本发明涉及一种光通信模组，尤指一种具有波分复用和\或波分解复用能力的光通信模组。
背景技术：
在光通信网络中，光通信模组通常用来在光纤中传输和\或接收光信号。光接收模组是接收光信号的光通信模组，但并不传输光信号。光传输模组是传输光信号的光通信模组，但不接收光信号。光收发模组是传输和接收光信号的光通信模组。
光传输或收发模组包括光源，所述光源由驱动线圈驱动以使得所述光源产生代表数据的振幅和\或相位和\或偏振调制的光信号。调制的光信号通过模组的光学系统被光学耦合至光纤的端部。所述光源通常是激光二极管或发光二极管(LED)。所述光学系统通常包括一个或多个反射(例如反光镜)，折射(例如透镜)，和\或衍射(例如光栅)元件。
光接收或收发模组包括光电探测器(例如P-doped-intrinsic-doped-N(PIN)二极管)，其探测从光纤端部传递出的光数据信号并将光信号变换成电信号，然后将由模组的电路放大和处理以恢复数据。所述模组的光学系统将光纤端部传递出的光数据信号光学耦合至光电探测器上。
随着对数据吞吐量的需求日益增加，光纤链路的数据速率或带宽也越来越高。尽管各种收发器和光纤链路的设计使得光纤链路的带宽增加，然而目前可使用的技术对于光纤链路的带宽增加程度有限。有一种增加光纤链路的带宽的方法是使用多信道光通信模组，也就是并行光通信模组，其通过并行的多信道发射和接收光学数据信号。另一种增加光纤链路的带宽的方法是使用波分复用(WDM)和波分解复用以使得多个不同波长的光数据信号能在同一光纤中传送。还有一种增加光纤链路的带宽的方法是在每个光纤上发射和接收不同波长的光信号，这通常被称为双向(BiDi)通信。
尽管存在集成WDM和\或BiDi功能的多信道光通信模组，但他们的设计和制造相当具有挑战性。其中一个挑战就是实现光源与光耦合系统的光学元件之间以及光电探测器与光耦合系统的光学元件之间的足够精确的光学对准。如果没有实现足够精确的光学对准，性能就会下降。迄今为止，集成WDM的光通信模组在光纤链路中使用单模光纤(SMF)，其直径约为10微米。对于直径较小的光纤，需要各种被动或有源对准设备和技术以实现足够精确的光学对准。有源对准设备和技术较贵且较费时。
另一个设计和制造集成WDM和\或BiDi功能的多信道光通信模组的挑战是足够减少从光纤端面向光源的孔中的光的背向反射。如果背向反射控制不当，性能就会下降。所以，所述光耦合系统需要被设计和制造以足够减少入射到光源的孔的背向反射光量。
另一个设计和制造集成WDM和\或BiDi功能的多信道光通信模组的挑战是匹配由光源产生的光的光模式与光纤的光模式。当发射光进入光纤的端面时，由光耦合系统提供的发射条件需要使得由光源产生的光的光模式紧密匹配光纤的光模式。如果模式匹配没有实现，光纤链路将会经历较高的相对强度噪声(RIN)，这会降低性能。在使用多模光纤(MMF)的情况下，由于MMF表现出比SMF更大的模式色散，所以模式匹配更成为问题。正是如此，MMF通常只用于相对较短的光纤链路。MMF的直径(比如60微米)比SMF大得多，因此光学对准较容易达到。MMF也比SMF便宜，但如上所述，相比SMF显示出更高的模式色散，这也导致更高的RIN。
在具有WDM能力以增加带宽的光通信模组中存在一种需求，其更适合使用MMF，使用被动对准设备和技术，可以较经济地制造，并且可以相对较容易对准。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种光通信模组，其可以被配置为使用波分复用、波分解复用及双向通信。
为解决上述技术问题，本发明可以采用如下技术方案：一种光通信模组，其具有波分复用功能用于将具有不同波长的若干光束波分复用至至少一个光缆的至少一个光波导的端部上，所述光通信模组包括一体形成的光学的单体，所述单体包括可让N个不同波长的光穿过的光学材料，N是大于或等于2的正整数，所述单体包括光学端口、一体形成的至少第一组和第二组被动对准特征、一体形成的至少第一组N个光学元件、及一体形成的至少第二组光学元件，所述光学端口适于与所述光缆的端部或设置在光缆端部的套管相耦合，所述第一和第二组被动对准特征用来至少在第一方向和第二方向将一个或多个光学部件与所述单体被动对准，所述第一组N个光学元件、第二光学元件、及一个或多个所述光学部件共同形成所述光通信模组的光耦合系统，并被设置成将具有N个不同波长的N个光束波分复用至光学端口以在所述光缆上传输。
为解决上述技术问题，本发明可以采用如下技术方案：一种光通信模组，其具有波分解复用能力用以将包括若干不同波长的光束波分解复用成相应不同波长的若干光束，所述光通信模组包括整体形成的单体，所述单体包括可让N个不同波长的光穿过的光学材料，N是大于或等于2的正整数，所述单体包括光学端口、至少第一和第二组被动对准特征、至少第一组N个光学元件、及至少第二光学元件，所述光学端口适用于与所述光缆的端部或设置在光缆端部的套管相耦合，所述光缆包括至少一种光波导，所述第一和第二组被动对准特征用来将一个或多个光学零件与所述单体在至少第一和第二方向被动对准，所述第一组N个光学元件、第二光学元件和一个或多个所述光学零件共同形成光通信模组的光耦合系统，并被设置成将所述光学端口接收的来自所述至少一个光波导的端部的具有N个不同波长的光束分别波分解复用成N个不同波长的N个光束。
为解决上述技术问题，本发明可以采用如下技术方案：一种双向光通信模组，其包括整体形成的光学的单体，所述单体包括可让N个波长的光束穿过的光学材料，N是大于或等于2的正整数，所述单体包括光学端口、至少第一和第二组被动对准特征、至少第一组N个光学元件、及第二光学元件，所述光学端口适于与具有至少第一光波导的光缆的端部或设置在所述光缆的端部的套管相耦合，所述第一和第二组被动对准特征被用来将一个或多个光学零件与所述单体在至少第一和第二方向被动对准，所述第一组N个光学元件、第二光学元件和一个或多个所述光学零件共同形成所述光通信模组的光耦合系统，并被设置成将第一波长的至少第一光束耦合至光学端口以在第一光波导上传输并用于接收从所述第一光波导的端部穿出进入所述光学端口的第二波长的至少第二光束，所述第一和第二波长互不相同。
通过以下的描述、附图和权利要求，本发明的这些和其他特征和优点将变得显而易见。
【附图说明】
图1显示的是根据代表实施例的WDM光通信模组的俯视图，其适于与光缆的端部或设置在光缆端部的套管配合。
图2显示的是配置为WDM光发射模组的图1中显示的WDM光通信模组的横截面透视图。
图3显示的是根据代表实施例的图2中显示的衍射光学元件的平面图，其执行若干光学功能，包括光束准直、分束和模式加扰。
图4显示的是图2中显示的WDM光发射模组的光耦合系统的一部分的框图，并显示了光耦合系统在光束上的操作方式以执行波分复用。
图5显示的是配置为WDM光接收模组的图1中显示的WDM光通信模组的横截面透视图。
图6显示的是图5中显示的WDM光接收模组的光耦合系统的一部分的框图，并显示了光耦合系统在光束上的操作方式以执行波分解复用。
图7显示的是图2和图5中显示的WDM光通信模组的仰视图，其显示了在所述单体中整体形成的所述第一和第二组被动对准特征以将所述滤光块和模组的反光镜与所述单体对准。
图8显示的是图2中显示的WDM光发射模组修改的WDM光发射模组的横截面透视图。
图9显示的是根据代表实施例的多信道WDM光收发系统的俯视图，其包括四个图2中显示的WDM光发射模组及四个图5中显示的WDM光接收模组，它们的边缘安装在系统电路板的边缘。
图10显示的是根据代表实施例的具有12根发射信道的多信道WDM光发射模组的侧视图。
图11显示的是图10中显示的多信道WDM光通信模组的侧横截面透视图。
图12显示的是图11和图12中显示的多信道WDM光发射模组的光耦合系统的一部分的框图，其显示了所述滤光块、反光镜及在所述单体中整体形成的第二光学元件在由VCSEL阵列发射的光束上的操作方式，以在多个信道同时执行WDM。
图13显示的是根据代表实施例的多信道WDM光接收模组的光耦合系统的一部分的框图，图10和图11中显示的模组在其中更多的被设置为光接收器而不是光发射器。
图14显示的是图10和图11中显示的WDM光发射模组的光耦合系统的一部分的框图，其中所述模组被设置为多信道、双向光收发模组。
【具体实施方式】
本发明公开了一种具有WDM功能的光通信模组的代表实施例，用于增加带宽并适用于SMF和MMF。在一些实施例中光通信模块同时具有WDM和BiDi功能来进一步增加带宽。所述光通信模组的实施例包括单信道和多信道配置。所述光通信模组包括整体形成的本体，即在下文中被称为“单体”的整体式部件，其包括在所述单体中整体形成的光学端口和光耦合系统。所述光学端口适于与光缆的端部接合以固定一个或多个光纤相应的一个或多个端部，取决于所述光通信模组是单信道还是多信道模组。所述光耦合系统以减少背向反射并增强模式匹配的方式将光在光缆的一个或多个光纤的一个或多个端部与一个或多个光电设备之间耦合。所述单体包括在其中整体形成的被动对准设备用来将所述光耦合系统的光学元件与光电设备以及光线的端部精确地被动对准。以下参考图1至图14描述代表实施例，其中相同的附图标记代表相同的元件、特征或部件。
传统上，在使用WDM在单光纤中传输不同波长的多光数据信号时，SMF已经被使用了。出于这个目的，所述波长的范围从1100纳米(nm)之1550nm。上述表明，SMF远比MMF昂贵。根据优选实施例，所述光通信模组执行WDM使用的波长范围从840nm至大约950nm。使用该波长范围允许较低成本的垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)作为所述光通信模组的光源。此外，所述光通信模组被设置以实现低光损耗，高信号隔离，低背向反射，及低模式分区噪声(MPN)，其允许模组使用MMF代替SMF以降低成本。
在以下的详细描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的示例性或代表性的实施例，以便对发明原理和概念理解透彻。然而，受益于本公开内容，本领域普通技术人员将显而易见的是，未在本文中明确描述或示出的根据本教导的其他实施例在所附权利要求的范围内。此外，可以省略对公知装置和方法的描述，以免模糊示例性实施例的描述。这些方法及装置显然是在本教导的范围之内，本领域的普通技术人员能够理解这些方法及装置。还应该理解的是，这里使用的词语“例”，旨在本质上是非排他性的和非限制性的。更具体地说，这里使用的“代表性”这个词表示几个示例中的一个，并且必须理解，没有过度强调或偏好针对正在描述的特定示例。还应该理解的是，这里使用的词语“代表性”在本质上是非排他性的和非限制性的。
这里使用的术语仅是用来描述而不在于限制特定的实施例。所定义的术语除了在相关背景中通常理解和接受的技术、科技或普通含义。
除非上下文另有明确规定，否则术语“一”，“一个”和“该”包括单数和复数指示物。因此，例如，“一个零件”包括一个零件和多个零件。术语“实质”或“实质上”是指在本领域技术人员可接受的可接受的限度或程度内。例如，术语“基本上平行于”意味着由于制造结构或装置的过程中的公差或缺陷，结构或装置可能不能完美地平行于某一其它结构或装置。术语“大约”或“约”是指在本领域普通技术人员可接受的限度或量内。诸如“在...之上”，“在...下面”，“顶部”，“底部”，“上部”和“下部”的相对术语可以用于描述各个元件在相应附图中的彼此的关系。除了附图中描述的方位之外，这些相对术语旨在包含装置和/或元件的不同方位。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如被描述为在另一元件“之上”的元件在这种情况下将低于该元件。在第一设备被描述成连接或耦合到第二设备的情况下，这包括可以采用一个或多个中间设备来将两个设备彼此连接的示例。相反，在第一装置被描述为直接连接或直接耦合到第二装置的情况下，该示例的两个装置连接在一起而没有除连接器之外的任何中间装置(例如，粘合材料，机械紧固件等)。
图1显示的是根据代表实施例的WDM光通信模组100的俯视图，其适于与光缆的端部或设置在光缆端部的套管配合。如下将详细描述的，WDM光通信系统100可以被设置为WDM光发射模组在单根光纤上发射多个波长。上述表明，WDM光通信模组100包括整体形成的本体，即在下文中被称为“单体”的整体式部件，其包括光学端口102、若干光学元件、及在所述单体101中整体形成的若干被动对准设备。所述光学端口102适于与光缆的端部或设置在光缆端部的套管接合。所述单体101包括传输N个波长的光束的光学材料，N是大于或等于2的正整数。
根据该代表实施例，所述WDM光通信模组100包括固定夹103闩锁到闩锁装置104以对块105施加向下的力。在一些代表实施例中，所述块105是反光镜，其是所述光耦合系统的零件，在另一代表实施例中，所述块105是固定板，用来向光耦合系统的其他元件施加向下的力，如下将详细描述的。所述单体101与所述模块100的安装基座106机械耦合，所述模块100与模块100的基板107(例如电路板(PCB))机械耦合。根据该代表实施例，所述基板107与柔性电路108机械和电性耦合，所述柔性电路108用来电性耦合所述模组100至外部电路。如下将详细描述的，一个或多个光电设备安装在所述基板107的上表面与也是在所述单体101中整体形成的或机械耦合的所述光耦合系统的光学元件对准。
图2显示的是被设置为WDM光发射模组100A的图1显示的WDM光通信模组的横截面透视图。根据该代表实施例，所述基板107的顶面107a包括四个VCSEL 109a-109d安装在其上分别发射四个不同波长λ1，λ2，λ3，λ4的光。所述VCSEL 109a-109d被安装在所述基板107的顶面107a上预选的位置。所述安装基座106包括被动对准特征112，所述被动对准特征112与相应设置在所述单体101A上的被动对准特征111接合将所述安装基座106与所述单体101A被动对准。根据该代表实施例，所述安装基座106的被动对准特征112是在所述安装基座106形成的两个槽的侧壁，所述单体101A的被动对准特征111是从所述单体101A的底侧突出的两个脊，其形状、尺寸和位置与两个所述槽精确接合。
所述安装基座106通过例如环氧树脂的附件机构以相对于所述基板107对齐的位置和取向固定到所述基板107。安装在所述基板107上的所述VCSEL109a-109d和其他零件(例如电阻器、电容器、处理器IC等)通常使用一种已知拾放程序和系统与机器视觉系统和程序结合来使用基准点将VCSEL 109a–109d和任何其他零件以精确位置和精确取向安装在所述基板107上。由于单体101A与所述安装基座106精确对准，所述安装基座106与所述107精确对准，以及VCSEL 109a–109d以预选位置和预选取向精确安装在基板107上，所以所述VCESL 109a–109d与所述单体101A以及在单体101A中整体形成的特征或元件精确对准。
根据该代表实施例，所述单体101A的光学端口102包括设置在其中的光纤短截线113，其紧靠与光学端口102紧密配合的光缆的端部。在其他实施例中，没有使用所述光纤短截线113。所述单体101A包括在其中整体形成的第一组光学元件114。所述单体101A包括在其中整体形成的第二光学元件115。所述单体101A包括分别在其中整体形成的第一和第二组被动对准特征116和117，用来将滤光块118和反光镜105以X,Y,Z笛卡尔坐标系的X-和Y-方向与所述单体101A分别被动对准。所述第一组被动对准特征116包括设置所述滤光块118的所述单体101A的第一区域的侧壁。类似的，所述第二组被动对准特征117包括设置反光镜105的所述单体101A的第二区域的侧壁。根据代表实施例，在所述滤光块118和反光镜105之间除了空气没有其他物质。
所述单体101A包括在其中整体形成的被动对准特征121用来将所述反光镜105以X,Y,Z笛卡尔坐标系的Z-方向与所述单体101A被动对准。所述单体101A包括在其中整体形成的被动对准特征122，用来将所述滤光块118以Z-方向与所述单体101A被动对准。所述被动对准特征121和122分别是安装所述滤光块118和反光镜105的单体101A的安装表面。以Z-方向对准所述反光镜105和所述滤光块118与所述单体101A使得所述反光镜105与所述滤光块118以Z-方向互相对准，并使得它们以Z-方向与所述VCSEL 109a–109d对准。
根据该代表实施例，所述安装基座106包括一组在其中整体形成的被动对准特征124，用来将衍射光学元件(DOE)125以X-和Y-方向与所述安装基座106被动对准。所述被动对准特征124是在所述安装基座106中形成开口的壁，其与所述DOE 125的X-和Y-尺寸的形状和尺寸互补。所述DOE 125插入所述开口并在Z-方向上调整，直到其处在沿着Z轴的需求的位置，然后用例如环氧乙烷的附件机构固定在所述安装基座106上。所述DOE 125通常包括玻璃，尽管其也可能包括其他材料。
根据该代表实施例，所述安装基座106固定在所述柔性电路108的上表面，所述柔性电路108固定在所述基板107的顶面107a上。值得注意的是所述柔性电路108是许多电接口中仅有的一个，这些电接口可以用来将VCSEL 109a–109d和安装在电路板107上的任何其他电路零件与外部电气回路电耦合。比如，所述基板107包括设置在与所述顶面107a相对的底面上的电接口，比如球栅阵列(BGA)连接器，适于与外部电接口配合和电性连接，比如BGA插座。
根据优选实施例，所述单体101A是一个通过已知塑料注塑成型工艺制成的模制塑料件部件。由于通过塑料注塑成型工艺制成的塑料件可以被制造得非常精确，所述单体101A的特征，比如被动对准特征111，116和117，所述第一组光学元件114和所述第二光学元件115可以以非常高的精准度整体形成在所述单体101A中。这允许被动对准特征比如那些上述描述的和被动对准技术被用来组装模组的光耦合系统并达到在与所述光学端口102配合的光纤端部，所述光耦合系统以及VCSEL 109a–109d之间的光学对准。所述第一组光学元件114，所述第二光学元件115，所述DOE 125，所述滤光块118，以及所述反光镜105的组合包括所述WDM光发射模组100A的光耦合系统。
图3显示的是根据图2中显示的DOE 125的代表实施例的平面图。根据该代表实施例，所述DOE 125执行若干光学功能，包括光束准直，分束和模式加扰。根据该代表实施例，所述DOE 125包括充当准直透镜，计算全息图(CGH)和衍射光栅的底面125a。所述块126代表所述DOE 125的该光学元件。所述块126准直每个由VCSEL 109a–109d发射的光束，将每个光束分成主光束部分127和监视光束部分128，并执行模式加扰以预定方式加扰每个光束的模式以确保低MPN。所述DOE 125包括上表面125b，所述上表面125b包括对由VCSEL 109a–109d发射的光束具有反射作用的反射部129。所述反射部129将监控光束部分128反射至相应聚焦透镜131上，所述聚焦透镜131将相应的监察光束部分聚焦至相应监察光束探测器132上，比如监察PIN二极管。值得注意的是所述聚焦透镜131可能是折射或衍射光学元件。
穿过所述DOE 125的上表面125b的准直的所述主光束部分127入射到滤光块118的相应滤光器上。在准直的主光束部分127入射到滤光块118的相应滤光器上之前，所述主光束部分127穿过所述第一组光学元件114。所述第一组光学元件114是相对于包括被动对准特征122的安装表面以预定角度倾斜的倾斜表面，使得当所述准直的主光束部分127穿过所述光学元件114时通过倾斜角度折射。所述光学元件114防止背向反射光被耦合至所述主光束部分127采用的相同的光路径，所以也就防止了背向反射光被耦合进入所述VCSEL 109a–109d的孔中。倾斜的准直的所述主光束部分127入射到所述滤光块118相应的滤光器上。
在所述WDM光发射模组100A的一些实施例中，所述DOE 125可以被一个或多个种类的光学元件代替，比如一个或多个折射光学元件，执行与DOE 125执行的相同或相似的功能。
图4显示的是图2中显示的WDM光发射模组100A的光耦合系统的一部分的框图，其将用来说明整体形成在所述单体101A中的滤光块118，反光镜105以及第二光学元件115在由VCSEL 109a–109d发射的光束上的工作方式以执行WDM。为便于讨论，所述第一组光学元件114以及由其提供的光学效应没有在图4中描绘出来。根据该代表实施例，所述滤光块118包括设置在其上表面的四个滤光器118a–118d。滤光器118a透过由VCSEL 109a发射的波长为λ1的光束，并反射由VCSEL 109b–109d分别发射的波长为λ2–λ4的光束。滤光器118b透过由VCSEL 109b发射的波长为λ2的光束，并反射由VCSEL 109c和109d发射的波长为λ3和λ4的光束。滤光器118c透过由VCSEL 109c发射的波长为λ3的光束，并反射由VCSEL 109d发射的波长为λ4的光束。滤光器118d透过由VCSEL 109d发射的波长为λ4的光束。值得注意的是尽管图2和图4中描述的VCSEL 109a–109d包含在单独的VCSEL芯片中，但它们也可以被包含在VCSEL阵列芯片中，即芯片包括在其中集成的四个VCSEL。
穿过所述滤光器118a–118d以及被所述滤光器118a–118d反射的光束入射在所述反光镜105上并被其反射。穿过滤光器118a的波长为λ1的光束以及被滤光器118a反射的波长为λ2–λ4入射在所述反光镜105上并被其反射至所述第二光学元件115，所述反光镜105在该代表实施例中是45°反光镜。所述反光镜115将波长为λ1–λ4的光束耦合至与所述光学端口102配合的光缆的端部。值得注意的是尽管滤光器118a–118d在图中显示的是作为同一个滤光块118的部分，但也可能使用互相分开的滤光器元件。为这个目的而使用的所述滤光器通常为薄膜滤光涂层，尽管为此也可能使用任何其他合适的滤光器元件。
根据优选实施例，波长λ1–λ4的范围在大约840nm至950nm之间，尽管本发明的原理和概念不限于使用任何典型波长或波长范围的光。使用这个波长范围允许低成本VCSEL作为光源。此外，所述WDM光发射模组100A实现低光损耗，高信号隔离，低背向反射，以及低MPN，这将允许所述WDM光发射模组与MMF而不是SMF一起使用，以进一步节约成本，尽管所述WDM发射模组100A不限于与MMF一起使用。
图5显示的是配置为WDM光接收模组100B的图1中显示的WDM光通信模组的横截面透视图。在图5中，图2中显示的柔性电路108被替代为PCB 310，在图2中显示的安装基座106被取消了。根据该代表实施例，所述PCB 310的顶表面310a包括安装在其上的光学探测器阵列芯片311，所述光学探测器阵列芯片311包括在其中整体形成的四个光学探测器311a–311d分别探测四个不同波长λ1，λ2，λ3和λ4的光。值得注意的是所述光学探测器311a–311d可以代替地包含在各个单独的光电探测器芯片上。所述光学探测器阵列芯片311安装在所述PCB 310的顶表面310a的精确的预选位置上。同样的，所述单体101B安装在所述PCB 310的顶表面310a的精确的预选位置上。图5中显示的代表实施例，跨阻放大器(TIA)IC芯片312和接收器IC芯片也被安装在所述PCB 310的顶表面310a上，所述TIA IC芯片312通过接合线与所述光学探测器阵列芯片311电性耦合。
所述光学探测器阵列芯片311和安装在PCB 310上的其他零件(比如电阻器，电容器，接收器IC芯片，TIA IC芯片312等)通常使用已知拾放程序和系统与机器视觉系统和程序结合来安装，以将所述光学探测器阵列芯片311，TIA IC芯片312和任何其他零件以精确的位置和精确的取向安装在所述PCB 310上。因此，所述光学探测器311a–311d具有相对于所述单体101B和在所述单体101B中整体形成的特征的精确的预选位置关系。所述光学探测器阵列311和所述单体101B通常通过粘合材料固定在所述PCB310中，比如环氧乙烷。
根据该代表实施例，所述单体101B的光学端口102包括设置在其中的光纤短截线113，其紧靠与所述光学端口102配合的光缆的端部。在其他代表实施例中，没有使用所述光纤短截线113。图5显示的所述单体101B与图2显示的所述单体101A是相同的除了单体101A的所述第一组光学元件114在所述单体101B中被替代为在所述单体101B中整体形成的第一组光学元件314。根据该代表实施例，所述光学元件314为折射透镜，其将相应的光束倾斜并聚焦至相应的光学探测器311a–311d上。因此，所述单体101B包括分别在其中整体形成的第一和第二组被动对准特征116和117，用来将所述反光镜105和滤光块118与所述单体101B在X，Y，Z笛卡尔坐标系中的Z-方向被动对准。根据该代表实施例，图2显示的所述DOE 125未在所述WDM光学接收模组100B中使用。在其他实施例中，在所述WDM光学接收模组100B中使用的所述DOE 125取代折射的所述光学元件314。
正如图2显示的所述单体101A，图5显示的单体101B优选的是通过已知塑料注塑成型工艺制成的模制塑料件部件。由于通过塑料注塑成型工艺制成的塑料件可以非常精确，所述单体101B的特征，比如被动对准特征116和117，所述第一组光学元件314以及第二光学元件115，相应地，可以以非常高的精准度被整体形成在所述单体101B中。这允许比如上述所描述的被动对准特征和被动对准技术技术用来组装所述WDM光学接收模组100B的光耦合系统并达到在于所述光学端口102配合的光缆的端部与所述光学端口102，所述光耦合系统以及所述VCSEL 109a–109d之间的光学对准。所述第一组光学元件314，第二光学元件115，滤光块118，以及反光镜105的组合包括所述WDM光学接收模组100B的光耦合系统。
图6显示的是图5中显示的WDM光接收模组100B的光耦合系统的一部分的框图，将被用来描述在所述单体101B中整体形成的所述滤光块118，反光镜105以及第二光学元件115在从与光学端口102配合的光缆的端部穿出的光束上的工作方式，以执行波分解复用，在本文中也被简称为WDM。便于描述，在图6中并未示出所述第一组光学元件314以及由其提供的光学效应。
通过所述光学端口102接收的波长为λ1–λ4的光被第二光学元件115反射至反光镜105上，所述反光镜105将光反射至滤光器118a上。滤光器118a透过通过光学端口102接收的波长为λ1的光，并将通过光学端口102接收的波长为λ2–λ4的光反射至反光镜105上，所述反光镜105将光反射至滤光器118b上。波长为λ1的光束由WDM光接收模组100B的光耦合系统耦合至所述光学探测器311a上。滤光器118b透过通过光学端口102接收的波长为λ2的光，并将通过光学端口102接收的波长为λ3和λ4的光反射至反光镜105上，所述反光镜105将光束反射至滤光器118c上。波长为λ2的光束由WDM光接收模组100B的光耦合系统耦合至所述光学探测器311b上。滤光器118c透过通过光学端口102接收的波长为λ3的光，并将通过光学端口102接收的波长为λ4的光束反射至反光镜105上，所述反光镜105将光束反射至滤光器118d上。波长为λ3的光束由WDM光接收模组100B的光耦合系统耦合至所述光学探测器311c上。滤光器118d透过通过光学端口102接收的波长为λ4的光束，所述WDM光接收模组100B的光耦合系统将其耦合至光学探测器311d上。根据优选代表实施例，波长λ1–λ4的范围在大约840nm至大约950nm之间，尽管本发明的原理和概念不限于使用任何典型的波长或波长范围的光。
图7显示的是图2和图5中显示的WDM光通信模组的仰视图，其显示了在所述单体101A和101B中分别整体形成的所述第一和第二组被动对准特征116和117。上述表明，所述第一和第二组被动对准特征116和117分别用来将滤光块118(图2和图5)和反光镜105(图2和图5)与所述单体101A和101B以X-方向和Y-方向被动对准。根据该代表实施例，所述第一组被动对准特征116包括在所述单体101A和101B中分别形成的第一和第二内侧壁116a和116b，其紧靠所述滤光块118的第一和第二邻近侧，从而用作限制滤光块118在X-方向和Y-方向移动的硬停止。同样的，根据该代表实施例，所述第二组被动对准特征117包括在单体101A和101B中分别整体形成第三和第四内侧壁117a和117b，其紧靠反光镜105的第一和第二侧，从而用作限制所述反光镜105在X-方向和Y-方向移动的硬停止。
值得注意的是在所述单体101A和101B中为此可以形成多种被动对准特征，本发明的原理和概念不限于为此在单体101A和101B中形成的被动对准特征的形状、尺寸和位置，正如本领域技术人员根据在此提供的描述将会理解的那样。同样的，各种被动对准特征可以形成或设置在滤光块118和反光镜105上来与单体101A和101B上相应的被动对准特征接合以使滤光块118和反光镜105与所述单体101A和101B被动对准。
参考图1–7描述的所述WDM光通信模组配置在不偏离本发明的原理和概念的情况下可以以多种方式进行改变。比如，图8显示的是图2中显示的WDM光发射模组100A修改的WDM光发射模组100C的横截面透视图。尤其是根据改代表实施例，图2中显示的WDM光发射模组100A的光耦合系统被修改为包括玻璃基板350，其执行由图2中的反光镜105和滤光块118执行的光学功能。根据该代表实施例，所述块105是固定板。固定夹103在固定板105上施加一个向下的力，继而在玻璃基板350上施加一个向下的力以将玻璃基板350保持在精确预选的X，Y，Z位置。
根据该代表实施例，图8中显示的单体101A在所有方面均与图2中显示的单体101A相同。在与图2显示的单体101A中使用过的用来将滤光块118与单体101A被动对准的相同的被动对准特征116和122被用来在图8显示的单体101A将所述玻璃基板350与所述单体101A被动对准。所述玻璃基板350包括具有滤光器侧350a的顶面和具有反光镜侧350b的底面。所述滤光器侧350a和反光镜侧350b执行与滤光块118和反光镜105分别执行的相同的滤光器和反光镜功能，就如参考图2和4中描述的那样。所述反光镜侧350b可能包括对于工作波长λ1–λ4具有必要的反射能力的任何种类的表面，包括比如布拉格反射器，金属反射器，和反射涂层。所述滤光器侧350a可能包括具有必要滤光器特征的任何表面，但通常包括薄膜涂层。
图9显示的是根据代表实施例的多信道WDM光收发系统400的俯视图，其包括四个图2中显示的WDM光发射模组100A及四个图5中显示的WDM光接收模组100B，它们的边缘安装在系统电路板401的边缘。在图9中，没有显示系统附件，但是所述多信道WDM光收发系统400通常包含在一些类型的金属附件或外壳中，所述端口102通过该附件或外壳延伸以使其可接近以与光缆相应的端部配合。所述系统电路板401包括安装在其上的控制器IC芯片402，其可以是，比如组合的VCSEL驱动器，TIA以及接收IC芯片。所述控制器IC芯片402由穿过系统电路板401延伸的导电迹线与所述WDM光发射模组101A和WDM光接收模组101B的电路电性耦合。所述控制器IC芯片402由所述系统电路板401的导电迹线电性耦合至设置在系统电路板401边缘的电触点403，用来将所述多信道WDM光收发系统400电性连接至外部电路。
每个所述WDM光发射模组100A在相应光纤上波分复用四个不同波长λ1–λ4的四个光信号。每个WDM光接收模组100B波分解复用从相应光纤的端部穿出的四个不同波长λ1–λ4的四个光信号。因此，如果每个波长承载每秒25千兆比特(Gbps)光信号，则所述WDM光收发系统400能够在四根光纤上同时传输400Gbps的光信号和接收400Gbps的光信号。上述表明，所述光纤可以是MMF，其通常不用于WDM光通信系统。
值得注意的是图2中显示的所述WDM光发射模组100A可以用光学探测器替代VCSEL 109a–109d中的至少一个但不超过三个，以变换为BiDi WDM光收发模组，光学探测器探测与其他VCSEL发射的波长不同的波长。相似的，图5显示的WDM光接收模组100B可以通过用VCSEL替代光学探测器311a–311d中的至少一个但不超过三个，以变换为BiDi WDM光发射模组，VCSEL发射与其他光学探测器探测到的波长不同的波长。
图10显示的是根据代表实施例的具有12根发射信道的多信道WDM光发射模组500的侧视图。图11显示的是图10中显示的多信道WDM光发射模组500的侧横截面透视图。根据该代表实施例，所述多信道WDM光发射模组500包括单体510，其是包括在其中整体形成被动对准特征和光学元件的单体部件。所述WDM光发射模组500包括光耦合系统，所述光耦合系统包括第一组光学元件514、第二光学元件515、滤光块518、以及反光镜519。所述多信道WDM光发射模组500包括安装在基板512上的四个1*10VCSEL阵列511a–511d，所述基板512与所述多信道WDM光发射模组500的PCB 508电性耦合。所述基板512安装在包括上部513a的安装块513上，所述上部513a的形状和尺寸与形成在PCB508中的开口509相配合。所述安装块513通常由比如铜的导热材料制成，使得其能用作散发由VCSEL阵列511a–511d产生的热量的散热块。
根据该代表实施例，接合线516用来将VCSEL阵列511a–511d电性耦合至基板512，并将基板512电性耦合至PCB 508。根据该代表实施例，控制器IC芯片517安装并电性连接在PCB 508上。所述控制器IC芯片517包括驱动电路以驱动VCSEL阵列511a–511d中的VCSEL。
图2显示的单体101A与图10和图11显示的单体510之间主要的区别在于所述单体510在Y-方向上比单体101A大以容纳相比图2显示的单信道模组设置多信道WDM光发射模组500数量增加的信道。根据该代表实施例，所述单体510包括前部520，其适于与多光纤推入\拉出(MPO)连接器相耦合。所述前部520包括在其上分别整体形成的第一和第二端子521和522，其形状、尺寸和位置与互补的形状、尺寸和位置的在10信道MPO连接器的前部形成的定位孔相配合。所述前部520包括在其中整体形成的十二个透镜523的线性阵列，其与和所述单体510配合的所述MPO连接器相似的线性阵列轴向对准。
所述第一组光学元件514与参考图2上述的所述第一组光学元件114相似，除了所述第一组光学元件514在Y-方向上延伸穿过与多信道WDM光发射模组500的十二个信道对应的十二个光学路径。同样的，所述第二光学元件515与参考图2上述的第二光学元件115相似，除了所述第二光学元件515在Y-方向上延伸穿过与十二个信道相对应的十二个光学路径。同样的，所述滤光块518与参考图2上述的滤光块118相似，除了所述滤光块518在Y-方向上延伸穿过与十二个信道相对应的十二个光学路径。同样的，所述反光镜519与参考图2上述的反光镜105相似，除了所述反光镜519在Y-方向上延伸穿过与十二个信道相对应的十二个光学路径。
正如参考图2和图5上述的实施例，所述单体510包括在其中整体形成的第一和第二组被动对准特征，以将所述滤光块518和反光镜519与所述单体510分别在X-方向和Y-方向上被动对准。所述第一和第二组被动对准特征可以是例如与所述滤光块518和反光镜519侧紧靠的在单体510中整体形成的壁，以限制其在X-方向和Y-方向上的移动。同样的，正如参考图2和图5上述的实施例，所述单体510包括分别在其中整体形成的第三和第四被动对准特征526和527，其用来将所述反光镜519和滤光块518与单体510在Z-方向上被动对准。
图10和图11中显示的所述多信道WDM光发射模组500可以通过用相应的光学探测器阵列替代每个VCSEL阵列511a–511d来配置为具有十二个接收信道的多信道WDM光接收模组。鉴于在此提供的描述，本领域技术人员将理解对图10和图11显示的多信道WDM光发射模组500的配置做出这样的修改以提供多信道WDM光接收模组的方式，具有这种配置的多信道WDM光接收模组为简洁起见未在此示出。图12显示的是图11和图12中显示的多信道WDM光发射模组500的光耦合系统部分的框图，其显示了所述滤光块518、反光镜519及在所述单体510中整体形成的第二光学元件515在由VCSEL阵列511a–511d发射的光束上的操作方式，以在多个信道同时执行WDM。为便于讨论，在图12中未显示所述第一组光学元件514和其提供的光学效应。根据该代表实施例，所述滤光块518包括与VCSEL阵列511a–511d分别对准的四个滤光条518a–518d。所述滤光条518a–518d通常是设置在滤光块518上较低位置的薄膜涂层。所述滤光条518a透过由VCSEL阵列511a的VCSEL发射的波长为λ1的光并反射由VCSEL阵列511b–511d的VCSEL分别发射的波长为λ2–λ4的光。所述滤光条518b透过由VCSEL阵列511b的VCSEL发射的波长为λ2的光并反射由VCSEL阵列511b的VCSEL分别发射的波长为λ3和λ4的光。所述滤光条518c透过由VCSEL阵列511c的VCSEL发射的波长为λ3的光并反射由VCSEL阵列511d的VCSEL发射的波长为λ4的光。滤光条518d透过由VCSEL阵列511d的VCSEL发射的波长为λ4的光。
穿过所述滤光条518a–518d以及被所述滤光条518a–518d反射的光束入射在所述反光镜519上并被其反射。穿过滤光条518a的波长为λ1的光以及被滤光条518a反射的波长为λ2–λ4的光入射到所述反光镜519上并被其反射至所述第二光学元件515上，所述第二光学元件515根据代表实施例是45°反光镜。所述第二光学元件515将波长为λ1–λ4的光耦合进入固定在与所述单体510配合的相对MPO连接器的十二根光纤的端部中。所述光束从所述单体510中传递出穿过所述单体510的相应的光学元件523与固定在相对MPO连接器的光纤对准。所述单体510的前部520可以被认为是多信道WDM光发射模组500的光学端口。
值得注意的是尽管所述滤光条518a–518d显示为同一个滤光块518的一部分时，但也可以使用设置在分开滤光块上的滤光条。所述VCSEL阵列511a–511d可以包括四个VCSEL芯片，每个VCSEL芯片包括十二个VCSEL，或者每个所述VCSEL阵列511a–511d可以包括十二个VCSEL芯片，有时在本领域中称为单芯片。还应该注意的是尽管参考具有12个信道的多信道设置描述这个代表实施例，本发明的原理和概念适用于任何M个信道的设置，M是大于等于二的正整数。
上述表明，根据优选实施例，波长λ1–λ4的范围在大约840nm至950nm之间，尽管本发明的原理和概念不限于使用任何典型的波长或波长范围。所述多信道光发射模组500可以使用SMF而不限于使用MMF。
图13显示的是根据代表实施例的多信道WDM光接收模组的光耦合系统的一部分的框图，图10和图11中显示的模组在其中更多的被设置为光接收器而不是光发射器。图13将会被用来描述所述滤光块518、反光镜519以及在所述单体510中整体形成的所述第二光学元件515在光束上的工作方式，所述光束从固定在与所述单体510配合的MPO连接器中的十二根光纤中传递出以执行波分解复用，在本文中也被称为“WDM”。为便于讨论，所述第一组光学元件514和其提供的光学效应未在图13中显示。
从十二根光纤的端部传递出的波长为λ1–λ4的光通过相应的光学元件523被接收，并被所述第二光学元件515反射至所述反光镜519上，所述反光镜519将光束反射至所述滤光条518a。滤光条518a透过波长为λ1的光并将波长为λ2–λ4的光反射至反光镜519上，所述反光镜519将光反射至滤光条518b上。波长为λ1的光束被多信道WDM光发射模组500的光耦合系统耦合至第一光学探测器阵列561a的相应光学探测器上。滤光条518b透过波长为λ2的光并将波长为λ3和λ4的光反射至反光镜519上，所述反光镜519将光反射至滤光条518c上。波长为λ2的光被多信道WDM光发射模组500的光耦合系统耦合至第二光学探测器阵列561b的相应光学探测器上。滤光条518c透过波长为λ3的光并将波长为λ4的光反射至反光镜519上，所述反光镜519将光反射至滤光条518d上。波长为λ3的光被多信道WDM光发射模组500的光耦合系统耦合至第三光学探测器阵列561c的相应光学探测器上。滤光条518d透过波长为λ4的光，所述多信道WDM光发射模组500的光耦合系统将波长为λ4的光耦合至第四光学探测器阵列561d的相应光学探测器上。
根据图13的代表实施例，波长λ1–λ4的范围在大约840nm至950nm之间并且所述光纤是MMF，尽管本发明的原理和概念不限于使用任何典型的波长或波长范围，或使用MMF(比如也可以使用SMF)。同时，多信道接收设置也可以包括任何数量M个信道，M是大于或等于2的正整数。
图10和图11显示的所述多信道光发射模组500也可以被设置为多信道BiDi光收发模组，通过将光学探测器阵列替代VCSEL阵列511a–511d中的至少一个。比如说，图14显示的是图10和图11中显示的多信道光发射模组500的光耦合系统的一部分的框图，其中多信道WDM光发射模组500被设置为多信道BiDi光收发模组。根据该代表实施例，光的第一和第二波长λ1和λ2同时沿着与每个固定在相对的MPO连接器中的N个光纤相反方向同时传播。
从十二根光纤传递出的波长为λ1和λ2的光由相应的光学元件523接收并被第二光学元件515反射至反光镜519，所述反光镜519将光束反射至滤光条518a上。所述滤光条518a透过波长为λ1的光并将波长为λ2的光反射至反光镜519，所述反光镜519将光束发射至滤光条518b上。波长为λ1的光被多信道WDM光发射模组500的光耦合系统耦合至第一光学探测器阵列561a的相应光学探测器上。所述滤光条518b透过由VCSEL阵列511a的VCSEL发射的波长为λ2的光，其由反光镜519反射至滤光条518a上。所述滤光条518a将波长为λ2的光反射回反光镜519上，所述反光镜519将光反射至所述第二光学元件515上。所述第二光学元件515，在该代表实施例中是45°反光镜，将光反射至光学元件523，所述光学元件523将光耦合至固定在相对的MPO连接器的相应的光纤的端部。
为了便于说明和讨论，图14只描述了在N个光纤中的每一个光纤中发射和接收的两种波长。值得注意的是，任何数量P的不同波长可以在图10、图11和图14中代表的多信道BiDi设置的各个信道中同时发射和接收，P是大于或等于2的正整数。
值得注意的是为了描述本发明的原理和概念，已经描述了说明性实施例。鉴于本文提供的描述，本领域技术人员将会理解的是，在不偏离本发明范围的情况下可以对实施例进行许多修改。比如说，尽管图8显示了单信道光通信模组100C，所述光通信模组100C也可以具有多个信道，在这种情况下所述DOE125也具有在其中形成的多个相应的衍射图案以在不同光信号上操作，或者多个DOE具有在其中形成的相应衍射图案阵列以在不同光信号上操作。同时，尽管光源在本文中被描述成VCSEL，为此也可以使用任何合适的光源，包括边缘激光发射器和发光二极管(LED)。正如本领域技术人员可以理解的那样，在本发明原理和概念的范围内可以做出这些以及许多其他修改。