光纤模块的制作方法

专利名称：光纤模块的制作方法
光纤模块
本发明涉及光纤通讯领域，特别涉及收发模块的使用，该收发模 块可连接到电底板并能将来自光纤的输入光信号转换成电信号，也能 够将电信号转换成输出光信号。
光纤数据通讯领域中，具有向收发模块，特别是可插入式收发模 块发展的趋势。这样的收发模块包括位于一个很小的覆盖区模块
(footprint module )中的光学元件和电子元件，该覆盖区才莫块可连接 到设置来接纳多个这样的收发模块的电子底板上。在一个机架(rack) 上典型地设置了多个电子底板以提供信号路由功能。在可插入式收发 模块的场合，模块很容易插入到底板上，从而实现即插即用功能。尽 管这些模块最初用于连接路由器和其他设备的数据通讯应用，在使用 具有分立元件的线路卡的更为传统的电信环境中，在这些模块的使用 中具有一定的偏移。电-光转换是通过诸如激光二极管的发射器来实现 的。光-电转换是通过接收器，诸如独立于发射器的PIN二极管检测器 来实现的。
早期非冷却式收发模块由于缺乏波长稳定性仅适用于1300nm或 者CWDM应用，近来，在收发模块中实现了冷却式发射组件，能够 在DWDM应用中使用。典型地，该收发模块具有PIC (外围接口控制 器)微控制器形式的控制电路，从而能够以智能和灵活的方式控制收 发模块。
在相关申请US-5,879,173和US-6，267,606中揭示了收发才莫块的一 个例子。最近，开发了大量用于收发模块的标准技术规范，且可根据 一个或多个标准技术规范来设置商业可得到的收发模块。至于其他的 技术产品，上述标准技术规范允许收发模块和底板的互换并可由多个 功率供电。这些标准技术规范例如为SFP规范，XFP规范，XPAK规 范，SFF规范，XENPAK规范和X2规范。除SFF收发模块中电并联 的连接器是通过焊接或类似方法连接到底板上之外，其它每种标准规 范都是用于可插入式收发模块的。尽管现有收发模块提供了很多功能且是强有力的工具，但总是希 望能够提高其性能。为此，现已有正在进行的对收发模块的组件设计 的开发，以提高光学性能和电子性能。
根据本发明的第一个方面，提供了光纤模块，包括
电并行连接器，其具有的构造使得其能够被插入到用于接纳光纤
收发模块的底板的外部电连接器中，
第一和第二光学连接器，能够连接到所述第一和第二光纤，以接
收来自所述第一光纤的输入光信号，并沿所述第二光纤传送输出光信
号；
光学放大器；
光学电路，设置成使所述第一光学连接器从所述第一光纤接收到 的输入光信号通过所述光学放大器形成放大的光信号，并将所述放大 的光信号传递到所述第二光学连接器，用于作为输出光信号沿所述第 二光纤传送；以及
控制电路，连接至所述电并行连接器，并被设置成控制所述光学 放大器的操作典型地，该模块具有符合用于光纤收发模块的标准技术规范的外 部构造，这样，光学连接器也符合所述标准规范，且电并行连接器具 有符合所述标准规范的物理构造。大多数情况下，但是不必要，该电 并行连接器的构造使之能够插入到电子底板的外部电连接器中。
根据本发明的第二方面，提供了光纤模块，包括
电并行连接器，其结构允许其能够插入到电子底板的外部电连接 器中，所述电子底板用于接纳光纤收发模块；
光学连接器，能够连接至光纤，以接收来自所述光纤的输入光信 号，并沿所述光纤传送输出光信号；
光学放大器；
反射器；
光学电路，设置成将来自所述光纤的输入光信号传递至所述光学 放大器；所述反射器被设置成将第一次通过所述光学放大器的光反射 通过所述光学放大器；所述光学电路被设置成将光学放大器的输出光在第二次通过所述光学放大器后引导至所述光学连接器，作为所述输
出光信号沿所述光纤传送；以及
控制电路，连接至所述电并行连接器，并被设置成控制所述光学 放大器的操作。
这样，根据本发明，光学放大器被封装在光纤模块中，其通常是 可插入式光纤模块，能够与上述的光纤收发模块类型兼容。现有收发 模块的用户(包括通信公司/企业和设备制造商)使用机架中的电子底 板(或卡)，每个底板都有多个收发模块的位置。根据本发明的光纤 模块可供收发模块的用户提供多种优点。由于根据本发明的光纤模块 具有外部构造和能与现有收发模块匹配的电并行连接器，因此可部署
于和收发模块相同的电子底板中。根据本发明的光纤模块可以与现有 收发模块相同的方式，例如，在插入式模块的标准规范的情况下，通 过简单的插入连接到底板上。类似地，根据本发明的光学连接器允许 相同类型的光纤被连接到光纤模块中，收发模块能够很容易地结合到 整体光学电路中。
一旦结合到底板上的收发模块中，根据本发明的光纤模块可用于， 例如通过放大进出收发模块的光学信号，提高收发模块的光学性能。 收发模块的用户会有链接预算(linkbudget)事务，特别是当这些收发 模块的使用变得更为广泛接受用于长距离系统时，根据本发明的光纤 模块允许这些管理。例如，根据本发明的光纤模块可放大输入到收发 模块的光学信号以满足接收器的动态范围，或者能够放大收发模块的 输出光信号以补偿发射器输出功率的不足。在接收器需要的情况下， 放大器能够放大不同波长的多个光信号，用于后续分离和分布到一系 列接收器。
其他可能的使用包括带有交叉增益和交相操作的波长变换、再生 和脉沖整形。交叉增益调制典型地需要灵活的窄带滤波。交相调制需 要一对SOA干涉计(interferometer)。波长转换功能对于波分复用系 统中的波长捷变是很有吸引力的。
然而，具有独立接收光学组件(ROSA)和发射光学组件(TOSA) 的标准收发模块，与根据本发明的光纤模块是大为不同的。即，根据本发明的第一方面的光纤模块的光学电路是双端的，即，输入的光传 递到输出。根据本发明的第二方面的光纤模块的光学电路是单端的(或 者能够包括两个独立的单端电路)，但是输入和输出信号在同一光纤 中传送。
尽管具有这些差异，当电并行连接器具有与收发模块相同的构造 时，根据本发明的光纤模块的控制电路可设置成提供类似于收发模块 的电子接口。这样能够直接实现同一等级的智能控制和报告。例如，
控制电路可以是PIC微控制器，使用与收发模块类似的控制信号，光
学放大器的操作和增益可受控。类似地，适当的监控信号可被输出到 主系统，例如，可由主系统识别为放大器的监控信号，或者提供光学 输入和光学输出功率报告，误差报告和/或模块的其他操作参数报告。 一般而言，本发明能够应用于任何类型的现有或将来的收发模块
的设计，包括但不局限于根据SFP规范，XFP规范，XPAK规范，SFF 规范，XENPAK规范或X2规范的收发模块。
一般而言，本发明可用任何类型的光学放大器来实现，优选使用 半导体光学放大器(SOA)实现。功率性能在收发模块的标准中是基 础和重要的。在低驱动电流下操作SOA的能力，以及无冷却或最小或 降低冷却情况下操作SOA的能力提供了不会超出标准功率限制的情 况下实现光学放大器的能力。至于冷却要求，对收发模块中的传送器 功能建立半-冷却式操作，例如，SOA被冷却至将近40。C而不是通常 的20。C。相反，对泵模块需要高激光驱动电流的需要限制了光学放大 器的其他使用，例如掺杂光纤放大器和掺杂波导放大器，特别是收发 模块中的EDFA和EDWA。这里，即使泵经常不被冷却，功率需求和 热消散的需求很大，使得很难满足标准功率限制的要求。
半导体光学放大器的使用还允许达到总体光学組件的小形状，从 而更容易满足收发模块的标准规范提出的空间约束。其他光学放大器 是可能的，诸如掺杂光纤放大器和掺杂波导放大器，特别是EDFA和 EDWA,但对于任何给定标准规范，容纳必要的组件是更为困难的，特 别是光纤或波导本身和泵激光器。
在半导体光学放大器的情况下，大量技术可用于辅助光学设备尺寸的最小化，使之能够适合有限空间，如下。
有益地，光学电路包括一系列光学元件，其间具有自由空间。
本文中，这提供了波导安置使用方面的优点，其中光是从连接器 沿波导引导至半导体光学放大器。第一印象是波导排列更为紧凑。然 而，实际上，当考虑采用冷却器来满足必要的冷却要求时，光学链设 置提供了更为紧凑的光学组件。不仅半导体光学放大器产生热量，周 围环境也产生热量，包括冷却器自身的热量。热量的产生和冷却是本 文中安装在带有收发模块的底板上的光纤模块的特殊问题。在这样的 位置，由于和其他模块和元件邻近，因此热量辐射受到限制，热量辐 射主要是通过连接器的外壳。在波导设置的情况下，包括波导的元件 被耦合到半导体光学放大器上，整个单元必须被冷却，因此需要大冷 却器。相反，对于光学链设置，冷却要容易得多。对于相邻的元件， 例如透镜，和半导体放大器一样地需要冷却。这是因为光学链设置能 够容忍相对热膨胀和收缩引起的光学元件的相对移动。降低的热需求 允许使用较小的冷却器，反过来降低了光学组件的总体尺寸。
光学电路优选在光学放大器的输入侧包括至少一个透镜，设置来 将输入光信号的光引导至半导体光学放大器，光学放大器的输出侧至 少包括一个透镜，用于从半导体光学放大器收集输出光信号的光。
透镜的使用使得光学电路的光学链特性更容易实现。不需要使用
具有透镜的光纤来耦合S0A并且克服光纤弯曲半径的问题。透镜的使 用使得使用自由空间隔离器成为可能。
本发明的第一方面的优点在于，第一和第二光学连接器并排设置， 光学电路包括一对反射器，用来使来自第一光学连接器的光通过光学 电路到达第二光学连接器，在这种情况下，半导体光学放大器优选设 置在一对反射器之间的光学电路中。
这样，半导体光学放大器能够置于相对光学连接器较近的地方。 光学组件产生热量，不管半导体光学放大器被冷却或者不被冷却，热 量从光学连接器的外壳辐射的。相反，在EDFA或者EDWA的情况下， 需要泵激光器，且设置将热量从该外壳辐射变得更为困难，这是由于 泵被隔离到放大信号的光学通路上。任何活动元件(泵激光器，半导体光学放大器，发射激光器)的冷却是很重要的，小尺寸允许接近辐 射表面。
在本发明的第一方面的情况下，光学电路优选包括第一和第二隔 离器，光学电路被设置成将从第 一光纤接收到的输入光信号在通过半 导体光学放大器前，通过第一隔离器，并使半导体光学放大器输出的 放大的光学信号在通过第二光学连接器前，通过第二隔离器。
离散的隔离器的使用克服了使用基于光纤的隔离器带来的空间限 制。光纤具有与模块尺寸不一致的弯曲半径限制。基于光纤的隔离器
的引入允许非角度光纤(non-angled fibre)连接器的使用。通常使用 角度光纤连接器来克服到放大器的反射。当使用隔离时这些就不需要 了。使用非角度连接器与相邻收发模块上使用的连接器相兼容。
为便于更好地理解本发明，通过参考下面的附图详细描述本发明 的非限制性的实施例，其中

图1是光纤模块的前视图； 图2是图1所示光纤模块的分解视图； 图3是图1所示光纤模块的光学组件的前视图； 图4是第一可选的光学组件的图 图5是第三可选的光学组件的图 图6是第四可选的光学组件的图 图7是第五可选的光学组件的图；以及 图8是第六可选的光学组件的图。
描述了各种实施方式，其中一些是其他实施方式的改进。为了避 免重复，共同的元件使用相同的数字来表示，不再重复其描述。
图1显示了本发明的一个实施方式的光纤模块1。光纤模块1具 有符合SFP规范(用于收发模块的规范)的外部结构。SFP规范趋向 于用于这样一种收发模块，该收发模块包括能够将输入光信号转换成 输入电信号的接收器，和能够将输出电信号转换成输出光信号的接收 器。
光纤模块1的外部配置满足SFP规范，内部电子和光学元件被封装在具有伸长外形的外壳2中，使得能够通过沿方向A滑动插入到电 子底板中，下面将对此进行详细描述。
在外壳2的前端，光纤模块1具有头部3，头部3是整体元件， 其中形成了符合SFP规范的第一和第二光学连接器4和5。第一和第 二光学连接器4和5是符合标准形状的插座形式，能够接受光纤8和 9的端部上提供的匹配插头6和7。当插头6和7如箭头B所示插入 到光学连接器4和5中时，第一光学连接器4被连接到第一光纤8， 用于接收来自第一光纤8的输入光信号；类似地，第二光学连接器5 被连接到第二光纤9，用于沿第二光纤9传送输出光信号。
光纤模块1的外壳2形成为具有基底IO和盖体11，图2所示是 移开盖11的光纤模块1的分解图。在外壳2中，光纤模块1包括用于 光学组件20(下面参考图3进行描述)的容器12,和安装了控制电路 14的电路板13。光学组件20的元件密封在容器12中。
在光纤模块1的尾部，电路板13形成有电并行连接器15,电并 行连接器15为位于电路板13的味部17上的触点16形式。盖体11 在光纤模块的尾部是开放的，从而暴露出电并行连接器15。电并行连 接器15的物理结构符合SFP规范。因此电并行连接器15能够滑入外 壳并插入到根据SFP规范设置的电子底板19上的外部电连接器18， 从而外部电连接器18也能够接纳并使用符合SFP规范的光纤收发模 块。这使得光纤模块1能插入到现有的电子底板而无需其他设备。
下面描述示于图3的容器12中的光学组件20。
根据SFP规范，收发模块包括收发光学组件(ROSA)和独立的 发射光学组件(TOSA)。收发光学组件(ROSA)被连接以从第一光 学连接器4接收第一光信号并将其转换成输入电信号；独立的发射光 学组件(TOSA)可被连接到第二光纤9，并将输出电信号转换成输出 光信号沿第二光纤9传送。
相反，根据本发明的第一方面，光纤模块1的光学组件20是双端 的。特别地，光学组件20将在第一连接器4从第一光纤8输入的光， 传送到光学电路以在第二连接器5沿第二光纤9输出。这样，光纤模 块的容器12和光学组件20置于光纤模块1内与收发模块中的TOSA和ROSA的位置对应的空间中。光学组件20可4吏用类似应用于现有 TOSAS和ROSA的封装技术来进行设计，以保持低成本和使用现有零 部件。
光学组件20包括安装在基底31上的一系列光学元件，这些元件 自由间隔以形成光学电路，从而将第一连接器4沿着光路32从第一光 纤8"J妄收到的输入光信号，传递通过SOA 21进4亍i文大，以形成一i丈 大的光信号，然后将该放大的光信号沿光路33传递至第二光学连接器 5，并作为输出光信号沿第二光纤9进行传送。在一个实施例中，SOA 21在其线性领域操作，因此它能将输入光信号放大以提供输出信号而 不改变信号的内容。这样，光纤模块1可例如在一定范围的波长上用 于预放大或者高功率信号的提升(boosting)。
元件之间的具有空间的光链设置提供了比使用连续波导设置要好 的优点。当考虑到下述冷却要求时光学组件20的总体尺寸减小。这种 配置也提供了在光学组件20内的更大的自由空间，从而能够容纳附加 的元件。
然而，光学组件20能够可选地使用在其中光沿波导进行传递的连 续波导设置，例如，形成为无源波导结构的形式。
光学连接器4和5分别终止于光纤端头22和23，当它们与光纤8 和9连接时分别与其光学耦合(如图3中点划线所示)。光纤端头22 和23将光耦合到光学组件20形成的光学电路，和将光从其耦合出。
根据SPF规范光学连接器4和5并排设置，来自第一连接器4的 光纤端头22的光沿者逆平行(anti-parallel)的方向传递到由第二连接 器5的光纤端头23接收的输出光信号的光。为了引起光的方向的必要 的改变，光学组件20包括一对反射器24和25，第一反射器24被设 置成反射来自第一连接器4的输出光，第二反射器5被设置成将来自 第一反射器24的光反射至第二连接器5。连接器24和25以相对光轴 45。角设置，从而可以90。角反射入射光，原则上也可以使用其他角度 来改变光的方向。
下面将描述改变光的方向的其他方法，但是优选使用反射器24 和25，因为它们提供了紧凑设置，在一个很小的容积里改变了光的方向。这使得光学组件20的外壳可与根据SFP规范的收发模块的 TOSA和ROSA处于同一空间。
SOA 21置于一对反射器24和25之间。SOA 21的这个位置相对于 将其置于第一反射器24的输入侧或第二反射器25的输出侧来说更为 便利，因为它使得光学组件20的设置更为紧凑。实际上，这种将输入 和输出置于同 一封装侧的SOA的设置是不常见的，但是在本发明中这 能 够实现SFP格式。
SOA21为掩埋式异质结构SOA，其优点在于能够降低功率消耗。 这在插入到根据SFP规范(其对单个模块的功率消耗具有 一定的约束) 的相邻收发模块的电子底板19中的光纤模块1中时更为有利。原则上 SOA 21也可以具有其他的设计。
SOA 21具有多棱面设置，与入射通路和反射光通路具有一个小的 角度以减小反射和耦合损失。
为了耦合光纤端头22和23和SOA21之间的光，光学电路使用了 透镜结构。特别的，SOA21的输入侧上的两个透镜36和37将输入光 引导至SOA21的波导处，在SOA21的输出侧上的两个透镜38和39 收集从SOA21的波导的光输出。透镜36相邻于光纤端头22,并将光 纤端头22输出的光4交准为一光束，而透4竟37相邻于SOA21,将来自 透镜37的光束引导至SOA21上。同样，透镜38相邻于SOA21，将 来自SOA21的光束出校准为一光束，而透镜39相邻于光纤端头23， 将来自透镜38的光束导至光纤端头23。尽管透镜36至38的这种结 构被校准，这并不是必要的，通过透镜之间的光也可以不校准。类似 地，也可能使用不校准的方式，包括在SOA 21的输入侧上设置单个 透镜，在SOA21的输出侧上设置单个透镜。
这种透镜配置的优点在于筒化了光学组件20的光学链设置。
由光学组件20提供的光学电路进一步包括分别设置在SOA 21 的输入侧和输出侧的第一和第二隔离器28和29。这样，从第一光纤8 接收的输入光信号通过SOA 21前的第一隔离器28，从SOA 21输出 放大的光信号在沿第二光线9传送之前通过第二隔离器29作为输出光 信号。隔离器28和29为光纤隔离器的形式。第一和第二隔离器28和29的特殊位置是在反射器24和SOA 21、反射器25和SOA 21之 间。第一和第二隔离器28和29也可以设置在光纤端头22和23和反 射器24和25之间。
光学组件20还提供有功率抽头(power tap)用于监控输入光信号 和输出光信号的功率。功率抽头是由安装在反射器24和25尾部上的 光敏二极管34和35来实现的，反射器24和25将一'J、部分入射光传 送到光敏二极管34和35。作为一种选择，功率抽头也可集成在隔离 器28和29上，或者以其他方式实施。
SOA21提供有热电冷却器30， SOA21安装在其上，但是光学组件 20也可使用无冷却的SOA21。热电冷却器30可包括热敏电阻(未显 示)，用于监控SOA21的温度。
如图所示，热电冷却器30仅冷却SOA21,以使SOA21和环境吸 收的热量最小，并使热电冷却器30的尺寸最小，以及产生的热辐射最 大。这是可能的，因为光学组件20的其他元件的光学链设计对与SOA 21的温度差异关联的这些元件的移动提供了足够的容错。另外，热电 冷却器30也可以冷却相邻于SOA 21的透镜37和38，但是即使这种 情况下，热电冷却器30仍旧可以很小。由于暴露在光纤模块21的前 端，包括光学连接器4和5的头部3辐射光学组件21产生的热量，光 纤模块1的另外侧在使用中相邻其他模块，例如收发模块。
光学组件21的功率需求来自SOA 20的驱动电流和热电冷却器30 的功率需求。SOA20的驱动电流与其他光学放大器(诸如，掺杂光纤 (dopedfibre)放大器和掺杂波导放大器，特别是EDFA和EDWA) 相比较是相当低的。而且，这和上面讨论的低冷却需求一起意味着光 学组件可满足SFP规范的功率限制。特别地，由SFP规范指定的最小 功率消耗是1W。还规定了 7(TC的最大操作温度，但是有效的内部温 度将近80°C。这些要求都能满足。在一个实施例中，热电冷却器30 的功率大约0. 5W，用于半冷却操作(能够将SOA 20冷却至大约40°C ， 而不是2(TC)的驱动SOA20的功率是0.3w。
另外，光学组件20的紧凑结构允许它能够配置在相应于根据SFP 规范的收发4莫块T0SA和R0SA提供的空间的间隔20内。这个小的形状因素是通过选择SOA 21作为光学放大器来实现的。
如上所述，在电路板13上提供了控制电路14。控制电路14被设 置来驱动并控制SOA21。控制以类似于DWDM激光器的方式发生， DWDM激光器是收发模块的TOSA中使用的一种传输器类型。控制电 路14是由PIC (外围接口控制器)微控制器实现的，并被连接于电并 行连接器15。相应地，控制电路14接收来自电并行连接器15的控制 信号，相应于该控制信号控制SOA21。
控制电路14设置承提供电子接口，其类似于根据SFP规范的收发 模块的接口。具有光纤模块1的电子接口符合SFP规范，除了需要根 据需要进行改变以控制SOA21,而不是收发模块的TOSA和ROSA。 这允许SOA 21的智能控制，这意味着可〗吏用SOA 21和光学组件20 的其他元件，而不用详细了解如何使用它们。例如，控制电路14可实 现SOA 21的慢启动用于保护。类似地，也需要控制驱动电流来保护 SOA21避免高输入功率的伤害。在检测没有输入信号的情况下，在预 期到连接上的信号浪涌时，可关闭SOA21。可设置最大输出功率条件。 可优化SOA21的性能以避免功率饱和和信号失真。
类似地，控制电路14可提供监控信号，该信号可将光纤模块1识 别为包括光学放大器的模块、或者可代表光学组件20特别是SOA 21 的操作参数。例如，监控信号可报告光学输入和输出功率，误差和/ 或其他操作参数。另外，监控信号符合SFP规范，除非由于使用SOA 21需要有所差别。
使用中，典型地在机架中设置了一对电子底板19。该电子底板19 提供了大量外部电连接器18。在现有系统中，电连接器18都接纳收 发模块。然而，光纤模块1也可插入到一些外部电连接器18中。光纤 8和9可插入到光纤模块1和收发模块，以通过通过光纤模块1路由 光信号到收发模块，或路由来自收发模块的光信号，从而使其操作来 通过将光信号放大到期望的水平提高收发模块的光学性能。
尽管光纤模块1是基于SFP规范的，对收发模块来说也可有等价的 符合任何其他标准规范的模块。
下面描述光学组件20的其他设计。光学组件20的第一可选设计示于图4。在该情况下，根据本发明 的第一方面，光学组件20是双端的。SOA 21设置成与第一光学连接 器4成一直线(也可与第二连接器5成一直线)。该光学电路还包括 两个光纤41和42,第一光纤41从SOA21连接到反射器43，第二光 纤42通过从反射器43连接到第二光学连接器5，从而与第一光纤41 串接。光反射器43可以是光纤反射器。反射器43的使用允许光的方 向倒转，从而允许光从第一连接器4导引至第二连接器5。光纤反射 器43也可提供功率监控。作为对两个光纤41和43和反射器43的一 种替换，也可用单光纤从SOA21连接到第二反射器5，不过这需要使 用具有紧弯曲半径的光纤。这种可选的方法能够降低成本。
光学组件20的第二种设计方法是使用形成为反射放大器芯片的 SOA。在这种情况下， 一个可能的结构是使用循环器(circulator)分 开与该芯片的一个光接口关联的输入光学信号和输出光信号。
下面将描述根据本发明第二方面的光学组件20的其他设计方法， 其中，光学组件20是单端的。特别地，在这些可选的设计中，之所以 说光学组件20是单端的，是因为接收输入光信号的光的光纤和用于输 出光信号的光的光纤是相同的。在这种结构中，具有与放大器关联的 单端口的循环器可用作外部元件以分离输入光信号和输出光信号。
光学组件20的第三可选实施例示于图5。在该实施例中，SOA 21 通常操作在其线性区域，而非线性区域也是可能的。在一个应用中， SOA21可放大输入光信号来提供输出信号，而不改变信号的内容。在 另一个应用中，在输入光信号中无数据的时隙中，SOA21也可用来基 于时间复用的基础上，调制信号以将数据传送至上游。这样，光纤模 块1可在宽的波长范围上，例如用于预放大或高功率信号提升。
在第三可选的设计中，光学组件20使用第一连接器4接收来自光 纤8的输入光信号，并将输出光信号传送到同一光纤8。这样，光纤 模块1的容器12和光学组件20置于光纤模块1内的一个空间，该空 间相应于根据SFP规范的收发模块中的TOSA和ROSA的位置。光学 组件20可使用类似用于现有TOSA和ROSA的封装技术来设计，以 保持低成本和便于使用现有零部件。光学组件20包括安装在基底31上的一系列光学元件，这些原件之 间具有自由空间以形成光学电路，该电路将在第一连接器4接收到的 输入光信号的光沿光路51传递至SOA 21进行放大，并将从SOA 21 输出的输出光信号的光以与输入光信号相反方向沿同一光路51传递 至第一连接器4。 SOA 21设置有多个端面，与光路51具有一个小的 角度，以减小反射和耦合损失。元件之间具有一定间隔的光学链设置 提供了比使用连续波导设置更好的优点。当考虑到下述冷却要求时， 可降低光学组件20的总体尺寸。这种结构也使光学组件20内的自由 空间增加，从而能够容纳更多附加元件。
然而可选地，光学组件20还可使用在其中沿波导引导光的连续波 导设置，其可以是无源波导结构的形式。
为了实现单端设计，光学组件20具有反射器52，它将通过SOA21 的光反射回SOA 21。该实施例中的反射器52与SOA 21净皮集成到同 一个半导体芯片53上。 一个可能性是反射器52形成于半导体芯片53 的后棱面，例如作为镜面涂层。另一个可能性是反射器52通过在半导 体芯片53中的格栅(grating)形成。这使得反射器52也能作为具有 特定的反射特性，诸如通带的滤波器使用。这种波长选择性例如能够 在SOA 21的输出处截止不需要的波长。这就降低了整体发射能量， 提高了信噪比。而且，截止的信号可在后棱面之外收集用于功率监控， 或者，例如，用于检测不同波长的下游信号至上游的传送。这里，下 游数据受益于在检测前的预放大或取决于波长的透明波导。
作为一种选择，SOA 21本身也可在一特定时隙中基于时间复用， 反向偏置地用来检测由输入光信号代表的下游数据。
作为另外一种选择，反射器52也可通过设置在SOA21后棱面后面 的独立元件实现。
第一光学连接器4是由光纤端头22终止的，该光纤端头在光纤8 被连接时与之可选择地耦合。光纤端头22将光送入或引出光学组件 20形成的光学电路。
为了耦合光纤端头22和SOA21之间的光，光学电路使用透镜式结 构。特别地，在第 一连接器4和SOA 21之间的光路52中提供透镜54。该透镜将来自第一连接器4的输入光导入到SOA 21的波导，类似地， 收集从SOA 21的波导输出的光将其导入到光纤端头22。这种透镜式 结构的优点在于使得光学组件20的光学链设置更为容易。
光学组件20还提供有光敏二极管55，用作监控通过SOA的光信号 的能量的功率抽头。光敏二极管55安装在SOA21的后棱面，接收一 小部分没有由反射器55反射的光。功率抽头也可用其他方法实现。
可选地以及取决于环境和性能要求，SOA21设置有热电冷却器30， SOA21安装于其上，尽管光学组件20可选地也可使用未冷却的SOA 21。热电冷却器30可包括热敏电阻(未显示)，用于监控SOA21的 温度。
如图所示，热电冷却器30仅冷却SOA21以使SOA21和从环境吸 收的热量最小，并使热电冷却器30的尺寸最小化，以及使产生的热量 的辐射最大。这是可能的，因为光学组件20的其他元件的光学链设计， 对与SOA 21的不同温度差异关联的元件的移动提供了足够的容错。 作为一种选择，热电冷却器30也可冷却相邻于SOA 21的透4竟37和 38，但是即使在这种情况下，热电冷却器30也可以相对小。包括光学 连接器4和5的头部3暴露于光纤模块21的前端，辐射光学组件21 产生的热量；在使用中，光纤模块1的其他侧与其他模块(例如收发 模块)相邻。
光学组件21的功率需求来自SOA 20的驱动电流和热电冷却器30 的功率需求。SOA20的驱动电流与其他光学放大器(诸如掺杂放大器 和掺杂波导放大器，特别是与EDFA和EDWA)相比较是相当低的。 这和上面讨论的低冷却需求一起意味着光学组件可满足SFP规范的功 率限制。
另外，光学组件20具有紧凑结构，允许它能够配置在相应于根据 SFP规范为收发模块的TOSA和ROSA提供的空间的间隔20内。这个小 的形状因素是通过选择SOA21作为光学放大器来实现的。
图5所示的第三可选设计中，光学组件实际上匹配了根据SPF规范 提供给收发模块的TOSA和ROSA的空间的 一半。另 一半空间是供给 其它元件的。这个空间还可容纳冷却器。作为一种选择，这个空间可容纳包括第二 SOA21的第二光学电路，其等同于图5的SOA21，但— 是可选择地连接到第二连接器5，以连接到第二光纤9。图6所示的例 子构成了光学组件20的第四实施例。光学组件20的第五实施例示于图5。第五实施例的设计等同于第 三实施例的设计，仅有如下的修改。这些修改是用来辅助SOA 21在 其非线性区域使用的。这些使用中，SOA 21可同时使用增益饱和能力来剥离(strip)由 输入光信号代表的下游数据，和使用调制能力来传送由输入光信号所 代表的数据上游。为了分离并检测由分离的输入光信号所代表的下游 数据，光学组件包括9(TC反射器56， 90。C反射器56设置在第一连接 器56和SOA21之间的光路51中。该90。C反射器56将输入信号的能 量部分反射到第二光敏二极管57，剩余的输入光信号继续沿光路51 到达SOA 21。第二光敏二极管57用作输入能量监控器以及作为由输 入光信号所代表的下游数据的检测器。在控制电路14的控制下，下游 数据由第二光敏二极管接收并以系列时隙输出。下游数据通过电并行 连接器15从光纤模块输出。传递到SOA 21的输入光信号的光使SOA 21饱和。这样，输入光 信号的调制被损失。然而，SOA21被操作来根据光纤模块通过电并行 连接器15接收到的上游数据来调制光，从而使得输出的光信号代表了 上游数据。输出能量可由第一光敏二极管55监控。可选地，光学组件可包括滤波器来分离下游和上游波长，从而允许 波长复用而不是如上所述的时间复用。在图5示出的第五实施例中，光学组件实际上装配于根据SPF规范 提供给收发模块的TOSA和ROSA的空间的一半。另一半空间是供给 其它元件的。这个空间还可容纳一个冷却器。作为一种选择，这个空 间可容纳包括第二SOA21的第二光学电路，该电路等同于图7的SOA 21，但是可选择地连接到第二连接器5，以连接到第二光纤9。这样的 实施例在图8所示的构成了光学组件20的第六实施例。
权利要求
1.光纤模块，具有符合光纤收发模块的标准规范的外部构造，其中，所述光纤收发模块具有电并行连接器和光学连接器，所述光学连接器能够连接至第一和第二光纤，以从所述第一光纤接收输入光信号和沿所述第二光纤传送输出光信号，其中，所述收发模块能够将所述输入光信号转换成输入电信号，以及将输出电信号转换成所述输出光信号，其中，所述光纤模块包括第一和第二光学连接器，能够连接到第一和第二光纤，以接收来自所述第一光纤的输入光信号，并沿所述第二光纤传送输出光信号，所述第一和第二光学连接器符合所述标准规范；光学放大器；光学电路，设置成将从所述第一光纤接收到的所述输入光信号传递到光学放大器用于放大，并将所述光学放大器放大的光信号传递到所述第二光学连接器，用于作为所述输出光信号沿所述第二光纤传送所述放大的光信号；电并行连接器，其物理结构符合所述标准规范；以及控制电路，设置成接收来自电并行连接器的控制信号，并响应于所述控制信号控制所述光学放大器的操作。
2. 如权利要求1所述的光纤模块，其中，所述光学放大器是半导 体光学放大器。
3. 如权利要求2所述的光纤模块，其中，所述光学电路包括一系 列光学元件，在所述光学元件之间具有自由空间。
4. 如权利要求3所述的光纤模块，其中，所述第一和第二光学连 接器并排设置，且所述光学电路包括一对反射器，所述一对反射器被设置成将从所述第一光学连接器通过所述光学电路的光引导至所述第 二光学连接器。
5. 如权利要求4所述的光纤模块，其中所述半导体光学放大器设 置在所述一对反射器之间的所述光学电路中。
6. 如权利要求3至5的任意一项所述的光纤模块，其中所述光学 电路在所述光学放大器的输入侧包括至少一个透镜，以将所述输入光 学信号的光引导至所述半导体光学放大器，以及所述光学电路在所述 半导体光学放大器的输出侧包括至少一个透镜，以收集来自所述半导 体光学放大器的输出光信号的光。
7. 如权利要求3至6的任意一项所述的光纤模块，其中，所述光 学电路包括第一和第二隔离器，所述光学电路被设置成将从所述第一 光纤接收到的输入光信号在传递通过所述半导体光学放大器前，传递 通过所述第一隔离器，并将从所述半导体光学放大器输出的放大的光 信号在传递通过所述第二光学连接器前，传递通过所述第二隔离器。
8. 如权利要求3至7的任意一项所述的光纤模块，其中每个所述 光学连接器包括光纤端头，当光纤被连接时，所述光纤端头能够选择 性地耦合至各自的光纤。
9. 如权利要求2至8的任意一项所述的光纤模块，还包括热电冷 却器，其与所述半导体光学放大器相邻。
10. 如上述权利要求的任意一项所述的光纤模块，其中，所述控 制电路是PIC微控制器。
11. 如上述权利要求的任意一项所述的光纤模块，其中，所述控 制电路进一步被设置成为所述电并行连接器提供代表模块操作参数的监控信号。
12. 如上述权利要求的任意一项所述的光纤模块，其中，所述电 并行连接器的结构允许其插入到电子底板的外部电连接器上，所述电 子底板用于接纳符合所述标准规范的光纤模块。
13. 如权利要求12所述的光纤模块，其中所述标准规范是XFP 规范、SFP规范、XPAK规范、SFF规范、XENPAK规范或X2规范。
14. 如权利要求1至11的任意一项所述的光纤模块，其中所述标 准规范是XFP规范、SFP规范、XPAK规范、XENPAK规范或X2规范。
15. 如上述权利要求的任意一项所述的光纤模块，其中，所述第 一和第二光学连接器形成为整体元件。
16. 可插入式光纤模块，包括电并行连接器，其具有的构造使得其能够被插入到用于接纳光纤 收发模块的底板的外部电连接器中，第一和第二光学连接器，能够连接到所述第一和第二光纤，以接收来自所述第 一光纤的输入光信号，并沿所述第二光纤传送输出光信号；光学放大器；光学电路，设置成使所述第一光学连接器从所述第一光纤接收到 的输入光信号通过所述光学放大器形成放大的光信号，并将所述放大 的光信号传递到所述第二光学连接器，用于作为输出光信号沿所述第 二光纤传送；以及控制电路，连接至所述电并行连接器，并被设置成控制所述光学 放大器的操作。
17. 光纤模块，具有符合光纤收发模块的标准规范的外部构造， 其中所述光纤收发模块具有电并行连接器和光学连接器，且所述光学 连接器能够连接至第一和第二光纤，以从所述第一光纤接收输入光信 号和沿所述第二光纤传送输出光信号，其中，所述光纤收发模块能够 将所述输入光信号转换成输入电信号，以及将输出电信号转换成所述 输出光信号，其中，所述光纤模块包括光学连接器，能够连接到光纤，以接收来自所述光纤的 输入光信号，并沿所述光纤传送输出光信号，所述光学连接 器符合所述标准规范；光学放大器；反射器；光学电路，设置成将从所述光纤接收到的输入光信号传 递至所述光学放大器，所述反射器被设置成将第一通过所述 光学放大器的光反射通过所述光学放大器，以及所述光学电 路被设置成将从第二次通过所述光学放大器后输出的光引导 回到所述光学连接器，以沿所述光纤作为所述输出光信号传 送；电并行连接器，其物理结构符合所述标准规范；和 控制电路，设置成接收来自所述电并行连接器的控制信 号，并响应于所述控制信号控制所述光学放大器的操作。
18. 如权利要求17所述的光纤模块，其中所述光学放大器是半导 体光学放大器。
19. 如权利要求18所述的光纤模块，其中所述半导体光学放大器 和所述反射器集成在共同的半导体芯片上。
20. 如权利要求18或19所述的光纤模块，其中所述光学电路包 括一系列光学元件，所述一系列光学元件之间具有自由空间。
21. 如权利要求20所述的光纤模块，其中，所述光学电路在所述 光学连接器和所述半导体光学放大器之间包括至少一个透镜，以将所 述输入光信号的光引导至所述半导体光学放大器，以及从所述半导体 光学放大器收集输出光信号的光，并将收集的光引导至所述光学连接 器。
22. 如权利要求20或21所述的光纤模块，其中，所述光学连接 器包括光纤端头，当连接光纤时，该光纤端头可选地耦合到各光纤上。
23. 如权利要求18至22的任意一项所述的光纤模块，还包括热 电冷却器，其与所述半导体光学放大器相邻。
24. 如权利要求17至23的任意一项所述的光纤模块，其中所述 控制电路是PIC微控制器。
25. 如权利要求17至24的任意一项所述的光纤模块，其中所述 控制电路被设置成为所述电并行连接器提供代表模块的操作参数的监 控信号。
26. 如权利要求17至25的任意一项所述的光纤模块，其中所述 电并行连接器的结构允许所述电并行连接器插入到电子底板的外部电 连接器中，所述电子底板用于根据所述标准规范接纳所述光纤收发模 块。
27. 如权利要求26所述的光纤模块，其中，所述标准规范是XFP 规范、SFP规范、XPAK规范、SFF规范、XENPAK规范或X2规范。
28. 如权利要求17至25的任意一项所述的光纤模块，其中，所 述标准规范是XFP规范、SFP规范、XPAK规范、XENPAK规范、或者X2规范。
29. 如权利要求17至28的任意一项所述的光纤模块，还包括 第二光学连接器，能够连接至第二光纤，以接收来自所述第二光纤的第二输入光信号，并沿所述光纤传送第二输出光信号，所述第一 光学连接器和第二光学连接器符合所述标准规范；第二光学放大器；第二反射器；第二光学电路，设置成使得从所述第二光纤接收到的输入光学信 号传递至所述第二光学放大器；第二反射器被设置成将第一次通过所 述第二光学放大器的光反射回所述第二光学放大器；第二光学电路被设置成将光学放大器的输出光在第二次通过所述光学放大器后引导回 所述第二光学连接器，作为所述输出光信号沿所述第二光纤传送。
30. 如权利要求29所述的光纤模块，其中所述第一和第二光学连 接器形成为整体元件。
31. 插入式光纤模块，包括电并行连接器，其结构允许其能够插入到电子底板的外部电连接 器中，所述电子底板用于接纳光纤收发模块；光学连接器，能够连接至光纤，以接收来自所述光纤的输入光信 号，并沿所述光纤传送输出光信号；光学放大器；反射器；光学电路，设置成将来自所述光纤的输入光信号传递至所述光学 放大器；所述反射器被设置成将第一次通过所述光学放大器的光反射 通过所述光学放大器；所述光学电路被设置成将光学放大器的输出光 在第二次通过所述光学放大器后引导至所述光学连接器，作为所述输 出光信号沿所述光纤传送；以及控制电路，连接至所述电并行连接器，并被设置成控制所述光学 放大器的操作。
全文摘要
一种光纤模块包括半导体光学放大器，该光纤模块与标准规范兼容，典型地为可插入式的。该模块包括光学连接器，能够能接到第一和第二光纤，并符合所述的标准规范。第一光学连接器从第一光纤接收到的输入光信号由半导体光学放大器放大后供应给第二光学连接器，以沿第二光纤进行传送。该模块还包括具有符合所述标准规范的物理结构的电并行连接器和从电并行连接器接收控制信号的控制电路，用于控制光学放大器的操作。这样，该模块可连接到与光纤收发模块并排的标准电子底板上来提高收发模块的光学性能。
文档编号H04B10/40GK101317114SQ200680044522
公开日2008年12月3日 申请日期2006年11月28日 优先权日2005年11月28日
发明者克雷格·汤姆柏铃, 安东尼·爱德华·凯利, 罗伯特·威廉·普瑞斯 申请人:安福托尼克斯有限公司