CN201892762U - 用于cfp-lr4的波分复用解复用光组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，包括发射端、接收端、光学镜组、光纤阵列和壳体，光纤阵列包括玻璃毛细管、输入输出光纤和双工光纤适配器，玻璃毛细管为有一个内孔的玻璃棒，输入输出光纤一端置于玻璃毛细管的内孔内，另一端与双工光纤适配器连接，光纤阵列置于壳体内部；光学镜组包括C透镜和带通滤光片，C透镜与带通滤光片结合构成远心光学系统；发射端发出的光信号通过光学镜组聚焦，聚焦后光信号进入光纤阵列传输，不同波长的光信号经耦合进入光纤传输，由接收端将光纤阵列传输的四种波长的光载波进行分离，接收端恢复信号。该波分复用解复用光组件与传统光接收组件的制程工艺兼容，具有较高的可靠性，适合大批量生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及光通信的光收发模块，尤其涉及一种用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件。
背景技术
随着光线通信技术的迅速发展，传输容量的不断提升，传统的传输技术已很难满足传输容量及传输速度的要求。为防止核心网络的带宽资源出现不足，电气电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)对P802.3ba工程任务组下的40Gbps和100Gbps以太网制定了统一标准。光波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)系统是充分利用光纤频宽的有效方案之一，其能在一根光纤中同时传输多个不同波长的信号，以提高传输容量和降低通信系统成本。
CFP多源协议旨在对用于启用40Gbps和100Gbps应用程序的可开机插入收发器组成要素加以定义，包括新一代的高速以太网(40GbE和100GbE)。插入式CFP收发器可为数据通讯和构成以太网核心部分的电信网络提供所需的超高带宽支持。CFP封装可以支持不同数据和电信应用远距离传输的热插拔光模块。
CFP-LR4是满足CFP封装的用于长距离高速以太网(40GbE和100GbE)传输的光模块，其核心组件是波分复用解复用光组件，用于将四路不同波长的载波信号耦合到同一根光纤中进行传输或者将四种不同波长的光载波进行分离，然后由四路光接收机进一步处理恢复信号。
目前有多种类型的波分复用解复用光组件在实际应用，其中包括多层介质薄膜型滤光片、衍射光栅、光纤布拉格光栅以及阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)等，其中多层介质薄膜型滤光片能满足波分复用解复用光组件低损耗、高隔离度的要求，并且生产成本低、技术成熟，得到了广泛的应用。
专利申请号为5905827的美国专利公开了波分复用解复用光组件，包括光学镜组、光纤阵列和壳体。所述光学镜组包括球透镜和带通滤光片，所述光纤阵列包括所玻璃毛细管和光纤，所述壳体包括第一侧壳、第二侧壳和底壳，第一侧壳和第二侧壳之间存在倾角，使得光路呈“之”字形。此实用新型的波分复用解复用光组件组装时需要对光路进行精确调整，然后上胶固定，由于胶水受到温度影响比较大，光路会有一定偏移，影响光组件整体性能，并且长期的可靠性存在问题；此实用新型的波分复用解复用光组件的发射端和接收端呈“之”字形排列，不易满足CFP封装；此实用新型的波分复用解复用光组件使用球透镜进行光路耦合，插入损耗大，在输出光功率、接收灵敏度等主要性能上较难满足IEEE 802.3ba 40G./100G以太网规范标准。专利申请号为5859717的美国专利采用GRIN(渐变折射率)透镜进行光路耦合，有较低的插入损耗，但是成本较高。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种满足CFP-LR4应用要求的波分复用解复用光组件，有效解决现有的波分复用解复用光组件插入损耗大、可靠性较差以及不易满足CFP封装等问题，从而很好的适应CFP-LR4应用要求。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，包括发射端、接收端、光学镜组、光纤阵列和壳体，发射端激光器阵列与光学镜组阵列连接，不同通道间通过光纤阵列连接，接收端接收器阵列与光学镜组阵列连接，不同通道间通过光纤阵列连接，特点是：所述发射端包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器阵列，所述接收端包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器阵列，所述光纤阵列包括玻璃毛细管、输入输出光纤和双工光纤适配器，玻璃毛细管为有一个内孔的玻璃棒，输入输出光纤一端置于玻璃毛细管的内孔内，输入输出光纤另一端与双工光纤适配器连接，光纤阵列置于壳体内部；所述光学镜组包括C透镜和带通滤光片，C透镜与带通滤光片结合构成远心光学系统；所述发射端发出的光信号通过光学镜组聚焦，聚焦后的光信号进入光纤阵列进行传输，不同波长的光信号经耦合进入光纤进行传输，由接收端将光纤阵列传输的四种波长的光载波进行分离，接收端恢复信号。
进一步地，上述的用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，所述壳体内部设有用于固定光纤的定位槽。
更进一步地，上述的用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，所述C透镜与玻璃毛细管端面均镀有抗反射膜。
更进一步地，上述的用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，所述双工光纤适配器为SC型双工光纤适配器或LC型双工光纤适配器。
再进一步地，上述的用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，所述壳体内部设有圆形光纤导轨，导轨内径为光纤阵列的低损耗最小弯曲半径。
本实用新型技术方案的实质性特点和进步主要体现在：
本实用新型设计新颖，光纤阵列位于壳体内部，有恒定的弯曲半径，可靠性好；采用C透镜代替传统球透镜和GRIN透镜，减小了插入损耗，降低了成本；C透镜和带通滤光片构成远心光学系统，具有很低了插入损耗，并且入射到带通滤光片的角度为1.8°，有效的提高带通滤光片性能，降低了带通滤光片成本；光路精确调整后的固定过程使用激光焊接，受温度影响很小，可靠性很高；整个组装过程简单，可以使用现有光收发组件的制程工艺，适合大批量生产。
附图说明
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
图1：本实用新型波分复用解复用光组件的结构示意图；
图2：本实用新型的光纤阵列结构示意图；
图3：本实用新型的壳体的内部结构示意图；
图4：本实用新型的带通滤光片的通透特性曲线；
图5：本实用新型的第一输入通道光路工作示意图；
图6：本实用新型的第四输出通道光路工作示意图；
图7：发射端接收端、光学镜组、光纤阵列的组装结构示意图；
图8：本实用新型的第二实施方式壳体内部结构示意图；
图9：本实用新型的第二实施方式光纤阵列结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，如图1所示，包括发射端1、接收端2、光学镜组3、光纤阵列4和壳体5，发射端激光器阵列与光学镜组阵列通过激光焊接连接，不同通道间通过光纤阵列连接，完成完整的信号发送；接收端接收器阵列与光学镜组阵列通过激光焊接连接，不同通道间通过光纤阵列连接，完成完整的信号接收。发射端1包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长λ1λ2λ3λ4的激光器阵列。发射端1发出的光信号通过光学镜组3进行聚焦，进入光纤阵列4进行传输，不同波长的光信号经过耦合进入一根光纤进行传输；接收端2包括802.3ba规定的粗波分复用波长λ1λ2λ3λ4的探测器阵列，将光纤阵列传输的四种波长λ1λ2λ3λ4的光载波进行分离，然后由相应接收端的进一步处理恢复信号。
光纤阵列如图2所示，包括输入输出光纤41和玻璃毛细管42，玻璃毛细管42为有一个内孔的玻璃棒，输入输出光纤41的一端分别置于玻璃毛细管42的内孔内，另一端与SC型双工光纤适配器43连接。输入输出光纤41包括第一光纤411，传输波长λ1；第二光纤412，传输波长λ1λ2；第三光纤413，传输波长λ1λ2λ3；第四光纤414，传输波长λ1λ2λ3λ4。
壳体内部结构如图3所示，壳体5内部有一个内径为R的光纤导轨，半径R为光纤阵列4的最小弯曲半径，当光纤的弯曲半径大于R时，光纤弯曲损耗很小。光纤阵列4置于壳体内部具有很高的可靠性。导轨空间较大，可以容忍较大的光纤长度误差，有效的减小了光纤阵列的制作难度，适合大批量生产。
如图5所示，为第一输入通道光路工作示意图，其中带通滤光片32为一薄膜滤光片，其通透特性曲线如图4所示，由光纤阵列4入射的由波长不同的光信号复用而成的λ1λ2λ3λ4入射光信号经过C透镜31准直成平行光入射到带通滤光片32，入射角度为1.8°，波长为λ1的光透射进入接收端2，其它波长信号λ2λ3λ4反射进入光纤阵列传输，实现解复用功能。其余通道以此类推。
如图6所示，为第四输出通道光路工作示意图，其中带通滤光片32为一薄膜滤光片，其通透特性曲线如图4所示，由光纤阵列4入射的由波长不同的光信号复用而成的λ1λ2λ3入射光信号经过C透镜31准直成平行光入射到带通滤光片32，入射角度为1.8°，λ1λ2λ3入射光不在带通滤光片32的通带内，都反射回C透镜，聚焦进入光纤阵列传输，同时，发射端1发出的波长为λ4的光信号通过C透镜聚焦，与λ1λ2λ3的反射光耦合进入同一根光纤传输，实现复用功能。其余通道以此类推。
C透镜31和带通滤光片32相对位置满足合适关系，构成远心光学系统，有很低的插入损耗，并且光学镜组3对光纤阵列4距离位置不敏感，调整方便。光信号入射到带通滤光片32的入射角度为1.8°，有效的提高带通滤光片性能，降低了带通滤光片成本。同时，C透镜31与玻璃毛细管42端面均镀有抗反射膜，可以减小系统的插入损耗，减小反射光对系统的损害。
如图7所示，发射端、接收端、光学镜组、光纤阵列的组装方法，首先将光纤阵列4置于壳体5的光纤导轨之中，玻璃毛细管42有一端置于壳体5外部，在玻璃毛细管42外壁套上毛细管套环64；然后，将光学镜组3置于镜组套环62中，用金属调整环63连接光学镜组3与毛细管套环64，，通过改变金属调整环63的相对位置，达到调整光路的目的；接着将调整好的光学镜组与玻璃毛细管组成的光路使用激光焊接，固定光路；接着将发射端1置于套环61内，用电阻焊将发射端1与套环61焊接，调整发射端1与光学镜组3的相对位置，用激光焊接固定光路；或者将接收端2置于套环61内，调整接收端2与光学镜组3的相对位置，用环氧树脂固定。
第二实施方式：双工光纤适配器型号从SC型改变为LC型，同时LC型光纤适配器44旋转了45度。此实施方式为CFP多源协议规定的第二种封装形式，与第一种封装形式(SC型)相比，第二种需要连接头为LC型，并且旋转45度。这种方式更适合在实际中的应用。
壳体内部结构如图8所示，壳体5左半部为接收端光纤阵列4定位槽，右半部为发射端光纤阵列4定位槽。壳体5左半部有一内径为R的光纤导轨，半径R为光纤阵列4的最小弯曲半径，当光纤的弯曲半径大于R时，光纤弯曲损耗很小。由于发射端光纤阵列略有弯曲损耗不影响波分复用解复用光组件整体性能，所以将右半部发射端光纤导轨半径变小，节省空间。同时，光纤阵列4置于壳体内部具有很高的可靠性。导轨空间较大，可以容忍较大的光纤长度误差，有效的减小了光纤阵列的制作难度，适合大批量生产。
光纤阵列结构如图9所示，包括输入输出光纤41和玻璃毛细管42，玻璃毛细管42为有一个内孔的玻璃棒，输入输出光纤41的一端分别置于玻璃毛细管42的内孔内，另一端与LC型双工光纤适配器44连接。输入输出光纤41包括第一光纤411，传输波长λ1；第二光纤412，传输波长λ1λ2；第三光纤413，传输波长λ1λ2λ3；第四光纤414，传输波长λ1λ2λ3λ4。
综上所述，本实用新型用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，与传统的波分复用解复用光组件相比，具有更高的可靠性，插入损耗小，成本低，在输出光功率、接收灵敏度等主要性能上很好满足IEEE 802.3ba40G/100G以太网规范标准，在外型上与CFP多源协议规范兼容。整个组装过程简单，与现有光收发组件的制程工艺兼容，适合大批量生产。
需要理解到的是：以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，包括发射端、接收端、光学镜组、光纤阵列和壳体，发射端激光器阵列与光学镜组阵列连接，不同通道间通过光纤阵列连接，接收端接收器阵列与光学镜组阵列连接，不同通道间通过光纤阵列连接，其特征在于：所述发射端包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的激光器阵列，所述接收端包括IEEE 802.3ba规定的粗波分复用波长的探测器阵列，所述光纤阵列包括玻璃毛细管、输入输出光纤和双工光纤适配器，玻璃毛细管为有一个内孔的玻璃棒，输入输出光纤一端置于玻璃毛细管的内孔内，输入输出光纤另一端与双工光纤适配器连接，光纤阵列置于壳体内部；所述光学镜组包括C透镜和带通滤光片，C透镜与带通滤光片结合构成远心光学系统；所述发射端发出的光信号通过光学镜组聚焦，聚焦后的光信号进入光纤阵列进行传输，不同波长的光信号经耦合进入光纤进行传输，由接收端将光纤阵列传输的四种波长的光载波进行分离，接收端恢复信号。
2.根据权利要求1所述的用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，其特征在于：所述壳体内部设有用于固定光纤的定位槽。
3.根据权利要求1所述的用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，其特征在于：所述C透镜与玻璃毛细管端面均镀有抗反射膜。
4.根据权利要求1所述的用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，其特征在于：所述双工光纤适配器为SC型双工光纤适配器或LC型双工光纤适配器。
5.根据权利要求1所述的用于CFP-LR4的波分复用解复用光组件，其特征在于：所述壳体内部设有圆形光纤导轨，导轨内径为光纤阵列的低损耗最小弯曲半径。
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