提高安全的可插拔激光模块的制作方法

1.本发明总体上涉及光电系统，尤其涉及用于提高光电系统的安全性和可维护性的方法和系统。


背景技术：

2.光通信系统可以包括电光模块的各种设计。
3.例如，美国专利申请公开2014/0010552描述了一种z形可插拔光通信模块(ocm)，其包含多个并行ocm(pocm)，并且被配置为可移除地插入在光通信系统的面板中形成的开口。
4.美国专利申请公开2016/0018608描述了一种光通信模块，其包括具有止动构件的插座。插座具有键槽和闩锁槽。键槽被配置成在沿着键槽轴线的方向上接收和引导连接器插头的主体。闩锁槽由柔性闩锁臂在完全弯曲状态和完全松弛状态之间的总弯曲范围限定。


技术实现要素：

5.本文描述的本发明的实施方式提供了一种激光模块，该激光模块包括一个或多个连接器和激光源。一个或多个连接器被配置为从系统的面板接收电力并且向系统的面板输出光束。激光源被配置为(i)由电力供电，并且(ii)使用电力产生光束。一个或多个连接器和激光源可从面板上卸下，并且当从面板上卸下时，激光源不由电力供电。
6.在一些实施方式中，一个或多个连接器安装在基板的相同边缘上。在其他实施方式中，一个或多个连接器安装在其上的相同边缘是面向系统的后边缘，并且基板具有与后边缘相对并面向系统的操作员的前边缘。在又一实施方式中，一个或多个连接器包括电连接器和光连接器，其沿着相同边缘并排安装。
7.在一个实施方式中，激光模块包括(i)连接在所述电连接器与所述激光源之间的电迹线，以及(ii)连接在所述激光源与所述光连接器之间的光导中的至少一个。在另一实施方式中，光导包括(i)光纤和(ii)光波导中的至少一个。在又一实施方式中，该系统包括网络交换机，并且一个或多个连接器被配置为插入面板中并将激光束输出到网络交换机的面板。
8.在一些实施方式中，一个或多个连接器被安装在基板的不同边缘上。在其他实施方式中，一个或多个连接器安装在基板的相对边缘上。在又一实施方式中，一个或多个连接器被安装在基板上，并且被配置为当基板被插入面板中时被定位在系统的机架内。
9.根据本发明的实施方式，还提供了一种用于制造激光模块的方法，该方法包括在基板上安装一个或多个连接器，用于从系统的面板接收电力并向系统的面板输出光束。在基板上安装激光源，所述激光源(i)由所述电力供电，并且(ii)使用所述电力产生所述光束。一个或多个连接器和激光器可从面板上拆下，并且其中当从面板上拆下时，激光源不供电。
10.根据本发明的实施方式，还提供了一种系统，该系统包括激光模块和一个或多个光收发器。激光模块包括一个或多个连接器和激光源。一个或多个连接器被配置为从系统的面板接收电力并且向系统的面板输出光束。激光源被配置为(i)由电力供电，并且(ii)使用电力产生光束。一个或多个连接器和激光源可从面板上卸下，并且当从面板上卸下时，激光源不由电力供电。一个或多个光收发器被配置为通过将电信号施加到光束上来调制从激光模块接收的光束。
11.通过下面结合附图对实施方式的详细描述，可以更全面地理解本发明，其中：
附图说明
12.图1是根据本发明实施方式的包括光通信系统(ocs)的数据中心的示意图；
13.图2是根据本发明实施方式的网络交换机的示意图；以及
14.图3是示意性地示出了根据本发明实施方式的用于生产可插入网络交换机的面板中的激光模块的方法的流程图。
具体实施方式
15.概述
16.在诸如光通信系统(ocs)的光电系统中，可以通过在ocs的元件(例如但不限于服务器，交换机和路由器)之间交换电信号和光信号来进行通信。
17.下文描述的本发明的实施方式提供了用于提高网络交换机和光电系统的其他类型的元件的安全性和可维护性的技术。原则上，可以将激光源插入交换机的面板中，该面板的光路可能包括从交换机中伸出的光纤，但是在断开光路时(例如，通过无意拔出或断开光纤)在维修开关的相邻组件时，维修工程师可能会暴露在从激光源发出的危险光下。
18.在一些实施方式中，ocs的交换机包括集成电路(ic)，其被配置为与ocs的前述元件交换电和光通信信号。交换机包括可插拔激光模块(lm)，其被配置为可从交换机的面板上插入和拔出，并响应于从电源接收功率而发出光束。在一些实施方式中，lm具有一个或多个连接器，这些连接器安装在lm的相同边缘上，并被配置为从电源接收电力，并将光束输出到系统的面板，lm在下面更详细地描述。注意，在此配置中，当从面板上卸下时，lm从电源上卸下，因此，不能发射对交换机环境中的人员可能有害的光束。
19.在一些实施方式中，该交换机包括电和光互连，该电和光互连被配置为在交换机和ocs的上述元件之间交换电和光通信信号。
20.在一些实施方式中，交换机包括通常与ic共同封装的一个或多个光收发器(otr)。每个otr被配置为：(a)接收从lm发出的光束，(b)将光束插入光调制器中，该光调制器被配置为通过使用从ic接收到的电通信信号调制光束来产生光通信信号，(c)通过光互连将光通信信号输出到ocs的目的地元件。
21.在一些实施方式中，可插拔lm包括基板，该基板具有面向交换机的操作员(例如，服务工程师)的前边缘(在本文中也称为第一边缘)和后边缘(在本文中也称为第二边缘)，其与前边缘相对，并被配置为由操作员插入面板的合适端口中。
22.在一些实施方式中，lm的一个或多个连接器包括电连接器和光连接器，其并排安装在基板的后边缘上，并且如上所述被配置为从电源接收电力，并将光束输出到交换机面
板。
23.在本公开的上下文中和在权利要求中，术语“光信号”和“光通信信号”可互换地使用。类似地，术语“电信号”和“电通信信号”可互换使用。电信号和光信号是指在交换机和ocs的元件之间交换的通信信号。
24.在一些实施方式中，激光模块包括激光源，其安装在基板上并且被配置为由电力供电，并利用电力产生光束。在这样的实施方式中，当从面板分离时，激光源不被供电，因此不能产生光束。
25.在本公开的上下文中和在权利要求中，术语“未插入”和“分离”可互换使用，并且是指激光模块和交换机的面板之间的断开。
26.通过使得能够快速且容易地更换可插拔激光模块，所公开的技术提高了网络交换机和光电系统的其他元件的可维护性。而且，通过在(有意或无意地)中断光路的情况下切断光束，lm的连接器方案提高了交换机或接收光输入的其他光电系统的其他元件周围人员的安全性。
27.系统描述
28.图1是根据本发明的实施方式的包括光通信系统(ocs)的数据中心10的示意图。使用诸如以太网或无线宽带的通信协议，数据中心10可以例如用于数据通信和数据存储。
29.在一些实施方式中，数据中心10包括一个或多个电子机架，在本文中称为机架13。每个机架13包括多个本地服务器12，其被配置为存储和处理数据。在一些实施方式中，每个服务器12使用任何合适的配置例如经由一个或多个电缆23和/或经由一个或多个光纤44连接到一个或多个通信交换机，在本文中也称为网络交换机或交换机33。每个交换机33被配置为在(a)位于相同机架13内的一个或多个服务器12之间，(b)在数据中心10的机架13之间，以及(c)位于远程数据中心的机架13(未示出)之间交换通信信号。
30.在一些实施方式中，交换机33被配置为接收包括光或电通信信号的输入并输出光通信信号。交换机33还被配置为接收包括光通信信号的输入，并且基于光通信信号来输出光或电通信信号。
31.在一些实施方式中，数据中心10包括光纤44，其被配置为在远程服务器14和/或远程交换机33之间传送光通信信号。
32.在交换机33和数据中心10的其他元件之间以高数据速率交换通信信号。例如，在两个相似的交换机33之间传输每条通道每秒100gb(gbps)的数据速率。以这样的频率在电缆上传输距离超过几米的通信信号通常会降低传输信号的质量。
33.例如，在100gbps下，与通过电缆的传输相比，通过光纤的传输通常提供更好的信号完整性，并且使得两个交换机之间的传输距离更长(例如，从3米到100米)。
34.在图1的示例配置中，电缆23配置为在短距离内(例如，在机架13内或两个相邻机架13之间)传导电通信信号，而光纤44配置为在长距离(例如，大于几米)上传送通信信号。在其他实施方式中，数据中心10可以具有任何其他合适的配置，例如，机架13还可以具有用于在相邻服务器12或机架13之间传送通信信号的光纤44。
35.具有可提高安全性的可插拔激光模块的交换机
36.图2是根据本发明实施方式的交换机33的示意图。在一些实施方式中，交换机33具有由印刷电路板(pcb)制成的基板32或任何其他合适类型的基板。
37.在一些实施方式中，交换机包括一个或多个激光模块(lm)55，在本示例中为单个lm 55，其被配置为插入交换机的面板35(例如，前面板或后面板)中或从面板35中拔出。lm 55配置为从电源单元(psu)99接收电力，并使用所接收的电力输出光束。下文将更详细地描述lm 55。
38.在一些实施方式中，交换机33包括有源组件，诸如但不限于交换机集成电路(ic)，在本文中称为ic 34。
39.通常，ic 34包括专用ic(asic)，其被编程为执行本文描述的功能。在其他实施方式中，ic 34可以包括任何其他合适类型的集成电路。
40.在一些实施方式中，ic 34被配置成通过相应的电缆23和/或光纤44与服务器12交换电和/或光通信信号。基板32包括一个或多个互连31，例如电迹线和/或以下所述的光导，分别用于交换前述的电和/或光通信信号。
41.在一些实施方式中，ic 34还被配置为通过光纤44与远程元件交换通信信号，该远程元件例如但不限于远程服务器14，其他交换机33和数据中心10的其他元件，例如工作站，接入点和路由器(未示出)。
42.在一些实施方式中，psu 99耦合到基板32，并通过任何合适类型的电导体，例如一个或多个电迹线22，将电力提供给lm55。在其他实施方式中，psu 99可以位于交换机33内任何其他合适的位置(例如，在基板32之外)，或位于交换机33的外部。psu99还可以向交换机33的其他组件(例如，ic 34)供电。
43.在一些实施方式中，基板32包括光导，例如光波导，或者在本示例中，是光纤43和44。交换机33的光导可以形成在基板32的表面上，和/或嵌入在基板32的结构内(例如，在基板32中形成的沟槽中或在基板32的表面上沉积的层之间)。
44.在一些实施方式中，ic 34与光收发器(otr)36共同封装，该光收发器被配置为：(a)从光纤43接收从lm 55发出的光束，(b)将光束插入光调制器中，其被配置为通过使用从ic 34接收的电通信信号调制光束来产生光通信信号，并且(c)经由光纤44输出光通信信号。
45.现在参考详细示出lm 55的结构的插图40。在一些实施方式中，lm 55包括由pcb制成的基板42或任何其他合适类型的基板。在本示例中，基板42具有矩形形状，并且包括面对数据中心10的操作员或服务工程师(未示出)的前边缘45。基板42还包括后边缘46，其被配置为插入面板35中并与面板35的合适的硬件(例如，连接器)连接，用于交换电力和未调制的光束，如下面将详细描述的。
46.在一些实施方式中，lm 55包括一个或多个连接器，在本示例中，电连接器77和光连接器88被安装在基板42的后边缘46上，并且被配置为与交换机33的面板35交换电和光信号。电连接器77在本文也被称为lm 55的电输入端口，光连接器88在本文也被称为lm 55的光输出端口。
47.在本示例中，电连接器77被配置为经由一个或多个电迹线22接收来自psu 99的电力。光连接器88被配置为经由一个或多个光纤43向otr 36输出光束。在这样的实施方式中，当将lm 55插入面板35中时，电连接器77和光连接器88与面板35的相应电和光连接器配合。
48.在其他实施方式中，基板42可以具有任何其他合适的形状，但是，电连接器77和光连接器88并排放置在lm 55的相同边缘上，通常是后边缘插入面板35中。
49.在一些实施方式中，lm 55包括激光源66，该激光源66安装在基板42上并且被配置为由从psu 99接收的电力供电，并使用接收的电力产生光束。
50.在一些实施方式中，lm 55可以包括一个或多个电迹线22，其被配置为在电连接器77和激光源66之间传导电力。lm55进一步包括一个或多个光导，例如但不限于光纤44，其被配置为在激光源66和光连接器88之间传送光束。注意，当lm 55从面板35上拔下或分离时，激光源66不能产生光束。
51.现在再次参考图2的总体视图，以描述交换机33和lm 55的操作以及数据中心10中的通信信号和电力的流动。在一些实施方式中，通信信号经由电缆23和互连31传输到交换机33的ic 34中。注意，从服务器12通过光纤44传输的光通信信号在被交换机33的ic 34处理之前，由otr 36转换为电通信信号。
52.随后，otr 36使用从ic 34接收的电通信信号通过调制光束(从lm 55接收)来产生光通信信号，并经由光纤44将光通信信号传输到例如远程服务器14。
53.在某些情况下，数据中心10可能需要维修或更换lm 55，以便数据中心10的服务工程师可以将相应的lm 55从交换机33的面板35上卸下(例如，拔出)。
54.在一些实施方式中，当lm 55从面板35分离时，两个连接器77和88都从面板35上断开，使得激光源66不被供电，因此不能发射可能对服务工程师的眼睛造成危害的光束。
55.在一些实施方式中，lm 55的公开结构适于确保在包括lm 55的任何光电系统的用户有意或无意地中断光路的情况下，断开提供给lm55的电源，从而防止有将危险的光注入人眼的危险。网络交换机(或另一个光电模块)的激光模块的其他配置可将光纤插入例如交换机的前面板中。此类激光模块和交换机可能易受安全事件的影响，例如，当激光模块仍插入前面板时，光纤会断裂。
56.注意，通过在lm 55的相同边缘(例如，后边缘46)上具有电连接器77和光连接器88，输入电力和输出光束同时连接到面板35和从面板35断开(例如，当lm 55分别插入面板35和从面板35拔下时)。此外，基于公开的技术，光路的所有元件都包含在lm 55和交换机33的外壳内。因此，与具有从交换机伸出和暴露于周围的光纤回路的光纤的其他实现方式相比，公开的技术可提供提高的安全性。
57.现在参考插图40。在其他实施方式中，光连接器88被配置为直接与激光源66连接。在这样的实施方式中，可以从lm的配置中排除至少一个光导，例如光纤44。类似地，电连接器77可以被配置为直接与激光源66连接。在这样的实施方式中，可以从lm 55的配置中排除至少一个电迹线22。
58.注意，为了概念的清楚，简化了lm 55的配置，并且lm 55的配置可以包括除上述迹线，引导件和连接器之外或代替其的其他组件。
59.在替代实施方式中，电连接器77和光连接器88可以组合在单个连接器(未示出)中，该单个连接器被配置为接收电力并输出光束。
60.在其他实施方式中，激光源66可以具有被配置为直接与面板35的相应的电和光端口和/或连接器连接的电和/或光端口(未示出)。在这样的实施方式中，电连接器77和光连接器88中的至少一个可以从lm 55的配置中删除。注意，在此配置中，lm 55的电端口和/或光端口可以分别代替电连接器77和/或光连接器88。
61.在又一个其他实施方式中，lm 55可以具有任何其他合适的形状，并且电连接器77
和/或光连接器88可以定位在lm 55的基板上的任何其他合适的位置。例如，基板42可以具有五边形结构或六角形结构，其中将基板42的两个或更多个小平面或边缘插入面板35中。在此配置中，电连接器77和光连接器88可以安装在基板42的不同边缘上，以便与面板35的相应的配对连接器连接。
62.在又一个其他实施方式中，如本文所述，连接器77和88安装在lm 55的不同边缘上，并且基板42突出到交换机33的机架中。例如，连接器77和88可以安装在lm 55的相对边缘47和48上，当它们连接到突出到交换机33机架的插槽或架子中的位置时，在lm从上述插槽中提取的情况下断开连接器77和88。
63.在其他实施方式中，连接器77和88可以使用其他合适的配置安装在lm 55的不同边缘上，例如但不限于：(a)一个或多个光连接器88可以安装在边缘48和/或边缘47上，并且，一个或多个电连接器77可以安装在后边缘46上，其中两个连接器77和88都突出到交换机33的机架中，或者(b)一个或多个电连接器77可以安装在边缘48上和/或在边缘47上，一个或多个光连接器88可以安装在后边缘46上。在配置(b)中，当将基板42插入交换机33的机架中时，两个连接器77和88都可以在突出到交换机33的机架中的位置处安装在基板42上。
64.替代地，可以在边缘47和/或48上安装一个或多个电连接器77，使得当将基板42插入交换机33的机架中时，一个或多个电连接器可以保持在交换机33和/或机架的外部并且使用任何合适的互连，例如电线或导线，或电迹线，连接到交换机33。请注意，在所有具有安装在lm 55的不同边缘上的连接器77和88的配置中，光路保留在交换机33的机架内以及lm 55的外壳内。在这些配置中，由激光源66产生的光束不能从交换机33的机架中发射出去，因为当lm 55通电时，光路的所有元件(例如，光纤44和光连接器88)都定位在lm 55和交换机33的外壳内。
65.在一些实施方式中，连接器77和88以任何合适的配置安装在基板42上，例如，在相同的边缘(例如，后边缘46或边缘47或48)上，或如上所述的不同的边缘上，使得当将lm 55的基板42插入面板35时，连接器77和88均配置为位于交换机33的机架内。换句话说，当将lm 55插入面板35时，连接器77和88不会暴露在交换机33的机架外。
66.在替代实施方式中，可以使用任何合适类型的板和/或电子盒来代替基板32。
67.注意，在切换应用中使用lm 55只是一个示例。在其他实施方式中，lm 55和一个或多个otr 36可以比照地在服务器12中与asic或其处理器(未示出)一起代替ic 34来使用，或者在任何其他接收从lm 55输入的光束的光电系统或模块中使用。
68.生产可插入网络交换机的面板的激光模块
69.图3是示意性地示出了根据本发明实施方式的用于生产可插入交换机33的面板35中的激光模块55的方法的流程图。
70.该方法开始于激光源安装步骤100，其中接收具有前边缘45和后边缘46的基板42，并将激光源66安装在基板42上。在一些实施方式中，激光源66包括(i)至少一个电端口，其被配置为接收电力，以及(i i)至少一个光端口，其被配置为从激光源66输出一个或多个光束。
71.在连接器安装步骤102中，将电连接器77和光连接器88安装在lm 55的相同边缘(例如后边缘46)上。在电迹线组装步骤104中，一个或多个电迹线22组装在激光源66的电端口和lm 55的电连接器77之间。在光导组装步骤106中，将一个或多个光导，例如光纤44，组
装在激光源66的光端口和lm 55的光连接器88之间。
72.在完成该方法的封装步骤108中，将具有(a)激光源66，(b)连接器77和88，(c)电迹线22和(d)光纤44的基板42封装在lm55的可插拔的外壳中(未示出)。
73.在其他实施方式中，步骤102
‑
108的顺序可以与上述顺序不同。例如，可在安装步骤102中描述的连接器之前执行组装步骤104和106中的至少一个。另外地或替代地，可在基板的制造期间形成电迹线22和/或光纤44中的一个或多个。在这种情况下，步骤104和/或步骤106可以是多余的。
74.在上面图2中描述的其他实施方式中，激光源66可以直接连接到电连接器77和光连接器88中的至少一个。在这样的实施方式中，该方法的各个步骤，例如，组装步骤104中的至少一个可以从该方法中去除106和106。类似地，在激光源66的电端口和/或光端口位于后边缘46上并且被配置为直接与面板35的相应电端口和光端口连接的情况下，可以从该方法中去除步骤102。
75.尽管本文描述的实施方式主要针对光通信系统的网络交换机，但是本文描述的方法和系统也可以在其他应用中使用，例如在诸如中央处理器(cpu)或图形处理器(gpu)的微处理器阵列或网格中，以及在网络适配器(也称为网络接口卡)中使用可插拔光源，尤其是使用可插拔激光源的任何种类的系统中。
76.因此，将理解的是，上述实施方式仅作为示例被引用，并且本发明不限于以上已经具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读前述说明后将想到的并且在现有技术中未公开的其变型和修改。通过引用并入本专利申请的文件应被认为是本技术的组成部分，除了在这些并入文件中以与本说明书中明确或隐含的定义相抵触的方式定义任何术语的程度外，应该考虑本说明书中的定义。