(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112180521 A(43)申请公布日 2021.01.05
(21)申请号 202010979416.8(22)申请日 2020.09.17
(71)申请人 武汉联特科技有限公司
地址 430000 湖北省武汉市东湖新技术开
发区流芳大道52号E地块12栋(72)发明人 胡定坤 李林科 吴天书 杨现文
张健 (74)专利代理机构 北京汇泽知识产权代理有限
公司 11228
代理人 郑飞(51)Int.Cl.
G02B 6/42(2006.01)G02B 6/293(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图4页
(54)发明名称
一种单纤双向多通道传输光模块系统(57)摘要
一种单纤双向多通道传输光模块系统，包括光模块和单模光纤，所述光模块为两个，通过单模光纤互联；所述光模块包括发射光路和接收光路，所述发射光路包括发射单元组件、滤光片组件和光口，所述接收光路包括接收单元组件、滤光片组件和光口；所述发射光路用于将当前光模块产生的多路不同波长的光束通过发射单元组件合成一路传播方向相同的发射光束，并将发射光束依次经过滤光片组件以及光口出射给单模光纤，通过单模光纤传输给另一光模块；所述接收光路用于通过单模光纤接收另一光模块的发射光束，并作为当前光模块的接收光束，所述接收光束依次经过光口和滤光片组件传输给接收单元组件，通过接收单元组件将接收光束分成原始的多路不同波长的光束。
CN 112180521 ACN 112180521 A
权 利 要 求 书
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1.一种单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述系统包括光模块和单模光纤，所述光模块为两个，两个光模块通过单模光纤互联；所述光模块包括发射光路和接收光路，所述发射光路包括发射单元组件、滤光片组件和光口，所述接收光路包括接收单元组件、滤光片组件和光口；
所述发射光路用于将当前光模块产生的多路不同波长的光束通过发射单元组件合成一路传播方向相同的光束，即发射光束，并将发射光束依次经过滤光片组件以及光口出射给单模光纤，通过单模光纤传输给互联的另一光模块；
所述接收光路用于通过单模光纤接收来自互联的另一光模块的发射光束，并作为当前光模块的接收光束，将所述接收光束依次经过光口和滤光片组件传输给接收单元组件，通过接收单元组件将接收光束分成原始的多路不同波长的光束。
2.根据权利要求1所述的单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述发射光束包括四种波长，分别为λ1、λ2、λ3和λ4；所述接收光束包括四种波长，分别为λ5、λ6、λ7和λ8。
3.根据权利要求1所述的单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述滤光片组件包括三片式合成滤光片组件，三片式合成滤光片组件包括第一滤光片组件、第二滤光片组件和第三滤光片组件，所述第一滤光片组件、第二滤光片组件和第三滤光片组件合围成三角形；所述发射单元组件出射的发射光束依次通过第一滤光片组件和第二滤光片组件出射到光口；由光口入射进来的接收光束依次通过第二滤光片组件、第一滤光片组件和第三滤光片组件后入射给接收单元组件。
4.根据权利要求1所述的单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述发射单元组件包括多路激光二极管、多个第一耦合透镜、一个光学合波组件MUX和一个隔离器Isolator；
多路激光二极管作为信号传输的载体，分别用于传输多路不同波长的光束，将多路不同波长的光束分别传输给多个第一耦合透镜；
所述第一耦合透镜用于将接收的光束进行光束整形，将发散光整形成平行光，并出射给光学合波组件MUX；
所述光学合波组件MUX用于将多个第一耦合透镜出射的多路平行光合成一路，作为发射光束，经过合波后的发射光束进入隔离器Isolator；
所述隔离器Isolator用于防止光传输链路上的反射光进入激光二极管，经过隔离器的发射光束进入滤光片组件。
5.根据权利要求1所述的单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述接收单元组件包括光学分波组件DEMUX、多个第二耦合透镜和多个光电二极管；
所述光学分波组件DEMUX用于将接收到的接收光束分成原始的多路不同波长的光束，经过分光后的多路不同波长的光束分别进入多个第二耦合透镜；
所述第二耦合透镜用于将进入的平行光转换成汇聚光，多路不同波长的光束经对应的第二耦合透镜汇聚后的进入光电二极管；
所述光电二极管用于实现光信号转换成电信号，从而实现多路光信号的光路转换。6.根据权利要求3所述的单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述滤光片组件还包括带通滤光片，所述带通滤光片位于三片式合成滤光片组件和接收单元组件之间，接收光束依次经过光口、三片式合成滤光片组件和带通滤光片传输给接收单元组件，所述
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权 利 要 求 书
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带通滤光片用于进行选择性滤波，滤除接收光束中的散光。
7.根据权利要求6所述的单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述滤光片组件还包括光路弯折棱镜，所述光路弯折棱镜位于带通滤光片和接收单元组件之间，接收光束依次经过光口、三片式合成滤光片组件、带通滤光片和光路弯折棱镜传输给接收单元组件，所述光路弯折棱镜用于将带通滤光片出射的光束反射给接收单元组件。
8.根据权利要求1所述的单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述系统还包括光适配器和第三耦合透镜，所述光适配器和第三耦合透镜位于滤光片组件和光口之间；
从光口入射进来的接收光束经光适配器后入射至第三耦合透镜，经过第三耦合透镜整形成平行光后，入射至滤光片组件；
从发射单元组件出射的发射光束经第三耦合透镜整形后，对应的光能量耦合进光适配器，并经光适配器出射至光口。
9.根据权利要求1所述的单纤双向多通道传输光模块系统，其特征在于，所述光模块采用QSFP、QSFP-DD或者OSFP封装。
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说 明 书
一种单纤双向多通道传输光模块系统
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技术领域
[0001]本发明涉及光纤通信领域，具体涉及一种单纤双向多通道传输光模块系统。背景技术
[0002]伴随着数字化的进程，数据的处理、存储和传输得到了飞速的发展，大数据量的搜索服务和视频业务的迅猛增长，极大地带动了以超级计算机和存储为基础的数据中心的发展，数据中心光模块的设计思想是通过更小的体积和更低的成本，提供更高的接入密度，最终提高用户接入容量。
[0003]高速双向多通道波分复用传输光模块作有着广阔的市场应用前景。高速双向多通道波分复用传输光模块，2个光模块之间的光互通通过单根光纤来实现，相比较而言，如果使用一根光纤就完成了原来两根光纤才能完成的工作，将现有光纤的传输量提高了一倍，将大大节省了光纤资源。
发明内容
[0004]鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种单纤双向多通道传输光模块系统，具体方案如下：
一种单纤双向多通道传输光模块系统，所述系统包括光模块和单模光纤，所述光模块为两个，两个光模块通过单模光纤互联；所述光模块包括发射光路和接收光路，所述发射光路包括发射单元组件、滤光片组件和光口，所述接收光路包括接收单元组件、滤光片组件和光口；
所述发射光路用于将当前光模块产生的多路不同波长的光束通过发射单元组件合成一路传播方向相同的光束，即发射光束，并将发射光束依次经过滤光片组件以及光口出射给单模光纤，通过单模光纤传输给互联的另一光模块；
所述接收光路用于通过单模光纤接收来自互联的另一光模块的发射光束，并作为当前光模块的接收光束，将所述接收光束依次经过光口和滤光片组件传输给接收单元组件，通过接收单元组件将接收光束分成原始的多路不同波长的光束。[0005]进一步地，所述发射光束包括四种波长，分别为λ1、λ2、λ3和λ4；所述接收光束包括四种波长，分别为λ5、λ6、λ7和λ8；
进一步地，所述滤光片组件包括三片式合成滤光片组件，三片式合成滤光片组件包括第一滤光片组件、第二滤光片组件和第三滤光片组件，所述第一滤光片组件、第二滤光片组件和第三滤光片组件合围成三角形；所述发射单元组件出射的发射光束依次通过第一滤光片组件和第二滤光片组件出射到光口；由光口入射进来的接收光束依次通过第二滤光片组件、第一滤光片组件和第三滤光片组件后入射给接收单元组件；发射单元组件出射的发射光束通过第一滤光片组件和第二滤光片组件后平行于该发射光束出射到光口；由光口入射进来的接收光束依次通过第二滤光片组件和第一滤光片组件后垂直于该接收光束入射给第三滤光片组件。
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说 明 书
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进一步地，所述发射单元组件包括多路激光二极管、多个第一耦合透镜、一个光学
合波组件MUX和一个隔离器Isolator；
多路激光二极管作为信号传输的载体，分别用于传输多路不同波长的光束，将多路不同波长的光束分别传输给多个第一耦合透镜；
所述第一耦合透镜用于将接收的光束进行光束整形，将发散光整形成平行光，并出射给光学合波组件MUX；
所述光学合波组件MUX用于将多个第一耦合透镜出射的多路平行光合成一路，作为发射光束，经过合波后的发射光束进入隔离器Isolator；
所述隔离器Isolator用于防止光传输链路上的反射光进入激光二极管，影响其对应的高频性能，经过隔离器的发射光束进入滤光片组件。[0007]进一步地，所述接收单元组件包括光学分波组件DEMUX、多个第二耦合透镜和多个光电二极管；
所述光学分波组件DEMUX用于将接收到的接收光束分成原始的多路不同波长的光束，经过分光后的多路不同波长的光束分别进入多个第二耦合透镜；
所述第二耦合透镜用于将进入的平行光转换成汇聚光，多路不同波长的光束经对应的第二耦合透镜汇聚后的进入光电二极管；
所述光电二极管用于实现光信号转换成电信号，从而实现多路光信号的光路转换。[0008]进一步地，所述滤光片组件还包括带通滤光片，所述带通滤光片位于三片式合成滤光片组件和接收单元组件之间，接收光束依次经过光口、三片式合成滤光片组件和带通滤光片传输给接收单元组件，所述带通滤光片用于进行选择性滤波，滤除接收光束中的散光。
[0009]进一步地，所述滤光片组件还包括光路弯折棱镜，所述光路弯折棱镜位于带通滤光片和接收单元组件之间，接收光束依次经过光口、三片式合成滤光片组件、带通滤光片和光路弯折棱镜传输给接收单元组件，所述光路弯折棱镜用于将带通滤光片出射的光束反射给接收单元组件。[0010]进一步地，所述系统还包括光适配器和第三耦合透镜，所述光适配器和第三耦合透镜位于滤光片组件和光口之间；
从光口入射进来的接收光束经光适配器后入射至第三耦合透镜，经过第三耦合透镜整形成平行光后，入射至滤光片组件；
从发射单元组件出射的发射光束经第三耦合透镜整形后，对应的光能量耦合进光适配器，并经光适配器出射至光口。[0011]进一步地，所述光模块采用QSFP、QSFP-DD或者OSFP封装。[0012]本发明具有以下有益效果：
本发明在多源协议（MSA）要求的有限封装尺寸管壳内，定义一种单纤双向多通道波分复用传输光模块。高速光信号在两个光模块之间通过单模光纤互联，进而实现信号相互通信。该光模块中包括发射单元组件、接收单元组件及滤光片组件，各个单元组件又包含多个光学子单元元件，现有的整个光模块的光学结构复杂，各元件定位精度要求高，各光学元件固定后要求位移偏差小，带来工序复杂，不利于批量化大规模生产的问题，本发明，将该光模块的封装分割成若干个子单元组件，再将各个子子单元组件进行组装定位，更有利于光
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说 明 书
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学封装的质量和成本控制。
[0013]
附图说明
[0014]图1为本发明实施例提供的两个光模块的光互联示意图；
图2为本发明实施例提供的的封装系统组成部分示意图；图3为本发明实施例提供的的封装对应的光学系统示意图；图4为本发明实施例提供的光模块系统的光路图；
图5为本发明实施例提供的发射光束通过滤光片组件的光路图；图6为本发明实施例提供的接收光束通过滤光片组件的光路图；图中：1、光模块，2、单模光纤，11、光口，12、滤光片组件，13、发射单元组件，14、接收单元组件，15、柔性电路板FPC，16、PCBA板，17、光适配器，18、第三耦合透镜，121、三片式合成滤光片组件，122、带通滤光片，123、光路弯折棱镜，131、隔离器Isolator，132、光学合波组件MUX，133、第一耦合透镜，134、激光二极管，141、光学分波组件DEMUX，142、第二耦合透镜，143、反射镜，144、光电二级管，145、TIA。
[0015]
具体实施方式
[0016]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0017]本发明定义了一种单纤双向多通道传输光模块系统，采用QSFP、QSFP-DD或者OSFP封装，采用单模LC接口，两个光模块1使用单模光纤2光学互联时可实现高速长距离传输，其基本架构如图1所示，其包括光模块1和单模光纤2，所述光模块1为两个，两个光模块1通过单模光纤2互联；所述光模块1包括发射光路和接收光路，所述发射光路包括发射单元组件13、滤光片组件12和光口11，所述接收光路包括接收单元组件14、滤光片组件12和光口11；
所述发射光路用于将当前光模块1产生的多路不同波长的光束通过发射单元组件13合成一路传播方向相同的光束，即发射光束，并将发射光束依次经过滤光片组件12以及光口11出射给单模光纤2，通过单模光纤2传输给互联的另一光模块1；
所述接收光路用于通过单模光纤2接收来自互联的另一光模块1的发射光束，并作为当前光模块1的接收光束，将所述接收光束依次经过光口11和滤光片组件12传输给接收单元组件14，通过接收单元组件14将接收光束分成原始的多路不同波长的光束。[0018]如图1所示，当前光模块1产生多路不同波长的光束，分别为λ1、λ2、λ3和λ4，所述发射光束包括四种波长，分别为λ1、λ2、λ3和λ4。另一光模块1的发射光束包括四种波长，分别为λ5、λ6、λ7和λ8。
[0019]两个光模块1光学互联如图2所示，两个光模块1为第一光模块和第二光模块。[0020]第一光模块可以发出四路不同波长的光束，并接收第二光模块产生的四路不同波长的光束，第一光模块发出四路不同波长的光束对应的波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4，四路光束
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经过模块内部的光学合波组件MUX132，合成一路传播方向相同的光束，即发射光束，所述发射光束包含λ1、λ2、λ3、λ4四种波长，将发射光束传输至滤光片组件12再传输至模块光口11；经过第一光模块的光口11接收的接收光束包含λ5、λ6、λ7、λ8四种波长，接收光束传输至滤光片组件12，滤光片组件12实现方向选择，将接收光束传输至光学分波组件DEMUX141，由光学分波组件DEMUX141将一路光束分成四路波长为λ5、λ6、λ7、λ8的四路光束。[0021]第二光模块可以发出四路不同波长的光束，并接收第一光模块产生的四路不同波长的光束，第二光模块发出四路不同波长的光束对应的波长分别为λ5、λ6、λ7、λ8，四路光束经过模块内部的光学合波组件MUX132，合成一路传播方向相同的光束，即即第二光模块的发射光束，该发射光束传输至滤光片组件12再传输至模块光口11；经过第二光模块的光口11接收的接收光束包含λ1、λ2、λ3、λ4四种波长，该接收光束传输至滤光片组件12，滤光片组件12实现方向选择，将接收光束传输至光学分波组件DEMUX141，由光学分波组件DEMUX141将一路光束分成四路波长为λ1、λ2、λ3、λ4的四路光束。[0022]如图2所示为封装系统组成部分示意图，包括PCBA板16、接收单元组件14、发射单元组件13、滤光片组件12以及柔性电路板FPC15，其中接收单元组件和发射单元组件分别通过柔性电路板FPC15与PCBA板实现电气连接。[0023]封装对应的光学系统如图3所示，发射端从左到右包括柔性电路板FPC15，四路激光二极管134、四个第一耦合透镜133、光学合波组件MUX132、隔离器Isolator131、滤光片组件12、光适配器17和光口11。接收端从左到右包括柔性电路板FPC15、四路TIA145和四路光电二极管144、四路反射镜143、四个第二耦合透镜142、光学分波组件DEMUX141、光路弯折棱镜123、带通滤光片122、滤光片组件12、第三耦合透镜18、光适配器17和光口11。[0024]光模块1系统的光路图如图4所示，四路第一耦合透镜133分别为Lens1、Lens2、Lens3和Lens4，四路激光二极管分别为LD1、LD2、LD3和LD4，四路光电二极管144分别为PD1、PD2、PD3和PD4，四个第二耦合透镜142分别为Lens5、Lens6、Lens7和Lens8；四路发射光束对应的波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4，经过四路第一耦合透镜Lens1、Lens2、Lens3、Lens4整形成平行光后，入射至光学合波组件MUX132合波，合波成一路同一传输方向的光束，再经过隔离器Isolator131，传输至三片式合成滤光片组件121，再经过第三耦合透镜18整形，对应的光能量耦合进光适配器17。接收光束对应的波长分别为λ5、λ6、λ7、λ8，经过光适配器17入射至第三耦合透镜18，经过第三耦合透镜18整形成平行光后，入射至三片式合成滤光片组件121，并经过带通滤光片122选择性滤波后，传输至光路弯折棱镜123，经过光路弯折棱镜123的光路弯折作用后，入射至光学分波组件DEMUX141进行分波，对应的不同波长光能量分别经过四路第二耦合透镜Lens5、Lens6、Lens7和Lens8整形成汇聚光后，并分别耦合进4路光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4中。[0025]其中，所述滤光片组件12包括三片式合成滤光片组件121，三片式合成滤光片组件121包括第一滤光片组件、第二滤光片组件和第三滤光片组件，所述第一滤光片组件、第二滤光片组件和第三滤光片组件合围成三角形；经过隔离器Isolator131的平行光，进入三片式合成滤光片组件121，对应的光束传输路径如图5所示，光束依次通过第一滤光片组件和第二滤光片组件出射出去。经过第三耦合透镜18的平行光，入射至三片式合成滤光片组件12，对应的光束传输路径如图6所示，入射进来的光束依次通过第二滤光片组件、第一滤光片组件和第三滤光片组件后入射给接收单元组件14。
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以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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