一种波分复用单纤双向数据收发模块制造技术

本发明专利技术公开了一种波分复用单纤双向数据收发模块，包括：波分复用模块、激光器阵列、光探测器阵列和光环行器；激光器阵列与波分复用模块的第一输入端对准耦合，光探测器阵列与波分复用模块的第二输出端对准耦合；光环行器的第一端与波分复用模块的第一输出端相连，光环行器的第三端与波分复用模块的第二输入端相连，光环行器的第二端作为光环行器的输入输出端用于连接外部的传输光纤；波分复用模块用于将激光器阵列发射的多波长光信号进行复用以及将从单光纤头处传来待接收的多波长光信号进行解复用；光环行器中光信号只能沿着第一端、第二端和第三端的顺序进行单向传输。本发明专利技术可实现单纤双向传输，用于数据中心的高速光纤互连。

A wavelength division multiplexing bidirectional data transceiver module

The invention discloses a wavelength division multiplexing bidirectional data transceiver module, including: WDM module, laser array, optical detector array and optical circulator; the first input laser array and WDM module end coupling alignment, optical detector array and wavelength division multiplexing module second outputs a first output coupling; the first end and the wave circulator multiplexer module is connected with the third terminal circulator and wave division multiplexing module second is connected with the input end of the optical circulator, second terminal circulator as input and output terminal for connection to the outside of the transmission fiber; wavelength division multiplexing module for multiplexing multi wavelength optical signals emitting laser array and multi wavelength optical signals from the single fiber head came to receive the demultiplexed optical signals; only circulator along the first end, No. The two and third ends are in the order of one-way transmission. The invention can realize bidirectional transmission for high speed optical interconnection data center.

【技术实现步骤摘要】
一种波分复用单纤双向数据收发模块
本专利技术属于互联网数据中心或者超级计算机领域，更具体地，涉及一种波分复用单纤双向数据收发模块。
技术介绍
随着互联网应用行业的飞速发展，数据中心的规模急剧膨胀，在数据中心的服务器之间，需要大量高速的数据交换，传统的电缆已经不能满足这种高速互连的需求，光纤互连技术已经成为大型数据中心的必选。在互联网数据中心，最早的光纤互连技术方案是基于多模光纤的多纤并行传输技术，这种方案的优点是成本低廉，因此得到广泛的应用。然而，多模光纤中存在严重的模间色散问题，多模传输只能达到数十米的距离，而数据中心的规模不断膨胀，对互连距离的要求越来越高，单模传输方案应运而生。与单模传输同时被引进数据中心的还有波分复用技术，可减少所需光纤数量。与电信网应用热衷的DWDM(密集波分复用)技术不同，在数据中心应用中，为了降低成本，一般采用CWDM(粗波分复用)技术。早期的CWDM技术方案是基于分立元器件的，以多个薄膜滤光片构成CWDM波分复用器。为了进一步缩小光纤收发模块的尺寸，人们开发了基于集成光学技术的CWDM波分复用器。基于单模光纤传输和CWDM技术的光纤收发模块，需要两根光纤进行数据传输，一收一发。然而，数据中心的光纤资源非常有限，进一步提出了单纤双向传输的需求，人们希望将光环行器整合到光纤收发模块中。现有的光环行器都是带尾纤的，在光纤收发模块中需要进行熔纤和绕纤处理，不利于模块的小型化。同时，由于光环行器中采用了波长相关性很强的法拉第旋光片和半波片，工作带宽一般限于中心±20nm范围，不能覆盖4个波长CWDM传输所需波长范围。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种波分复用单纤双向数据收发模块，其目的在于将波分复用模块与光环行器混合集成实现模块小型化以及将工作带宽提高至满足4个波长CWDM传输。本专利技术提供了一种波分复用单纤双向数据收发模块，包括：波分复用模块、激光器阵列、光探测器阵列和光环行器；激光器阵列与波分复用模块的第一输入端对准耦合，光探测器阵列与所述波分复用模块的第二输出端对准耦合；光环行器的第一端与所述波分复用模块的第一输出端相连，光环行器的第三端与波分复用模块的第二输入端相连，光环行器的第二端作为光环行器的输入输出端用于连接外部的传输光纤；激光器阵列用于发射多个波长的光信号；光探测器阵列用于接收多个波长的光信号；波分复用模块用于将所述激光器阵列发射的多波长光信号进行复用以及将从单光纤头处传来待接收的多波长光信号进行解复用；光环行器中光信号只能沿着第一端、第二端和第三端的顺序进行单向传输，反向传输的光信号将被隔离。更进一步地，波分复用模块包括：波分复用器、波分解复用器、第一双芯波导转换片和第二双芯波导转换片；波分复用器的输入端作为波分复用模块的第一输入端，第一双芯波导转换片的一端与所述波分复用器的输出端连接，第一双芯波导转换片的另一端作为所述波分复用模块的第一输出端；第二双芯波导转换片的一端作为波分复用模块的第二输入端，第二双芯波导转换片的另一端与波分解复用器的输入端连接，波分解复用器的输出端作为波分复用模块的第二输出端；波分复用器将激光器阵列发射的多个波长的光信号进行复用，复用后的光信号输出进入第一双芯波导转换片；来自传输光纤的多波长光信号经第二双芯波导转换片后输入至波分解复用器，波分解复用器对接收到的光信号进行解复用。本专利技术通过双芯波导转换片的衔接作用，将集成光学技术的波分复用模块和分立元件技术光环行器混合集成在一个光纤收发模块中，实现收发模块的小型化设计。更进一步地，第一双芯波导转换片和第二双芯波导转换片均采用弯曲光纤定位槽来实现固定，并对第一双芯波导转换片的另一端和第二双芯波导转换片的一端均进行热扩芯处理，增大纤芯直径从而增加输出光斑尺寸。本专利技术采用弯曲光纤定位槽来固定两根光纤，或者采用集成光学技术制作两条弯曲波导；左侧波导间距大而右侧波导间距小，右侧端作光纤热扩芯处理或者波导锥形化处理，扩大波导芯径，增加输出光斑直径。更进一步地，光环行器包括：第一准直透镜、第一位移晶体、第一偏振转换组件、渥拉斯顿棱镜、第二偏振转换组件、第二位移晶体、第二准直透镜和单光纤头；由第一端接收的发散光束被所述第一准直透镜准直后入射至第一位移晶体；随机偏振的入射光束被第一位移晶体分成两束正交偏振光：在晶体内部称为o光和e光，在晶体外部称为s光和p光，s光和p光经过第一偏振转换组件后，其中s光被旋转为p光，p光则保持偏振态不变，此时两束光变换为相同偏振的p光；两束稍向右下倾斜的p光经渥拉斯顿棱镜变换为水平方向传输，入射在第二偏振转换组件中，其中一束p光变换为s光，另一束p光则保持偏振态不变；两束正交偏振的s光和p光，水平入射在第二位移晶体上并分别成为o光和e光，且被第二位移晶体重新合为一束随机偏振光；合束后的随机偏振光束被第二准直透镜聚焦并耦合进入右侧单光纤头实现第一端口至第二端口的传输；从单光纤头入射的待接收信号依次经过第二准直透镜、第二位移晶体、第二偏振转换组件、渥拉斯顿棱镜、第一偏振转换组件、第一位移晶体和第一准直透镜后输出至第三端口；第三端口稍向下偏离第二准直透镜的轴线，接收稍向左下倾斜入射在第一准直透镜上的光束，实现了第二端口至第三端口的传输。本专利技术中的光环行器通过对输入输出波导端的光纤热扩芯处理或者波导锥形化设计，光环行器中可采用更短的位移晶体，缩小了光环行器的尺寸，从而进一步缩小了光纤收发模块的尺寸。更进一步地，第一偏振转换组件和第二偏振转换组件结构相同，第一偏振转换组件的总和旋光角呈现双峰型曲线。更进一步地，第一偏振转换组件包括：第一半波片、第二半波片和法拉第旋光片；第一半波片和所述第二半波片的快轴方向与水平方向夹角分别为157.5°和67.5°，所述旋光片的旋光角度为45度。本专利技术通过对偏振变换组件的优化设计，扩展了光环行器的工作带宽，可覆盖4个波长CWDM传输带宽。更进一步地，渥拉斯顿棱镜为一对光轴相互垂直的直角棱镜。更进一步地，第一位移晶体和第二位移晶体结构相同，均为斜方体棱镜。更进一步地，对所述单光纤头的端头进行热扩芯处理，使得第二准直透镜的聚焦光斑能有效的耦合至所述单光纤头中。本专利技术提出了一种混合集成、结构紧凑的光纤收发模块，可实现单纤双向传输；通过创新结构的双芯波导转换片及相应的光环型参数优化，实现光环行器的小型化设计；通过创新设计的偏振转换组件，对光环型的工作带宽进行了拓展，满足4个波长CWDM传输需求。实现一种波分复用单纤双向传输的光纤收发模块，可用于数据中心的高速光纤互连。附图说明图1为波分复用单纤双向收发模块的功能示意图；图2为本专利技术的波分复用单纤双向收发模块的结构；其中，(a)为俯视图，(b)为侧视图；图3为集成光学技术的CWDM芯片端口示意图；图4为本专利技术设计的双芯波导转换片；图5为本专利技术的小型化CWDM光环行器结构及端口④→①→②光路；其中，(a)为俯视图，(b)为侧视图；图6为本专利技术的小型化CWDM光环行器结构及端口②→③→⑤光路；其中，(a)为俯视图，(b)为侧视图；图7为作为光环行器端口②的单光纤头结构；图8为位移晶体的结构和偏振分光功能；图9为渥拉斯顿棱镜的结构和光束偏折功能；其中，(a)为p光向右上方向倾斜入射，(b)为s光向右本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波分复用单纤双向数据收发模块，其特征在于，包括：波分复用模块、激光器阵列(3)、光探测器阵列(4)和光环行器(6)；所述激光器阵列(3)与所述波分复用模块的第一输入端对准耦合，所述光探测器阵列(4)与所述波分复用模块的第二输出端对准耦合；所述光环行器(6)的第一端①与所述波分复用模块的第一输出端相连，所述光环行器(6)的第三端③与所述波分复用模块的第二输入端相连，所述光环行器(6)的第二端②作为所述光环行器(6)的输入输出端用于连接外部的传输光纤；所述激光器阵列(3)用于发射多个波长的光信号；所述光探测器阵列(4)用于接收多个波长的光信号；所述波分复用模块用于将所述激光器阵列(3)发射的多波长光信号进行复用以及将从单光纤头处传来待接收的多波长光信号进行解复用；所述光环行器(6)中光信号只能沿着第一端、第二端和第三端的顺序进行单向传输，反向传输的光信号将被隔离。

【技术特征摘要】
1.一种波分复用单纤双向数据收发模块，其特征在于，包括：波分复用模块、激光器阵列(3)、光探测器阵列(4)和光环行器(6)；所述激光器阵列(3)与所述波分复用模块的第一输入端对准耦合，所述光探测器阵列(4)与所述波分复用模块的第二输出端对准耦合；所述光环行器(6)的第一端①与所述波分复用模块的第一输出端相连，所述光环行器(6)的第三端③与所述波分复用模块的第二输入端相连，所述光环行器(6)的第二端②作为所述光环行器(6)的输入输出端用于连接外部的传输光纤；所述激光器阵列(3)用于发射多个波长的光信号；所述光探测器阵列(4)用于接收多个波长的光信号；所述波分复用模块用于将所述激光器阵列(3)发射的多波长光信号进行复用以及将从单光纤头处传来待接收的多波长光信号进行解复用；所述光环行器(6)中光信号只能沿着第一端、第二端和第三端的顺序进行单向传输，反向传输的光信号将被隔离。2.如权利要求1所述的波分复用单纤双向数据收发模块，其特征在于，所述波分复用模块包括：波分复用器(1)、波分解复用器(2)、第一双芯波导转换片(51)和第二双芯波导转换片(52)；所述波分复用器(1)的输入端作为所述波分复用模块的第一输入端，所述第一双芯波导转换片(51)的一端与所述波分复用器(1)的输出端连接，所述第一双芯波导转换片(51)的另一端作为所述波分复用模块的第一输出端；所述第二双芯波导转换片(52)的一端作为所述波分复用模块的第二输入端，所述第二双芯波导转换片(52)的另一端与所述波分解复用器(2)的输入端连接，所述波分解复用器(2)的输出端作为所述波分复用模块的第二输出端；所述波分复用器(1)将所述激光器阵列(3)发射的多个波长的光信号进行复用，复用后的光信号输出进入第一双芯波导转换片(51)；来自传输光纤的多波长光信号经第二双芯波导转换片(52)后输入至波分解复用器(2)，波分解复用器(2)对接收到的光信号进行解复用。3.如权利要求2所述的波分复用单纤双向数据收发模块，其特征在于，所述第一双芯波导转换片(51)和所述第二双芯波导转换片(52)均采用弯曲光纤定位槽来实现固定，并对所述第一双芯波导转换片(51)的另一端和所述第二双芯波导转换片(52)的一端均进行热扩芯处理，增大纤芯直径从而增加输出光斑尺寸。4.如权利要求1-3任一项所述的波分复用单纤双向数据收发模块，其特征在于，所述光环行器(6)包括：第一准直透镜(61)、第一位移晶体(62)、第一偏振转换组件(63)、渥拉斯顿棱镜(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：万助军，颜世佳，罗志祥，丁诗磊，冯冬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42