängen-selektiven Filter 124’, 126’ und 128’ sind identisch zu den oben beschriebenen ersten bis dritten Wellenlängenselektiven Filtern 124, 126 bzw. 128 und die Linsen 130’, 132’, 134’, 136’ und 138’ sind identisch zu den oben beschriebenen Linsen 130, 132, 134, 136 und 138. Die optischen Sendepfade und die optischen Empfangspfade durch den zweiten Transceiver 16’ des zweiten Teils sind identisch zu den oben beschriebenen optischen Sende- und Empfangspfaden durch den ersten Transceiver 16 des ersten Teils.
Eine Anzahl von Charakteristiken des exemplarischen optischen Kommunikationssystems 10 kann angemerkt werden. Erstens kann in 3 angemerkt werden, dass der erste Transceiver 16 des ersten Teils nur zwei Lichtquellen 28 und 30 enthält und der erste Transceiver 18’ des zweiten Teils nur zwei Lichtquellen 56’ und 58’ enthält und dennoch der erste Transceiver 16 des ersten Teils und der erste Transceiver 18’ des zweiten Teils insgesamt vier Kanäle von optischen Signalen bidirektional über die optische Faser 24 kommunizieren. Das heißt, aus der Perspektive des ersten Transceivers 16 des ersten Teils gibt es zwei Sendekanäle, wobei einer der ersten Wellenlänge (λ1) entspricht und der andere der zweiten Wellenlänge (λ2) entspricht, plus zwei Empfangskanäle, wobei einer der dritten Wellenlänge (λ3) entspricht und der andere der vierten Wellenlänge (λ4) entspricht, was folglich in insgesamt vier (Sende- und Empfangs-)Kanälen resultiert. Ähnlich gibt es aus der Perspektive des ersten Transceivers 18’ des zweiten Teils zwei Sendekanäle, wobei einer der dritten Wellenlänge (λ3) entspricht und der andere der vierten Wellenlänge (λ4) entspricht, plus zwei Empfangskanäle, wobei einer der ersten Wellenlänge (λ1) entspricht und der andere der zweiten Wellenlänge (λ2) entspricht, folglich insgesamt resultierend in vier (Sende- und Empfangs-)Kanälen. Der erste Transceiver 16 des ersten Teils und der erste Transceiver 18’ des zweiten Teils, die in der oben beschriebenen Weise konfiguriert sind, um optische Datensignale bidirektional miteinander über die optische Faser 24 zu kommunizieren, definieren eine Hälfte eines Vollduplexkommunikationslinks. Ein Vollduplexkommunikationslink ist definiert durch den ersten Transceiver 16 des ersten Teils und den ersten Transceiver 18’ des zweiten Teils, die in der oben beschriebenen Weise konfiguriert sind, um optische Signale bidirektional miteinander über die optische Faser 24 zu kommunizieren in Kombination mit dem zweiten Transceiver 18 des ersten Teils und dem zweiten Transceiver 16’ des zweiten Teils, die in der oben beschriebenen Weise konfiguriert sind, um optische Signale bidirektional miteinander über die optische Faser 26 zu kommunizieren.
Zweitens, aber bedeutsam, kann angemerkt werden, dass, obwohl das optische Kommunikationssystem 10 (1, 3 und 4) vier Kanäle aufweist, jeder der Transceiver 16 und 18 (und folglich ebenso jeder der Transceiver 16’ und 18’) möglicherweise mit höherer Ausbeute gefertigt werden kann als der Sender 70 des Vierkanal-optischen Kommunikationssystems 68, welches oben mit Bezug auf 2 beschrieben wurde. Wie oben beschrieben, können gegenwärtige Herstellprozesse nicht konsistent (d.h. mit hoher Ausbeute) physikalische Ausführungsformen des Senders 70 produzieren, in welchen alle vier Lichtquellen 76, 78, 80 und 82 innerhalb der Toleranz ausgerichtet sind, die erforderlich ist, um es dem Sender 70 zu ermöglichen, korrekt zu arbeiten. Im Gegensatz hierzu haben gegenwärtige Herstellprozesse das Potenzial, konsistent (d.h. mit hoher Ausbeute) physikalische Ausführungsformen der Transceiver 16 und 18 (und folglich der Transceiver 16’ und 18’) zu produzieren, da es nur halb so viele Lichtquellen in jedem der Transceiver 16 und 18 wie in dem Sender 70 gibt. Wiederum ist zu beachten, dass, obwohl es nur halb so viele Lichtquellen in jedem der Transceiver 16 und 18 wie in dem Sender 70 gibt, jeder der Transceiver 16 und 18 genauso viele Kommunikationskanäle wie der Sender 70 handhabt (d.h. vier).
Drittens kann angemerkt werden, dass die oben beschriebene Konfiguration von Transceivern 16 und 18 hilft, den Einfügeverlust zu minimieren. Da jeder der Wellenlängen-selektiven Filter entweder ein Hochpassfilter oder ein Tiefpassfilter ist, kann jeder Wellenlängen-selektive Filter leicht entweder die optischen Signale, die auf ihm einfallen, von einer einzigen Richtung in zwei Richtungen splitten oder, alternativ, zwei optische Signale, die auf ihm von zwei Richtungen einfallen, in eine einzige Richtung kombinieren. Entsprechend wechselwirkt in einem Transceiver, welcher N Lichtquellen und N Lichtdetektoren aufweist, ein optisches Sendesignal, welches einem Sendepfad von einer Lichtquelle zu der optischen Faser oder ein optisches Empfangssignal, welches einem Empfangspfad von der optischen Faser zu einem Lichtdetektor folgt, mit (d.h. wird entweder hindurch übertragen oder reflektiert durch) nicht mehr als Log₂(N) + 1 Wellenlängen-selektiven Hochpass- oder Tiefpassfiltern. Ein Minimieren der Anzahl von optischen Elementen in einem Sendepfad oder einem Empfangspfad hilft, einen Einfügeverlust zu minimieren. Ferner sind Hochpass- und Tiefpass-Wellenlängen-selektive Filter ökonomischer und haben eine breitere Ausrichtungstoleranz als schmale Bandpassfilter.
Es sollte angemerkt werden, dass die Erfindung mit Bezug auf anschauliche Ausführungsformen beschrieben wurde für Zwecke des Beschreibens der Prinzipien und Konzepte der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Wie von einem Fachmann angesichts der hierin gegebenen Beschreibung verstanden werden wird, können viele Modifikationen an den hierin beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden, ohne von den Zielen der Erfindung abzuweichen und all solche Modifikationen sind innerhalb des Umfangs der Erfindung.
Zusammenfassend wird gemäß einer Ausführungsform ein optisches Transceivermodul mit den folgenden Merkmalen offenbart. Das optische Transceivermodul enthält N Lichtquellen, N Lichtdetektoren, einen bidirektionalen Faseranschluss und ein optisches Netzwerk mit 2N – 1 Wellenlängen-selektiven Elementen. Die Anzahl 2N repräsentiert die Gesamtzahl an Sende- und Empfangskanälen in einem bidirektionalen System, in welchem Sende- und Empfangssignale den Sende- und Empfangskanälen entsprechen. Jede Lichtquelle entspricht einem Sendekanal und emittiert ein optisches Sendesignal, welches eine eindeutige Sendewellenlänge aufweist. Jeder Lichtdetektor entspricht einem Empfangskanal und detektiert ein optisches Empfangssignal, welches eine eindeutige Empfangswellenlänge aufweist. Das optische Netzwerk koppelt jede Lichtquelle mit dem bidirektionalen Faseranschluss über einen entsprechenden Sendepfad durch das optische Netzwerk. Das optische Netzwerk koppelt ferner jeden Lichtdetektor mit dem bidirektionalen Faseranschluss über einen entsprechenden Empfangspfad durch das optische Netzwerk. Jeder Sende- und Empfangspfad enthält einige der Wellenlängen-selektiven optischen Elemente.

Claims

Optischer Transceiver, enthaltend: N erste Lichtquellen, wobei jede erste Lichtquelle der N ersten Lichtquellen einem ersten Sendekanal entspricht und konfiguriert ist zum Emittieren eines ersten optischen Sendesignals, welches eine Sendewellenlänge aufweist, die verschieden ist von allen anderen Sendewellenlängen der N ersten Lichtquellen, wobei 2N eine Potenz von 2 größer oder gleich 4 ist, angebend eine Gesamtanzahl von ersten Sendekanälen und ersten Empfangskanälen; N erste Lichtdetektoren, wobei jeder erste Lichtdetektor der N ersten Lichtdetektoren einem ersten Empfangskanal entspricht und konfiguriert ist zum Detektieren eines ersten optischen Empfangssignals, welches eine Empfangswellenlänge aufweist, die verschieden ist von allen anderen Empfangswellenlängen der N ersten Lichtdetektoren; einen ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss, der mit einer ersten optischen Faser verbindbar ist; und ein erstes optisches Netzwerk enthaltend 2N – 1 Wellenlängen-selektive optische Elemente, wobei das optische Netzwerk jede erste Lichtquelle der N ersten Lichtquellen mit dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden ersten Sendepfad koppelt und jeden ersten Lichtdetektor der N ersten Lichtdetektoren mit dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden ersten Empfangspfad koppelt.
Optischer Transceiver nach Anspruch 1, wobei jeder von den 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen des ersten optischen Netzwerks eines von einem Hochpassfilter und einem Tiefpassfilter ist; und/oder jeder erste Sendepfad des ersten optischen Netzwerks Wellenlängenselektive optische Elemente in einer Anzahl von nicht mehr als Log₂(N) + 1 aufweist.
Optischer Transceiver nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes von den 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen des ersten optischen Netzwerks ein Substrat und eine Dünnschichtwellenlängen-selektive dielektrische Beschichtung aufweist.
Optischer Transceiver nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, ferner enthaltend: N zweite Lichtquellen, wobei jede zweite Lichtquelle der N zweiten Lichtquellen einem zweiten Sendekanal entspricht und konfiguriert ist zum Emittieren eines zweiten optischen Sendesignals, welches eine Sendewellenlänge aufweist, die verschieden ist von allen anderen Sendewellenlängen der N zweiten Lichtquellen und dieselbe ist wie eine Empfangswellenlänge von einem der N ersten Lichtdetektoren, wobei 2N ferner eine Gesamtanzahl von zweiten Sendekanälen und zweiten Empfangskanälen angibt; N zweite Lichtdetektoren, wobei jeder zweite Lichtdetektor der N zweiten Lichtdetektoren einem zweiten Empfangskanal entspricht und konfiguriert ist zum Detektieren eines zweiten optischen Empfangssignals, welches eine Empfangswellenlänge aufweist, die verschieden ist von allen anderen Empfangswellenlängen der N zweiten Lichtdetektoren und dieselbe ist wie eine Sendewellenlänge von einer der N ersten Lichtquellen; einen zweiten bidirektionalen optischen Faseranschluss, der mit einer zweiten optischen Faser verbindbar ist; und ein zweites optisches Netzwerk enthaltend 2N – 1 Wellenlängen-selektive optische Elemente, wobei das zweite optische Netzwerk jede zweite Lichtquelle der N zweiten Lichtquellen mit dem zweiten bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden zweiten Sendepfad koppelt und jeden zweiten Lichtdetektor der N zweiten Lichtdetektoren mit dem bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden zweiten Empfangspfad koppelt.
Optischer Transceiver nach Anspruch 4, wobei jeder von den 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen des zweiten optischen Netzwerks einer von einem Hochpassfilter und einem Tiefpassfilter ist; und/oder jeder Sendepfad des zweiten optischen Netzwerks Wellenlängenselektive optische Elemente in einer Anzahl von nicht mehr als Log₂(N) + 1 aufweist.
Optischer Transceiver nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder von den 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen des zweiten optischen Netzwerks ein Substrat und eine Dünnschichtwellenlängen-selektive dielektrische Beschichtung aufweist.
Verfahren für eine optische Kommunikation in einem optischen Transceivermodul, das optische Transceivermodul aufweisend N erste Lichtquellen, N erste Lichtdetektoren, einen ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss, und ein erstes optisches Netzwerk, welches 2N – 1 Wellenlängen-selektive optische Elemente, wobei 2N eine Potenz von zwei größer oder gleich vier ist, welche eine Anzahl von Sende- und Empfangskanälen angibt, das Verfahren enthaltend: jede erste Lichtquelle der N ersten Lichtquellen emittiert ein erstes optisches Sendesignal entsprechend einem ersten Sendekanal und weist eine Sendewellenlänge auf, die verschieden ist von allen anderen Sendewellenlängen der N ersten Lichtquellen; jeder erste Lichtdetektor der N ersten Lichtdetektoren detektiert ein erstes optisches Empfangssignal, welches einem ersten Empfangskanal entspricht und eine Empfangswellenlänge aufweist, die verschieden ist von allen anderen Empfangswellenlängen der N ersten Lichtdetektoren; jedes erste optische Sendesignal breitet sich durch das erste optische Netzwerk von der ersten Lichtquelle der N ersten Lichtquellen zu dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden ersten Sendepfad des optischen Netzwerks aus; Übertragen jedes ersten optischen Sendesignals von dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss über eine erste optische Faser, die mit dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss gekoppelt ist; Empfangen jedes ersten optischen Empfangssignals an dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss über die erste optische Faser, die mit dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss gekoppelt ist; und jedes erste optische Empfangssignal breitet sich durch das erste optische Netzwerk von dem ersten bidirektionalen optischen Faseranschluss zu einem ersten Lichtdetektor der N ersten Lichtdetektoren über einen entsprechenden ersten Empfangspfad des ersten optischen Netzwerks aus.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jede von den 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen des ersten optischen Netzwerks eines von einem Hochpassfilter und einem Tiefpassfilter ist; und/oder jedes von den 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen des ersten optischen Netzwerks ein Substrat und eine Dünnfilmwellenlängen-selektive dielektrische Beschichtung aufweist; und/oder jeder Sendepfad des ersten optischen Netzwerks Wellenlängen-selektive optische Elemente in einer Anzahl von nicht mehr als Log₂(N) + 1 aufweist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das optische Transceivermodul ferner N zweite Lichtquellen, N zweite Lichtdetektoren, einen zweiten bidirektionalen optischen Faseranschluss und ein zweites optisches Netzwerk mit 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen aufweist, das Verfahren ferner enthaltend: jede zweite Lichtquelle der N zweiten Lichtquellen emittiert ein zweites optisches Sendesignal, welches einem zweiten Sendekanal entspricht und eine Sendewellenlänge aufweist, die verschieden ist von allen anderen Sendewellenlängen der N zweiten Lichtquellen und dieselbe ist wie eine Empfangswellenlänge von einem der N ersten Lichtdetektoren; jeder zweite Lichtdetektor der N zweiten Lichtdetektoren detektiert ein zweites optisches Empfangssignal, welches einem zweiten Empfangskanal entspricht und eine zweite Empfangswellenlänge aufweist, die verschieden ist von allen anderen Empfangswellenlängen der N zweiten Lichtdetektoren und dieselbe ist wie eine Sendewellenlänge von einer der N ersten Lichtquellen; jedes zweite optische Sendesignal breitet sich durch das zweite optische Netzwerk von einer zweiten Lichtquelle der N zweiten Lichtquellen zu dem bidirektionalen optischen Faseranschluss über einen entsprechenden zweiten Sendepfad des optischen Netzwerks aus; Übertragen jedes zweiten optischen Sendesignals von dem zweiten bidirektionalen optischen Faseranschluss über eine zweite optische Faser, die mit dem zweiten bidirektionalen optischen Faseranschluss gekoppelt ist; Empfangen jedes zweiten optischen Empfangssignals an dem zweiten bidirektionalen optischen Faseranschluss über die zweite optische Faser, die mit dem zweiten bidirektionalen optischen Faseranschluss gekoppelt ist; und jedes zweite optische Empfangssignal breitet sich durch das zweite optische Netzwerk von dem zweiten bidirektionalen optischen Faseranschluss zu einem zweiten Lichtdetektor der N zweiten Lichtdetektoren über einen entsprechenden Empfangspfad des zweiten optischen Netzwerks aus.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei jedes von den 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen des zweiten optischen Netzwerks einer von einem Hochpassfilter und einem Tiefpassfilter ist; und/oder jeder von den 2N – 1 Wellenlängen-selektiven optischen Elementen des zweiten optischen Netzwerks ein Substrat und eine Dünnschichtwellenlängenselektive dielektrische Beschichtung aufweist; und/oder jeder Sendepfad des zweiten optischen Netzwerks Wellenlängenselektive optische Elemente in einer Anzahl von nicht mehr als Log₂(N) + 1 aufweist.