波长可调谐光模块和光通信系统的制作方法

文档序号:31810581发布日期:2022-10-14 21:20阅读:109来源:国知局
波长可调谐光模块和光通信系统的制作方法

1.本技术涉及光通信的技术领域,尤其涉及波长可调谐光模块和光通信系统。


背景技术:

2.在传统wdm系统中,光模块常采用固定波长激光器。这导致当波长数量增加时,需要向每个网络节点添加更多不同波长的激光器,这无疑增加了备品备件的数量和难度,现场使用时也缺乏灵活性。
3.采用可调激光器技术的光模块可以自由配置模块输出波长,提高系统资源利用率,提高网络节点的动态性和灵活性,减少备份模块数量和现网维护成本。目前,可调谐激光器主要有自由空间光外腔、dbr(distributed bragg reflector,分布式布拉格反射激光器)、dfb(distributed feedback laser,分布式反馈激光器)阵列等方案。虽然实现可调谐激光器的方案很多,但通常都需要非常复杂的光学设计和制造工艺、超高精度的控制等,存在实现难度大、成品良率低、制造成本高、体积尺寸大等问题,极大限制其应用。
4.专利cn110995354b公开了一种光模块,所述光模块包括:电接口单元,被配置为输出一对差分电信号;电切换单元,具有信号输入端和多路单端电信号输出端,所述信号输入端用于接收所述一对差分电信号中的至少一路差分电信号,所述多路单端电信号输出端输出多路单端电信号;光组件,包括多个激光器且所述多个激光器为多颗具有相互波长间隔的激光器;其中,所述多个激光器根据所述多路单端电信号生成多路光信号。通过增加初始波长具有相互间隔的激光器数量实现可调波长的通道数量的增加,能够发射多种波长的光信号,但其未提及信号接收过程以及波长切换过程。
5.基于此,本技术提供了一种波长可调谐光模块和光通信系统。


技术实现要素:

6.本技术的目的在于提供波长可调谐光模块和光通信系统,利用具有单纤双向传输端的合分波器同时实现光的发射和接收。
7.本技术的目的采用以下技术方案实现:
8.第一方面,本技术提供了一种波长可调谐光模块,所述波长可调谐光模块包括电接口单元、合分波器、探测器、信号放大器、控制器、驱动组件和多个激光器,每个所述激光器用于发射单一波长的光,任意两个所述激光器所发射的光的波长不同;
9.所述合分波器具有单纤双向传输端;
10.所述电接口单元的数字信号输出端连接至所述驱动组件的数字信号输入端;
11.所述合分波器的接收信号输出端连接至所述探测器的输入端,所述探测器的输出端连接至所述信号放大器的输入端,所述信号放大器的输出端连接至所述控制器的接收信号输入端,所述控制器的控制信号输出端连接至所述驱动组件的控制信号输入端,所述驱动组件的多个输出端分别连接至多个所述激光器的输入端,多个所述激光器的输出端分别连接至所述合分波器的多个发射信号输入端。
12.该技术方案的有益效果在于:利用具有单纤双向传输端的合分波器接收和发射光信号,具体而言,合分波器的单纤双向传输端接收到的光信号通过探测器转换为电信号并通过信号放大器放大,由控制器基于接收信号中携带的对端发射波长配置波长可调谐光模块的激光器的本端发射波长并生成波长控制信号,驱动组件基于波长控制信号和电接口单元输出的高速数字信号驱动其中一个激光器,激光器发射的光经过合分波器的单纤双向传输端输出至光纤。该波长可调谐光模块利用合分波器分别连接至探测器和多个激光器,从而使用单根光纤同时实现输入和输出,集成度和稳定性高。
13.在一些可选的实施方式中,所述信号放大器是跨阻放大器。
14.该技术方案的有益效果在于:跨阻放大器(tia)全称为trans-impedance amplifier,是放大器类型的一种,一般用于光电传输通讯系统等高速电路,位于光模块中探测器的输出端,应用于将电流放大至电压的场景。跨阻放大器具有高带宽的优点,不仅将电信号放大,并且可以有效地抑制噪声信号的放大,在同等条件下减小负面因素(噪声)进而提升正面因素。
15.在一些可选的实施方式中,所述控制器包括顺次连接的滤波单元、波长识别单元、波长选择单元和波长配置单元;
16.作为所述控制器的接收信号输入端的所述滤波单元的输入端连接至所述信号放大器的输出端;
17.作为所述控制器的控制信号输出端的所述波长配置单元的输出端连接至所述驱动组件的控制信号输入端。
18.该技术方案的有益效果在于:滤波单元对信号放大器输出的接收信号进行滤波,波长识别单元识别接收信号中携带的对端发射波长,波长选择单元选择与该对端发射波长相对应的本端发射波长,并由波长配置单元对本端发射波长进行配置并输出本端发射波长的控制信号,以使驱动组件控制与本端发射波长相对应的激光器工作、同时使其他激光器不工作,由此,控制器就能够基于接收信号中携带的对端发射波长配置激光器的本端发射波长,实现波长可调谐功能。
19.在一些可选的实施方式中,所述波长可调谐光模块还包括存储器,所述存储器存储有波长配对表;
20.所述存储器连接至所述波长选择单元。
21.该技术方案的有益效果在于:利用存储器存储波长配对表,利用波长配对表来实现接收信号所携带的对端发射波长与激光器的本端发射波长之间的匹配,从而实现发射波长的精准配置。
22.在一些可选的实施方式中,所述存储器与所述控制器结合为一体。
23.该技术方案的有益效果在于:将波长配对表配置于控制器本地,减少数据传输所需要的时间,进一步提升整个光模块的光通信效率。
24.在一些可选的实施方式中,所述驱动组件包括多个调制驱动器;
25.作为所述驱动组件的数字信号输入端的多个所述调制驱动器的数字信号输入端分别连接至所述电接口单元的数字信号输出端;
26.作为所述驱动组件的控制信号输入端的多个所述调制驱动器的控制信号输入端分别连接至所述控制器的控制信号输出端;
27.作为所述驱动组件的多个输出端的多个所述调制驱动器的输出端分别连接至多个所述激光器的输入端。
28.该技术方案的有益效果在于:利用多个调制驱动器来实现驱动激光器的功能,每个调制驱动器分别连接至电接口单元以接收高速数字信号,每个调制驱动器分别对应一个激光器,利用控制器打开和关闭调制驱动器,实现对激光器发射波长的精准控制。具体而言,当控制器打开激光器对应的调制驱动器时,激光器受激发光,正常工作;当控制器关闭激光器对应的调制驱动器时,激光器不工作。
29.在一些可选的实施方式中,所述驱动组件包括信号路由单元和多个调制驱动器,所述信号路由单元的多个数字信号输出端分别连接至多个所述调制驱动器的数字信号输入端;
30.作为所述驱动组件的数字信号输入端的所述信号路由单元的数字信号输入端连接至所述电接口单元的数字信号输出端;
31.作为所述驱动组件的控制信号输入端的多个所述调制驱动器的控制信号输入端分别连接至所述控制器的控制信号输出端;
32.作为所述驱动组件的多个输出端的多个所述调制驱动器的输出端分别连接至多个所述激光器的输入端。
33.该技术方案的有益效果在于:利用信号路由单元和多个调制驱动器来实现驱动激光器的功能,信号路由单元连接至电接口单元以接收高速数字信号,并将电接口单元输出的一路高速数字信号输出为多路高速数字信号,再分别输入至多个调制驱动器,每个调制驱动器分别对应一个激光器,控制器对调制驱动器的控制与上文类似,此处不做赘述。
34.在一些可选的实施方式中,所述驱动组件包括调制驱动器和信号切换单元,所述调制驱动器的数字信号输出端连接至所述信号切换单元的数字信号输入端;
35.作为所述驱动组件的数字信号输入端的所述调制驱动器的数字信号输入端连接至所述电接口单元的数字信号输出端;
36.作为所述驱动组件的控制信号输入端的所述信号切换单元的控制信号输入端连接至所述控制器的控制信号输出端;
37.作为所述驱动组件的多个输出端的所述信号切换单元的多个数字信号输出端分别连接至多个所述激光器的输入端。
38.该技术方案的有益效果在于:利用调制驱动器和信号切换单元来实现驱动激光器的功能,调制驱动器连接至电接口单元以接收高速数字信号,控制器输出控制信号至信号切换单元,以导通和关断信号切换单元的多个通道,使高速数字信号通过信号切换单元的导通通道输入至对应的激光器,从而实现发射信号的波长切换功能。
39.在一些可选的实施方式中,所述驱动组件包括多个时钟数据恢复单元和多个调制驱动器,多个所述时钟数据恢复单元的数字信号输出端分别连接至多个所述调制驱动器的数字信号输入端;
40.作为所述驱动组件的数字信号输入端的多个所述时钟数据恢复单元的数字信号输入端分别连接至所述电接口单元的数字信号输出端;
41.作为所述驱动组件的控制信号输入端的多个所述调制驱动器的控制信号输入端分别连接至所述控制器的控制信号输出端;
42.作为所述驱动组件的多个输出端的多个所述调制驱动器的输出端分别连接至多个所述激光器的输入端。
43.该技术方案的有益效果在于:利用多个时钟数据恢复单元和多个调制驱动器来实现驱动激光器的功能,每个时钟数据恢复单元分别对应一个调制驱动器,每个调制驱动器分别对应一个激光器,多个时钟数据恢复单元分别连接至电接口单元以接收高速数字信号,把畸变的信号重新进行整形恢复处理,重新恢复出稳定的信号,每个时钟数据恢复单元将整形恢复处理后的一路高速数字信号输入至对应的调制驱动器,每个调制驱动器的打开和关闭受控制器控制,从而使处于打开状态的调制驱动器所对应的激光器工作,处于关闭状态的调制驱动器所对应的激光器不工作。通过时钟数据恢复单元对畸变的信号进行整形恢复处理,使得畸变的信号得到补偿和恢复,确保信号的电光转换以及光信号的长距离光纤传输。
44.在一些可选的实施方式中,多个所述激光器所发射的光的波长形成等差数列。
45.该技术方案的有益效果在于:使波长相邻的激光器之间的波长间隔相同,既不会太大、又不会太小,避免间隔太小增加滤波难度,避免间隔太大造成波段浪费。
46.第二方面,本技术提供了一种光通信系统,包括至少两个第一方面的波长可调谐光模块。
47.该技术方案的有益效果在于:在光通信系统中,使用至少两个波长可调谐光模块,实现高速数字信号传输过程的高效、稳定。
附图说明
48.下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
49.图1示出了本技术提供的一种波长可调谐光模块的结构示意图。
50.图2示出了本技术提供的另一种波长可调谐光模块的结构示意图。
51.图3示出了本技术提供的又一种波长可调谐光模块的结构示意图。
52.图4示出了本技术提供的又一种波长可调谐光模块的结构示意图。
53.图中:10、电接口单元;20、合分波器;30、探测器;40、信号放大器;50、控制器;51、滤波单元;52、波长识别单元;53、波长选择单元;54、波长配置单元;60、存储器;70、驱动组件;71、调制驱动器;72、信号路由单元;73、信号切换单元;74、时钟数据恢复单元;80、激光器。
具体实施方式
54.下面,结合附图以及具体实施方式,对本技术做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
55.参见图1,图1示出了本技术提供的一种波长可调谐光模块的结构示意图。所述波长可调谐光模块包括电接口单元10、合分波器20、探测器30、信号放大器40、控制器50、驱动组件70和多个激光器80,每个所述激光器80用于发射单一波长的光,任意两个所述激光器80所发射的光的波长不同;
56.所述合分波器20具有单纤双向传输端;
57.所述电接口单元10的数字信号输出端连接至所述驱动组件70的数字信号输入端;
58.所述合分波器20的接收信号输出端连接至所述探测器30的输入端,所述探测器30的输出端连接至所述信号放大器40的输入端,所述信号放大器40的输出端连接至所述控制器50的接收信号输入端,所述控制器50的控制信号输出端连接至所述驱动组件70的控制信号输入端,所述驱动组件70的多个输出端分别连接至多个所述激光器80的输入端,多个所述激光器80的输出端分别连接至所述合分波器20的多个发射信号输入端。
59.波长可调谐光模块利用具有单纤双向传输端的合分波器20接收和发射光信号,具体而言,合分波器20的单纤双向传输端接收到的光信号(接收信号)通过探测器30转换为电信号并通过信号放大器40放大,由控制器50基于接收信号的波长配置发射信号的波长并生成波长控制信号,驱动组件70基于波长控制信号和电接口单元10输出的高速数字信号驱动其中一个激光器80(通常是驱动一个激光器80),激光器80所发射的光信号(发射信号)经过合分波器20的单纤双向传输端输出至光纤。该波长可调谐光模块利用合分波器20分别连接至探测器30和多个激光器80,从而使用单根光纤同时实现输入和输出,集成度和稳定性高。
60.本技术对电接口单元10输出的高速数字信号不做限定,其可以是差分信号。当电接口单元10输出差分信号时,电接口单元10、驱动组件70、激光器80之间传输的都是差分信号,激光器80输出的是单路光信号。
61.本技术对多个激光器80的数量不做限定,例如可以是2个、3个、4个、5个或者8个。
62.本技术对电接口单元10不做限定,其可以是金手指电接口单元10,例如是专利《cn106129672b-金手指连接器、电路板、母座连接器及其相关组件及设备》公开的金手指连接器,或者专利《cn210779057u-一种复合式高密金手指连接结构》公开的金手指连接结构。
63.本技术对用于探测接收光信号的探测器30不做限定,其可以是apd探测器30或者pin探测器30,例如是专利《cn210629497u-一种光探测器30》公开的探测器30,或者专利《cn110767754b-一种光电探测器30》公开的探测器30。
64.本技术对信号放大器40不做限定,在一些可选的实施方式中,所述信号放大器40可以是跨阻放大器。
65.跨阻放大器(tia)全称为trans-impedance amplifier,是放大器类型的一种,一般用于光电传输通讯系统等高速电路,位于光模块中探测器30的输出端,应用于将电流放大至电压的场景。跨阻放大器具有高带宽的优点,不仅将电信号放大,并且可以有效地抑制噪声信号的放大,在同等条件下减小负面因素(噪声)进而提升正面因素。
66.本技术中的跨阻放大器例如是专利《cn104508977b-具有增大动态范围的跨阻放大器(tia)及其光器件》公开的跨阻放大器,或者专利《cn209787128u-一种跨阻放大器和跨阻放大器电路》公开的跨阻放大器,或者专利《cn111404494b-跨阻放大器芯片及光接收模组》公开的跨阻放大器,或者专利《cn208158551u-跨阻放大器及光线路终端》公开的跨阻放大器。
67.在另一些可选的实施方式中,所述信号放大器40也可以是跨阻放大器以外的信号放大器40,只要能够将探测器30输出的电信号放大即可。
68.在一些可选的实施方式中,所述控制器50包括顺次连接的波长识别单元52、波长选择单元53和波长配置单元54;
69.作为所述控制器50的接收信号输入端的所述波长识别单元52的输入端连接至所
述信号放大器40的输出端;
70.作为所述控制器50的控制信号输出端的所述波长配置单元54的输出端连接至所述驱动组件70的控制信号输入端。
71.在另一些可选的实施方式中,所述控制器50包括顺次连接的滤波单元51、波长识别单元52、波长选择单元53和波长配置单元54;
72.作为所述控制器50的接收信号输入端的所述滤波单元51的输入端连接至所述信号放大器40的输出端;
73.作为所述控制器50的控制信号输出端的所述波长配置单元54的输出端连接至所述驱动组件70的控制信号输入端。
74.由此,滤波单元51对信号放大器40输出的接收信号进行滤波,波长识别单元52识别接收信号中携带的对端发射波长,波长选择单元53选择与该对端发射波长相对应的本端发射波长,并由波长配置单元54对本端发射波长进行配置并输出本端发射波长的控制信号,以使驱动组件70控制与本端发射波长相对应的激光器80工作、同时使其他激光器80不工作,由此,控制器50就能够基于接收信号中携带的对端发射波长配置本端发射波长(即波长可调谐光模块的激光器80所发射的光信号的波长),实现波长可调谐功能。
75.在一些可选的实施方式中,所述波长可调谐光模块还包括存储器60,所述存储器60存储有波长配对表;
76.所述存储器60连接至所述波长选择单元53。
77.由此,利用存储器60存储波长配对表,利用波长配对表来实现接收信号中携带的对端发射波长与激光器80的本端发射波长之间的匹配,从而实现(激光器本端)发射波长的精准配置。
78.作为一个示例,波长配对表可以如下所示:
79.下行波长上行波长λ
l0
λ
r0
λ
l1
λ
r1
……
λ
ln
λ
rn
80.其中,下行波长即波长可调谐光模块的接收信号中携带的对端发射波长,上行波长即(与该对端发射波长相对应的)本端发射波长(即波长可调谐光模块的激光器80的发射波长)。λ是波长参数,其下标l0、l1、
……
、ln用于区分不同的对端发射波长(l即local,本地),其下标r0、r1、
……
、rn用于区分不同的本端发射波长(r即remote,远程、远端),n是正整数。
81.在一些可选的实施方式中,所述存储器60与所述控制器50结合为一体。
82.由此,将波长配对表配置于控制器50本地,减少数据传输所需要的时间,进一步提升整个光模块的光通信效率。
83.在另一些可选的实施方式中,存储器60和控制器50可以采用分体式设计,即存储器60可以单独设置,不与控制器50结合为一体。
84.继续参见图1,在一些可选的实施方式中,所述驱动组件70包括多个调制驱动器71;
85.作为所述驱动组件70的数字信号输入端的多个所述调制驱动器71的数字信号输入端分别连接至所述电接口单元10的数字信号输出端;
86.作为所述驱动组件70的控制信号输入端的多个所述调制驱动器71的控制信号输入端分别连接至所述控制器50的控制信号输出端;
87.作为所述驱动组件70的多个输出端的多个所述调制驱动器71的输出端分别连接至多个所述激光器80的输入端。
88.由此,利用多个调制驱动器71来实现驱动激光器80的功能,每个调制驱动器71分别连接至电接口单元10以接收高速数字信号,每个调制驱动器71分别对应一个激光器80(调制驱动器71和激光器80的数量相同),利用控制器50打开和关闭调制驱动器71,实现对激光器80发射波长的精准控制。具体而言,当控制器50打开激光器80对应的调制驱动器71时,激光器80受激发光,正常工作;当控制器50关闭激光器80对应的调制驱动器71时,激光器80不工作。
89.参见图2,图2示出了本技术提供的另一种波长可调谐光模块的结构示意图。在一些可选的实施方式中,所述驱动组件70包括信号路由单元72和多个调制驱动器71,所述信号路由单元72的多个数字信号输出端分别连接至多个所述调制驱动器71的数字信号输入端;
90.作为所述驱动组件70的数字信号输入端的所述信号路由单元72的数字信号输入端连接至所述电接口单元10的数字信号输出端;
91.作为所述驱动组件70的控制信号输入端的多个所述调制驱动器71的控制信号输入端分别连接至所述控制器50的控制信号输出端;
92.作为所述驱动组件70的多个输出端的多个所述调制驱动器71的输出端分别连接至多个所述激光器80的输入端。
93.由此,利用信号路由单元72和多个调制驱动器71来实现驱动激光器80的功能,信号路由单元72连接至电接口单元10以接收高速数字信号,并将电接口单元10输出的一路高速数字信号输出为多路高速数字信号,再分别输入至多个调制驱动器71,每个调制驱动器71分别对应一个激光器80(调制驱动器71和激光器80的数量相同),控制器50对调制驱动器71的控制与上文类似,此处不做赘述。
94.参见图3,图3示出了本技术提供的又一种波长可调谐光模块的结构示意图。在一些可选的实施方式中,所述驱动组件70包括调制驱动器71和信号切换单元73,所述调制驱动器71的数字信号输出端连接至所述信号切换单元73的数字信号输入端;
95.作为所述驱动组件70的数字信号输入端的所述调制驱动器71的数字信号输入端连接至所述电接口单元10的数字信号输出端;
96.作为所述驱动组件70的控制信号输入端的所述信号切换单元73的控制信号输入端连接至所述控制器50的控制信号输出端;
97.作为所述驱动组件70的多个输出端的所述信号切换单元73的多个数字信号输出端分别连接至多个所述激光器80的输入端。
98.由此,利用调制驱动器71和信号切换单元73来实现驱动激光器80的功能,调制驱动器71连接至电接口单元10以接收高速数字信号,控制器50输出控制信号至信号切换单元73,以导通和关断信号切换单元73的多个通道(信号切换单元73的通道数量与激光器80的
数量相同),使高速数字信号通过信号切换单元73的导通通道输入至对应的激光器80,从而实现发射信号的波长切换功能。
99.参见图4,图4示出了本技术提供的又一种波长可调谐光模块的结构示意图。在一些可选的实施方式中,所述驱动组件70包括多个时钟数据恢复单元74和多个调制驱动器71,多个所述时钟数据恢复单元74的数字信号输出端分别连接至多个所述调制驱动器71的数字信号输入端;
100.作为所述驱动组件70的数字信号输入端的多个所述时钟数据恢复单元74的数字信号输入端分别连接至所述电接口单元10的数字信号输出端;
101.作为所述驱动组件70的控制信号输入端的多个所述调制驱动器71的控制信号输入端分别连接至所述控制器50的控制信号输出端;
102.作为所述驱动组件70的多个输出端的多个所述调制驱动器71的输出端分别连接至多个所述激光器80的输入端。
103.由此,利用多个时钟数据恢复单元74和多个调制驱动器71来实现驱动激光器80的功能,每个时钟数据恢复单元74分别对应一个调制驱动器71(时钟数据恢复单元74和调制驱动器71的数量相同),每个调制驱动器71分别对应一个激光器80(调制驱动器71和激光器80的数量相同),多个时钟数据恢复单元74分别连接至电接口单元10以接收高速数字信号,把畸变的信号重新进行整形恢复处理,重新恢复出稳定的信号,每个时钟数据恢复单元74将整形恢复处理后的一路高速数字信号输入至对应的调制驱动器71,每个调制驱动器71的打开和关闭受控制器50控制,从而使处于打开状态的调制驱动器71所对应的激光器80工作,处于关闭状态的调制驱动器71所对应的激光器80不工作。通过时钟数据恢复单元74对畸变的信号进行整形恢复处理,使得畸变的信号得到补偿和恢复,确保信号的电光转换以及光信号的长距离光纤传输。
104.在一些可选的实施方式中,多个所述激光器80所发射的光的波长形成等差数列。
105.由此,使波长相邻的激光器80之间的波长间隔相同,既不会太大、又不会太小,避免间隔太小增加滤波难度,避免间隔太大造成波段浪费。
106.本技术还提供了一种光通信系统,包括至少两个第一方面的波长可调谐光模块。
107.由此,在光通信系统中,使用至少两个波长可调谐光模块,实现高速数字信号传输过程的高效、稳定。
108.在光通信系统中,每个波长可调谐光模块均可以用于发射光信号和接收光信号。并且,所有波长可调谐光模块可以是相同的,也可以是不同的。
109.本技术从使用目的上,效能上,进步及新颖性等观点进行阐述,已符合专利法所强调的功能增进及使用要件,本技术以上的说明书及说明书附图,仅为本技术的较佳实施例而已,并非以此局限本技术,因此,凡一切与本技术构造,装置,特征等近似、雷同的,即凡依本技术专利申请范围所作的等同替换或修饰等,皆应属本技术的专利申请保护的范围之内。
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