光收发器、光收发组件及光通信系统的制作方法

本申请涉及光通信技术领域，特别是涉及一种光收发器、光收发组件及光通信系统。

背景技术：

随着通信技术的发展，出现了5g通信(thefifthgenerationmobilecommunicationtechnology，第五代移动通信技术)。其中，应用在5g无线前传中的25gbps(吉比特每秒)单纤双向光模块的接收端和发射端分别采用dfb(distributedfeedbacklaser，分布式反馈激光器)和pin接收器(光电二极管接收器)，波长分别是发射端1270nm(纳米)配合接收端1330nm，以及发射端1330nm配合接收端1270nm，通过将两种规格的光模块组合使用，从而实现对5g无线前传的信号进行收发。

然而，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：目前的光收发器在传输5g信号时，易发生信号丢失。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够避免在传输5g信号时易发生信号丢失的光收发器、光收发组件及光通信系统。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种光收发器，包括fp激光器、探测器、波分复用滤光片和电路板；电路板分别连接fp激光器和探测器；波分复用滤光片设于fp激光器的发射光路与探测器的接收光路的交叉处；

来自电路板的第一电信号触发fp激光器生成第一光信号，第一光信号沿发射光路透过波分复用滤光片后输出；

第二光信号沿接收光路传输到波分复用滤光片；波分复用滤光片将第二光信号反射至探测器处；探测器将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号传输给电路板；

其中，第一电信号、第二电信号、第一光信号和第二光信号均为5g信号。

在其中一个实施例中，电路板包括控制电路，数字诊断监控电路，激光驱动电路，以及均用于连接外部电信号处理电路的第一时钟数据恢复电路、第二时钟数据恢复电路；

控制电路分别连接数字诊断监控电路、激光驱动电路、第一时钟数据恢复电路和第二时钟数据恢复电路；

第一时钟数据恢复电路连接激光驱动电路；激光驱动电路连接fp激光器；第二时钟数据恢复电路连接探测器。

在其中一个实施例中，电路板还包括跨阻放大器和限幅放大器；

第二时钟数据恢复电路依次通过限幅放大器、跨阻放大器连接探测器。

在其中一个实施例中，光收发器还包括连接电路板的监控光电二极管。

在其中一个实施例中，电路板还包括电源管理电路；

电源管理电路分别连接控制电路、数字诊断监控电路、激光驱动电路、第一时钟数据恢复电路和第二时钟数据恢复电路。

在其中一个实施例中，fp激光器的速率包括25gbps或25gbps以上；

第一光信号与第二光信号的波长不同。

在其中一个实施例中，第一光信号的波长为1310纳米，第二光信号的波长为1550纳米；

或者，

第一光信号的波长为1550纳米，第二光信号的波长为1310纳米。

在其中一个实施例中，探测器为pin探测器。

本申请实施例提供了一种光收发组件，包括底座，光纤适配器以及上述任一实施例的光收发器；

底座包括腔室，沿第一光轴设置的第一开口，沿第二光轴设置的第二开口，以及沿第一光轴或第二光轴设置的第三开口；第一开口、第二开口和第三开口均用于连通腔室与外部；

fp激光器设置在第一开口；探测器设置在第二开口；光纤适配器设置在第三开口；波分复用滤光片设置在腔室内，并位于第一光轴与第二光轴的交叉处。

在其中一个实施例中，波分复用滤光片固定于腔室内，并与第一光轴的形成预设角度的夹角。

本申请实施例还提供了一种通信系统，包括光纤，以及多个如权利要求1至7任一项的光收发器；光纤分别连接各光收发器。

在其中一个实施例中，光收发器的数量为两个；

任一fp激光器发射的第一光信号的波长为1310纳米；另一fp激光器发射的第一光信号的波长为1550纳米；

任一探测器接收的第二光信号的波长为1550纳米；另一探测器接收的第一光信号的波长为1310纳米。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

通过将电路板分别连接fp激光器和探测器，并将波分复用滤光片设置在fp激光器的发射光路与探测器的接收光路的交叉处，从而使得第一电信号可触发fp激光器生成第一光信号，且第一光信号沿发射光路透过波分复用滤光片后输出，进而实现5g上行光信号的输出；同时，还使得第二光信号沿接收光路传输到波分复用滤光片，波分复用滤光片将第二光信号反射至探测器处，通过探测器将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号传输给电路板，从而实现5g下行光信号的接收，实现了单纤双向的5g光通信，避免5g前传中，由于光功率过高造成接收端饱和导致的信号丢失，提高了5g通信的可靠性。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中光收发器的示意性结构图；

图2为一个实施例中电路板的第一电路连接框图；

图3为一个实施例中电路板的第二电路连接框图；

图4为一个实施例中电路板的第三电路连接框图；

图5为一个实施例中光收发组件的第一示意性结构图；

图6为一个实施例中光收发组件的第二示意性结构图；

图7为一个实施例中光通信系统的示意性结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“设于”、“设置在”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

目前，应用在5g通信中的单纤双向光模块的接收端采用dfb激光器，接收端采用pin探测器，通过设计出对应于dfb激光器和pin探测器的光模块内部结构，从而可通过1270nm和1330nm的波长实现5g通信。

然而，由于在5g通信中使用的通信频率很高，决定了5g基站的布置密度大，大部分5g光模块之间的传输距离小于或等于2公里，当采用dfb激光器进行5g通信时，由于光功率过大容易导致光模块的接收端饱和，致使5g信号发生丢失。

进一步地，为防止发射光信号进入到dfb激光器中产生信号串扰，需要在光模块在涉及光隔离器。当dfb激光芯片与光隔离器之间存在偏振方向一致时，光功率插损最小，因此在光模块的封装中需要严格控制隔离器组装之后的偏振方向，增加了光模块的组装难度。同时隔离器的价格较为昂贵，若采用dfb激光器方案，光模块的成本较高。同时由于dfb激光器的激光器芯片内部结构和制作工艺复杂，后工序镀膜工艺难度较高，导致在生产的过程中dfb激光器的良品率低。同时，dfb激光器晶圆生长速度慢和加工周期长，导致了dfb激光器的成本高。

本申请中光收发器包括fp激光器、探测器和波分复用滤光片，实现了单纤双向的5g光通信，避免5g前传中，由于光功率过高造成接收端饱和导致的信号丢失，提高了5g通信的可靠性。同时，通过本申请所示的光收发器还可降低成本。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种光收发器，包括fp激光器110、探测器120、波分复用滤光片130和电路板；电路板分别连接fp激光器110和探测器120；波分复用滤光片130设于fp激光器110的发射光路与探测器120的接收光路的交叉处；

来自电路板的第一电信号触发fp激光器110生成第一光信号，第一光信号沿发射光路透过波分复用滤光片130后输出；

第二光信号沿接收光路传输到波分复用滤光片130；波分复用滤光片130将第二光信号反射至探测器120处；探测器120将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号传输给电路板；

其中，第一电信号、第二电信号、第一光信号和第二光信号均为5g信号。

具体地，光收发器用于实现电光转换和光电转换，即用于将电信号转换为光信号，并将光信号沿发射光路传导至光纤中，以及将光纤传递过来的光信号沿接收光路进行传导，通过探测器120将接收到的光信号转换为电信号。为便于描述涉及的多个信号，本申请中“上行信号”表示光收发器向外部传输的信号，“下行信号”表示光收发器接收到的外部传输的信号。例如“上行光信号”表示光收发器向外部传输的光信号，“下行光信号”为外部传输给光收发器的光信号，“上行电信号”表示光收发器向外部传输的电信号，“下行电信号”表示外部传输给光收发器的电信号。

波分复用滤光片130用于使第一光信号和第二光信号沿不同的光路进行传导，第一光信号和第二光信号经过波分复用滤光片130后的传导轨迹不同。波分复用滤光片130可以对特定波长的光进行透射，并对其他波长的光进行反射，从而使得特定波长的光与其他波长的光可以沿不同的传导轨迹进行传导。本实施例中，波分复用滤光片130用于使第一光信号沿发射光路透过、使第二光信号沿接收光路反射。

波分复用滤光片130设于发射光路和接收光路的交叉处，其中，fp激光器110、波分复用滤光片130和光纤之间可以形成一条发射光路，使得fp激光器110生成的第一光信号可以传导到光纤中。来自电路板的第一电信号触发fp激光器110生成第一光信号，第一光信号沿发射光路透过波分复用滤光片130后输出。

探测器120、波分复用滤光片130和光纤之间可以形成一条接收光路，从而可以将光纤传递过来的第二光信号传导至探测器120处。第二光信号沿接收光路传输至波分复用滤光片130，波分复用滤光片130将第二光信号反射至探测器120处，探测器120将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号传输给电路板。

波分复用滤光片130可以与发射光路形成夹角，从而对第二光信号进行反射，并使反射后的第二光信号达到探测器120处。在一个示例中，发射光路可以为从fp激光器110指向光纤的有向线段，波分复用滤光片130可以与发射光路形成45度的夹角；或者波分复用滤光片130可以与发射光路形成135度的夹角。

电路板分别连接fp激光器110和探测器120，从而可生成第一电信号，并通过第一电信号触发fp激光器110生成第一光信号，实现下行信号的传输；同时，还可接收探测器120传输的第二电信号，实现上行信号的传输。

本申请使用fp激光器110，即法布里-珀罗激光器生成下行光信号，其构造较dfb简单，具体而言，fp激光器110晶圆生长和加工工艺比dfb激光器晶圆简单，从而使得fp激光器110的良品率较dfb激光器高，进而使得fp激光器110的成本比dfb激光器的成本低。同时，在短距离2公里以内的而应用场景使用fp激光器110时，光功率较低，能够有效避免5g无线前传2公里以内应用场景中接收端饱和造成信号丢失的风险。同时，光路中的反射光很小，fp激光器110自身的镀膜具有抗放射光能力，因此，光收发器中不需要增加光隔离器，从而可降低组装工艺和整体成本。

上述光收发器中，通过将电路板分别连接fp激光器110和探测器120，并将波分复用滤光片130设置在fp激光器110的发射光路与探测器120的接收光路的交叉处，从而使得第一电信号可触发fp激光器110生成第一光信号，且第一光信号沿发射光路透过波分复用滤光片130后输出，进而实现5g上行光信号的输出；同时，还使得第二光信号沿接收光路传输到波分复用滤光片130，波分复用滤光片130将第二光信号反射至探测器120处，通过探测器120将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号传输给电路板，从而实现5g下行光信号的接收，实现了单纤双向的5g光通信，避免5g前传中，由于光功率过高造成接收端饱和导致的信号丢失，提高了5g通信的可靠性。

在一个实施例中，提供了一种光收发器，包括fp激光器110、探测器120、波分复用滤光片130和电路板；电路板分别连接fp激光器110和探测器120；波分复用滤光片130设于fp激光器110的发射光路与探测器120的接收光路的交叉处；

来自电路板的第一电信号触发fp激光器110生成第一光信号，第一光信号沿发射光路透过波分复用滤光片130后输出；

第二光信号沿接收光路传输到波分复用滤光片130；波分复用滤光片130将第二光信号反射至探测器120处；探测器120将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号传输给电路板；

其中，第一电信号、第二电信号、第一光信号和第二光信号均为5g信号。

其中，如图2所示，电路板包括控制电路210，数字诊断监控电路220，激光驱动电路230，以及均用于连接外部电信号处理电路的第一时钟数据恢复电路240、第二时钟数据恢复电路250；

控制电路210分别连接数字诊断监控电路220、激光驱动电路230、第一时钟数据恢复电路240和第二时钟数据恢复电路250；

第一时钟数据恢复电路240连接激光驱动电路230；激光驱动电路230连接fp激光器110；第二时钟数据恢复电路250连接探测器120。

具体地，电路板包括控制电路210、数字诊断监控电路220、激光驱动电路230、第一时钟数据恢复电路240以及第二时钟数据恢复电路250。其中，数字诊断监控电路220具有监控功能，可以实时监控光收发器的特性参数，例如，可实时上报光收发器的温度、供电电压、偏流、发射功率以及接收功率等，同时，数字诊断监控电路220还具有诊断功能，通过对光收发器的特性参数进行判断处理，从而可得知光收发器是否处于正常工作状态，进而实现对光收发器进行诊断。

时钟数据恢复电路用于对输入信号进行提取，得到时钟信号，并确定时钟信号与数据信号的相位关系。通过将第一时钟数据恢复电路240连接激光驱动电路230，从而可通过第一时钟数据恢复电路240对第一电信号进行提取，确定第一电信号中时钟信号与数据信号的相位关系，并通过激光驱动电路230和fp激光器110将第一电信号转换为第一光信号，并输出第一光信号。

通过将第二时钟数据恢复电路250连接探测器120，当探测器120将第二光信号转换为第二电信号后，可通过第二时钟数据恢复电路250对第二电信号进行提取，确定第二电信号中时钟信号与数据信号的相位关系。

进一步地，第一时钟数据恢复电路240和第二时钟数据恢复电路250用于连接外部电信号处理电路，在一个示例中，第一时钟数据恢复电路240和第二时钟数据恢复电路250均可用于连接25g(吉)电口。

在一个实施例中，电路板还可包括电源管理电路；

电源管理电路分别连接控制电路、数字诊断监控电路、激光驱动电路、第一时钟数据恢复电路和第二时钟数据恢复电路。

具体地，电源管理电路用于为光收发器中的各器件提供工作电压。

在一个实施例中，如图3所示，电路板还包括跨阻放大器和限幅放大器；

第二时钟数据恢复电路250依次通过限幅放大器、跨阻放大器连接探测器120。

在一个实施例中，光收发器还包括连接电路板的监控光电二极管。

在一个实施例中，fp激光器110的速率包括25gbps或25gbps以上；

第一光信号与第二光信号的波长不同。

其中，fp激光器110的速率包括但不限于工作速率、传输速率和/或调制速率。

具体地，fp激光器110的工作速率包括25gbps(吉比特每秒)，即fp激光器110的工作速率可以为25gbps或25gbps以上。此外，第一光信号和第二光信号的波长不同，进一步地，第一光信号的波长可以为特定波长，即波分复用滤光片130可以对第一光信号进行透射，第二光信号的波长可以为其他波长，即波分复用滤光片130可以对第二光信号进行反射，从而保证第一光信号可沿发射光路透过波分复用滤光片130，并传到至光纤处，以及保证第二光信号可沿接收光路被反射至探测器120处。

在一个实施例中，第一光信号的波长为1310纳米，第二光信号的波长为1550纳米；

或者，

第一光信号的波长为1550纳米，第二光信号的波长为1310纳米。

具体地，第一光信号和第二光信号的波长不同，进一步地，第一光信号的波长可以为1310纳米，第二光信号的波长可以为1550纳米，即下行信号的波长可以为1310纳米，上行信号的波长可以为1550纳米；或者第一光信号的波长可以为1550纳米，第二光信号的波长可以为1310纳米，即下行信号的波长可以为1550纳米，上行信号的波长可以为1310纳米。

波长为1310纳米的光信号与波长为1550纳米的光信号之间具备240纳米的波长间隔，当波长间隔越大的时候，光收发器中波分复用滤波片130的反射率越大，例如波分复用滤波片130的反射率可大于99.5％，当光信号经过光纤到达波分复用滤波片130后发射到探测器120时，光功率损耗会降低，从而可提高光收发器的接收灵敏度，进而可在降低光收发器成本的同时，提高光收发器的整机性能。

在一个实施例中，探测器120为pin探测器。

具体地，通过选用pin(pn光电二极管)探测器，从而可降低光收发器的成本。

为便于理解本申请的方案，下面通过一个具体的示例对电路板进行说明，如图4所示，提供了一种光收发器中的电路板，包括电源电路、控制电路210、数字诊断监控电路220、第一时钟数据恢复电路240、第二时钟数据恢复电路250、激光驱动电路230、fp激光器110、监控光电二极管、限幅放大器、跨阻放大器和pin探测器120。

具体地，控制电路210分别连接电源电路、数字诊断监控电路220、第一时钟数据恢复电路240、第二时钟数据恢复电路250、激光驱动电路230、fp激光器110、监控光电二极管、限幅放大器、跨阻放大器和pin探测器120；

电源电路分别连接数字诊断监控电路220、第一时钟数据恢复电路240、第二时钟数据恢复电路250、激光驱动电路230、fp激光器110、监控光电二极管、限幅放大器、跨阻放大器和pin探测器120；

第一时钟数据恢复电路240分别连接25g电口和激光驱动电路230；激光驱动电路230分别连接fp激光器110和监控光电二极管；监控光电二极管连接fp激光器110。

探测器120连接跨阻放大器；跨阻放大器连接限幅放大器；限幅放大器连接第二时钟数据恢复电路250。

上述光收发器中，通过将控制电路210分别连接数字诊断监控电路220、激光驱动电路230、第一时钟数据恢复电路240和第二时钟数据恢复电路250，并将第一时钟数据恢复电路240连接激光驱动电路230；激光驱动电路230连接fp激光器110，且第二时钟数据恢复电路250连接探测器120，从而可确定时钟信号与数据信号的相位关系，并对光收发器进行监控和诊断，进而提高5g通信的可靠性。

在一个实施例中，提供了一种光收发组件，包括底座510，光纤适配器520以及上述任一实施例的光收发器；

底座510包括腔室530，沿第一光轴设置的第一开口，沿第二光轴设置的第二开口，以及沿第一光轴或第二光轴设置的第三开口；第一开口、第二开口和第三开口均用于连通腔室530与外部；

fp激光器540设置在第一开口；探测器550设置在第二开口；光纤适配器520设置在第三开口；波分复用滤光片560设置在腔室530内，并位于第一光轴与第二光轴的交叉处。

其中，第一光轴可以为光收发组件的水平光轴，第二光轴可以为光收发组件的垂直光轴。

具体地，底座510包括腔室530、第一开口、第二开口和第三开口。第一开口沿第一光轴设置，第二开口沿第二光轴设置，第三开口沿第一光轴或第二光轴设置。,第三开口沿第一光轴设置，第一开口与第三开口的中心相互对准；或者第三开口沿第二光轴设置，第二开口与第三开口的中心相互对准。

腔体与第一开口、第二开口、第三开口均相连通。如图5所示，fp激光器540设置在第一开口，探测器550设置在第二开口，光纤适配器520设置在第三开口。或者，探测器550设置在第一开口，fp激光器540设置在第二开口，光纤适配器520设置在第三开口；或者光纤适配器520设置在第一开口，探测器550设置在第二开口，fp激光器540设置在第三开口；或者如图6所示，光纤适配器520设置在第一开口，fp激光器540设置在第二开口，探测器550设置在第三开口。

波分复用滤光片560设置在腔室530内，并位于第一光轴与第二光轴的交叉处，即波分复用滤光片560的中心位于第一光轴与第二光轴的交叉处。

在一个实施例中，波分复用滤光片560固定于腔室530内，并与第一光轴形成预设角度的夹角。

具体地，波分复用滤光片560固定于腔室530内。在一个示例中，腔室530内可以设有支撑体，支撑体具有预设角度的斜面，通过将波分复用滤光片560设置在斜面上，从而可使得波分复用滤光片560固定于腔室530内，并与第一光轴的形成预设角度的夹角。在另一个示例中，可通过粘合剂将波分复用滤光片560固定于腔室530内，并与第一光轴形成预设角度的夹角。

进一步地，波分复用滤光片560与第一光轴形成夹角的角度，可根据fp激光器540、探测器550和光纤的设置位置进行确定。如图5所示，当第一开口和第三开口沿第一光轴设置，第二开口沿第二光轴设置时，若第一光轴为第一开口指向第三开口的有向线段，则波分复用滤光片560可与第一光轴形成45度的夹角。又如图6所示，当第一开口沿第一光轴设置，第二开口和第三开口沿第二光轴设置时，若第一光轴为第一开口指向第三开口的有向线段，则波分复用滤光片560可与第一光轴形成135度的夹角。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种光通信系统，包括光纤，以及多个上述任一实施例的光收发器；光纤分别连接各光收发器。

实现单纤双向地对光信号进行传输，即可以在一根光纤里可以同时传输收发两个方向的光信号，从而可节省光纤资源。其中，同一光收发器发射的第一光信号和接收到的第二光信号的波长不同。

在一个实施例中，光收发器的数量为两个；

任一fp激光器发射的第一光信号的波长为1310纳米；另一fp激光器发射的第一光信号的波长为1550纳米；

任一探测器接收的第二光信号的波长为1550纳米；另一探测器接收的第一光信号的波长为1310纳米。

具体地，同一光通信系统中包括两个光收发器，分别为第一光收发器和第二光收发器。第一光收发器的fp激光器可生成波长为1310纳米的第一光信号，探测器可接收波长为1550纳米的第二光信号，第二光收发器的fp激光器可生成波长为1550纳米的第一光信号，探测器可接收波长为1310纳米的第二光信号。

或者第一光收发器的fp激光器可生成波长为1550纳米的第一光信号，探测器可接收波长为1310纳米的第二光信号，第二光收发器的fp激光器可生成波长为1310纳米的第一光信号，探测器可接收波长为1550纳米的第二光信号。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。