100g超长距离通信光模块及波分复用系统
技术领域
1.本发明涉及一种100g超长距离通信光模块。
背景技术：2.超远距离(》80km)传输需要高灵敏度支持，由于过去单波长的传输速率有限，往往是采用lwdm4四个波长来合成一个100g的传输速率；而这需要四个激光器和相应的收发器件，成本较高。而后又发展pam4(脉冲幅度调制)技术，单波长就可以传输100g，这样就降低了成本。但是受到多种因素的影响，传输距离也受到限制，只能传输几公里到十几公里。在许多场合仍然不得不使用四波长er4/zr4光模块。
3.随着互联网和数据中心的发展，对传输带宽的要求也越来越高；如何尽可能地提高光通信系统在单根光纤下的超远距离双向传输速率成为亟待解决的问题。
技术实现要素：4.本发明提出一种100g超长距离通信光模块，具体技术方案如下：
5.一种100g超长距离通信光模块，包括pcb主板、具有两个输出通道的数字信号处理器、电吸收激光器光发射组件、雪崩光电二极管接收组件和光纤插芯适配器，
6.数字信号处理器与pcb主板通信，电吸收激光器光发射组件和雪崩光电二极管接收组件都通过柔性连接板与pcb主板通信，pcb主板、数字信号处理器、电吸收激光器光发射组件和雪崩光电二极管接收组件封装在外壳内；光纤插芯适配器设置在外壳一端，且与电吸收激光器光发射组件和雪崩光电二极管接收组件上的插口相通；
7.多路高速电信号通过pcb主板上的金手指传输进数字信号处理器，数字信号处理器输出两路50g pam4信号，两路50g pam4信号通过柔性连接板传输到电吸收激光器光发射组件，驱动电吸收激光器光发射组件发光，电吸收激光器光发射组件的发射口传出100g光信号；
8.雪崩光电二极管接收组件接收100g光信号，100g光信号经雪崩光电二极管接收组件转换成两路50g电信号输出，两路50g电信号通过柔性连接板传输进数字信号处理器，数字信号处理器输出多路高速电信号；
9.电吸收激光器光发射组件包括两路并联的电吸收激光器、两路透镜、一个波分复用器和一路光路调节器，两路电信号通过柔性连接板分别传递到两路电吸收激光器驱动其发光，两路电吸收激光器发射出的光分别经过两路透镜进入波分复用器，合成一路复合光，一路复合光经过光路调节器调整光路位置后从发射口传出；
10.雪崩光电二极管接收组件包括一个波分解复用器、两路雪崩二极管光电探测器和一个跨阻放大器，波分解复用器接收外部传输的100g光信号，波分解复用器分波为两路光信号，两路光信号分别进入两路雪崩二极管光电探测器转换成两路电信号，再同时进入跨阻放大器进行放大，放大后的两路电信号通过柔性连接板进入数字信号处理器，数字信号处理器输出多路高速电信号。
11.对本发明技术方案的优选，100g超长距离通信光模块还包括解锁拉环，解锁拉环连接光纤插芯适配器。解锁拉环的设置目的是，在模块工作时是卡在笼子中的，解锁拉环就是把模块接卡并拉出来。
12.对本发明技术方案的优选，电吸收激光器光发射组件还包括温控器，温控器设置在两路电吸收激光器的下方。温度可由外部控制器单独控制，从而保证激光器一直工作在固定的温度和波长
13.对本发明技术方案的优选，光路调节器为光位移传感器。
14.对本发明技术方案的优选，数字信号处理器与封装外壳之间设置铜板。由于模块有数字信号处理器集成块，发热量可能超过1.5瓦，对散热提出了很大挑战，数字信号处理器与封装外壳之间设置铜板，铜板与数字信号处理器集成块粘成一体，铜板作为散热片。
15.对本发明技术方案的优选，100g超长距离通信光模块采用qsfp封装，光模块满足小型化的要求，以适应设备端口密度的不断提高。
16.本发明还提出一种波分复用系统，波分复用系统包括设置在发射部设备上的多个第一光模块、设置在接收设备上的与第一光模块数量相等第二光模块和一根信号传输用的光纤，发射部设备上的每个第一光模块的发射部均通过光纤分别接入双通道分波器，分离出两个不同波长信号，所有第一光模块分离出的不同波长信号均进入一个合波器，合成一路信号，通过光纤传输；接收设备上的需要一个与合波器通道数相同的分波器，将光纤传输的一路信号分离出多个不同波长光信号，分离出的不同波长光信号在通过不同波长的双通道合波器合成多路信号，再通过光纤分别接入对应的第二光模块内。
17.对本发明技术方案的优选，分波器由镀膜的反射镜构成。
18.对本发明技术方案的优选，合波器由反射镜构成。
19.本发明与现有技术相比具有的有益效果：
20.1、本发明的100g超长距离通信光模块，接收灵敏度高，发射波长范围窄，色散代价小，模块内部自带波分复用器和解复用器，适合80公里到甚至更长的超长距离传输。
21.2、本发明的100g超长距离通信光模块，该模块可以通过不同波长组成6*100g lwdm (细波分复用技术)或12*100g dwdm(密集波分复用技术)传输系统，大大提高了超远距离的传输容量。
22.3、本发明的100g超长距离通信光模块，由于5g和数据中心的发展，对带宽的要求成倍增长，而现有光通信系统已完成布线，另外布线费时费力甚至是不可能的；而本发明光模块的使用，无需增加光纤，大大降低了成本，具有较好社会经济效益。
23.4、本发明的波分复用系统，可以在不增加光纤的情况下实现100g超远距离光通信，另外还可以通过增加波长构成更大容量的超远距离通信系统。
附图说明
24.图1是100g超长距离通信光模块的外形图一。
25.图2是100g超长距离通信光模块的外形图二。
26.图3是100g超长距离通信光模块的结构示意图(图中隐藏了部分外壳)。
27.图4是100g超长距离通信光模块的工作框图。
28.图5是电吸收激光器光发射组件的结构示意图。
29.图6是电吸收激光器光发射组件的工作框图。
30.图7是雪崩光电二极管接收组件的工作框图。
31.图8是实施例o波段超远距离400g波分复用系统工作框图。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-图8及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
33.如图1、2和3所示，一种100g超长距离通信光模块，包括pcb主板1、具有两个输出通道的数字信号处理器2、电吸收激光器光发射组件3、雪崩光电二极管接收组件4和光纤插芯适配器5。
34.本实施例中，光纤插芯适配器5为市售件，直接购买获得。
35.如图3所示，数字信号处理器2与pcb主板1通信，电吸收激光器光发射组件3和雪崩光电二极管接收组件4都通过柔性连接板6与pcb主板1通信，pcb主板1、数字信号处理器 2、电吸收激光器光发射组件3和雪崩光电二极管接收组件4封装在外壳内；光纤插芯适配器 5设置在外壳一端，且与电吸收激光器光发射组件3和雪崩光电二极管接收组件4上的插口相通。
36.如图3所示，本实施例中，100g超长距离通信光模块采用qsfp封装,光模块满足小型化的要求，以适应设备端口密度的不断提高。qsfp封装为本技术领域内已知封装技术，本领域技术人员已知。
37.如图3所示，本实施例中，100g超长距离通信光模块，因集成有具有两个输出通道的数字信号处理器2，数字信号处理器2为集成块，因此考虑到发热量的问题，在数字信号处理器2与封装外壳之间设置铜板8。
38.进一步说明，本实施例中，具有两个输出通道的数字信号处理器2，为市售件直接购买获得。
39.如图3所示，100g超长距离通信光模块还包括解锁拉环7，解锁拉环7连接光纤插芯适配器5。解锁拉环7的设置是，在模块工作时是卡在笼子中的，解锁拉环就是把模块接卡并拉出来。
40.进一步，在构建光通信系统，解锁拉环7可以设置为各个不同的颜色，用于区别各个光模块。
41.如图4所示，本实施例的100g超长距离通信光模块，多路高速电信号通过pcb主板1 上的金手指传输进数字信号处理器2，数字信号处理器2输出两路50g pam4信号，两路50gpam4信号通过柔性连接板6传输到电吸收激光器光发射组件3，驱动电吸收激光器光发射组件3发光，电吸收激光器光发射组件3的发射口传出100g光信号。
42.如图4所示，本实施例的100g超长距离通信光模块，雪崩光电二极管接收组件4接收 100g光信号，100g光信号经雪崩光电二极管接收组件4转换成两路50g电信号输出，两路 50g电信号通过柔性连接板6传输进数字信号处理器2，数字信号处理器2输出多路高速电信号。
43.如图4所示，本实施例光模块，可将2路50g pam4电信号或4路25g nrz电信号转换为 2路50g pam4光信号，然后经过mux(波分复用器)合波后通过一根光纤传出去。同理接收端接收到光信号后先经过demux(波分解复用器)分波然后由2路apd(雪崩光电二极管探测) 芯片探测出光信号，再经过dsp转换为2路50g pam4电信号或4路25g nrz电信号传输出去。
44.如图5所示，电吸收激光器光发射组件3包括两路并联的电吸收激光器3-1、两路透镜 3-2、一个波分复用器3-3和一路光路调节器3-4，两路电信号通过柔性连接板6分别传递到两路电吸收激光器驱动其发光，两路电吸收激光器发射出的光分别经过两路透镜进入波分复用器，合成一路复合光，一路复合光经过光路调节器调整光路位置后从发射口传出。
45.如图5所示，电吸收激光器光发射组件3还包括温控器3-5，温控器3-5设置在两路电吸收激光器的下方。温控器3-5的温度可由外部控制器单独控制，从而保证激光器一直工作在固定的温度和波长。
46.如图5所示，进一步，电吸收激光器光发射组件3还包括两路滤波器3-6，滤波器3-6 布置在透镜3-2与波分复用器3-3之间，该滤波器与mux是集成的，主要功能是利用反射和滤波将两路光合成一路光。
47.如图5所示，电吸收激光器光发射组件3内的光路调节器3-4为光位移传感器，光位移传感器用于调整光路位置，保证光可以完整从发射口中传出。
48.举例，如图5所示，两路电信号分别为50g电信号1和50g电信号2通过柔性连接板6 传递到两路电吸收激光器3-1驱动其发光，两路电吸收激光器3-1发射出的光分别经过两路透镜3-2进入波分复用器，合成一路复合光，路复合光经过光路调节器3-4调整光路位置后从发射口传出，100g光信号发射出。
49.如图6所示，雪崩光电二极管接收组件4包括一个波分解复用器、两路雪崩二极管光电探测器和一个跨阻放大器，波分解复用器接收外部传输的100g光信号，分解为两路光信号，两路光信号分别进入两路雪崩二极管光电探测器转换成两路电信号，再同时进入跨阻放大器进行放大，放大后的两路电信号通过柔性连接板6进入数字信号处理器2，数字信号处理器2 输出多路高速电信号。
50.举例，如图6所示，波分解复用器接收外部传输的100g光信号，波分解复用器分波为两路光信号，两路光信号分别进入两路雪崩二极管光电探测器转换成两路电信号，再同时进入跨阻放大器进行放大，形成两路50g电信号，分别为50g电信号1和50g电信号2，放大后的两路电信号通过柔性连接板6进入数字信号处理器2，数字信号处理器2输出4路25g电信号。
51.本实施例提出的100g超长距离通信光模块，采用qsfp封装，满足小型化的要求，以适应设备端口密度的不断提高。
52.本实施例提出的100g超长距离通信光模块，为了进一步提高接收端的灵敏度，增加通信距离，采用56g apd(雪崩光电二极管探测器)。56g apd为本技术领域内的已知收发器。
53.本实施例提出的100g超长距离通信光模块，采用细分2波长的波分复用器和波分解复用器，中心波长可在1292.5～1319.5纳米范围内。发射采用两路电吸收激光器，接收采用两路 56g apd；同时，本实施例提出的100g超长距离通信光模块，利用数字信号处理器2内的前向纠错功能，减小误码率；在dsp(数字信号处理器)集成块与外壳之间设置铜块，铜
块与dsp集成块粘成一体，进行散热，解决了本模块内使用dsp集成块，发热量大的问题。
54.本实施例的波分复用系统包括设置在发射部设备上的多个第一光模块、设置在接收设备上的与第一光模块数量相等第二光模块和一根信号传输用的光纤，发射部设备上的每个第一光模块的发射部均通过光纤分别接入双通道分波器，分离出两个不同波长信号，所有第一光模块分离出的不同波长信号均进入一个合波器，合成一路信号，通过光纤传输；接收设备上的需要一个与合波器通道数相同的分波器，将光纤传输的一路信号分离出多个不同波长光信号，分离出的不同波长光信号在通过不同波长的双通道合波器合成多路信号，再通过光纤分别接入对应的第二光模块内。
55.本实施例中提及的，分波器由镀膜的反射镜构成。合波器由反射镜构成。分波器和合波器均为市售件，直接购买获得。本实施例中的合波器和分波器，优选采用北极光电(深圳) 有限公司，市售的产品。
56.如图8所示，4*100g波分复用系统，本实施例中的，采用o波段波分复用技术，为8 个波长，每2个波长发射接收都采用一个光模块来实现，用解锁拉柄的颜色来去区分，如图 8所示。该波分复用系统可以在不增加光纤的情况下实现4*100g超远距离光通信，另外还可以通过增加波长构成更大容量的超远距离通信系统。
57.解锁拉柄的颜色分别为，粉红、紫色、深蓝、浅蓝、绿色和黄色。如下表1所示，表1 中示意出了4*100g光通信系统，所对应的光模块型号、波长以及解锁拉柄的颜色。
58.如图8所示，模块1为粉色拉环，对应激光器发射波长为1295nm和1297nm。
59.模块2为紫色拉环，对应激光器发射波长为1300nm和1302nm。
60.模块3为深蓝色拉环，对应激光器发射波长为1304nm和1306nm。
61.模块4为浅蓝色拉环，对应激光器发射波长为1309nm和1311nm。
62.模块1、模块2、模块3和模块4均为本实施例中提出的100g超长距离通信光模块。
63.表1
64.型号波长(nm)拉环颜色omqv680-800_λ01295.5+1297.7粉红omqv680-801_λ11300+1302.2紫色omqv680-802_λ21304.5+1306.7深蓝omqv680-803_λ31309+1311.2浅蓝omqv680-804_λ41313.4+1315.6绿色omqv680-805_λ51317.8+1320黄色
65.本实施例中，引用的光模块参数规格如下表2所示。
66.表2
[0067][0068]
系统工作原理：系统使用的模块结构，功能与该专利描述的模块一致。区别在于电吸收激光器的型号和波长不同。
[0069]
每颗模块的发射通过光纤接入到特定波长的双通道分波器中，可以将模块发射中的两个不同波长信号分离出来。如图8所示，每颗模块可以分离出2个波长信号，4个模块就可以分离出8个波长信号，每个波长信号可以实现50g速率传输，因此8个波长总共可以实现400g 速率传输。分离出来的8个波长光信号，再通过8通道合波器就可以合成1路信号，这样通过1根80公里光纤就可以传输出去。
[0070]
接收端同样需要1个8通道分波器将这1路信号中的8个波长光信号分离出来，分离出来的8路信号再通过不同波长的2通道合波器分别合成4路信号再接入到对应的模块中即可以实现一个完整的80公里链路400g速率的数据传输。
[0071]
分波器内部主要是由镀膜的反射镜构成，可以将不同波长的光反射到不同通道传输出去。合波器内部主要是由反射镜构成，可以将不同通道的光通过反射后汇聚到同一个通道传输出去。
[0072]
该系统还可以通过拓展更多的波长和更多通道的分波器以及合波器来实现更高速率的 80km公里链路数据传输。
[0073]
传统的lr4/er4光模块，传输速率和距离不如本方案，许多场合下无法使用。如果用更远距离的dwdm(密集波分复用技术)加edfa(掺铒光纤放大器)大材小用，成本提高几倍，经济上也无法负担。由于5g和数据中心的发展，对带宽的要求成倍增长。而现有光通信系统已完成布线，另外布线费时费力甚至是不可能的。本实施例提出的100g超长距离通信光模块，无需增加光纤，只要改变两端的光模块即可，大大降低了成本，具有较好社会经济效益。
[0074]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种100g超长距离通信光模块，其特征在于，所述光模块包括pcb主板（1）、具有两个输出通道的数字信号处理器（2）、电吸收激光器光发射组件（3）、雪崩光电二极管接收组件（4）和光纤插芯适配器（5），数字信号处理器（2）与pcb主板（1）通信，电吸收激光器光发射组件（3）和雪崩光电二极管接收组件（4）都通过柔性连接板（6）与pcb主板（1）通信，pcb主板（1）、数字信号处理器（2）、电吸收激光器光发射组件（3）和雪崩光电二极管接收组件（4）封装在外壳内；光纤插芯适配器（5）设置在外壳一端，且与电吸收激光器光发射组件（3）和雪崩光电二极管接收组件（4）上的插口相通；多路高速电信号通过pcb主板（1）上的金手指传输进数字信号处理器（2），数字信号处理器（2）输出两路50g pam4信号，两路50g pam4信号通过柔性连接板（6）传输到电吸收激光器光发射组件（3），驱动电吸收激光器光发射组件（3）发光，电吸收激光器光发射组件（3）的发射口传出100g光信号；雪崩光电二极管接收组件（4）接收100g光信号，100g光信号经雪崩光电二极管接收组件（4）转换成两路50g电信号输出，两路50g电信号通过柔性连接板（6）传输进数字信号处理器（2），数字信号处理器（2）输出多路高速电信号；电吸收激光器光发射组件（3）包括两路并联的电吸收激光器、两路透镜、一个波分复用器和一路光路调节器，两路电信号通过柔性连接板（6）分别传递到两路电吸收激光器驱动其发光，两路电吸收激光器发射出的光分别经过两路透镜进入波分复用器，合成一路复合光，一路复合光经过光路调节器调整光路位置后从发射口传出；雪崩光电二极管接收组件（4）包括一个波分解复用器、两路雪崩二极管光电探测器和一个跨阻放大器，波分解复用器接收外部传输的100g光信号，波分解复用器分波为两路光信号，两路光信号分别进入两路雪崩二极管光电探测器转换成两路电信号，再同时进入跨阻放大器进行放大，放大后的两路电信号通过柔性连接板（6）进入数字信号处理器（2），数字信号处理器（2）输出多路高速电信号。2.根据权利要求1所述的100g超长距离通信光模块，其特征在于，100g超长距离通信光模块还包括解锁拉环（7），解锁拉环（7）连接光纤插芯适配器（5）。3.根据权利要求1所述的100g超长距离通信光模块，其特征在于，电吸收激光器光发射组件（3）还包括温控器，温控器设置在两路电吸收激光器的下方。4.根据权利要求1所述的100g超长距离通信光模块，其特征在于，光路调节器为光位移传感器。5.根据权利要求1所述的100g超长距离通信光模块，其特征在于，数字信号处理器（2）与封装外壳之间设置铜板。6.根据权利要求1所述的100g超长距离通信光模块，其特征在于，100g超长距离通信光模块采用qsfp封装。7.根据权利要求1-6任一项所述的波分复用系统，其特征在于，所述波分复用系统包括设置在发射部设备上的多个第一光模块、设置在接收设备上的与第一光模块数量相等第二光模块和一根信号传输用的光纤，发射部设备上的每个第一光模块的发射部均通过光纤分别接入双通道分波器，分离出两个不同波长信号，所有第一光模块分离出的不同波长信号均进入一个合波器，合成一路信号，通过光纤传输；接收设备上的需要一个与合波器通道数相同的分波器，将光纤传输的一路信号分离出多个不同波长光信号，分离出的不同波长光信号在通过不同波长的双通道合波器合成多路信号，再通过光纤分别接入对应的第二光模块内。
8.根据权利要求7所述的波分复用系统，其特征在于，分波器由镀膜的反射镜构成。9.根据权利要求7所述的波分复用系统，其特征在于，合波器由反射镜构成。
技术总结本发明公开了一种100G超长距离通信光模块，包括PCB主板、具有两个输出通道的数字信号处理器、电吸收激光器光发射组件、雪崩光电二极管接收组件和光纤插芯适配器，数字信号处理器与PCB主板通信，电吸收激光器光发射组件和雪崩光电二极管接收组件都通过柔性连接板与PCB主板通信，PCB主板、数字信号处理器、电吸收激光器光发射组件和雪崩光电二极管接收组件封装在外壳内；光纤插芯适配器设置在外壳一端，且与电吸收激光器光发射组件和雪崩光电二极管接收组件上的插口相通。本发明还提出一种波分复用系统。优点，本发明，接收灵敏度高，发射波长范围窄，色散代价小，模块内部自带波分复用器和解复用器，适合80公里甚至更长的超长距离传输。距离传输。距离传输。
技术研发人员：韦萌 程进 叶学亮 于让尘 潘栋 孙涛 姜连力 刘光祥
受保护的技术使用者：希烽光电科技（南京）有限公司
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
